基于WOFOST模型的许昌烟草不同水文年型的灌溉方案

近年来,国内外已将作物生长模型广泛应用于多种农作物的产量预报、田间管理指导以及精确农业等方面。国内作物生长模型的应用研究多见于粮食作物,而烟草作为重要的经济作物尚缺乏相应的生长模拟模型的研究,目前国内利用作物模型主要在科研方面,且真正能指导生产的尚不多。引入生长模拟模型WOFOST对烟草生长模拟和灌溉进行相关开拓性研究。收集河南许昌烟草的历史种植资料,开展田间试验进行生长发育观测,获取必要的烟草生长模拟资料;对WOFOST模型进行参数校正与验证,完成模型参数的率定,实现烟草模型的本地化;设计多种灌溉方案,利用本地化模型展开模拟,以烟草生长期降水划分3种年型：丰水年、平水年、枯水年,对比分析不同年型烟草灌溉模拟结果,重点研究枯水年最优灌溉量、时间及次数。研究结果发现：WOFOST烟草模型通过率定,对许昌烟草生长模拟较好,可作为烟草生长研究和生产指导的利器;利用率定后的模型灌溉模拟研究发现丰水年、平水年灌溉效益低;枯水年则灌溉非常必要,在枯水年如采用单次灌溉,则在现蕾后10 d左右灌溉120mm最优;而两次灌溉总体效果优于单次灌溉,在现蕾前10～20 d、现蕾后20～30 d各灌溉120 ...     

盆栽枣树萌芽展叶期需水规律研究

枣树是耐旱树种,但离不开适当的水分供应,只有在保障枣树对水分生理需求的条件下,在枣树一年中每个生命活动的每个生育环节保证水分供应,才有高产和优质可言.以盆栽2年生梨枣树为试材,探索了枣树萌芽展叶期生理过程中的水分需求变化规律.研究表明,4月16日-4月30日根系开始活动期间的需水量最小,主要为土壤蒸发,为1.6 mm/d;随着温度升高和枣树的萌芽展叶,需水量逐渐增加,5月3日到5月28日的展叶期需水量平均为4.4 mm/d;土壤含水率越高越有利于幼树的生长,幼树萌芽展叶期土壤含水率在50%～65%田间持水率时就能维持幼树的正常生长.     

偏振光谱在枣叶无损检测中的应用

红枣通过光谱无损检测技术可以快速预测红枣水分、糖分等参量,而将偏振光谱技术应用于红枣叶片的无损检测可以快速对枣叶的水分、叶绿素进行预测,进而预测枣树的生长状态.利用近红外偏振光谱技术对南疆红枣叶片含水量和叶绿素含量进行无损检测,分别选用偏最小二乘法(PLS)和主成分回归分析法(PCR)的化学计量学方法建立红枣叶片校正模...     

滴灌条件下枣树根区土壤水盐变化初探

以田问试验为基础,在滴灌条件下,以不同灌水量处理对枣树进行水分调控,分析研究了不同灌水量条件下的枣树根区土壤水分和盐分的变化规律.结果表明:充分灌溉处理(85%θF)增大了水分无效损失.亏缺灌水处理(55%θF)枣树水分利用率高,土壤脱盐效果明显.并通过相关性分析推导出电导率与离子的模型方程,从而为干旱区以水调盐等工程提供依据.     

地下渗灌对枣树生长、产量和水分利用效率的影响

为研究不同灌溉定额下地下渗灌对干旱地区枣树生长、产量和水分利用效率的影响,以5 a生枣树为研究对象,设不同灌溉定额(828、1 248、1 668 m~3/hm~2)和不同灌溉方式(地下渗灌、地面滴灌、管灌)2因素3水平的田间试验。结果表明:灌溉定额相同时,与地面滴灌和管灌相比,地下渗灌能够促进枣树新梢直径、枣吊长度和座果率的增长,同时枣树产量提高2.84%～25.70%,水分利用效率提高8.02%～18.96%。地下渗灌条件下,灌溉定额从1 248 m~3/hm~2提高为1 668 m~3/hm~2时枣树产量和水分利用效率反而分别降低2.47%,8.84%。因此,地下渗灌在灌溉定额为1 248 m~3/hm~2时更适宜枣树生长,该处理产量最高(9 418.85 kg/hm~2),水分利用效率最高(3.84 kg/m~3),研究成果可为地下渗灌技术在干旱区推广提供理论依据。     

