涌泉根灌土壤湿润体影响因素的试验研究

滴头流量、灌水量及埋深与土壤湿润体的关系是涌泉根灌设计的依据。通过室内土槽试验,研究了涌泉根灌的滴头流量、灌水量及滴头埋深对均质粘壤土湿润体变化的影响。结果表明:涌泉根灌土壤入渗湿润体在垂直向下距离和水平扩散距离均与灌水时间成幂函数关系,相关系数达到0.98以上;滴头流量和灌水器埋深对土壤入渗湿润体影响较大,而灌水量对土壤入渗湿润体无显著影响。

基于无人机遥感的青贮夏玉米水分亏缺指数反演研究

为了研究不同水分胁迫和不同时间尺度对拔节期青贮夏玉米水分亏缺指数(WDI)和陆气温差监测效果的影响,利用地面数据结合无人机遥感数据建立植被指数温度梯形空间,计算WDI干旱指数,并生成WDI分布图和陆气温差分布图。在不同的时间尺度和水分胁迫梯度下分析WDI、陆气温差与土壤含水率、气孔导度的相关性。结果表明,植被指数温度梯形空间和WDI分布图对短期降雨事件反应敏感;日间尺度下WDI、陆气温差与土壤含水率、气孔导度均表现了较好的相关性(R2为0.4~0.85);旬间尺度下WDI与土壤含水率、气孔导度的相关性(R2>0.68)明显优于陆气温差(R2<0.6);旬间尺度下100%充分灌溉时,WDI、陆气温差与土壤含水率、气孔导度均无显著相关性(R2<0.12);在不同水分胁迫下,WDI与气孔导度、土壤含水率均显著相关(R2为0.7283~0.82),而陆气温差与气孔导度、土壤含水率的相关性则出现较大差异(R2为0.3566~0.8074);与陆气温差相比,采用WDI实时监测青贮夏玉米旱情更为稳定。研究结果可为大田作物干旱信息的实时监测提供参考。

施氮对中国棉田产量和水分利用效率影响的Meta分析

为系统分析不同气候条件、土壤基础条件和农田管理措施条件下施氮对棉花产量和水分利用效率的影响,收集了国内外已发表的103篇中英文文献,筛选其中37篇文献,共获得301组产量和127组水分利用效率数据。基于Meta分析方法定量分析了不同生产条件下施氮对棉花产量和水分利用效率的影响,同时利用偏相关分析找出施氮条件下棉花产量和水分利用效率的主要影响因素。结果表明,以不施氮为对照,施氮能够显著提高棉花的产量和水分利用率。在年均降水量200~500 mm的地区施氮对产量和水分利用率的提高作用最为明显,效应量分别为34.02%和54.15%;施氮对产量和水分利用率的提高作用均随着日照时数的增大而增大。当土壤pH值为6~8时,施氮对棉花产量和水分利用效率的提高作用最为明显,效应量分别为28.52%和24.59%;在不同土壤质地中施氮对产量和水分利用效率的提高作用均表现为在砂土中效应量最大,分别为46.71%和26.29%;随着施肥频次的增加,施氮对棉花产量和水分利用率的提高作用逐渐增大;施氮对产量的提高作用随灌水量的增加而增加,对水分利用率的提高作用随灌水量的增加呈先增加后降低趋势。当施氮量为300~450 kg/hm2时,施氮对产量和水分利用效率的提高作用最为明显;当种植密度为1.5×10^(5)~2.5×10^(5)株/hm^(2)时,施氮对产量和水分利用效率的促进作用最为明显,效应量分别为38.48%和16.46%。施氮量和土壤pH值是施氮条件下棉花产量的主要影响因子;施氮量和灌水量是施氮条件下棉花水分利用效率的主要影响因子。本研究结果可为不同生产条件下棉花实现高产高效提供参考。

