基于茎直径变化的甘蔗水分亏缺诊断指标确定

为了确定甘蔗水分亏缺诊断指标及其临界值,该文以新台糖22号为试验材料,通过盆栽和大田试验研究了水分胁迫下甘蔗全生育期植株茎直径变化特征,然后利用盆栽试验数据分析了盆栽甘蔗的茎直径变化指标日最大收缩量(maximum daily shrinkage,MDS)、日增长量(daily increase,DI)和土壤水分的关系,回归建立了基于MDS和DI的甘蔗水分亏缺诊断模型。大田和盆栽试验均表明,甘蔗处于苗期、分蘖期和伸长期的茎生长阶段,土壤水分差异导致的茎生长差异显著(P0.01)。盆栽试验表明60%以下田间持水率的水分胁迫(中度及重度干旱)在茎生长阶段均可使甘蔗茎直径增长总量降低约41.7%~100%,且对甘蔗茎直径增长的影响以伸长期最大,分蘖期次之,苗期最小;在甘蔗成熟期,16个观测日正常、轻、中和重旱茎直径总增长量分别为0.049、0.055、0.048和0.033 mm,该阶段茎秆基本停止生长,土壤水分差异导致的茎生长差异不显著(P0.05),成熟期对水分亏缺最不敏感。对各生育期的MDS和DI与土壤含水率的回归分析结果表明,除成熟期DI指标外,其他各生育期的MDS和DI均与土壤含水率显著线性相关,决定系数在0.501~0.765之间。苗期MDS、分蘖期和伸长期的DI能更好地诊断水分亏缺。所建立的模型可较好的诊断甘蔗水分亏缺,研究结果可为利用茎直径变化指导甘蔗灌溉提供理论依据。     

充分灌溉条件下桃树茎直径最大日收缩量模拟

该文以6年生大田“仕女红”桃树为试验材料,研究了在充分灌溉条件下茎直径最大日收缩量（MDS）的变化规律、MDS与参考作物蒸发蒸散量、太阳净辐射量、水汽压亏缺日均值、正午水汽压亏缺值、气温日均值、正午气温的关系,目的在于建立MDS模拟方程,为现代节水灌溉提供精确决策指标。结果表明：试验期间桃树MDS与各个气象要素具有相似的变化规律,但是各个气象要素对桃树MDS的影响程度不同,经通径分析得出正午气温和太阳净辐射对MDS的直接作用、总作用和决策系数均高于其他气象要素,参考作物蒸发蒸散量、水汽压亏缺日均值、正午水汽压亏缺值、气温日均值通过正午气温和太阳净辐射对MDS起间接作用,所以正午气温和太阳净辐射量是影响MDS最主要的因子。在此基础上建立了MDS模拟方程,用此方程计算的MDS值与实测的MDS值间无显著差异。因此,该方程确定的MDS值可以作为桃树灌溉的参考值,将实测的MDS标准化后可为桃树精确灌溉提供技术支撑。     

桃树茎直径微变化与土壤水势及气象因子的关系

通过对充分供水和逐步干旱处理的盆栽“仕女红”桃树茎直径微变化动态的观测,分析了茎直径日最大收缩量(MDS)、日增长量(DI)和日最大值恢复时间(RT)对水分状况和气象因子的响应,并对适宜灌溉控制指标进行了探讨.结果表明:随土壤水势降低,桃树茎直径MDS和RT呈增大趋势,DI呈下降趋势并由正值变为负值;气象因子对桃树茎直径变化影响显著,太阳辐射(Rn)和空气相对湿度(RH)对MDS影响最强烈,连续降雨对DI和RT影响显著.DI受土壤水势影响产生变化的趋势明显并受气象因子影响较小,是最理想的灌溉控制指标,可将DI=0作为灌溉控制临界值;MDS受气象因子影响强烈,变异性较大,且需要充分灌溉条件下的MDS作为参考,RT与土壤水势的相关性不高,因此均不适合单独作为灌溉控制指标.     

