土壤非饱和导水率温度效应研究

为计算黄土高原3种土壤温度下的非饱和土壤导水率，采用土壤水分动力学方法和数值模拟，利用室内试验分别对3种土壤不同温度下的土壤水分特征曲线，湿润峰下渗速率以及湿润峰湿度与湿润剖面平均湿度的关系进行了定量研究，得到出了以下结果，（1）建立了黄土高原3种土壤非饱和土壤导水率温度效应的定量模型，K(θ）＝△aθ^b＋KTte，栖模型为了解田间土壤水分的动态变化及评价土壤水分有效性提供了理论依据，（2）在已有模型的基础上，计算了不同含水量，温度升高1℃所引起非饱和土壤导水率和土壤有效水的净增加量，并推导出更为直观的温度对土壤水分传导有效性影响的定量模型，可以直接计算不同温度下非饱和土壤导水率的温度效应。     

中国用水结构发展态势与节水对策分析

在分析中国用水结构与发展态势的基础上,进一步剖析了中国用水现状与节水工作中存在的主要问题,据此提出了在中国必须实施综合节水的战略构思,并就如何实施综合节水提出了若干对策与建议。得出如下主要结论:①近期我国年供水量将基本维持在5 600亿m³,不会有过大的增长;我国农业年用水量将基本控制在4 000亿m³左右,但必须满足16亿人口的食物安全需要。②农业、工业、生活用水比重在近期内将基本维持在7∶2∶1的水平,其发展态势为农业用水的比重逐渐降低,而工业、生活用水比重逐渐增加,2030年农业用水比重有可能降低到60%。③农业、工业、生活节水并重,实施综合节水战略;农业节水属战略性节水,国家应给予一定扶持,不必过分追求经济效益,但需建立符合国情的节水农业技术体系和配套的政策体系;工业节水、生活节水属效益节水,应以降低万元产值用水量,提高水的重复利用率为目标,依靠现代科学技术,水价政策调控与法律法规手段强制实施,并努力赶超国际先进水平。④科技节水、产业节水、政策节水实质性溶合,以科技节水为引导和支撑,以产业节水为主要内容,以政策节水作为保障条件,建立节水型社会。     

黄土高原小流域水力侵蚀模拟试验设计与验证

针对目前黄土高原小流域室内物理模拟试验结论不能很好地定量推广到野外实际流域开发工作中去的问题，该文基于降雨、径流及入渗的水动力学原理，利用相似论较完整地给出了一套可对黄土高原小流域降雨径流进行模拟试验研究的一种设计方法和模拟试验技术。验证结果表明，在正态条件下，满足几何相似、降雨相似、水力侵蚀产沙、输沙相似及床面变形相似等条件下所建造的黄土高原延安燕沟康家圪崂小流域模型，采用几何比尺为100时，其降雨、汇流、产沙、输沙是基本符合实际情况的，可以作为该流域治理水土流失、优化治理方案，寻求水土资源高效利用措施的工具。     

原子力显微镜原理及磁畴测量

通过对原子力显微镜工作机理及磁畴理论的研究,应用原子力显微镜的磁畴测量功能检测软盘、硬盘、超磁致伸缩材料TDF等磁性材料的磁畴,并进行相应的分析。为进一步研究磁存储材料及磁致伸缩材料的磁畴特性打下基础。     