关中地区夏玉米和冬小麦不同蒸发蒸腾量估算方法的研究

参考作物蒸发蒸腾量(ET0)是精准估算作物需水量、提高农田水分利用效率的重要依据。基于2013-2017年的田间试验数据以及相关气象观测资料,采用5种计算ET0的方法计算关中地区日平均ET0和年平均ET0,采用Origin对ET0及环境因子进行相关分析,使用标准误差估计(SSE)和决定系数r^2,在FAO-56 PM和其他4种简单替代方法之间进行比较。结果表明:对ET0和气象因子的标准分数的分析表明,ET测量值和5种方法的估计值均高度依赖于太阳辐射和温度,但与相对湿度和风速的关系较小。对5种ET0估算方法,即:FAO-56 Penman-Monteith(FAO-56 PM)、Penman-Monteith(PM)、Priestly-Taylor(PT)、Mankink(MK)和Hargreaves(HG)进行了评估。统计分析表明PM可代替FAO-56 PM方法来预测该地区的ET0值。这与作物蒸发蒸腾量(ETC)的准确估计直接相关,这也取决于作物生理特征和发育阶段、天气参数、环境条件和管理实践。

开花期番茄叶片含水率检测仪设计与试验

为实时检测开花期番茄叶片含水率,基于阻抗检测原理设计了一种植物叶片含水率检测仪,可检测100Hz~113kHz频率范围内的叶片阻抗,主要由阻抗检测、输入/输出、微控制器和叶片夹等模块组成。使用自制检测仪检测不同含水率的开花期番茄叶片,建立基于阻抗特性的叶片含水率偏最小二乘预测模型并进行验证。结果表明:以组合数据为输入的预测模型验证集精度最高,决定系数R^(2)为0.8435,平均绝对误差为4.47%;将预测模型导入到检测仪后对仪器的性能进行了测试,发现在45%~88%含水率范围内,预测值与实际值的平均绝对误差为4.51%,检测时间约为4s,表明检测仪可以实现开花期番茄叶片含水率的实时检测。

未来气候条件下秸秆还田和氮肥种类对夏玉米产量及土壤氨挥发的影响

【目的】秸秆还田配施氮肥可以提高作物生产力,但在气候变化条件下,不同管理措施对夏玉米农田氮素利用存在很大的不确定性。明确在未来气候条件下秸秆还田与氮肥种类对夏玉米产量和土壤氨挥发的影响,以应对气候变化。【方法】利用DNDC模型预测未来不同情景下,秸秆还田和不同氮肥种类对关中地区夏玉米产量和土壤氨挥发的影响。通过田间土壤温度、水分、产量和土壤氨挥发累积量试验数据的验证,DNDC模型可以很好地模拟未来气候条件下不同处理的作物产量和土壤氨挥发累积量。【结果】模拟和实测结果均表明,在当前气候条件下秸秆还田会提高作物产量并促进土壤氨挥发,稳定性氮肥与普通尿素相比对产量无显著影响但会显著减少土壤氨挥发累积量。敏感性分析表明,作物产量与土壤氨挥发累积量均对施氮量最敏感。在RCP4.5排放情景下,单施稳定性氮肥(NF1)和单施尿素(NF2)分别在2050s-2090s和2070s-2090s产量显著降低,秸秆配施稳定性氮肥(SF1)和秸秆配施尿素(SF2)均在2050s-2090s产量显著升高;在RCP8.5排放情景下,单施稳定性氮肥(NF1)在2070s-2090s产量显著降低,单施尿素(NF2)产量无显著变化,秸秆配施稳定性氮肥(SF1)和秸秆配施尿素(SF2)均在2050s-2090s产量显著升高。单施稳定性氮肥(NF1)在RCP4.5排放情景下的2050s-2090s和在RCP8.5排放情景下2030s-2090s土壤氨挥发累积量与当前气候条件相比显著提高,其余各处理在不同排放情景下未来各时期土壤氨挥发累积量与当前气候条件相比均显著降低。【结论】DNDC预测结果表明,在关中地区未来气温和CO_(2)浓度升高以及降水变化的气候条件下,秸秆还田配施稳定性氮肥会显著提高夏玉米产量并降低土壤氨挥发累积量,是最佳的高产减排农田管理方案,可为应对气候变化及合理使用秸秆和氮肥提供理论基础。

