生物炭对日光大棚土壤团聚体结构的影响

[目的]探明果木生物炭对杨凌地区日光大棚土壤团聚体结构的影响,提出适宜该地区的生物炭添加量,为改良日光温室大棚土壤结构,提升作物产量提供科学依据。[方法]设置10,30,50,70,90 t/hm~2共5个生物炭添加量处理,以未添加生物炭处理为对照,采用干筛法和湿筛法,对比分析不同处理的团聚体几何平均直径、平均重量直径、破坏率和分形维数等指标。最后通过分析不同生物炭添加量下的作物产量,综合考虑土壤团聚体指标,提出最优的生物炭添加量。[结果]添加生物炭后,土壤机械稳定性大团聚体含量增加0.6～4.6 mg/kg,机械稳定性微团聚体含量降低4.0%～32.6%;添加生物炭后,粒径为3～2 mm,2～1 mm,1～0.5 mm水稳性大团聚体含量分别增加25.3%～41.2%,22.7%～74.2%,9.1%～46.4%,粒径为0.5～0.25 mm水稳性大团聚体含量降低2.1%～18.1%。生物炭能够促进小粒径微团聚体的形成,但对微团聚体稳定性和总含量没有显著影响。添加生物炭后菠菜鲜重显著提升(68.7%～214.9%)。[结论]生物炭能够改良土壤团聚体结构。综合考虑团聚体、作物产量因素,在日光大棚添加70 t/hm~2生物炭效果最好。     

安装高度和工作压力对育苗喷头水力性能影响的试验研究

【目的】探究安装高度及工作压力对育苗喷头水力性能的影响,得到育苗喷头适宜工作条件,优化育苗喷头喷洒水力性能。【方法】选取育苗喷头的安装高度为0.5、0.6、0.7 m,分别测试其在200、250、300、350 kPa工作压力下单喷头的水量分布。基于水量平衡原理,建立移动喷洒水量分布计算模型,将单喷头定喷水量分布转换为喷头移动水量分布,计算出不同组合间距下的均匀性系数,并对组合间距-工作压力-均匀度进行多项式拟合,得到不同安装高度下的拟合公式。【结果】在0.5～0.7 m范围内,增大喷头的安装高度能提高单喷头水量分布的均匀度、降低峰值喷灌强度;单喷头平均喷灌强度随压力的增大而增大;工作压力相同时,组合均匀性系数随着组合间距的增大多呈现先减小后增大再减小的趋势;安装高度相同时,喷头组合均匀性系数随压力的改变所呈现的变化规律不明显;试验条件下,喷头的最优工况为:安装高度0.5m、工作压力300kPa,组合间距0.5m,组合均匀度98.08%。安装高度升高时,单喷头喷洒辐射面积增大,喷头喷灌强度峰值降低,水量分布更均匀,工作压力升高时,各测点喷灌强度增大,喷洒范围更广。【结论】在试验条件下,...     

基于参与式调查的河套灌区节水灌溉技术适宜性分析

采用问卷调查、半结构式访谈及现场勘察等参与式调研方法对河套灌区内作物种植、作物灌水、农业水利工程等现状进行了调查。基于灌区内4个地区的农户调查问卷及入户访谈所得的调查资料应用问题矩阵、问题树分析方法及SWOT等分析工具对灌区内影响节水灌溉技术适宜性的种植业各方面现状进行了分析研究。结果显示灌区内目前存在农户节水意识淡薄、土地盐碱化情况严重、耕地规模化程度低、农业收入比例不协调、节水灌溉技术认识不足、灌溉用水效率低等亟待解决的关键问题。针对灌区存在的问题提出推广节水灌溉技术,提升节水意识、加强盐碱地治理、建立健全土地流转机制、调控粮食价格,提高农户种植业积极性,提高灌溉用水效率,完善灌溉制度等5项解决对策。     

