生物质炭和果胶对再生水灌溉下玉米生长及养分、重金属迁移的影响

利用根箱试验方法比较了生物质炭和果胶对再生水灌溉下土壤—植物系统养分和重金属迁移特征的影响及差异性。结果表明,再生水灌溉不利于植物的生长,果胶和生物质炭两个处理相比,虽然植株生长无显著差异,但果胶处理植株的生长状况优于生物质炭处理;再生水灌溉时,果胶处理地上部生物量比对照增加了59.32%。与蒸馏水灌溉相比,再生水灌溉增加了根际土壤pH;灌溉水源相同时,果胶处理根际土壤pH略低于生物质炭处理。生物质炭和果胶都增加了土壤养分的含量,果胶对土壤碱解氮、有效磷和有机质的增加效果优于生物质炭,生物质炭对土壤有效钾的增加幅度大于果胶。生物质炭增加了植株的养分含量,果胶提高了养分的转运能力。生物质炭降低了土壤有效态Fe、Mn、Cu、Ni的含量,果胶增加了土壤有效态Fe、Mn、Cu、Pb、Ni的含量。果胶处理植株根系重金属含量普遍高于生物质炭处理,如蒸馏水灌溉下果胶处理根系Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd、Ni含量分别比生物质炭处理增加了165.29%,113.01%,21.16%,92.74%,14.61%,26.86%和53.43%,但Cu、Zn、Pb、Cd、Ni等元素在果胶处理的转运系数最低。该研究可为再生水灌溉下生物质炭和果胶在北方碱性土壤的农业安全利用提供理论依据。     

基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

干湿交替灌溉和施氮量对水稻内源激素及氮素利用的影响

为探讨干湿交替灌溉与施氮水平对水稻根系内源激素水平及氮肥利用的影响,以连粳7号为材料,采用防雨棚土培试验,研究3个灌溉方式:浅水层灌溉、轻度干湿交替灌溉、重度干湿交替灌溉与3个氮肥水平(0、240和360 kg/hm2)对水稻根系内源激素(玉米素及玉米素核苷(Z+ZR)、生长素(IAA)、脱落酸(ABA))、叶片氮代谢酶活性(硝酸还原酶(NR)、谷氨酰胺合成酶(GS)、谷氨酸合成酶(GOGAT))、植株氮素累积量及氮肥利用效率的影响及其耦合效应。研究结果表明:在相同施氮水平下,轻度干湿交替灌溉促进根系Z+ZR、IAA合成,提高叶片中NR、GS及GOGAT活性,氮肥吸收利用率显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉则抑制根系Z+ZR、IAA合成,降低叶片NR、GS及GOGAT活性,植株氮素累积量及氮肥利用效率显著降低(P0.05),而根系ABA含量则明显增加(P0.05);在相同灌溉方式下,根系Z+ZR、IAA含量、叶片氮代谢酶活性及氮肥累积量在保持水层及轻度干湿交替下随着施氮量的增加而增加,而在重度干湿交替灌溉下则随着施氮量的增加先增加后降低,中氮处理明显提高氮肥利用效率(P0.05)。相关分析表明:根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶活性与氮肥吸收利用率呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系,而脱落酸含量则与氮肥吸收利用率呈极显著的负相关关系(P0.01)。根系合成的Z+ZR、IAA及叶片中氮代谢酶供氮效应为正效应,抽穗后,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应为正效应,而重度干湿交替灌溉则为负效应。该研究对探索水氮耦合机理,为水稻高产高效栽培实践提供理论及科学依据。     

Spatial variability of water retention parameters and saturated hydraulic conductivity in a calcareous Inceptisols (Khuzestan province of Iran) under sugarcane cropping