生育期干旱-复水对夏玉米生化指标的影响

以玉米品种“吉祥1号”为试验材料,通过桶栽试验,在玉米苗期(M)和拔节期(B)进行不同程度[轻度干旱胁迫(W1)、中度干旱胁迫(W2)、重度干旱胁迫(W3)]以及不同时长[5 d(T1)、10 d(T2)、15 d(T3)]的干旱-复水处理,探究夏玉米干旱-复水过程中生化指标的变化规律和夏玉米保护酶系统的响应机制,进而探究夏玉米对干旱-复水的响应机理。对夏玉米生育期5个生化指标(MDA、SOD、POD、CAT与GSH)的变化响应进行比较与分析,结果表明拔节期的各指标峰值(活性、含量)均高于对应的苗期峰值,胁迫时长为10 d的中度胁迫处理组各指标峰值(活性、含量)均高于其他处理组。因此夏玉米苗期抗旱能力不强,不宜开展持续时间较久或干旱程度较重的亏水灌溉方案;拔节期适宜采用持续时间为10 d灌水量为55%~65%土壤田间持水量的胁迫处理方案进行灌溉。

基于DNDC的夏玉米农田控氨稳产氮肥和秸秆措施优化

为明确未来气候条件下关中地区夏玉米农田适宜的施肥-秸秆措施以控氨稳产及应对气候变化,基于2019—2020年大田试验,进行不同氮肥种类和不同秸秆还田模式对农田土壤氨挥发和作物产量的影响研究。根据田间实测数据对DNDC模型进行校正与验证,利用验证后模型模拟未来气候条件下不同施肥-秸秆措施对夏玉米产量及土壤氨挥发累积量的影响,综合考虑产量和生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量,最终提出未来气候条件下关中地区夏玉米农田的优化控氨稳产施肥-秸秆措施。结果表明:校正后的DNDC模型可以很好地模拟不同施肥-秸秆措施条件下夏玉米生长和农田土壤氨挥发累积量。在未来气候条件下,秸秆还田会显著提高夏玉米产量并降低生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量。在RCP4.5排放情景下,未来2030—2090年,秸秆全量还田配施180 kg/hm^(2)稳定性氮肥生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量较低且产量较高;在RCP8.5排放情景下,未来2030—2050年和2070—2090年,秸秆全量还田配施180 kg/hm^(2)稳定性氮肥和秸秆全量还田配施162 kg/hm^(2)稳定性氮肥生产单位产量玉米的土壤氨挥发累积量较低且产量较高。因此,在RCP4.5排放情景下,秸秆全量还田配施180 kg/hm^(2)稳定性氮肥为关中地区2030—2090年较为优化的控氨稳产施肥-秸秆措施;在RCP8.5排放情景下,秸秆全量还田配施180 kg/hm^(2)稳定性氮肥和秸秆全量还田配施162 kg/hm^(2)稳定性氮肥分别为关中地区2030—2050年和2070—2090年较为优化的控氨稳产施肥-秸秆措施。本研究可为关中地区实现农业可持续发展及稳产减排提供参考。

猕猴桃树液流变化特征及对环境因子的响应

【目的】探究猕猴桃树液流变化特征及对环境因子的响应。【方法】利用热扩散插针式液流计监测关中平原地区猕猴桃树液流规律,分析猕猴桃树液流与环境因子间的关系。【结果】猕猴桃树日均液流速率在全生育期呈明显单峰型变化,最大值出现在果实膨大期为11.00 cm/h;最小值出现在抽梢展叶期为0.18 cm/h;各生育期小时尺度液流速率峰值表现为:果实膨大期>果实成熟期>开花坐果期>抽梢展叶期;不同天气条件下液流速率峰值表现为:晴天>阴天>雨天;果树日均液流速率与空气温度、水汽压差亏缺和太阳净辐射极显著正相关;太阳净辐射对猕猴桃树液流的直接作用最大,土壤体积含水率主要是通过太阳净辐射、空气温度和土壤温度的共同作用影响植物液流;气象因子与液流速率间存在明显的时滞效应,液流速率与太阳净辐射的时滞为-30 min,与湿度的时滞为60 min,与空气温度和水汽压差亏缺的时滞均为90 min。【结论】猕猴桃树在果实膨大期蒸腾最大,消耗水分最多,应注意在果实膨大期猕猴桃的土壤状况,及时补水。晴朗天气下猕猴桃树在12:00—16:00液流最大,此时果树蒸发较大,应避开这个时间段进行灌水,减少蒸腾造成的灌水损失。