南疆骏枣滴灌灌水量对不同生育期生长及土壤水分的影响

研究南疆和田地区滴灌条件下不同灌水量对骏枣萌芽期、新梢期和花期生长的影响及土壤水分动态变化情况.通过设置5个水分梯度,研究其对南疆骏枣树新稍、叶片、枣吊生长特征及土壤含水量动态变化的影响.灌水量处理为6300 m3/hm2时新稍增长速度最快,枣树叶片长、枣吊长、开花数生长量均较其他处理明显提高.此时萌芽期平均耗水强度最...     

黄土丘陵区旱作枣树规格与枣林耗水量关系研究

以枣树为研究对象,通过对自然生长枣林与矮化密植枣林、截干枣林、极端矮化的枣树及不同修剪强度枣林土壤水分进行监测,采用水量平衡法分析上述情况下枣林耗水特点及枣树水分利用效率。结果表明:自然生长枣林每年在土壤中耗水量较矮化密植枣林大6.54 mm,耗水深度较矮化密植枣林大13.3 cm,水分利用效率最小,2014、2015年分别为2.1、1.8 kg/m~3;12龄枣林实施截干处理3年,其林下土壤水分恢复深度达460 cm,每年恢复深度达153.3 cm,是形成干层速度的3.41倍;极端矮化枣树规格降低1/2,其耗水量为同龄枣林的25%,水分利用效率是同龄枣林的1.26倍;枣树不同修剪强度与其蒸腾耗水关系紧密,随着修剪强度加大枣树蒸腾耗水量减小,林下土壤含水率可提高。研究显示,枣林可以通过对枣树规格的缩小来实现枣林耗水量及水分利用效率的调控,黄土高原半干旱区年降水量波动较大,确定当地适宜修剪强度指标时,建议参考多年平均降水量来制定。     

不同灌水深度条件下南疆枣树根系吸水模型研究

为探究不同灌水深度条件下,南疆枣树根系分布特征及吸水机理。以枣树为研究对象,试验导水装置设置3个深埋水平,分别为20 cm (T1)、35 cm (T2)和55 cm (T3),以地表滴灌（T0）为对照组;结合土壤水分运动基本方程建立枣树根系一维吸水模型,并利用实测数据对吸水模型进行验证。研究结果表明,各处理下枣树根系随土层的增加呈负指数趋势分布,相比于T0,T1、T2和T3处理下出水口范围内枣树有效根长分别增长18.2%、15.3%和10.9%,即深层灌水处理促进了枣树深层扎根;不同灌水深度处理下,各土层含水率大小为T2>T3>T1>T0,同一灌水深度处理下,各土层土壤含水率随土壤深度的增加呈现先变大后变小的趋势;通过建立的根系吸水模型模拟土壤含水率,计算值和测量值差异性在允许范围内,满足枣树根系吸水模型对土壤含水率预测的精度要求。综上可得,当灌水深度设置为35 cm左右时,利于枣树根系充分吸收水分和提高水分利用效率。     

基于Feddes模型的干旱区滴灌幼龄枣树根系特征数值模拟

研究滴灌幼龄枣树根系密度分布与吸水特征,能够为制定枣树灌溉制度、提出丰产与节水相协调的田间水分管理模式提供重要参考。以幼龄期滴灌枣树根系为研究对象,采用剖面挖掘和分层取样法采集枣树根系,利用Delta-tcan软件对枣树吸收根的根长进行分析。结果表明:实测根系密度函数与线性函数的拟合度最优,模型相关系数为0.907,通过了显著性水平为0.01的相关性检验,平均相对误差为8.32%,均方根误差为0.206mm/cm3;线性函数下的土壤水分模拟值和实测值的误差值也相对较小,其最大相对误差为2.85%,平均相对误差为1.83%,均方根误差为0.238。     

