灌水时期和灌水量对甘肃河西玉米制种产量和水分利用的影响

以玉米杂交种吉祥1号为材料,在甘肃武威凉州区连续两年研究了灌水时期和灌水量对制种产量和水分利用的影响。结果表明：在2012年和2013年玉米生育期降水128．2 mm和98．1 mm条件下,灌水量由480 mm下降到210 mm减少56．2％,两年平均种子产量降低41．6％,每增加1 mm灌水种子产量增加14．05 kg·hm-2,同480 mm高水分处理相比,360、330 mm的中等水分处理减产0．47％～8．26％、8．66％～24．90％。不同时期的灌水效应差异很大,母本吐丝期、大喇叭口期、灌浆中后期少灌水的减产效应大小为：三个时期减少灌水＞两个时期减少灌水＞一个时期减少灌水,一次60 mm灌水在母本吐丝期要比大喇叭口期、灌浆中期减产6．5％、7．2％,一次30 mm灌水相应减产11．2％、8．5％。无论试验年份如何,玉米水分利用效率（WUE）随灌水量、耗水量增加而提高,但较高WUE并未在高水分产量最高的处理,而在中等水分处理。不同灌水量和灌水时期 WUE和灌水效率（IWUE）变化与产量变化相一致,灌水减少若发生在母本吐丝期均降低了 WUE和IWUE,发生在灌浆中期、大喇叭口期却相反。综合考虑产量和水分效率,生育期灌水量减少25％～30％并不降低制种玉米种子产量,母本吐丝期对灌水最敏感,节水应在母本吐丝以前或灌浆中后期进行,以达到节水增产目标。     

满足灌水器平均流量和灌水均匀度的微灌系统优化设计方法

提出了一种基于有限元法和动态规划法的微灌系统管网优化设计方法,该方法先利用有限元法,设计出符合灌水器平均流量和灌水均匀度要求的支管与毛管参数组合方案,及相应的支管单元操作压力水头,然后将这些参数组合与支管单元操作压力水头代入动态规划模型,即可设计出微灌系统各级管道管径的最优组合方案,并确定微灌系统所需的操作压力水头。同时给出了一个微灌系统管网优化设计算例,结果表明该方法具有计算简单、方便等优点。     

沟灌土壤入渗参数和糙率估算及灌水技术要素组合研究

以SIPAR_ID模型为基础,利用水流推进资料估算了大田沟灌土壤入渗参数和糙率值,克服了以往采用水量平衡模型估算土壤入渗参数和糙率值时一些不合理的假设条件,且工作量大的缺点。用估算结果模拟了沟灌水流推进过程以及沟首水深数据,结果表明各试验点水流推进过程误差绝对值的均值分别为4.06%、4.57%和4.47%,沟首水深误差绝对值的均值分别为8.07%、10.26%和8.49%,说明采用SIPAR ID模型估算土壤入渗参数和糙率值是可行的,具有高的估算精度。根据估算的土壤入渗参数和糙率值,采用WinSRFR模型模拟了研究区域各试验点的沟灌灌水质量,提出了各试验点理论需水量分别为60 mm、80 mm和100 mm条件下合理的沟灌灌水技术要素组合,其灌水效率和灌水均匀度均在85%以上,表明可获得高的灌水质量,达到常规沟灌节水的目的。     

不同灌水水平下少耕地膜覆盖对玉米农田土壤温度和水分利用效率的影响

以大田玉米为研究对象,在少耕地膜覆盖和不同灌水水平下,研究了一膜两年用地膜覆盖、秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜对玉米农田土壤温度和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:与传统耕作覆膜和秋免耕春覆膜两种新膜覆盖处理相比,一膜两年用处理在玉米播种到拔节期的增温效果显著低于新膜覆盖,农田0~25 cm土壤平均温度较传统覆膜处理低13.35%,而对玉米拔节期到成熟期的土壤温度无明显影响,且农田0~25 cm土层土壤积温差异也不显著,相同覆膜方式下不同灌水水平间有显著差异,随着灌水水平的降低土壤积温增加;一膜两年用地膜覆盖方式下玉米籽粒产量和WUE与两种新膜覆盖方式相当,中灌水水平下WUE最高,达到17.89kg·mm-1,且在低灌水水平下获得籽粒产量显著高于传统覆膜处理,一膜两年用覆盖、灌溉定额5 700 m3·hm-2较传统耕作覆膜、灌水定额5 700 m3hm-2处理的玉米产量高出16.39%。说明,一膜两年用地膜覆盖在玉米播种到拔节期的增温效应低于新膜覆盖,但并不影响籽粒产量的形成,且在存在水分胁迫的低灌水水平下一膜两年用覆盖模式可减缓干旱胁迫,提高作物籽粒产量,是适于西北绿洲灌区的具有较好经济效益和生态效益的覆膜农田管理新技术。     