施氮对关中地区冬小麦农田土壤呼吸的影响及基于植被指数的估算模型

为探寻不同施氮量对农田土壤呼吸(RS)的影响并快速准确估算RS,以关中地区冬小麦为研究对象,观测了5种施氮量下冬小麦农田RS的变化,研究了环境因子(土壤温度、土壤湿度)及作物因素(叶面积指数、地上部生物量、SPAD值)对于RS的影响,建立了适用于关中地区土壤温度与植被指数下的农田土壤呼吸估算模型。设置秸秆还田下的5种施氮量处理,分别为传统施氮量SN200(200 kg·hm^(-2))、优化施氮量SN150(150 kg·hm^(-2))、60%优化施氮量SN120(120 kg·hm^(-2))、50%优化施氮量SN100(100 kg·hm^(-2))以及不施氮肥SN0(0 kg·hm^(-2))。结果表明:不同施氮量下RS随生育期推进均表现为先升高再降低的趋势,同时添加氮肥促进了RS排放。各处理观测期内RS的均值为:SN200(3.68μmol·m^(-2)·s^(-1))>SN150(3.40μmol·m^(-2)·s^(-1))>SN120(3.06μmol·m^(-2)·s^(-1))>SN100(2.70μmol·m^(-2)·s^(-1))>SN0(2.21μmol·m^(-2)·s^(-1))。不同施氮量下冬小麦冠层近红外波段反射率在拔节期和抽穗期差异明显,反射率从高到低依次为SN200>SN150>SN120>SN100>SN0,而在灌浆期和成熟期差异不大。土壤温度显著影响了RS(P<0.01),土壤湿度与RS没有显著相关关系(P>0.05)。叶面积指数、地上部生物量、SPAD值和植被指数均与RS呈显著相关关系(P<0.05)。通过多种模型评估,建立基于植被指数和土壤温度的最佳农田土壤呼吸估算模型,显著高于基于土壤温度的单因子模型,模型精度可达到0.6以上(n=120)。

基于Meta分析的不同生产条件下秸秆还田对土壤氨挥发的影响

为探明不同生产条件下中国农田土壤氨挥发对秸秆还田的响应,通过搜集已发表的试验数据,以秸秆不还田作为对照,基于Meta分析研究了在不同自然因素和农田管理措施条件下,秸秆还田对土壤氨挥发的影响效应.同时通过偏相关分析,找出秸秆还田条件下氨挥发损失的主要影响因素并进行量化.结果表明,秸秆还田能够减少农田土壤氨挥发损失,其减排作用随生育期累积降水量的增高而减弱,随生育期均温的增高而增强;当土壤pH<6时,秸秆还田显著促进土壤氨挥发,pH≥6时,秸秆还田会显著抑制土壤氨挥发;秸秆还田对土壤氨挥发的减排效果随土壤黏粒含量的增大而增强;当土壤全氮<0.1%和>0.2%时,秸秆还田显著抑制土壤氨挥发,当土壤全氮在0.1%~0.2%时,秸秆还田会显著促进土壤氨挥发;当施氮量在60~180 kg·hm^(-2)和施氮量>240 kg·hm^(-2)时,秸秆还田会显著降低土壤氨挥发量(P<0.05),而施氮量在180~240 kg·hm^(-2)时,秸秆还田显著促进土壤氨挥发;以翻耕或旋耕方式进行秸秆还田会显著抑制土壤氨挥发,而秸秆以覆盖方式还田对土壤氨挥发无显著影响;当秸秆C/N>45时,秸秆还田会显著抑制土壤氨挥发,当秸秆C/N≤45时,秸秆还田会显著促进土壤氨挥发;秸秆还田对土壤氨挥发的减排作用随秸秆还田量的增高而增强;在非水田中秸秆还田对土壤氨挥发有显著抑制作用,在水田中秸秆还田对土壤氨挥发具有显著促进作用;偏相关分析结果表明,在水田中,生育期均温和土壤pH值是影响秸秆还田条件下土壤氨挥发的主要因素;在非水田中,施氮量和秸秆C/N是影响秸秆还田条件下土壤氨挥发的主要因素.可为科学合理利用秸秆实现农田氨挥发减排提供参考.