聚氯乙烯球阀水流阻力特性及流动规律分析

为了研究排灌工程管网中PVC球阀水流阻力及流动规律,对2种PVC球阀DN75和DN50进行了试验,采用角位移传感器监测阀门开度,同时采用Realizablek-ε紊流模型对2种球阀进行了数值模拟并分析验证,在此基础上对3种规格球阀DN110、DN90和DN63进行了数值模拟研究,得到5种规格球阀的阻力系数计算表达式。比较试验与数值模拟结果,DN75和DN50球阀模拟的阻力系数值与试验吻合的较好。DN75球阀流场特征显示相对开度为0.91时流态比较稳定,无明显漩涡;相对开度为0.36时压力、速度梯度较大,在球阀YZ截面出现大小相当、方向相反的对称漩涡,造成了较大的水头损失。研究结果可为管网的水力计算提供参考。     

考虑作物冠层高度的屋脊形大棚形状优化

为提高屋脊形大棚太阳辐射利用率,增强保温蓄热能力。该研究依据大棚内部作物对采光和蓄热保温的需求,提出了基于冠层高度和恒定体积约束的屋脊形大棚形状优化模型,设置大棚采光面捕获太阳辐射量大及有效种植面积尽可能大的约束条件,在内部能量需求恒定的条件下分析大棚高度比及方位角对太阳辐射捕获量的影响规律,并优选出不同脊位比大棚在不同地区下的最优参数组合。结果表明：1）大棚所捕获的太阳辐射量大多随高度比减小而逐渐减小,在高度比 k=5时为最大值;相同高度比下,脊位比越大,大棚所捕获的太阳辐射量越大;当高度比 k=5时,沈阳地区脊位比为0.65、0.75和0.85的大棚相对于脊位比为0.50时的增长率分别为2.67%、4.42%和6.17%。2）大棚太阳辐射捕获量大多随方位角增加呈先减小后增加趋势,在方位角0°～90°的范围内,脊位比越大,大棚所捕获的太阳辐射量越多,在90°～180°的范围内相反;当大棚脊位比为0.65、0.75和0.85时,随着地区纬度的增加,大棚太阳辐射捕获量最低值点所对应的方位角值逐渐减小,不同脊位比之间的差异逐渐减小。3）大棚在不同地区优选得到的高度比值仅与作物冠层高度有关;地区纬度越高,脊位比及高度比越大,大棚优选得到的方位角相对于南北走向偏转的角度越大。该研究可依据作物冠层高度大小在大棚捕获太阳辐射量尽可能多的前提下减少大棚供热成本,为推进塑料大棚的整体规划发展提供理论依据。     

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。     

缓释氮肥与尿素掺混对玉米生理特性和氮素吸收的影响

【目的】 研究不同施氮量下尿素与缓释氮肥掺混对大田玉米生理特性、氮素吸收和土壤硝态氮残留的影响,以期探索减少土壤硝态氮淋失、提高氮肥利用效率的高效施氮管理模式。 【方法】 试验在西北农林科技大学节水灌溉试验站进行,供试土壤质地为壤土,玉米品种为郑单958。设置了3种氮肥类型为尿素 (U)、缓释氮肥 (S)、尿素和缓释氮肥以 3∶7比例掺混 (SU); 4 个施氮 (N)水平为 90 kg/hm2 (N1)、120 kg/hm2 (N2)、180 kg/hm2 (N3)、240 kg/hm2 (N4),以不施氮肥 (N0) 为对照,共13个处理。在生育期内对玉米的产量和生理指标进行观测,并测定玉米主要生育期植株养分和土壤硝态氮含量。 【结果】 尿素掺混缓释氮肥 (SU) 处理的玉米生长后期叶绿素总量最大值分别比尿素 (U) 处理和缓释氮肥 (S) 处理最大值提高7.7%和1.3%。各生育期尿素掺混缓释氮肥 (SU) N3处理的净光合速率和蒸腾速率最高,分别高于其他处理6.9%～88.6%和3.4%～90.3%。尿素掺混缓释氮肥 (SU) 处理能够更好地促进玉米对氮素的吸收利用,其中尿素掺混缓释氮肥 (SU) N3处理氮素吸收量和籽粒的氮素分配量达最大,分别为156.0 kg/hm2和79.7 kg/hm2,高于其他处理8.1%～67.3%和6.2%～54.1%。尿素 (U) N3处理与缓释氮肥 (S) N2处理的氮素吸收量和籽粒的氮素分配量无显著差异;尿素掺混缓释氮肥 (SU) 在N3施氮量下,产量达到最高为 6200.4 kg/hm2,比尿素 (U) N3处理和缓释氮肥 (S) N2处理的产量分别增加了20.7%和19.8%。与单施尿素 (U) 和缓释氮肥 (S) 处理相比,尿素掺混缓释氮肥 (SU) 处理能充分利用0—40 cm土层养分,减少土壤氮素向更深土层淋失,提高氮肥利用率,降低土壤环境污染的风险。 【结论】 尿素与缓释氮肥掺混条件下,施氮量180 kg/hm2是提高试验区玉米叶绿素含量和光合作用,促进氮素吸收,减少硝态氮向土壤深层淋失的最佳施肥管理模式。      