生物炭和保水剂对煤矸石基质水分物理特征的影响

探究煤矸石基质的水分物理特征,可为矸石山新土体的水分管理提供依据。本研究以生物炭、保水剂(丙烯酰胺和丙烯酸钾的共聚物)以及煤矸石与生土混合成的基质为研究材料,采用双因素三水平(生物炭和保水剂用量分别为煤矸石基质质量的0、2%和4%,以及0、0.02%和0.04%)完全试验设计,通过室内土培方法,研究添加生物炭和保水剂对煤矸石基质水分物理特征的影响。结果表明:混施4%的生物炭和0.04%的保水剂,煤矸石基质的田间持水量较对照显著提高52%。混施4%的生物炭和0.02%的保水剂使煤矸石基质的稳定入渗速率和累积入渗量较对照显著提高34.43%和42.57%;而单施2%的生物炭以及单施0.02%和0.04%的保水剂,未显著提高煤矸石基质的饱和含水量、毛管持水量和田间持水量。双因素分析表明,生物炭对煤矸石基质水分状况的影响比保水剂显著,在煤矸石基质中混施生物炭和保水剂比单施生物炭或保水剂更能提高其保水性能。聚类分析结果表明,在混施处理中,生物炭的施用量越多,煤矸石基质的保水性能越高,同时也提高了其累积入渗量和累积蒸发量。总之,混施生物炭和保水剂显著影响了煤矸石基质的保水性能和入渗性能。     

农艺措施和保水剂对土壤蒸发和夏玉米 水分利用效率的影响

为进一步研究黄淮海地区免耕夏玉米栽培节水问题,于2011年进行大田试验,研究了农艺措施(播后镇压、秸秆覆盖)和保水剂对土壤蒸发和夏玉米水分利用效率的影响.结果表明,夏玉米整个生育期平均,处理A(播后镇压)、B(播后镇压+秸秆覆盖)、C(播后镇压+保水剂)和处理D(播后镇压结合秸秆平茬覆盖和保水剂)比处理E(播种后覆土)在0～40 cm土层,土壤含水量增加了4.78％、7.96％、5.50％和11.08％,水分蒸发减少了16.33％、103.78％、28.37％和128.77％,产量提高了9.68％、17.60％、11.78％和24.01％,水分利用效率也增加了9.64％、17.55％、11.71％、23.96％,效益增加了1 536.34、2 516.42、801.74、2 553.10元/hm2.这种作用在夏玉米的生长前期更明显,拔节前的土壤水分比较,处理A、B、C、D比E增加了8.74％、15.81％、10.48％和20.28％,水分蒸发减少了17.81％、164.68％、40.35％和209.43％.处理D集成了镇压、秸秆覆盖、保水剂的作用,能够充分提高土壤水分含量和抑制水分蒸发.建议在黄淮海区夏玉米实行播后镇压结合秸秆覆盖等农艺措施,有条件的地方可以再结合增加保水剂的应用.     

灌水处理对春小麦穗部性状和产量的影响

选用15个春小麦品种(系),在冬灌1 800 m3/hm2的基础上,生育期设3次灌水处理(T1:拔节期、开花期、乳熟期)2、次灌水处理(T2:拔节期、开花期)和1次灌水处理(T3:拔节期),每次灌水1 050 m3/hm2,研究了水分对春小麦穗部性状及产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:T2条件下3粒小穗比率、穗粒数、穗粒重、产量和WUE都是最高;T3条件下无效小穗比率最高,而1粒小穗比率、2粒小穗比率、穗粒数、产量和WUE则最低。相关分析表明产量与WUE在三种水分处理条件下都呈极显著正相关,在T3条件下穗粒数与产量和WUE显著负相关,穗粒重与产量和WUE极显著正相关,穗粒数与穗粒重在T1、T2条件下极显著正相关,而在T3条件下不相关。表明适宜灌水提高了3粒小穗比率,进而增加了穗粒数和穗粒重,提高了产量和WUE,而缺水降低1粒和2粒小穗比率,增加了无效小穗比率,减小了籽粒饱满度,进而减小穗粒重,降低产量和WUE。     