The objective of this study was to quantify inherent spatial variability and spatial cross-correlation of the van Genuchten retention parameters and saturated hydraulic conductivity (K_s) of surface and subsurface layers in a calcareous Inceptisols (Khuzestan province, Iran) under sugarcane cropping. Measurements were performed on 100-cm³ undisturbed soil cores collected at 94 locations along a 30-m-long transect with horizontal sampling distance intervals of 0.3 and 1 m at soil depths of 0–40 and 40–80 cm, respectively. Spatial variability was investigated using conventional statistics and geostatistical techniques. Coefficient of variation (CV) varied from 8.2% (for shape parameter, n at 40–80 cm depth) to 256.7% (for K_s at 0–40 cm depth). The n parameter and saturated water content, θ_s, showed a small-scale spatial heterogeneity with a maximum CV of 11.3% for the first depth and 9.2% for the second depth. Most of the hydraulic parameters at both depths showed a spatial structure and convex experimental semivariograms with dominant spherical models with the influence range of 3.2–41 m. In most cases, the extent of spatial correlation scales of cross-semivariograms for pairs of cross-correlated hydraulic variables was found to be different with reference to those relating to the direct semivariograms of correlated variables.     

干湿交替灌溉与施氮耦合对水稻根际环境的影响

为了探讨不同水氮耦合对水稻根际土壤环境及根系分泌有机酸总量的影响,以新稻20号为材料,进行盆栽试验,设置浅水层、轻度(-20 k Pa)和重度干湿交替灌溉(-40 k Pa)3种灌溉方式及不施氮肥,中氮(normal nitrogen,MN,240 kg/hm~2)和高氮(high nitrogen,HN,360 kg/hm~2)3种氮肥水平9个处理。结果表明:轻度干湿交替灌溉及中氮增加了土壤酶活性,提高土壤中微生物数量,根系分泌有机酸总量显著提高(P0.05);重度干湿交替灌溉及重施氮肥则降低土壤酶活性及微生物的数量,显著(P0.05)减少根系分泌有机酸的总量;相关分析表明:根际土壤酶活性及微生物数量与不同生育期根系分泌有机酸总量呈显著(P0.05)或极显著(P0.01)的正相关关系。土壤酶活性、微生物数量及有机酸总量的供氮效应为正效应,轻度干湿交替灌溉供水效应及耦合效应均为正效应,而重度干湿交替灌溉的控水及耦合效应则为负效应。研究可为通过水氮耦合调控水稻良好的根际环境提供依据。     

江苏省水资源利用相对效率时间分异与影响因素

[目的]全面客观地研究2005—2014年江苏省用水效率的时间分异性,为江苏省更好地开展水资源可持续利用工作,提高水资源利用效率提供有针对性地科学理论依据。[方法]选取江苏省2005—2014年的相关指标数据,运用传统数据包络分析模型及其改进模型,计算得到江苏省的用水技术冗余率、规模冗余率及水资源相对利用效率;并结合典型相关分析模型,探究影响水资源利用相对效率相关因素。[结果]规模冗余率与人均地区生产总值符合环境库兹涅茨曲线。技术冗余率与人均地区生产总值呈负相关。运用典型相关分析方法研究发现影响两种冗余率的因素也并不完全相同。[结论]近10a江苏省水资源利用效率呈现平稳增长,其中影响技术冗余率的因素主要是万元地区生产总值用水量和第三产业比重;而影响规模冗余率的因素则为水资源开发利用率和万元地区生产总值用水量。     

根系吸水模型模拟覆膜旱作水稻气孔导度

为构建覆膜旱作水稻根系吸水模型,进一步改进气孔导度模型,该文在湖北十堰开展包含3个水分处理(淹水、覆膜湿润和覆膜旱作栽培)的田间试验,分析覆膜旱作水稻蒸腾(根系吸水)与根长之间的关系,在此基础上建立覆膜旱作水稻根系吸水模型,并将其代替彭曼(Penman-Monteith,PM)方程来估算蒸腾强度,进而与脱落酸(abscisic acid,ABA)参与调控的气孔导度模型耦合,模拟覆膜旱作条件下水稻气孔导度的日变化过程。结果表明,水稻蒸腾与根长呈线性正比关系(R~2=0.96,P0.05),据此建立的根系吸水模型可以较好地模拟覆膜旱作水稻的蒸腾(根系吸水)规律,使蒸腾强度模拟值和实测值间的相对误差基本控制在15%以内;经改进后的Tardieu-Davies气孔导度模型(TD模型)可有效描述不同土层根系吸水流中的ABA浓度及不同根系层ABA的合成对木质部蒸腾流中总ABA含量的贡献,可较好地模拟气孔导度的日变化过程。改进TD模型大大提高了模拟精度,使相对误差不超过7.0%。该研究可为覆膜旱作水稻生理节水机理和水分利用效率评估提供一定的理论依据。     