灌水频率和施肥量对滴灌马铃薯生长、产量和养分吸收的影响

【目的】针对陕北榆林风沙土马铃薯灌水施肥不合理及水肥利用效率低的问题,通过研究滴灌施肥条件下不同的灌水频率和施肥量对马铃薯生长、产量及养分吸收利用的影响,以期科学地对马铃薯进行水肥调控,为实际生产提供参考依据。【方法】试验于2016年5—10月在陕西省榆林市农业科技示范园区内进行,试验设置了3个灌水频率D1 (4 d)、D2 (8 d)、D3 (10 d)和3个施肥量(N、P_2O_5、K_2O)水平,即F1 (100、40、150kg/hm^2)、F2 (150、60、225 kg/hm^2)、F3 (200、80、300 kg/hm^2)组合,共9个处理。在生育期对马铃薯生长指标进行观测,收获时统计产量及产量构成因素。【结果】1)同一灌水频率下,F3处理的株高、茎粗、叶面积和产量显著高于F1和F2处理,肥料偏生产力在F1处理下最高,而水分利用效率受施肥量的影响不显著,养分利用效率随着施肥量的增加而减小。F3处理的产量达41518 kg/hm^2,比F1和F2处理分别提高11.75%和8.52%,F1处理下肥料偏生产力为128.12 kg/kg,比F2和F3处理的高出45.67%和78.99%。2)在同一施肥量下,马铃薯的生长指标、产量和肥料偏生产力均在D2处理达到最大值,D2处理下的产量和肥料偏生产力分别为42932kg/hm^2和105.88 kg/kg,而D1处理下水肥利用效率最高,但D1和D2之间水分利用效率差异不显著。从水肥交互作用来看,D2F3的产量和水分利用效率最高,分别为44870 kg/hm^2,107.39 kg/(mm·hm^2),D2F1的肥料偏生产力最高,为142.02 kg/kg。【结论】合理的灌水频率与施肥量不仅能维持马铃薯较好的生长特性,而且能获得较大的经济效益。综合产量与节水节肥因素,D2F3处理(8 d,N 200 kg/hm^2、P_2O_5 80 kg/hm^2、K_2O 300kg/hm^2)可作为基于本试验条件下较适宜的灌水施肥组合。     

基于气象资料的日辐射模型在中国西北地区适用性评价

地表总辐射(Rs)是作物生长模型率定、蒸散量估算、灌溉制度制定和太阳能资源利用的重要基础数据。为有效提高辐射资源利用率,该文基于中国西北地区10个气象站点1993-2016年气象数据对9种不同日辐射模型进行适用性评价。采用非线性回归分析法对Bristow-Campbell(B-C)模型进行参数属地化修正,得到B-C校正模型。模型适用性评价结果表明:9种模型在西北地区的辐射模拟值和实测值均呈极显著相关(P0.01);基于日照时数的日辐射模型(?ngstr?m-Prescott、Ogelman、Bahel、Louche、Almorox-Hontoria、Glower-Mc Culloch,其R2介于0.875~0.954)计算精度高于基于温度的模型(Hargreaves-Samani、Annandale、Bristow-Campbell,其R2介于0.652~0.813);其中基于日照时数的模型中Bahel模型精度最高,其次是Ogelman和Glower-Mc Culloch模型,其RMSE分别为2.282、2.309和2.313 MJ/(m~2·d),n RMSE分别为14.0%、14.2%和14.2%,MAE分别为1.666、1.701和1.697 MJ/(m~2·d),Nash-Sutcliffe系数(NS)分别为0.905、0.903和0.902;基于温度的日辐射模型中B-C校正模型精度最高,其RMSE为3.819 MJ/(m~2·d),n RMSE为23.3%,MAE为2.680 MJ/(m~2·d),NS为0.741。因此,西北地区日辐射计算当仅有日照时数资料时推荐使用Bahel模型,当仅有温度资料时推荐使用Bristow-Campbell校正模型。     

Assessing the response of chickpea (Cicer aeritinum L.) yield to irrigation water on two soils in Punjab (India): A simulation analysis using the CROPMAN model