不同灌水水平下一膜两年覆盖的玉米农田土壤水分和经济效益分析

以大田玉米为研究对象,在少耕地膜覆盖和不同灌水水平下,研究了一膜两年用地膜覆盖、秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜对玉米农田土壤水分和产量的影响,以期为灌区玉米生产优化耕作措施、地膜再利用、提高水分利用效率提供理论依据。结果表明,一膜两年覆盖可显著提高播前农田0~60 cm土层土壤含水量和土壤贮水量(0~120 cm),一膜两年覆盖农田贮水量较传统耕作覆膜提高13.31%,且处理间差异显著;在玉米生育期一膜两年用地膜覆盖可明显提高0~30 cm土层土壤含水量,一膜两年用较传统覆膜处理0~30 cm土层土壤含水量提高7.67%,而不同处理对30~120 cm土层土壤含水量影响较小。高灌水水平下,一膜两年覆盖方式可达到与传统耕作覆膜方式相当的产量,在中、低灌水水平下高于传统覆膜处理,分别增产2.40%和16.39%,且在低灌水水平下WUE在不同覆膜方式处理间存在显著差异,一膜两年覆盖的WUE分别较秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜高出5.25%和20.26%;此外,一膜两年覆盖方式可显著减少成本投入,产投比分别较秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜提高7.27%和15.69%。说明一膜两年用地膜覆盖可显著提高播前和生育期0~30 cm的土壤含水量,在水分胁迫的低灌水水平下一膜两年用覆盖模式可减缓干旱胁迫,提高作物子粒产量和水分利用效率,降低成本投入,提高产投比,是适于西北绿洲灌区的覆膜农田管理新技术。     

不同深松方式对玉米产量和水分利用效率的影响

由于我国北方地区长期采用小型机具进行耕作,导致农田耕层变浅、犁底层向上移动,土壤蓄水能力下降。为了明确不同深松方法对作物产量和水分利用效率的影响,提高作物抗旱能力和生产能力,本研究通过3 a定位试验,以春季旋耕为对照（CK）,研究了秋季全方位深松（BS）、秋季连年垄台深松（RS）、初夏连年垄沟中耕深松（FS）和秋夏年际交替间隔深松（AS）4种深松耕作方式的蓄水和增产效应。试验研究结果表明,可以将不同耕作处理土壤容重特征表述为：CK为上虚下实型、BS为均匀疏松型、RS为垄虚沟实型、FS为垄实沟虚型(相对RS)、AS为年际疏松交替型。BS、AS、FS和RS不同年份土壤平均贮水量较CK增幅的变化范围分别是10.9～23.2 mm、10.9～17.2 mm、9.0～15.7 mm和6.0～8.2 mm,尽管AS的容重在年际间存在更替变化,但对年际间土壤平均贮水量影响较小。总体上BS和AS土壤贮水量高于CK和RS,提高10.9～23.2 mm,能够为不同降水年型下玉米稳产提供保障。尤其相对于其他3种深松方式,AS处理3 a研究数据玉米持续保持着高生产能力和水分利用效率,较CK产量提高17.22%～28.65%,水分利用效率提高0.27～0.73 kg·m^-3; 2013年较BS的产量和水分利用效率差异不显著,其他两年分别提高1.00%～5.92%,0.06～0.20 kg·m^-3;较FS产量提高5.59%～13.50%,2014年水分利用效率差异不显著,其他两年提高0.20～0.43 kg·m^-3,因此AS是较为适宜的深松方式。     

滴灌下秸秆覆盖与灌水量对华北冬小麦土壤水分的影响

试验于2014—2015年在北京市大兴区进行,以冬小麦为研究对象,以秸秆覆盖和灌水量为处理,对各小区棵间蒸发量(E)、土壤各层含水率(θ)、土壤表层温度(Tc)、叶面积指数及产量等指标进行实测与分析。结果表明:滴灌条件下湿润带E普遍高于干燥带,全观测期平均高出16.45 mm,较强降雨后干燥带E的波动更剧烈;秸秆覆盖可以有效减少各生育期E,低、中、高灌水量处理下秸秆覆盖比未覆盖处理分别减少20.45%、24.77%、19.14%,但在较强降雨后秸秆覆盖处理E波动更剧烈,不同灌水量对E影响不显著;低灌水量时,秸秆覆盖对灌溉水有明显的截留作用,中、高灌水量时则起到明显的保墒作用;整个观测期,E/ET先变小再变大,灌水量差异对E/ET影响显著,低、中、高灌水量下均值分别为29.71%、25.64%、21.38%;秸秆覆盖和未覆盖相比三种灌水处理E/ET分别减少8.93%、3.01%、0.44%。水分利用效率秸秆覆盖处理要普遍高于未覆盖处理,并与灌溉定额之间呈负相关。整体来看,中灌水量秸秆覆盖处理的产量和水分利用效率均较优,适合当地冬小麦滴灌种植。     