机械振动式红枣收获的动力学研究

利用有限元分析软件对枣树模型机械振动机理进行动力学仿真分析。首先,对不同年限枣树建模三维模型并进行模态分析,结果显示不同生长年限枣树在第3、4阶模态时具有较为理想的模态响应,由此确定机械振动力传递分布较好的频率范围为12~20 Hz;其次,在模态响应分析基础上对枣树模型进行谐响应分析,结果显示3年生、5年生和8年生枣树所施加激振力的最佳激振频率分别为18、14、12 Hz。本研究可为机械振动式红枣收获机激振频率范围选择提供理论依据。     

海南岛橡胶林叶面积指数遥感估算模型比较研究

叶面积指数(LAI)是描述植被生长状况和冠层结构的一个重要参数,快速获取大面积植被与作物LAI对于生态系统科学研究、农林业生产指导具有十分重要的理论和实践意义.本研究选取海南岛典型热带作物——橡胶树为研究对象,构建基于卫星遥感植被指数的橡胶林LAI估算模型并分析其变化规律.结果表明,相较于归一化植被指数(NDVI)、绿...     

基于无人机多光谱遥感的夏玉米叶面积指数估算方法

无人机多光谱遥感技术可以快速、无损地监测农作物叶面积指数（LAI）。为研究水分胁迫条件下,利用无人机多光谱植被指数估算夏玉米LAI的可行性,本研究基于无人机多光谱遥感系统,结合同时期实地采集的夏玉米LAI,选择5种植被指数,包括归一化差值植被指数（NDVI）、土壤调节植被指数（SAVI）、增强型植被指数（EVI）、绿度归一化植被指数（GNDVI）和抗大气指数（VARI）,作为模型输入参数,使用随机森林回归算法建立全生育期不同灌溉条件下大田玉米冠层植被指数与LAI之间的关系模型,并与一元线性回归和多元线性回归算法建立的模型进行对比分析。结果表明,在充分灌溉条件下,植被指数的多元线性回归模型可以较好地估算LAI（R² = 0.83）;在水分胁迫条件下,植被指数的随机森林回归模型可以较好地估算LAI（R² = 0.74~0.87）,水分胁迫因素对该模型影响较小,且NDVI和VARI对估算LAI的贡献最大。上述结果表明基于无人机多光谱遥感技术,使用随机森林回归算法估算多种灌溉条件下的夏玉米LAI是可行的。该研究为实现快速、准确地监测全生育期不同灌溉条件下的大田夏玉米LAI提供了技术和方法支持。     

基于高光谱数据的玉米叶面积指数和生物量评估

利用高光谱技术获取玉米农学参数信息,有助于提升玉米精准管理水平.本研究基于3个种植密度和5份玉米材料的田间试验,获取玉米大喇叭口期的地面ASD高光谱数据与无人机高光谱影像,分析不同种植密度下不同遗传材料的叶面积指数(LAI)和单株地上部生物量,构建基于全波段、敏感波段和植被指数的LAI和单株地上部生物量高光谱估算模型,...     