塿土介电特性与水分检测频率及温度影响

为了确定基于介电特性的土壤含水率传感器的合适检测频率,并降低温度对介电参数的影响,以陕西关中地区的塿土为对象,利用矢量网络分析仪和同轴探头技术研究了信号频率(10～4 500 MHz)、土壤含水率(9%～25%)和温度(5～50℃)对土壤相对介电常数ε’和介质损耗因数ε″的影响,分析了介电参数变化的原因及频率、含水率和温度对电磁波穿透深度的影响规律.研究结果表明,在10～4 500 MHz频段内,随着频率的增大,土壤的ε’单调递减,而ε″先增大,后减小,进而再增大;ε’和ε″均随含水率和温度的增大而增大;穿透深度随频率、含水率和温度的增大而减小;频率、含水率和温度是影响土壤介电参数及穿透深度的主要因素.50～100MHz是基于介电特性检测土壤含水率的最佳频段.     

粉碎秸秆对冬小麦棵间蒸发的影响

利用秸秆粉碎还田配施化肥(S)和常规施肥(R)2种措施下的大田试验数据,对比分析了2种措施下冬小麦全生育期内棵间蒸发量的变化,棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例与叶面积指数的关系以及土壤含水量与叶片含水量的关系.结果表明:S,R 2种措施下冬小麦全生育内的棵间蒸发量变化均呈现为"大—小—大—小—大"的"W"型变化规律,相比较R措施,S措施可有效抑制冬小麦棵间蒸发,全生育期内平均抑制蒸发率为9.96%,抑制蒸发率随着生育期变化,呈现出"高—低—高—低"的趋势.同时冬小麦全生育期内S措施下的叶面积指数均高于R措施下的,棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例均小于R措施下的,可见,S措施有利于叶片生长,并可减小棵间蒸发量占蒸发蒸腾量的比例.冬小麦封行后,通过监测40~60 cm和60~80 cm土层的土壤含水量可反映S,R 2种措施下冬小麦的水分状况.     

地上部与地下部作用对玉米/大豆间作优势的影响

通过对不同分隔方式下玉米/大豆间作的养分吸收量、光合参数与产量等的测定,分析地上部和地下部的资源竞争作用。试验设置4种间作分隔方式和2种单作处理:地上地下均不分隔(T1),地上地下均分隔(T2),仅地下分隔(T3),仅地上分隔(T4),单作玉米(T5)与单作大豆(T6)。结果表明,对于籽粒产量和生物学产量的土地当量比,T1为1.23和1.20,T2为0.97和0.91,T3为1.01和1.02,T4为1.10和1.08。玉米相对大豆的资源竞争能力,T1为0.79,T2为-0.08,T3为0.14,T4为0.39。玉米相对大豆的氮、磷、钾营养竞争比率,T1为1.63、1.92和1.50,T2为1.05、1.03和1.06,T3为1.28、1.32和1.27,T4为1.47、1.43和1.36。除拔节期外,T1玉米的净光合速率P n、蒸腾速率T r、气孔导度G s与细胞间隙CO2浓度C i最高;T4略低于T1,但差异不显著;T2和T3均显著低于T1;除分枝期外,T1大豆的P n、T r、G s与C i最低;T4略高于T1;T2和T3均显著高于T1。综上所述,对于玉米/大豆的间作优势而言,地上部与地下部的相互作用大于单一因素的作用,其次,地下部作用大于地上部作用。     

砂石覆盖条件下夏玉米蒸发蒸腾量的估算

【目的】准确估算作物蒸发蒸腾量(ETc)。【方法】基于2014—2016年遮雨棚下夏玉米土箱生长试验,对砂石覆盖条件下夏玉米ETc的单、双作物系数法计算公式进行了修正,并以小型蒸渗仪测得的ETc,实测对修正后的作物系数法的适用性进行了评估。单作物系数由ETc,实测和参考作物蒸发蒸腾量直接计算得到,用2014和2016年的单作物系数与砂石覆盖量进行拟合,得出计算ETc的单作物系数法修正公式后对2015年度的数据进行验证。【结果】砂石覆盖条件下夏玉米各生育阶段的ETc,单和ETc,实测较为接近。在双作物系数法中引入修正系数验证后发现各处理条件下的计算值接近ETc,实测。【结论】双作物系数法的计算结果能更好地估算砂石覆盖条件下夏玉米的蒸发蒸腾量。     

