北京市南水北调受水区垃圾场地下水污染预测

根据南水北调供水方案,南水北调进京10年后,受水区内垃圾场将会被地下水浸泡,如不采取防治措施,会对含水层水质造成严重污染。以北京西郊为研究区,利用Visual Modflow软件中的MODFLOW模块和MT3DMS模块分别建立了地下水水流模型和溶质运移模型,对研究区内污染物运移规律进行预测。预测结果表明,10a后氯离子(Cl-)、硝酸盐氮(NO2-3)和总硬度(THD)3种离子的最高浓度和被污染的面积均增大,预测结果可作为调整地下水开采与调蓄方案和垃圾场防渗规划设计的依据。     

基于K波段的雷达水位计设计

针对传统水位测量方法的局限性以及传统水位测量仪器的误差,设计一种新型的基于K波段雷达的非接触式水位计.本系统利用雷达测距效应,得到水位与高频波发射接收时差之间线性关系.系统从硬件层面和软件层面分别进行模块化设计,并且提出若干增强系统可靠性减少系统缺陷的方法.最终制作了该水位计模型并对模型进行了测试,设备运行良好,实验结果和理论基本一致.说明该水位计具有良好的工程价值.     

有机栽培水肥一体化系统设计与试验

A water and fertilizer integrated system for organic cultivation was designed. The system integrated functions of preparing and compounding organic liquid as well as automatical irrigation. Through different subroutines of the system, the aerobic fermentation of organic materials, liquid filtration, compounding and dilution of stock solution, and decision and execution of irrigation strategy can be conducted. Thus, the integration of preparation and management of nutrient solution in organic cultivation, as well as high efficiency and fine management in water and fertilizer could be achieved. In order to verify the reliability and applicability of the system, coconut chaff was selected as organic matrix and non soil and organic cultivation experiment of cucumber was carried out in the solar greenhouse. The results showed that the system was operated stably in preparation of organic liquid and management of water and fertilizer was good in cucumber cultivation. The mechanization and automation of organic fertilizer and water management was implemented. The yield of cucumber was up to 48165kg/hm2, the content of total soluble sugar, vitamin C and titratable acidity were 2.7%, 99.2mg/kg and 008%, respectively. The development and application of this system would break through the bottleneck that existed in water and fertilizer management in organic cultivation, and it had important realistic significances.     

生物炭对东北草甸黑土水分运动参数的影响

为探明添加生物炭对东北草甸黑土水力学特性的影响,研究了以5种生物炭体积比(0、2%、4%、6%、8%)施入土壤后的土壤水分运动参数。采用土壤的VAN GENUCHTEN模型和MUALEM理论,推导出添加生物炭土壤的水分特征曲线、相对导水率和水分扩散率方程,并用试验校验理论推导结果。理论和试验结果表明,添加生物炭土壤的饱和度随基质吸力的变化接近无添加的土壤;当基质吸力低于2 000 cm时,添加生物炭能够大大提高土壤的含水率,当基质吸力高于8 000 cm时,土壤的含水率不一定增加;水平土柱吸渗试验表明,生物炭能够抑制土壤水分的水平扩散;数值模拟降雨后的土壤含水率与田间实测数值相比误差小于13.3%。研究可为东北黑土区农业水土保护和利用提供理论依据。     

不同水分管理旱直播水稻生长生理与节水效应

为了探讨东北黑土区水稻高效节水种植模式,于2017年在黑龙江省庆安县采用测坑微区试验,研究了旱直播对水稻光合特性、各器官生物产量、干物质累积速率、根冠比、伤流强度、产量水分利用效率(WUEy)、叶片水分利用效率(WUEl)和产量因子等的影响。试验设置了3个处理:滴灌旱直播(DH)、漫灌旱直播(MH)和常规插秧淹灌(CK),并以CK处理作为对照。结果表明:DH与MH处理的净光合速率Pn(分蘖末期除外)、蒸腾速率Tr、气孔导度Gs、以及叶、鞘、茎、穗等冠部干物质累积量、冠部干物质累积速率(分蘖中期至末期除外)、冠部最大累积速率在整个生育期均低于CK,但WUEl、根部干物质累积量(分蘖前期和中期除外)、根部干物质累积速率、根系活力(分蘖中期与拔节孕穗期除外)均高于CK。3个处理的胞间CO2浓度Ci整个生育期波动幅度不大。根部和总干物质最大累积速率及各生育期根冠比以DH最大,CK最小。DH与MH处理的千粒质量和结实率较CK下降不显著(P0.05),穗长和穗粒数下降显著(P0.05),有效穗数上升显著(P0.05)。DH较CK、MH分别节省灌溉用水63.88%和39.52%,WUEy分别提高2.66倍和1.64倍。滴灌旱直播种植不仅大幅度减少了灌溉用水量,显著提高了水稻的WUEy,而且具有较为可观的经济效益和显著的社会效益。研究结果可为东北黑土区水稻种植模式的选取提供技术支撑,对保障黑土区农业水土资源可持续利用具有重要意义。     