基于数字化植物表型平台（D3P）的田间小麦冠层光截获算法开发

冠层光截获能力是反映作物品种间差异的重要功能性状，高通量表型冠层光截获对提高作物改良效率具有重要意义。本研究以小麦为研究目标，利用数字化植物表型平台（D3P）模拟生成了100种冠层结构不同的小麦品种在5个生育期的三维冠层场景，记录了从原始冠层结构中提取的绿色叶面积指数（GAI）、平均倾角（AIA）和散射光截获率（FIPAR_dif）信息作为真实值,进一步利用上述三维小麦场景开展了虚拟的激光雷达（LiDAR）模拟实验，生成了对应的三维点云数据。基于模拟的点云数据提取了其高度分位数特征（H）和绿色分数特征（GF）。最后，利用人工神经网络（ANN）算法分别构建了从不同LiDAR点云特征（H、GF和H+GF）输入到FIPAR_dif、GAI和AIA的反演模型。结果表明，对于GAI、AIA和FIPAR_dif，预测精度从高到低对应的点云特征输入为GF+H > H > GF。由此可见，H特征对提高目标表型特性的估算精度起到了重要作用。输入GF + H特征，在中等测量噪音（10%）情况下，FIPAR_dif和GAI的估算均获得了满意精度，R²分别为0.95和0.98，而AIA的估算精度（R²=0.20）还有待进一步提升。本研究基于D3P模拟数据开展，算法的实际表现还有待通过田间数据进一步验证。尽管如此，本研究验证了D3P协助表型算法开发的能力，展示了高通量LiDAR数据在估算田间冠层光截获和冠层结构方面的较高潜力。     

土壤有机质含量高光谱估测模型构建及精度对比

土壤有机质含量对作物的生长发育有着显著影响。为实现对苹果果园土壤有机质含量快速、实时估测,本研究以山东省烟台市栖霞市苹果园为研究区,采集100个土壤样本,利用ASD FieldSpec3便携式地物光谱仪获取其高光谱反射率,利用定量化学方法测定土壤有机质含量。采用移动平均法对高光谱数据进行预处理,分析果园土壤的反射光谱特征,研究光谱反射率与其有机质含量的相关关系,筛选土壤有机质含量的敏感波长并构建光谱指数后,分别建立多元线性回归模型（MLR）、支持向量机（SVM）和随机森林（RF）模型,并对模型精度进行验证比较。结果表明,筛选出的土壤有机质含量的敏感波长为678、709、1931、1939、1996和2201 nm。用筛选出的波长构建光谱参数,最终构建的光谱指数分别为NDSI_{（678,709）}、NDSI_{（678,1931）}、NDSI_{（678,2201）}、NDSI_{（709,1939）}和NDSI_{（1939,2201）}。建立的MLR、SVM和RF回归模型中,以RF模型精度最优,其校正样本集R²为0.8804,RMSE为0.1423,RPD达到2.25;验证模型的R²为0.7466,RMSE为0.1266,RPD为1.79,建立的RF定量模型反演苹果果园土壤有机质含量效果较好。因此,可以利用RF方法快速预测苹果果园土壤有机质含量,了解土壤养分分布状况,指导农民合理施肥,从而提高果园生产管理效率。     

基于遥感与气象数据的冬小麦主产区籽粒蛋白质含量预报

开展小麦籽粒蛋白质含量的监测预报研究对于指导农户调优栽培、企业分类收储、期货小麦价格、进口政策调整等具有重要意义.本研究以冬小麦主产区(河南省、山东省、河北省、安徽省和江苏省)为研究区域,构建了冬小麦籽粒蛋白质含量多层线性预测模型,并实现了2019年冬小麦蛋白质含量预报.为了解决预测模型在年际扩展和空间扩展存在偏差的问...     

滴灌施肥对红枣土壤水盐动态及光合的影响

为了新疆地区滴灌红枣土壤盐渍化的水肥高效利用,以当地8 a成龄枣树为供试材料,结合田间试验,研究水肥管理对滴灌红枣土壤水盐动态及光合特性的影响.结果表明:灌水水平对萌芽新梢期、花期土壤含水率的影响具有统计学意义(0~40 cm);水肥耦合效应对全生育期红枣土壤含水率的影响具有统计学意义(0~40 cm和40~100 cm土层);0~40 cm土层,灌水和水肥耦合效应对全生育期土壤含盐量的影响具有统计学意义,施肥对红枣萌芽新梢期的土壤含盐量影响具有统计学意义;40~100cm土层,水肥耦合效应对土壤含盐量的影响具有统计学意义.高灌溉量(1 020 mm)对表层(0~10 cm)土壤保水性和盐分淋洗具有良好效果;增加施肥量会引起表层盐分升高;不同处理的土壤含盐量生育期末与试验前相比,均处于脱盐状态;灌水水平和水肥耦合效应对红枣叶片净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)的影响具有统计学意义;Pn和Tr均在W2F1处理(820 mm,200-100-150 kg/hm²)下达到较高水平,WUE在W3F3处理(1 020 mm,600-300-450 kg/hm²)较优,但与W2F1处理的差异无统计学意义.     