基于茎直径变化的作物水分状况监测研究进展

对“利用茎直径变化监测作物水分”的研究进行了综述。自20世纪60年代开始,基于茎直径变化的作物水分状况监测指标体系研究经历了两个阶段,即茎直径变化与作物水势关系的定性研究阶段;考虑环境变化和植株正常生长的茎直径变化—作物水势之间动态量化阶段。此方法通过对作物体内水分的动态监测,并与计算机应用相配合,可以用于温室和大田条件下指导适时灌溉。     

基于茎直径变化的无线传感器网络作物精量灌溉系统

为实现准确判断作物水分亏缺程度,为精量灌溉提供科学依据,该文基于作物水分胁迫茎直径微变化诊断方法,研发了无线传感器网络节点,并设计了无线传感器网络精量灌溉系统。该系统可以使人们随时随地精确获取作物需水信息,并实现精量灌溉。该系统具有功耗低、成本低廉、鲁棒性好、扩展灵活等优点。初步试验表明了该系统的合理性与实用性。可以应用于温室、农田、苗圃等区域。该研究为无线传感器网络在节水农业中的应用做出了探索。     

根据植株茎直径变化诊断作物水分状况研究进展

植株茎直径膨胀和收缩与作物体内水分状况的关系一直是研究的热点问题。根据20世纪50年代以来的大量国内外文献,综述了茎直径变化法诊断作物水分状况的研究进展,阐明了从植株茎直径变化诊断作物水分状况方法的优势,指出了此项研究存在的问题,进而对其今后研究方向和发展趋势进行了展望。     

基于茎直径变化监测番茄水分状况的机理与方法

该研究以春季温室番茄为试验材料,以筒栽和小区相结合的方法探索了番茄茎直径变化的机理与规律、外界环境因素对茎直径变化的影响以及如何消除气象因子对实测日最大收缩量（MDS）数值干扰等问题,目的在于为基于茎直径变化监测作物水分状况、实现自动灌溉的技术提供理论和实践依据。试验结果表明,番茄茎直径变化落后于叶水势变化,二者存在很好的相关性。番茄茎直径收缩过程是由韧皮部及木质部收缩同步构成,而恢复过程则是不同步的,木质部恢复较快。番茄盛果期蒸腾强度大于花果期蒸腾强度,蒸腾强度越大一天中最小茎直径出现的时间越晚,而其茎直径开始恢复的临界气孔导度值越小。番茄MDS的变化趋势和日均辐射的变化趋势一致,但变化幅度由土壤水分决定。当土壤相对含水率由田间持水率降至50%时,MDS随土壤水分的下降而变大,天气晴好时MDS能够很好的反映出土壤水分的差异;而当土壤相对含水率小于50%后,MDS随土壤水分的下降而变小。通过统计分析,由实测MDS与参照MDS相比的相对日最大收缩量（RMDS）指标基本上可以消除气象因子对监测结果的影响,稳定的反映土壤水分状况。     

基于茎秆直径微变化信号强度监测交替沟灌玉米水分状况

为研究茎秆直径微变化信号强度与交替沟灌玉米水分状况,试验设置常规沟灌处理、交替沟灌高水处理和交替沟灌低水处理,研究了3种处理玉米茎秆直径最大日收缩量(maximum daily shrinkage,MDS)、茎秆直径日增长量(daily increase,DI)与土壤含水率的关系,探讨了以信号强度(指标实测值与参考值的比值)诊断玉米水分状况的可行性,并通过"信噪比"结合水分敏感性对各生育期内MDS信号值(signal MDS,SIMDS)与DI信号值(signal DI,SIDI)适宜性进行评价。结果表明:MDS和DI在不同生育期表现出显著差异(P0.01),易受到气象因素影响,对土壤含水率变化的响应较弱。信号强度可排除气象因素干扰,各水分处理信号值呈现出不同规律,交替沟灌玉米信号值高于常规处理信号值。不同生育期内信号强度与水分敏感性表现出显著差异,拔节期内3组处理SIDI信噪比平均值大于SIMDS,且复水后SIDI信号强度降低幅度平均值(51.44%)大于SIMDS(30.55%),因此SIDI是更适宜的拔节期水分诊断指标;抽穗期内2种指标敏感性和信噪比相差不大,SIMDS与土壤含水率相关性更好,抽穗期应选择SIMDS作为水分亏缺诊断指标。成熟期SIMDS信噪比平均值大于SIDI,复水后信号强度降低幅度平均值(65.12%)大于SIDI(52.78%),SIMDS更适宜作为玉米水分状况诊断指标。该研究可为监测交替沟灌玉米水分技术提供技术支撑。     