DSSAT-CERES模型在黄土高原丘陵沟壑地区春玉米生产中的适用性评价

【目的】本研究在黄土高原丘陵沟壑区引入农业技术转化决策系统(DSSAT, Decision Support System for Agrotechnology Transfer)研究春玉米生长过程,旨在组建该区土壤、 气象、 作物品种的DSSAT模型数据库,验证和评估DSSAT模型在黄土丘陵沟壑地区的适用性,为模型在黄土丘陵沟壑地区的应用奠定基础。【方法】研究主要基于陕西安塞农田生态系统国家野外科学观测研究站2002、 2003、 2005年春玉米田间试验结果,采用DSSAT4.5内嵌的GLUE(Generalized Likelihood Uncertainty Estimation)软件,结合2002、 2003、 2005三年CK处理的大田试验数据运行GLUE软件3000次,对黄土高原丘陵沟壑区玉米品种沈单10 进行参数率定,然后运行DSSAT4.5中的CERES-Maize模型对其他处理条件下的春玉米生育期、 产量、 生物量进行模拟,并结合田间实测数据进行对比验证,对模型参数的适用性进行评价,从而评价CERES-Maize模型在该区春玉米种植中的适用性。【结果】 1)2002年和2005年对春玉米生育时期的模拟误差均在3天以内,产量模拟的归一化的均方根误差(n-RMSE)和平均相对误差(MRE)均小于10%,生物量模拟的误差稍大,但均在可接受范围内。2)2003年模拟的生育期时间和春玉米实测生育期时间基本吻合,唯独出苗日期相差较大,为9天;产量模拟的n-RMSE和MRE分别为6.47%和5.03%;地上生物量模拟误差稍大,模拟结果的n-RMSE和MRE分别为31.81%和30.21%。【结论】在正常降雨条件的情况下(2002年和2005年),CERES-Maize模型能够较好的模拟黄土高原丘陵沟壑区春玉米的生长过程、 地上部分生物量以及收获产量;在降雨较少的年份(2003年),模型对作物生产实际情况的再现能力相对变弱,因此CERES-Maize模型还不能很好的模拟干旱年份下作物的生长过程。     

砂石覆盖条件下冬小麦蒸散量的单、双作物系数法估算

农田蒸散(ETc)是农业系统能量平衡和水分平衡的关键要素,砂石覆盖条件下ETc的估算对于评价砂石覆盖对农田作物的影响非常重要。为准确估算砂石覆盖条件下冬小麦ETc,在陕西杨凌建立了遮雨棚下的蒸渗仪动态观测系统。利用FAO-56的Penman-Monteith(PM)模型和单、双作物系数法对冬小麦ETc进行估算,并基于两年度不同砂石覆盖量下冬小麦实测ETc数据,对单、双作物系数法进行改进和修正,得到适用于砂石覆盖条件下单、双作物系数与砂石覆盖量的关系。结果表明:(1)冬小麦不同生长阶段的单作物系数与砂石覆盖量具有很好的线性关系,进一步结合估算的参考作物腾发量(ET0)计算,能很好地模拟两年度不同砂石覆盖量下的冬小麦ETc。(2)基于冬小麦实测ETc对双作物系数进行修正,可得到其修正系数A与砂石覆盖量之间的线性关系,进一步结合ET0可准确估算两年度不同砂石覆盖量下的冬小麦各生长阶段ETc。(3)不同砂石覆盖量下,双作物系数法比单作物系数法和PM模型估算冬小麦ETc的精度更高。总体上,单、双作物系数法在估算砂石覆盖条件下的冬小麦ETc中仍有一定的适用性,但需经实测数据进行修正。     

砾石覆盖对土壤水热过程及旱作小麦玉米产量的影响

为了揭示砾石覆盖对农田土壤水热变化及作物产量形成的影响,2013—2015年采用小区试验法研究冬小麦-夏玉米轮作条件下土壤水分变化、温度效应以及作物生长和产量之间的相互作用关系。田间试验设置无覆盖(CK)、25%砾石覆盖(GM1)、50%砾石覆盖(GM2)、75%砾石覆盖(GM3)和100%砾石覆盖(GM4)5个处理。结果表明:砾石覆盖度与土壤水分呈显著正相关,100%砾石覆盖处理土壤贮水量最高;干旱胁迫条件下砾石覆盖度越高土壤的保水性越好,降雨条件下砾石覆盖度越高土壤截留雨水的能力越大。砾石覆盖具有明显的增温效应,4个砾石覆盖处理的土壤平均温度大于CK处理,GM4处理土壤平均温度最大;砾石覆盖处理可以认为是一种有效的温度调节方式,具体表现在低温(-5~0℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度增加5℃,高温(40~45℃)条件下GM4处理较CK处理土壤温度降低3.7℃;在寒冷气候和水分亏缺的情况下4个砾石覆盖处理增温能力均大于对照。此外,夏玉米叶面积指数随着砾石覆盖度增加而增大。100%砾石覆盖处理的2季冬小麦和夏玉米平均产量较对照处理分别增加了58.55%和22.50%。可见,砾石覆盖技术可以有效保持土壤水分、增加土壤温度、促进作物生长和提高产量,是干旱半干旱地区应对水分胁迫和气候变化、     