EPICphase, a version of the EPIC model simulating the effects of water and nitrogen stress on biomass and yield, taking account of developmental stages: validation on maize, sunflower, sorghum, soybean and winter wheat

The plant module of the EPIC model (Erosion Productivity Impact Calculator) has been modified to simulate the effects of water and nitrogen (N) stress on biomass production and grain yield, taking account of the sensitivity of the crops to water and N stress during the course of their developmental cycle. This French version of the model, EPICphase, was validated with maize (Zea mays L.), sunflower (Helianthus annuus L.), sorghum (Sorghum bicolor L. Moench), soybean (Glycine max L.), and winter wheat (Triticum aestivum L.) over 9 years, using experimental data from a long-term cropping system experiment carried out at three levels of cropping intensity. The results have been compared with those from a normal version of EPIC. The two versions use the same input files. The results show that EPIC overestimates crop production by comparison with the measured data, notably under conditions of severe moisture stress. The additional crop parameters introduced into EPICphase concern the water extraction capacities peculiar to each crop, the division of the growth period into four phases, with adjustments to the conversion efficiency of intercepted radiation into biomass, and the drought adaptation of sunflower and soybean. Finally, the sensitivity of the harvest index to water and N stress has been introduced for each phase of growth. These refinements have led to simulations very close to the measured values. Comparison of results from the two versions was done by means of a statistical study of mean biomass production and grain yield, standard deviations, root mean square error, regression lines, and R² values.     

螺旋槽干气密封端面非平行间隙压力分布的近似解析计算

为了研究变形后螺旋槽干气密封的气膜压力分布情况,基于MUIJDERMAN的螺旋槽窄槽理论,给出了螺旋槽干气密封端面非平行间隙气膜力的1种近似解析计算方法,并结合具体算例,与平行间隙情况进行了对比.结果表明,与平行间隙情况相比,在密封面的区域内存在某一半径R处,变形前后的气膜压力保持不变.当密封端面间形成发散型(“A字形”)间隙时,在r小于R区域,气膜压力降低,而在r大于R区域,气膜压力增大.随着偏转角θ的增大,最小膜厚减小,泄漏量增大;当形成收敛型(“V字形”)间隙时,在r小于R区域,气膜压力增大,而在r大于R区域,气膜压力降低.随着偏转角θ的增大,最小膜厚和泄漏量均先减小而后增大.     

滴灌水氮耦合对水氮利用及冬小麦产量的影响

以华北地区冬小麦为试验对象,参考直径20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量E,通过2 a的大田试验(2012—2013),研究了大田地表滴灌条件下水氮耦合制度对作物耗水量、作物生理指标、产量、氮残留及水氮利用效率的影响,结果表明,冬小麦生育期内的耗水量、叶面积指数及产量受灌水定额的影响更为显著(P<0.05);滴灌条件下,当施氮量在120~290 kg/hm²时,水氮耦合效应对冬小麦耗水量的影响不具有统计学意义;在滴灌灌水定额为0.80E,施氮量为140~190 kg/hm²的水氮耦合模式下,冬小麦的产量较高,土壤硝态氮的当季残留较少,且进一步显著增加灌水定额和氮肥投入量将导致产量的明显下降;综合考虑冬小麦水氮利用效率和对地下水的潜在淋失风险,华北典型区滴灌水氮耦合的优化组合范围宜为灌水定额为0.80E,施氮量为140~190 kg/hm².