枣树茎直径日最大收缩量影响因子分析

选取4年生梨枣树(Zizyphus jujuba Mill.),设置4个土壤水分梯度,研究不同水分条件下梨枣树不同生育期茎直径日最大收缩量(DMDS)变化规律,确定DMDS与土壤水分及气象因子(参考作物蒸发蒸散量E、水汽压亏缺日均值V)的关系。结果表明:1)土壤水分条件影响梨枣树DMDS对气象变化的敏感度,水分适宜处理梨枣树DMDS对气象变化最为敏感,其余水分处理梨枣树DMDS的变化规律与其一致,但波动幅度较小;2)不同生育期DMDS与气象因子关系存在差异,果实膨大期、果实成熟期与E、V关系均极显著,萌芽展叶期与开花坐果期相关系数较小;3)不同水分处理梨枣不同生育期DMDS与气象因子关系不同,高水分处理(T1)开花坐果期DMDS与V关系显著,与E极显著,其他处理均不显著;4)在不同水分条件下,梨枣全生育期内参考作物蒸发蒸散量E是影响茎直径日最大收缩量的关键因素。     

不同水分状况下棉花茎直径变化规律研究

利用DD型直径生长测量仪持续监测筒栽棉花茎秆直径的动态变化,对茎直径在不同天气的日变化规律、水分胁迫条件下不同生长阶段的变化规律及其与环境因素的关系进行了研究。结果表明,茎直径变化测量参数能较好地反映棉花水分状况,但茎直径变化受外界环境因素和作物自身发育特性共同影响,在不同生长阶段,宜采用不同参数作为水分诊断指标。在茎生长阶段,茎直径最大值随时间的变化能较好地反映棉花水分亏缺程度,而不同水分处理间的日最大收缩量差异不显著;在茎成熟阶段,日最大收缩量对水分亏缺的反应非常敏感,是适宜的水分诊断指标。对影响茎直径变化的环境因素进行分析后得出,土壤水分、辐射和空气饱和差影响最大,相对湿度次之,气温和风速的影响很小。在此基础上建立了棉花茎直径日最大收缩量与环境因子之间的回归模型,可为利用茎直径变化评价作物缺水状况提供依据。     

基于茎直径微变化的棉花适宜灌溉指标初步研究

在2004和2005年棉花生长季节,采用筒栽和大田小区试验相结合,对不同水分状况下茎直径微变化动态中日最大收缩量(MDS)、日增长量(DI)和当日复原所需时间(RT)等3个关键性指标进行了研究。结果表明,3个指标对植株体内水分状况变化的反应均非常敏感,随着日出前叶水势的降低,MDS明显增大;DI逐渐减小,在水势较高时变化幅度较小;RT则大幅度延长。当叶水势降低到-0.1 MPa时,DI变为负值,RT维持在24 h。3个指标的株间变异性测定结果表明,MDS和DI均存在较大的株间变异系数,RT的变异系数最小。对RT与土壤相对含水率进行相关分析发现,两者之间呈幂函数关系,相关程度达极显著水平。根据RT与叶水势和土壤相对含水率的关系,确定了RT对应于棉花适宜水分、轻度水分胁迫和重度水分胁迫的变化范围,而且,在对应的土壤含水率范围内,RT维持在一个相对稳定的区间,说明RT可作为指导棉花灌溉的适宜指标。MDS和DI由于影响因素较多,难以确定对应于水分胁迫的临界值,不适于单独作为灌溉指标。     

番茄果实及茎秆微变化对分根区交替灌溉的响应

研究日光温室番茄果实直径以及茎秆直径微变化在不同天气状况的变化规律以及其与分根区交替灌溉(alternate partial rootzone irrigation,APRI)以及固定部分根区滴灌(fixed root-zone drip irrigation,FDI)条件下不同根区土壤含水量的关系,可为根据茎秆直径和果实直径微变化指导部分根区灌溉决策提供理论依据。该研究利用LPS-05MD植物生理监测系统对日光温室APRI和FDI处理下盛果期的果实直径与茎秆直径的微变化进行了连续观测。结果表明:晴天番茄果实直径以及茎秆直径微变化幅度较阴天显著(P0.05)。在盛果期,番茄果实直径日增长量(maximum daily increase of fruit diameter,MDIFD)与土壤水分含量关系不密切(R2=0.30,P=0.164),然而MDIFD随着日平均太阳辐射强度的增加而显著增大(R2=0.64,P=0.018);盛果期APRI和FDI处理下茎秆直径日最大收缩量(maximum daily stem shrinkage,MDS)与参考作物蒸发蒸腾量(ET0)存在显著线性正相关(R2=0.38,P0.0001);APRI处理MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着根区平均土壤含水量的增加而线性增加,并且MDS/ET0与干燥侧(R2=0.59,P0.01)以及湿润侧土壤含水量(R2=0.88,P0.001)均呈现极显著线性相关关系(P0.01),且以湿润侧的关系极显著(P0.001);FDI处理下,MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着湿润侧根区平均土壤含水量的增加而显著线性增加(R2=0.61,P0.001),而MDS/ET0与干燥侧土壤含水量无显著线性相关关系(R2=0.02,P=0.64)。该研究揭示了APRI以及FDI处理下日光温室条件下果实直径和茎秆直径微变化的机制,可为该灌溉方式下科学灌溉制度的建立提供依据。     