基于无人机遥感与植被指数的冬小麦覆盖度提取方法

基于开源飞控Pixhawk开发了一套集成稳定云台、位置与姿态系统(Position and orientation system,POS)数据采集模块的无人机多光谱遥感图像采集系统,同步采集520~920 nm范围内的红、绿和近红外波段信息。以冬小麦为例,分别在越冬期、拔节期、挑旗期和抽穗期进行飞行实验,飞行高度55 m,多光谱影像地面分辨率2.2 cm。采用监督分类与植被指数统计直方图相结合的方式,提出了一种田间尺度小麦覆盖度快速提取的方法,给出归一化植被指数(Normalized difference vegetation index,NDVI)、土壤调节植被指数(Soil-adjusted vegetation index,SAVI)及修正土壤调节植被指数(Modified soil-adjusted vegetation index,MSAVI)对应的植被像元与土壤像元的分类阈值,分别为0.475 6、0.705 6和0.635 0。同时利用基于同步采集的地面分辨率可达0.8 cm的高清可见光遥感图像提取了相应时期的冬小麦覆盖度参考值。结果表明,基于无人机多光谱遥感技术及植被指数法可以较好地提取冬小麦越冬期、拔节期、挑旗期和抽穗期的植被覆盖度信息。与SAVI、MSAVI相比,基于NDVI分类阈值的提取效果最好,绝对误差最小。     

起垄覆膜条件下夏玉米农田耗水过程分析

起垄覆膜是西北地区常用的一种种植方式,具有显著的增产效应,但是其增产是否导致了过度消耗土壤水分仍然存在争议。为了探究起垄覆膜增产是否具有可持续性,在陕西杨凌开展了连续3年(2014—2016)的夏玉米种植试验,设置起垄覆膜(RM)和平作不覆盖(NM)两个处理,在试验数据基础上,结合HYDRUS-2D模型分析起垄覆膜对夏玉米蒸腾、土壤蒸发及深层渗漏等田间耗水过程的影响。结果表明:HYDRUS-2D模型率定和验证的R~2在0.65~0.85之间,RMSE在0.014 7~0.021 3 cm~3/cm~3之间,说明该模型可以较好地模拟土壤水分变化过程。RM处理下夏玉米3年平均蒸腾速率比NM处理大18.2%,蒸腾量高15.6%;蒸发速率比NM处理小33.3%,土壤蒸发量低29.6%;蒸腾量的增加和蒸发量的减少使RM处理蒸发量占总蒸发蒸腾量的比值比NM处理小25.5%。RM处理的深层渗漏3年分别为82.5、46.0、9.0 mm,平均是NM处理的1.3倍。RM处理3年平均增产5.3%,水分利用效率提高15.2%,并且田间耗水量减少了2.8%。本研究结果表明起垄覆膜能增大作物蒸腾量,减小土壤蒸发量,促使无效水转化为生产性用水,因此减小了田间水分消耗,具有节水增产效应,适合在当地推广。     

倾转三旋翼垂直起降无人机悬停姿态控制

针对一种倾转三旋翼垂直起降(VTOL)飞行器在悬停状态下的姿态控制问题,设计了一种基于STM32系列微控制器的飞行控制系统。采用十轴组合惯性导航模块实时采集载机平台姿态信息,并结合基于四元数的互补滤波算法进行姿态信息解算。针对无人机姿态控制实时性和精度要求高的特点,采用串级PID控制算法对载机进行悬停状态下的姿态控制。实验结果表明:串级PID控制算法在悬停状态下能够对倾转三旋翼垂直起降飞行器进行快速、稳定、准确的姿态控制,并具有一定的鲁棒性。在横滚角的内环采用PD控制(Kp为8.371,Kd为3.015),外环采用PD控制(Kp为5.1,Kd为1.15);俯仰角的内环采用PD控制(Kp为3.137,Kd为1.6),外环采用PID控制(Kp为3.43,Ki为0.003,Kd为3.97);偏航角采用PI控制(Kp为9.30,Ki为0.11)时,其悬停状态下具有最优姿态控制效果。研究结果对倾转三旋翼垂直起降飞行器飞行控制的后续研究具有指导作用。