Shrinking water resources in northwest India calls for diversification from a rice–wheat cropping system to low-water-requiring crops and development of water-efficient technologies in Punjab state. Chickpea, because of its lower water demand (evapotranspiration) and irrigation requirement has been identified as a suitable alternate crop to wheat. Simulations, averaged over 18 years, using the CROPMAN model indicated that the yield of chickpea on coarse- to medium-textured soils was higher in a rice–chickpea cropping system compared with maize–chickpea and mung–chickpea systems because of increased availability of water. Yield response of chickpea to irrigation depended upon soil texture, the timings and number of irrigations. The optimum yield (2 t ha⁻¹) on coarse- to medium-textured soils after rice can be obtained with one heavy pre-plant and two post-plant irrigations, i.e., one in mid-February and one in mid-March synchronizing irrigations with flowering and grain development stages. Grain yield with irrigation water followed a quadratic function and linear with evapotranspiration. Water use efficiency and evapotranspiration was curvilinear. Grain yield was significantly sensitive to water stress during the pod setting to grain development period irrespective of soil texture.     

滴灌夏玉米土壤水分与蒸散量SIMDualKc模型估算

为研究西北半干旱地区作物蒸腾和土壤蒸发规律,以及土壤蒸发量占蒸散量的比例(简称蒸发占比),开展2 a夏玉米滴灌控水试验,设置正常灌水(W1)、适度水分亏缺(W2)和中度水分亏缺(W3)3个灌水水平.采用W2实测土壤水分数据对SIMDualKc模型进行参数率定,并采用W1和W3实测土壤水分数据对模型进行验证;进一步基于SIMDualKc模型对不同水分供应的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量、植株蒸腾和蒸散量进行定量模拟分析.结果表明,SIMDualKc模型可以较好地模拟西北半干旱区滴灌夏玉米不同水分供应条件下的土壤水分动态变化过程,实测值与模型预测值有较好的一致性(R2＞0.88,RMSE＜5％);夏玉米生长期,模型能较好地估算不同水分供应的土壤水分胁迫系数、土壤蒸发量和植株蒸腾.土壤蒸发主要集中在生育前期,而生育中期较低,后期略微升高.植物蒸腾主要集中在快速生长期和生长中期,整个生育期呈先增大后减小的趋势.蒸散量随着土壤蒸发和植物蒸腾的变化而变化,前期主要受土壤蒸发的影响,快速生长期、生长中期和后期主要受植物蒸腾的影响.Wl～W3处理土壤蒸发量为78.1～100.2 mm,植株蒸腾为221.8～293.3 mm,蒸散量为299.3～383.0 mm,蒸发占比为24.1％～28.7％.研究可为西北半干旱地区制定合理的夏玉米滴灌制度和灌溉决策提供理论依据.     

新疆水-能源-粮食系统安全综合评价

针对水-能源-粮食(WEF)系统纽带关系复杂,系统安全性的定量评价存在不足的问题,在分析WEF系统协同竞争机制的基础上,构建了系统安全评价指标体系和评价方法,以新疆各市域为例进行定量评价。结果表明:1997—2016年,新疆WEF系统安全等级整体呈上升趋势;各市域WEF系统安全变化趋势呈现为2个阶段:1997—2009年,除克拉玛依市和乌鲁木齐市外,其余市域系统安全等级均呈增加趋势,安全等级空间差异明显;2010—2016年,一半市域系统安全等级呈下降趋势,安全等级空间差异减小。随着政策导向的变化和技术的不断进步,能碳强度始终是影响新疆WEF系统安全的重要因素,其他主要影响因素由农业用水和用能方面转变为可再生能源自给率和水资源安全,进而导致前后两阶段WEF系统安全空间格局差异明显。各市域子系统投影值排名反映出各市域驱动机制的差异,应结合各市域主要影响因素和区域特点,因地制宜采取有效措施,以提高各市域WEF系统的安全。     

秸秆覆盖量对土壤水分利用及春玉米产量的影响

为了探明半干旱区秸秆覆盖栽培中适宜的秸秆覆盖量,在宁南旱区进行了春玉米栽培试验。试验设1.35、0.9、0.45和0万kg/hm24个覆盖量处理,分析了不同覆盖量对土壤水分、玉米产量及水分利用效率的影响。结果表明,4年玉米生育期覆盖量从高到低0～200 cm土层平均土壤贮水量分别较CK(无覆盖)高15.47、10.79 mm和6.26 mm(P<0.05)。试验期间,2009年玉米生育期降雨量最低(为266.1 mm),各处理依次较CK增产13.10%、17.37%和5.40%(P<0.05);2010年玉米生育期降雨量最高(为433.6 mm),各处理依次较CK增产3.91%、7.58%(P<0.05)和1.70%。0.9～1.35万kg/hm2覆盖量增产效果明显,4年平均比CK增产14.23%～12.03%,水分利用效率提高了10.64%～8.87%。宁南旱区,0.9万kg/hm2秸秆覆盖量能更好地蓄水保墒,促进农田土壤水分良性循环,且对提高玉米产量和水分利用效率有显著效果。