海冰水灌溉对土壤盐分和玉米产量的影响

渤海海冰盐度一般在4~11 g/kg之间,经处理可以作为农业灌溉用水。采用不同盐度(1、3、5 g/kg),不同灌溉水量(4509、00、1 350 m3/hm2)的海冰水进行农田微区试验。结果表明:(1)灌溉处理的试验终期的土壤盐度没有显著的增加,在降水的淋溶下可以保持在较低水平;在第二年返盐高峰时土壤盐分也保持在较低水平。(2)玉米籽粒产量随灌溉海冰水的盐度增加而轻微下降,在低盐度(1 g/kg)的处理时,随灌溉水量的增加而增加,在高盐度(3、5 g/kg)时则相反。玉米秆的产量也呈现出和籽粒相似的规律。     

压力水头与土壤容重对微润灌溉水分入渗的影响

为探究微润灌溉条件下水分在不同压力水头、不同容重土壤中的入渗情况,通过室内土箱模拟试验,分别设置h=2.0、1.5、1.0 m的压力水头,土壤容重γ分别为1.20、1.30、1.40 g·cm~(-3),测定累计入渗量、湿润锋及土壤含水率3个指标。结果发现,水分累计入渗量与压力水头为正相关关系,与土壤容重为负相关关系;微润管在空气和地埋出流情况下的流量与压力水头均为线性增函数关系,相同压力下,微润管的空气出流量明显大于地埋流量,微润灌溉系统更适宜采用地下埋管方式;湿润锋是以微润管为中心的近似圆形,水平运移距离与垂直向下运移距离均大于垂直向上运移距离,重力对微润灌条件下水分运移有一定的作用,但该作用随着土壤容重的增加逐渐减小;湿润锋运移距离与时间的关系近似为幂函数关系,入渗指数约为0.5;土壤容重越大,水分在土壤中的入渗速率越小,土壤对水分的蓄持能力越弱;经计算,微润灌溉的灌水均匀性符合要求。     

基于SRFR软件垄沟灌土壤水分入渗参数反推方法评价

以民勤绿洲沟灌水流推进试验实测资料为依据,建立了垄作沟灌土壤水分入渗Kostiakov模型,并利用WinSRFR数值模拟软件反向率定沟灌Kostiakov入渗模型中入渗系数k和入渗指数α,模拟分析不同沟底宽灌水沟裸地条件下水流推进和消退过程,并通过实测与模拟的水流推进过程相匹配来反向率定在动水头影响下的土壤入渗参数。结果表明,通过相对误差K、均方根误差RMSE以及不同灌水沟在30 cm处的水深变化过程来评价得到的入渗参数的精确度,表明利用大田实测与WinSRFR模型反推的入渗参数模拟的水流推进和消退过程较为一致。WinSRFR软件反推法求得的沟灌土壤水分入渗参数模拟结果满足试验精度要求,大大减小了入渗参数确定的工作量。     

微咸水滴灌条件下土壤水盐分布特征试验研究

为了研究微咸水水质及灌水量对当地土壤水盐运移的影响,充分利用新疆库尔勒水管处重点灌溉实验站的水质,进行了棉田不同灌水矿化度(0.74、2.65、3.54、.41 g/L)及灌水量(6、8、10 L)下滴灌入渗试验,着重分析了淡水(矿化度0.74 g/L)和3.5 g/L矿化度微咸水及不同灌水量下的湿润体内的水盐分布特征。结果表明:微咸水可以增加土壤水平方向含水量,但脱盐效果低于淡水滴灌条件;3.5 g/L微咸水滴灌在0~40 cm垂直土层盐分均值比平均初始值稍有增加,而10~40 cm土层内没有盐分积累,可满足耕作层内棉花的生长;由试验灌水量折合成灌水定额为23 m3/667m2,所以在当地土质下采用3.5 g/L微咸水进行膜下滴灌在≥23 m3/667m2灌水定额下可行;微咸水滴头正下方纵向的脱盐系数随灌水量的增加而增加,两者呈直线关系,由该关系式可大致推求一定脱盐系数下的灌水量。     