水分胁迫对冬小麦冠层辐射截获率和利用效率的影响

冬小麦地上部生物量和最终产量都取决于冠层截获光合有效辐射(Photosynthetically active radiation,PAR)的能力以及辐射利用效率(Radiation use efficiency,RUE)的大小。目前主要的作物生长模型都是利用作物冠层PAR截获率与RUE的关系来模拟作物的干物质积累和产量形成过程。为了探讨不同生育期受旱对冬小麦冠层PAR截获率和RUE的影响,本研究开展了2个生长季(2015—2016年和2016—2017年)的冬小麦田间试验。试验设置返青+拔节受旱(Early stress,ES),抽穗+灌浆受旱(Later stress,LS)以及全生育期不灌水(Whole stress,WS)3个不同处理,另外设置充分灌水处理作为对照(CK),灌水定额为80 mm。冠层接收到的太阳辐射通过每个小区中心处安装的PAR传感器全天候、不间断测得。结果表明土壤相对含水率能够有效反映冬小麦在不同受旱处理下的缺水状态。在受旱条件下,ES、LS和WS处理的最大叶面积指数分别比CK处理低31%、15%和58%。受叶面积指数影响,CK、ES、LS和WS处理的最大冠层PAR截获率分别为90%、88%、79%和42%,WS处理显著低于其他3个处理,同时,各处理叶面积指数和冠层PAR截获率的差异导致不同的冠层消光系数,其中ES处理的消光系数低于LS处理。CK、ES、LS和WS处理2年的平均地上部生物量分别为1 532、1 410、1 403、537 g/m~2。冬小麦的作物生长速率(Crop growth rate,CGR)呈现出和地上部生物量相似的规律,二者之间具有良好的相关性(R~2=0.99)。冠层辐射截获率和地上部生物量决定了冬小麦的RUE,本研究中CK处理的RUE为3.55 g/MJ,ES和LS处理的RUE要比CK处理低22%和5%,而WS处理仅比CK处理低22%。冬小麦的RUE在整个生育期呈先增大后减小的趋势,在开花期达到峰值。营养阶段受旱引起的冬小麦RUE降低幅度更大,全生育期受旱下冬小麦RUE呈现不同的干旱响应机制,有待于进一步研究。本研究认为将消光系数和RUE作为生育期或者积温的函数来对待而非单一常数,可以帮助改善作物模型中干物质的估算精度,降低模拟结果的不确定性。     

生物炭与化肥互作对土壤含水率与番茄产量的影响

为探明生物炭与化肥互作对番茄土壤含水率与及产量的影响,试验设置5个生物炭水平0t/hm~2(B1)、10t/hm~2(B2)、20t/hm~2(B3)、40t/hm~2(B4)、60t/hm~2(B5)和2个化肥水平中肥(F1)和低肥(F2)。结果表明:0～20cm土层土壤含水率均随生物炭施用量增加呈现增大趋势。在番茄生长阶段,0～20cm低炭处理土壤含水率与对照相比增幅在10%以内,高炭处理增幅达40%。20～40cm土壤含水率与0～20cm变化规律恰好相反,与对照相比施炭处理土壤含水率均呈下降趋势。其中B4F1和B4F2含水率最小,为对照的70%。施加生物炭后土壤含水率变化幅度(Ka)和变异程度(Cv)减弱。同一深度土壤随着施炭量增加Ka和Cv均减小。与对照相比较高施炭处理(B4F1、B4F2、B5F1、B5F2)变异系数Cv相对较小。随着番茄生长土壤水分在垂直剖面影响表现为较高施炭量(B4F1、B4F2、B5F1、B5F2)能有效保持耕作层有效水分,与对照相比差异显著。随着施炭量增加番茄产量增幅出现先升高后降低趋势,且均高于对照。B4F1、B4F2、B5F1、B5F2分别增幅46.34%、58.61%、49.63%和39.18%,其中B4F2产量最高。同一施炭不同施肥处理间差异不显著。研究成果可为内蒙古半干旱地区农业生产提供依据。     

剔除土壤背景的棉花水分胁迫无人机热红外遥感诊断

剔除无人机热红外影像中的土壤背景是提高作物水分诊断精度的有效途径,但也是热红外图像处理的难点问题。本文以不同水分处理的花铃期棉花为研究对象,分别在09:00、13:00和17:00等3个时刻,连续5 d采集无人机高分辨率热红外影像,并采用二值化Ostu算法和Canny边缘检测算法对热红外图像进行掩膜处理,实现对土壤背景的剔除,然后分别计算二值化Ostu算法、Canny边缘检测算法和包含土壤背景下的3种棉花水分胁迫指数(Crop water stress index,CWSI),最后建立不同时刻下3种CWSI与棉花叶片气孔导度Gs的关系模型。研究结果表明,应用Canny边缘检测算法可有效剔除热红外影像中的土壤背景,剔除土壤背景后的温度直方图呈单峰的偏态分布;3种处理方法获得的作物水分胁迫指数CWSI中,Canny边缘检测算法的CWSI最小,二值化Ostu算法的CWSI较高,包含土壤背景的CWSI最大;采用Canny边缘检测算法剔除土壤背景后的CWSI与棉花叶片气孔导度Gs的决定系数R2达到0.84,Ostu算法的结果次之,包含土壤背景的最差。本研究可为无人机热红外遥感监测作物水分状况提供参考。     

冬凌草的人工栽培与水土保持效益试验研究

冬凌草原为经济价值较高的野生药用水土保持植物,随着对其开发利用,野生资源日显不足。经试验分析,人工栽培的冬凌草遗传性状稳定,其生物学、生态学特性以及药用价值与野生自然资源相比,无明显差异,故扩大人工栽培是可行的。试验研究出的人工种植技术,可使冬凌草种子出苗率由野生传播的不足1％提高到87.2％;扦插生根率达到90.5％。冬凌草具有良好的蓄水保土作用,一年生冬凌草区比对照减少径流量36.1％,土壤流失量减少48.5％;比一年生金银花区径流量削减18.3％,减少土壤流失26.8％。