基于聚类法筛选历史相似气象数据的玉米产量DSSAT-CERES-Maize预测

根据陕西杨凌、合阳、长武3个站点各2 a玉米试验,在对玉米生长模拟模型CERES-Maize进行调试、验证的基础上,探索在生育期内进行动态产量预测的方法并验证.研究将目标生育期内未知气象数据分别用试验地的多年历史同期数据代替,结合生育期实时数据对应生成多个完整的气象数据序列运行模型预测产量.随着生育期的推进,逐日在气象数据序列中融入目标年实测的气象数据,从播种至收获动态模拟玉米产量.此外该研究使用改进前后的K-NN算法从历史气象年份中筛选目标年的气象相似年份进而预测产量.通过对3种方法预测精度及预测效率对比,确定改进的K-NN算法最优.研究表明,玉米生育前期产量预测可靠性和准确率均较差,抽雄后预测精度迅速提高;利用改进的K-NN算法在3个站点全生育期预测产量的平均绝对相对误差的均值分别为9.9%、19.8%、17.9%,抽雄后预测产量的平均绝对相对误差在0.2%~12.6%之间,相比于使用全部历史年份数据进行全生育期产量预测,模拟所需时间从61 min缩短至25 min.对该方法中降雨因子的筛选进一步改进可提高预报精度,未来有望达到业务应用水平.     

苹果树腐烂病菌生长发育相关突变体筛选及侧翼序列分析

由弱寄生菌苹果黑腐皮壳属真菌(Valsa mali Miyabe et Yamada)引起的苹果树腐烂病是苹果枝干上的重大病害。探究病菌生长发育的分子机制对于新农药靶标位点的开发具有重要理论意义。在前期建立的苹果树腐烂病菌ATMT突变体库的基础上,利用PDA培养基常规培养法,对野生型菌株03-8及230株供试突变体菌株的菌落形态、大小以及繁殖体产生情况进行观察分析,筛选得到表型发生变化的突变体共67株(占突变体总数的29.13%)。其中11株突变体的菌落大小异常(4.78%);25株突变体的菌落颜色发生变化(10.87%);18株突变体的菌落边缘变为不规则(7.83%);9株突变体的繁殖体最初形成时间推迟至50d左右(3.91%);17株(7.39%)突变体的繁殖体产生数量发生显著变化。利用TAIL-PCR对10株表型变化的突变体进行侧翼序列扩增,获得3条T-DNA侧翼序列,序列分析发现1个为细胞色素氧化酶1(cytochrome oxidase 1),其他2个均为含有核糖体L34(Ribosomal L34)的假想蛋白。筛选获得67个生长发育受到影响的突变体,并鉴定得到2个候选的调控病菌生长发育的相关基因,为揭示苹果树腐烂病菌生长发育的分子机理奠定基础。     

砾石覆盖对冬小麦农田土壤水分及生长发育和产量的影响

【目的】探讨不同砾石覆盖量对农田土壤水分动态变化以及冬小麦生长和产量的影响。【方法】设置不同的砾石覆盖量(0,2,4,6和8kg/m~2)处理,通过连续2年大田试验,探讨不同覆盖量对土壤水分动态变化和冬小麦生长发育及产量的影响。【结果】随覆盖量的增加农田0~100cm土层土壤贮水量增大,砾石覆盖对土壤水分的影响呈先增加后减小趋势;冬小麦苗期8kg/m~2(S8)砾石覆盖量0~100cm土层土壤贮水量较对照增加10.09%和11.92%(P0.05),灌浆期差异不显著,成熟期增加8.87%和9.08%(P0.05)。冬小麦生长过程中,地上部干物质量和叶面积均呈现先增加后减小趋势,分别在灌浆和拔节时期达峰值,灌浆期砾石覆盖量8kg/m~2处理的地上部干物质量较对照分别增加35.03%和18.17%,拔节期砾石覆盖量8kg/m~2处理叶面积指数较对照分别增加10.79%和10.00%。随覆盖量的增加,冬小麦生育期呈现缩短趋势,其中砾石覆盖量8kg/m~2处理比其他处理缩短了1~5d。2013-2014年和2014-2015年冬小麦籽粒产量分别较CK高1.98%~12.13%和2.06%~15.34%,且随覆盖量增大冬小麦产量呈增加趋势。【结论】本试验条件下,8kg/m~2砾石覆盖量效果最佳。