鱼稻共生条件下陶粒载体水稻浮床提高细菌活性及多样性

以轻质陶粒为主要原料开发出一种新型生物浮床载体,并通过种植水稻构建了陶粒载体水稻浮床对池塘水环境进行修复。研究了陶粒载体水稻浮床对精养池塘的水质净化作用,并采用Biolog-ECO技术分析了陶粒载体水稻浮床对池塘浮游细菌碳源代谢模式和多样性的影响。结果显示,试验组池塘水中总氮(TN)、总磷(TP)和亚硝态氮(NO2–-N)等水质指标在8月份显著低于对照组,高锰酸盐指数(IMn)在8月份和10月份显著低于对照组。试验组池塘浮游细菌群落代谢活性(AWCD)、Shannon指数和丰富度指数在8月份显著高于对照塘,Shannon均匀度指数在10月份显著高于对照塘。浮床种植水稻产量达到5 900 kg/hm~2。结果表明陶粒载体水稻浮床在具备一定生产性能基础上,降低了精养池塘水中氮磷营养水平,改变了精养池塘浮游细菌群落碳源利用模式,并提高了池塘浮游细菌群落代谢活性和功能多样性。结果可为应用陶粒载体水稻浮床调控池塘水环境提供理论指导。     

PBAT生物降解膜覆盖对绿洲滴灌棉花土壤水热及产量的影响

为应对农田残膜污染,探明基于聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)材料的完全生物降解地膜代替普通塑料地膜与滴灌结合在棉花滴灌上应用效果,于2015-2016年在新疆石河子大学节水灌溉试验站,分别设置4种不同厚度和降解诱导期生物降解地膜和普通塑料地膜共5种不同处理,研究不同覆盖对滴灌棉花土壤温度、水分及产量的影响,并对可降解膜降解性能和经济效益对比分析.2a试验结果表明,覆膜60～80 d开始出现降解,至覆盖180 d后出现均匀细纹并未完全降解,0.012mm可降解地膜覆膜180 d仅仅出现裂纹,降解速度较慢.0.010mm和0.012mm厚完全生物可降解地膜处理棉花苗期土壤0～25 cm平均温度较对照分别低0.94℃和1.34℃(P＜0.05),但随着作物生长两者差异逐渐减小.4种类型可降解膜覆盖在棉花生长前期均能提高土壤土壤水分,但随地膜降解和棉花生长后期则显著降低,与普通塑料地膜相比土壤水分显著降低1％～3％.总体而言,覆盖完全生物可降解地膜处理2a平均产量较CK减少2％～3％,水分利用效率减少4％左右(P＜0.05),净收入少1 858.5元/hm2 (10.2％),4种类型可降解地膜产投比相比,厚度较薄0.010mm处理应用经济效果较好.可见,目前全生物降解地膜若要代替普通地膜,解决残膜污染,仍需进行较大的改善.     

咸淡水间歇组合灌溉对盐碱耕地土壤水盐运移特性的影响

为探明土壤水盐在咸淡水间歇组合灌溉条件下的运移情况,采用室内一维垂直积水入渗试验,以全淡水和微咸水直接灌溉作为对照,设置了四种间歇时间,分别为0、30、60、120 min,三种咸淡水组合比例,分别为2∶1、1∶1、1∶2,进行咸淡水间歇组合灌溉。结果表明:在同一入渗时间,间歇组合灌溉的累积入渗量大于淡水灌溉,与微咸水直接灌溉差异较小;累积入渗量(I)与湿润锋运移深度(Zf)的决定系数R2均大于0.99,I和Zf呈良好的线性关系;间歇组合灌溉的土壤含水率、灌水均匀度均远远大于淡水灌溉,但间歇组合灌溉的灌水均匀度随着淡水所占灌水定额比例的增加而减小;在5~45 cm作物根系密集区,土壤整体脱盐,但间歇组合灌溉土壤脱盐率显著高于微咸水直接灌溉,与淡水灌溉差异较小;不同间歇时间、组合比例对土壤脱盐率的影响均达到显著性水平。