河西地区滴灌春玉米对不同灌溉决策方法的响应

基于3种灌溉决策方法(土壤水分、蒸散量、土水势),设置10个灌溉处理(CK,W₁,W₂,E_P100,E_P80,E_F100,E_F80,P₂₅,P₄₅,P₆₅),研究不同灌溉决策方法对河西地区春玉米生长、产量及水分利用效率WUE的影响.结果表明:基于土壤水分、蒸散量、土水势调控灌溉下产量最高的处理分别为CK,E_P100和P₂₅;处理CK的产量比E_P100和P₂₅分别增大6.90%和8.28%.CK的春玉米生长和干物质积累最优,但是耗水量最大,为718.54 mm,比E_P100增大26.13%和11.57%.处理E_P100的产量显著低于CK,但WUE显著高于CK.处理P₂₅较CK和E _P100灌水次数多,产量和水分利用效率表现均不突出.处理E_P80和E_P100的产量和WUE差异不具有统计学意义.综合考虑产量、水分利用效率和灌溉决策方法的适用性,基于过去蒸散量调控灌溉,每周灌水定额为80%ET₀(E_P80)是最适合河西地区春玉米高效稳产的灌溉决策方法.     

基于不同水肥组合的春玉米相对根长密度分布模型

根系分布是模拟作物生长与土壤水分和养分运移,以及制定合理的灌溉制度和作物管理不可缺少的参数之一。现有的根系分布模型大多是于单一灌水和施肥条件下建立的,因此研究不同水肥组合下滴灌玉米的根系分布模型更具有实际意义。利用2a的田间小区试验,以春玉米"强盛51号"为试验材料,设置4个灌水水平,2015年和2016年分别为I_(60)(60%ET_c)、I_(75)(75%ET_c)、I_(90)(90%ET_c)、I_(105)(105%ET_c)和I_(60)(60%ET_c)、I_(80)(80%ET_c)、I_(100)(100%ET_c)、I_(120)(120%ET_c),ET_c为玉米需水量;4个N-P_2O_5-K_2O kg/hm~2施肥水平:F60(60-30-30)、F120(120-60-60)、F180(180-90-90)和F240(240-120-120),共16个处理。在春玉米灌浆期对根长密度(root length density,RLD)进行了测定,建立了不同水肥供应条件下相对根长密度(NRLD,normalized root length density)分布模型。结果表明:春玉米NRLD与土壤剖面相对深度呈现显著的三阶多项式函数关系,且三次项参数(R0)与灌水量和施肥量呈现二元二次多项式函数关系,决定系数(R~2)为0.84;验证结果显示,I_(60)、I_(75)、I_(90)和I_(105)灌水水平下NRLD模拟值与实测值均方根误差(RMSE)分别为0.20、0.16、0.16和0.17,标准化均方根误差(n-RMSE)分别为32%、27%、14%和17%,且R~2达0.95以上;基于NRLD分布模型估算各相对深度RLD分布比例,估算结果表明地表至相对根系扎深1/3处根长占总根长比例平均达73.6%,地表至相对根系扎深1/2处根长占总根长比例平均达82.8%。该模型对于指导大田春玉米灌溉施肥管理具有重要的理论意义。     

滴灌施肥生育期比例分配对榆林市马铃薯生长和水分利用的影响

以当地主栽品种“紫花白”为研究材料,按前期(苗期+块茎形成期,ES)少、后期(块茎膨大期+淀粉积累期,LS)多的施肥比例,基于马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期占全生育期总施肥量的比例设置了8个处理(T1-T8),研究了同一滴灌施肥水平下,生育期内施肥比例分配对马铃薯的生长、产量和水分利用的影响.结果表明:马铃薯LAI和干物质值均表现为苗期和块茎形成期,ES_0.4~0.5处理大于ES_0.2~0.3,在块茎膨大期时,处理ES_0.2大于ES_0.3~0.5;淀粉积累期和成熟期,处理T7的LAI和干物质下降明显.而块茎形成期开始施肥的处理T1,T2在块茎膨大期、淀粉积累期和收获时都获得了较高的LAI和干物质.对于干物质转运而言,开花后块茎积累量表现为ES_0.2>ES_0.3~0.5,块茎干物质累积主要是在花后同化作用下建立的.产量变化规律为ES_0.2>ES_0.5(处理T7除外)>ES_0.4(处理T5除外)>ES_0.3(处理T2除外).各处理马铃薯单株商品薯质量变化规律与产量一致,而平均单薯质量、单个商品薯质量和单株结薯数间没有统一的变化规律.施肥处理水分利用和肥料偏生产力变化趋势与产量类似,各处理耗水量差异不具有统计学意义.综上,从产量和节水角度考虑,试验条件下滴灌施肥马铃薯生育期内比例分配最优方案为苗期和块茎形成期总施肥比例20%(苗期不施肥,形成期20%),块茎膨大期占施肥总量的55%和淀粉积累期占施肥总量25%.     