基于流量偏差率的滴灌毛管管径简易设计

满足灌水均匀度设计标准与额定流量的滴灌毛管管径优化设计是滴灌毛管水力设计的重要内容。该文以流量偏差率为灌水均匀度设计标准,提出一种简易的滴灌毛管管径水力设计方法。通过改变单向和双向滴灌毛管流量偏差率解析公式的形式,提出一个新的管径设计参数。基于能坡线法,建立参数与坡降比参数的关系,并绘制和构建相关图形和计算公式。结果表明：当流量指数分别取值为1.75、1.69和1.00时,单向毛管管径的设计参数取值分别为?1～≤2.801,?1～≤2.859和?1～≤4;双向毛管管径的设计参数取值分别为0～≤3.143,0～≤3.183和0～≤4。满足流量偏差率设计标准和灌水器额定流量时,单向毛管管径将有1或2个设计值,双向毛管管径将有1、2或多个设计值。根据参数的取值范围,以坡降比参数为设计变量,推导了均匀坡下单向和双向毛管管径的计算公式。此外,进一步简化了滴灌毛管进口工作水头的计算公式。当已知设计流量,流量偏差率设计标准,毛管管长等参数时,可以按照设计步骤直接计算滴灌毛管管径和进口工作水头,无需进行任何复杂的试算。设计案例1表明在多数地形条件下,利用该文方法设计单向毛管的结果与传统方法设计结果的相对误差不超过4%;设计案例2表明该文方法设计双向毛管的结果与其他2种常用方法设计结果的最大相对误差为4%。因此,从工程实践角度,利用该方法设计的滴灌毛管管径和进口工作水头与其他传统方法设计结果非常接近。相比于传统设计方法,该方法简便实用,可以直接应用于滴灌工程设计。该研究可为改进滴灌毛管优化设计提供理论依据。     

基于ET和水量平衡的日光温室实时精准灌溉决策及控制系统

为提高日光温室的灌溉水利用效率,充分发挥现有灌溉决策理论的指导作用,该文构建了基于ET和水量平衡方法的实时精准灌溉决策及控制系统。以句容布戴庄村樱桃番茄温室为试验对象,给出了利用ET和水量平衡方法的灌溉决策实施过程,即当田间蒸发蒸腾总量大于土壤中可供作物利用水分时触发灌溉,灌水量等于自上一次灌溉起蒸散量的总和。采用Java语言开发了灌溉决策软件ETSch,可实现以温室内气象数据为基础对不同地点的灌溉决策项目进行管理;设计了温室精准滴灌系统并研制了基于单片机的灌溉控制器软硬件,通过ETSch软件与控制器的连接,建立了从田间气象信息获取到灌溉决策软件运行,再到灌溉及控制系统的集成化自动精准灌溉模式。试验结果表明,该实时精准灌溉决策及控制系统的平均灌水总量控制平均误差为1.1%,系统运行稳定,节约人工;尽管采用ET和水量平衡方法低估了实际土壤含水率,但总体趋势一致,能实现合理有效的灌溉决策。该研究可为实现灌溉决策和控制系统的集成提供参考,为进一步提高灌溉效果和用水效率提供借鉴。     

温室内作物茎秆直径变化对基质含水率的响应

通过对北京地区温室内黄瓜和番茄生长期茎液流(SF)和茎直径变化(径差SD)过程以及同期温室内微气象因子的连续观测,利用相关分析方法分析了总辐射通量密度和饱和水汽压差(VPD)对茎液流和茎直径变化的影响以及茎直径变化与基质含水率的关系。发现SF与SD与温室内总辐射通量密度间的相关性并不显著,而与VPD的相关性均达到了极显著水平。分别对每日12∶00、13∶00、14∶00和15∶00的SD(与每日6∶00的茎直径之差)与VPD进行相关分析,均通过了0.01水平的显著性检验,其中以14∶00的相关系数最大。以各种作物每日14∶00的SD/VPD(径差与饱和水汽压差的比值)与基质含水率进行相关分析,表明两者间有极显著正相关关系。而且,在不同基质含水率范围内,每日14∶00的SD/VPD值保持在一个相对稳定的区间,说明14∶00的SD/VPD对基质中的水分状况很敏感,可以作为启动温室灌溉系统的参考指标。