灌溉方式对土壤水分与灌水量影响的模拟研究

为明确灌溉方式对土壤水分和灌水量的影响,采用土壤水分概率模型分析了传统灌溉和连续灌溉的土壤水分概率分布特征与土壤平均水分变化规律,研究了灌溉方式对灌水量的影响效应。结果表明：不同灌溉方式的土壤水分概率分布特征差异明显,连续灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s^*处,传统灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s_fc处;与传统灌溉方式相比,连续灌溉使土壤平均水分含量保持在相对较低的水平,当降雨发生时,其土壤能够容纳更多的入渗水量。连续灌溉明显减少了土壤水分深层渗漏和地表径流损失水量,显著提高了降雨利用率并降低了灌溉水量,从而提高了农业水资源利用率。     

滴灌条件下土壤水分再分布过程研究

对均质风干砂壤土在滴灌条件下水分再分布过程进行研究发现:距离供水滴头较近的点,水分再分布过程开始后该点土壤含水量突然下降1~2个百分点,随后该点土壤含水量随时间延长而减少,前期较快,后期变缓;原湿润锋边缘处各点的土壤含水量在再分布过程前期表现为继续增加,后期则随时间的延长而缓慢减少。土壤水分的再分布运动使得湿润体内的土壤含水量均有不同程度的下降,土壤水分由高含水区向低含水区运移。在试验条件下水平湿润锋增长幅度6%,垂直方向增长幅度为9%,垂直方向大于水平方向;灌溉结束24 h后土壤水分运动达到暂时的平衡,此后土壤含水量变化很小,土壤湿润锋几乎不再扩展。     

沟灌渗透对直播水稻干物质积累和产量的影响

采用田间对比试验、植株分析方法,研究了相同畦宽(200cm)、不同灌水量的沟灌渗透栽培和常规淹水栽培对直播水稻茎蘖生长及干物质积累的影响。结果表明:不同时期直播水稻茎蘖生长、干物质积累、冠层叶性状和产量在不同处理之间均存在一定的差异;其中,以处理1(节水38.6%的沟灌渗透)的茎蘖生长适宜,分蘖质量高,干物质积累量大,冠层叶叶绿素含量高,有效穗数、穗长、穗粒数、实粒数和千粒重显著高于常规淹水处理,增产达8.74%。     

滴灌条件下马铃薯田的土壤水分调控方法

提出了滴灌条件下马铃薯土壤湿润范围调控的一般方法,重点探讨了通过制定更加合理的马铃薯滴灌灌溉计划来调控土壤水分时所要注意的问题。综述了马铃薯的需水特点,马铃薯耗水预报的方法,滴灌土壤水分状况的监控评价方法,降雨对土壤水分调控的影响以及5种制定马铃薯灌溉计划的参考方法。最后,根据国内外研究现状,提出了所需研究和解决的4个相关问题。     

基于HYDRUS-1D的不同质地土壤入渗过程数值模拟

基于HYDRUS-1D软件,对不同土质(淤泥、粉砂壤土、砂质粘壤土)的灌溉方案进行了系统的数值实验,模拟灌溉结束时及灌溉结束24 h之后的土壤剖面含水量和土壤湿润锋的变化情况。结果表明:在不产生径流的情况下,灌溉结束24 h后土壤的含水量分布和湿润深度只与土壤种类和灌溉量有关,与灌溉速度无关;对透水性较好的土质,灌溉水分重分布明显,以粉砂壤土灌溉速率0.7 cm·h~(-1)和灌溉时间3 h为例,灌溉结束时和灌溉24 h后土壤湿润深度分别为9.2 cm和20.6 cm,有55.3%的灌溉水参加了水分重分布;土壤湿润深度与灌溉量之间存在线性关系,拟合直线的斜率介于5.15(淤泥)和5.95(砂质黏壤土)之间。     

灌溉频率对滴灌小麦土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过田间试验,研究了不同灌水频率对滴灌小麦农田土壤水分分布及小麦水分利用效率的影响。结果表明:从整个生育期来看,在灌水量375 mm条件下,高频灌溉(每4天1次)处理0～40 cm土层含水率和土壤贮水量较高,而深层（40～100 cm）土壤较低;低频灌溉(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率和土壤贮水量较高,但水分补给不及时,表层土壤含水率和贮水量偏低;总体上中频灌溉(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配,有利于作物生长。中频灌溉产量和水分利用效率都最高,分别比高频灌溉和低频灌溉产量增加7.6%和13.5%,水分利用效率增加2.6%和9.9%。在当地自然气候条件下,滴灌小麦采用375 mm灌溉量和每7 d 1次的灌溉频率是较适宜的灌溉模式。