施氮时期对夏玉米生长、干物质转运与产量的影响

为探索不同施氮时期对陕西关中地区夏玉米生长和产量的影响,通过桶栽施氮试验,研究了施氮总量相同的情况下,不同施氮时期对夏玉米的生长、产量和干物质分配转运的影响。试验设置7个施氮处理:N0不施氮(对照);N1拔节期一次性施入;N2大喇叭口期一次性施入;N3吐丝期一次性施入;N4拔节期、大喇叭口期分次施入;N5拔节期和吐丝期分次施入;N6拔节期、大喇叭口期和吐丝期分三次施入。结果表明:N4处理植株的产量显著高于其它处理,相对于拔节期一次施肥的N1处理增加了5.56%;N4处理的叶面积、成熟期干物质较其它处理高,相对于N1处理分别增长了8.03%和8.29%;N2、N5和N6处理的产量和干物质量无显著性差异,相对于N1处理产量分别增长了4.0%、4.7%和4.1%,N1、N3处理的产量和干物质量较其它处理低,说明分次施肥可以提高玉米的产量和干物质量,最佳施肥方案为拔节期、大喇叭口期分次施入;N3、N5处理的干物质转运率相对较低,相对于产量较高的N4处理转运率分别降低5.5%和8.6%,但其花后同化物累积量相对于N4处理分别提高4.1%和7.8%,绿叶面积相对于其它处理较高,表明吐丝期追施氮肥可以延缓叶片衰老,从而提高玉米的产量。     

基于叶片干物质的冬小麦临界氮稀释曲线模拟研究

过量施氮现象在陕西省关中平原非常突出,采用简单有效的作物施氮量估算技术,可实现生产成本降低和生态环境改善的双重目的。临界氮浓度可用于诊断作物氮营养状况,前人多基于地上部干物质建立临界氮素稀释曲线,而本研究以叶片干物质建立该曲线。试验设6个冬小麦品种和4个氮素(N0、N1、N2和N3)水平,以两季(2013—2015年)田间数据构建和验证了基于叶片干物质的冬小麦营养生长期临界氮稀释曲线,经拟合,叶片的临界氮浓度与叶片最大干物质符合负幂函数关系,依据临界氮稀释曲线推导的氮营养指数可评价冬小麦的氮营养状况。结果表明,氮营养指数随施氮量的增加而增加,其值介于0.57~1.21之间,建立的相对产量与氮营养指数关系表明,关中平原适宜的施氮量介于105~210 kg/hm2之间。基于叶片干物质的临界氮稀释曲线模型可以很好地评估植株体的氮营养状况,用以指导该区域冬小麦的科学施氮。     

基于数值天气预报后处理的参考作物蒸散量预报改进

针对基于数值天气预报（Numerical weather prediction,NWP）对参考作物蒸散量（Reference crop evapotranspiration,ET0）进行预报通常需要数据偏差校正的问题,基于LightGBM机器学习方法和我国西北地区9个气象站点数据提出一种对第二代全球集合预报系统（Global ensemble forecast system,GEFSv2）预报气象因子进行偏差校正的方法（M3）。该方法使用太阳辐射、最高和最低气温、相对湿度和风速集合分别对每个气象因子进行重预报,再计算ET0。使用等距离累积分布函数（EDCDFm,M1）和单气象因子输入的LightGBM法（M2）对模型精度进行评估。结果表明,GEFSv2的预报因子与相应的观测气象因子之间存在不匹配问题,其不匹配程度因气象因子不同而不同,太阳辐射的匹配度较高,相对湿度的匹配度较低。M3模型有助于缓解数据不匹配问题。M1、M2和M3方法在9站点预报ET0的平均均方根误差（RMSE）分别介于0.66~0.93mm/d、0.57~0.83mm/d和0.53~0.79mm/d,平均绝对误差（MAE）分别介于0.44~0.61mm/d、0.38~0.56mm/d和0.35~0.53mm/d,决定系数（R2）分别介于0.82~0.91、0.84~0.93和0.86~0.94。3种方法均在夏季误差最大,1~16d平均RMSE分别为1.21、1.18、1.04mm/d。各预报因子中太阳辐射对ET0预报误差影响最大,其后依次是风速、最高气温、相对湿度和最低气温。在后处理过程中,NWP的最高气温预报值对其他因子预报精度的贡献最大、对相对湿度预报精度的贡献最小。建议在进行NWP偏差校正时,应考虑数据不匹配问题,通过多因子校正来弥补预报精度的不足。     

土壤水分调控对南疆滴灌棉花生长、品质及水分利用的影响

针对南疆地区水资源短缺、棉田水分利用效率低等问题,研究膜下滴灌条件下土壤水分下限调控对棉花生长、产量、品质和水分利用效率的影响。以棉花品种新陆中66号为材料,以田间持水量(FC)为土壤水分上限,棉花生育期设置85%FC(T1)、75%FC(T2)、65%FC(T3)、55%FC(T4)和45%FC(T5)5个土壤水分下限来调控土壤水分。结果表明：土壤水分下限的提升对株高和生物量有明显的促进作用, 土壤水分下限从 45%FC增至85%FC,棉花株高和生物量分别增加了25.80%和25.38%;随着土壤水分下限的降低,灌溉定额减少,T1处理灌溉定额最大（378 mm）,T2、T3、T4、T5处理与之相比分别节水11.64%、33.07%、33.95%、46.83%;随着土壤水分下限的提升,棉花产量逐渐增大,但土壤水分下限过高,棉花单株有效铃数降低,产量增加不再明显,水分利用效率较低;土壤水分下限为75%FC时棉花单株有效铃数、单铃重增加,产量和水分利用效率分别达到7 146.4 kg·hm^-2和1.40 kg·m^-3;土壤水分调控对棉花纤维品质有显著影响,土壤水分下限越低,马克隆值越大,成熟度指数越高,断裂比强度和断裂伸长率减少,采用主成分分析法得出T2为棉花品质综合较优的处理。因此,建议在膜下滴灌方式下南疆盐碱地区棉花土壤水分下限控制在75%FC为宜,非生育期进行冬灌淋盐,冬灌定额为300 mm,生育期灌溉定额为334 mm,整个生育期灌水12次,灌水周期为8 d。     

灌水量、种植密度和行距对河西地区春玉米产量的影响

为确定河西地区膜下滴灌春玉米适宜的灌水量和配套栽培技术,2020年在中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站开展大田试验,设置2个灌水量(W₁,W₂)、2个种植密度(D₁,D₂)和3种行距(L₁,L₂,L₃),共12个处理,3次重复.通过测定株高、叶面积指数(LAI)、干物质累积及分配等指标,研究灌水量、种植密度与行距对春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响.结果表明,在相同灌水量下,处理D₂的株高和LAI显著高于D₁,增加种植密度提高了玉米群体干物质积累量、产量及水分利用效率(WUE).处理W₂D₂L₃的干物质累积量和产量最高,分别为96.45和17.72 t/hm²;处理W₁D₂L₃的水分利用效率最大,为3.57 kg/m³.灌水量与种植密度两者交互作用对产量及其构成因素的影响具有统计学意义(P<0.05);灌水量、种植密度与和行距三者交互作用对收获指数的影响具有统计学意义(P<0.05),对作物耗水量(ET)和WUE的影响具有统计学意义(P<0.01).灌水量、种植密度与行距均对河西地区春玉米群体结构、耗水量、产量及水分利用效率存在一定的调控效应:由大到小为种植密度、行距和灌水量.综合分析,“80%ET_c+10.0万株/hm²+宽窄行”为河西地区膜下滴灌春玉米适宜的灌水和种植模式.     

基于临界氮浓度模型的日光温室甜椒氮营养诊断

临界氮浓度稀释曲线是诊断作物氮营养状况的有效手段。该研究基于2 a温室小区试验,以参考作物蒸发蒸腾量（reference crop evapotranspiration,ET0）为基准,设置4个灌溉水平（105%ET0、90%ET0、75%ET0、60%ET0）和4个氮素水平（300、225、150、75 kg/hm2）,构建和验证基于地上部生物量的甜椒在不同水分条件下的临界氮浓度稀释曲线经验模型。结果表明,植株氮素吸收量、地上部生物量、经济产量和水分利用效率（water use efficiency,WUE）随灌水量增加呈先增加后减小的趋势;灌溉水平75%ET0和90%ET0下,最优施氮量差异较小,且可获得较高经济产量和WUE,但经济产量和WUE不能同时达到最佳。75%ET0灌溉水平可获得高于90%ET0灌溉水平约11%的水分利用效率,且经济产量仅降低约3%,鉴于研究区水资源较短缺,灌水量75%ET0施氮量190 kg/hm2左右为最佳策略。该研究可为西北地区温室甜椒实时精准灌水施氮提供理论依据和技术支持。研究可为西北地区温室甜椒实时精准灌水施氮提供理论依据和技术支持。     

分根区交替灌溉下水分亏缺对夏玉米生长和水分利用效率的影响

为探讨玉米节水灌溉方式的理论依据,通过桶栽试验研究了分根区交替灌溉(APRI)方式下,不同生育期水分亏缺对夏玉米生长、干物质累积质量、籽粒产量、总耗水量和水分利用效率(WUE)的影响.结果表明:常规灌溉(CI)方式下,苗期和全生育期水分亏缺的株高、叶面积和总耗水量均显著低于充分灌溉,但苗期水分亏缺可以提高WUE.相同的灌水方式和亏缺时期,中度亏缺的根干物质质量、地上和总干物质质量以及籽粒产量均显著高于重度亏缺;相同的灌水方式和灌水水平,苗期水分亏缺的株高、叶面积、根干物质质量、地上和总干物质质量以及总耗水量均显著的低于灌浆期,但籽粒产量和WUE均显著高于灌浆期;相同的灌水水平和亏缺时期,APRI的根干物质质量和总耗水量均显著低于CI的,但APRI的籽粒产量和水分利用效率均显著高于CI的.本研究结果表明,APRI在苗期进行中度亏缺有利于营养生长的调控,并达到节水高产,提高WUE的目的.