餐厨沼液滴灌水盐调控对土壤环境和西兰花产量的影响

为探究和评价餐厨沼液滴灌对土壤环境和作物生长的影响,通过盆栽试验研究氮磷钾等浓度施用条件下,滴灌水盐调控不同土壤水基质势水平[-20 kPa(W)和-30 kPa(P)]和餐厨沼液比例[0%(0)、10%(1)、16.7%(2)、25%(3)和33.3%(4)]对土壤盐分、无机氮含量和西兰花生长的影响。结果表明:土壤水基质势水平对土壤盐分有显著的影响,与P相比,W降低表层土壤饱和泥浆提取液电导率(ECe)13.0%;土壤ECe随沼液比例的增加而升高,33.3%沼液处理比其他处理高23.1%~46.8%。沼液比例对土壤铵态氮含量影响显著,0%沼液处理表层铵态氮是其他处理的2.2~3.0倍;餐厨沼液灌溉会降低西兰花产量,P_(2)、P_(3)和P_(4)处理下降显著。综合评价结果表明:W与P差异不显著,沼液比例越高影响越大,P_(0)处理与W_(1)、W_(2)和P_(1)处理差异不显著,但显著高于W_(3)、W_(4)、P_(2)、P_(3)和P_(4)处理。在等浓度施用氮磷钾条件下,餐厨沼液滴灌水盐调控仍会增加土壤盐分,降低土壤铵态氮含量和西兰花产量,但在控制土壤盐分和增加餐厨沼液可施用比例方面,-20 kPa明显优于-30 kPa。

基于变量灌溉动态分区管理的冬小麦产量与节水效果

喷灌机机载式红外温度传感器系统是动态监测农田作物水分亏缺状况、构建变量灌溉(variable rate irrigation,VRI)决策支持系统的重要工具。为了评估圆形喷灌机机载式红外温度传感器系统在变量灌溉动态分区管理中的应用效果,该研究以气象参数和土壤水分传感器网络构建的均一灌溉(uniform rate irrigation, URI)决策方法为对照,评估了基于气象参数、土壤水分传感器网络和作物冠层温度的变量灌溉决策方法对华北平原冬小麦灌溉制度、土壤含水率空间分布均匀性和节水增产效果的影响。在河北省邢台市大曹庄中国水利水电科学研究院智慧灌溉技术与装备创新示范推广基地开展试验,试验区为三跨加悬臂圆形喷灌机控制灌溉面积7.07 hm^(2),2021年试验区等分为2个子区,布置URI和VRI处理,2022年试验区等分为4个子区,布置URI处理、基于等间隔法进行管理区聚类划分的VRI(T1)处理、基于“Jenks”自然断点法进行管理区聚类划分的VRI(T2)处理和基于几何间隔断点法进行管理区聚类划分的VRI(T3)处理。结果表明,在冬小麦生育期内,URI和VRI处理灌水7~10次,2 a平均灌水量分别为201和173 mm。开展VRI管理后,冬小麦主根区的土壤含水率空间分布均匀性和产量均匀性提高。2021年URI和VRI处理的冬小麦产量分别为9 470和9 574 kg/hm^(2),2022年的冬小麦产量较2021年分别降低6.7%和6.0%。变量灌溉处理的管理区聚类划分方法未对灌溉制度和产量产生显著影响。与URI处理相比,VRI处理能够减少灌溉水量,且对产量和水分利用效率无显著影响。研究结果可为基于喷灌机机载式红外温度传感器系统的变量灌溉动态分区管理方法的建立提供指导,为变量灌溉决策支持系统的开发升级提供技术支持。

山东滨州市三大引黄灌区数字孪生灌区建设与技术应用

山东滨州市簸箕李、小开河和韩墩3个大型灌区是水利部大型灌区数字孪生灌区先行先试建设试点之一。本文系统介绍了滨州市3个大型灌区数字孪生灌区设计构架与建设及研究内容,包括数字孪生灌区建设顶层设计,数据底板、立体感知体系、闸门自动化控制、模型开发应用、支撑保障体系建设和业务应用平台。滨州市3大灌区数字孪生建设是在灌区已经开展的信息化建设基础上开展的,已经投入4280多万元,数字孪生灌区大部分建设内容已经完成并投入使用,取得了良好应用成效,助力了灌区水资源的精细化管理,灌区用水计划制定时间较用传统方法缩短60%以上,实现了精准调水配水,年可节水6%;闸门自动化控制应用节省管理用工40%以上。随着三大引黄灌区数字孪生灌区建设的进展和应用技术的不断提升完善与优化迭代,将进一步提升灌区用水管理的数字化、智能化和精准化水平,服务于灌区的可持续发展和高质量发展。

漳河水库灌区水效领跑者引领行动的实践与评价

开展灌区水效领跑者引领行动及评价,是强化、规范农业灌溉用水管理的重要措施。基于有关部门印发的《灌区水效领跑者引领行动实际细则》和漳河水库灌区实践情况,采用层次分析方法(AHP),建立了漳河水库灌区水效领跑者引领行动的评价指标体系和评价阈值,分析了节水技术评价、节水管理评价和鼓励性评价等敏感指标,并对其进行评价,结果表明漳河水库灌区水效领跑者引领行动综合评价值0.94与实际情况吻合。

基于GIS的农田墒情管理系统应用研究

以农田土壤墒情监测过程和数据分析与管理过程为研究对象,建立农田土壤墒情监测和数据分析过程模型,对当前农田土壤墒情监测过程中的不足进行分析,并结合无线网络传输技术和GIS地理信息技术构建农田墒情管理系统功能模块,实现土壤墒情数据采集、分析处理及管理输出。农田墒情管理系统运行结果表明:系统能够实时快速对农田土壤含水量进行监测,同时能够对土壤水分含量数据动态变化过程进行管理,便于土壤水分含量变化趋势的预测。

基于FCM-GA灌溉供水管网减压阀布设优化

为探究灌溉供水管网中存在的漏损过高以及局部压力过大的问题,提出了一种基于FCM-GA的供水管网减压阀布设优化方法,该方法借助MATLAB、EPANET、MATLAB-EPANET-Toolkit以及PlatEMO平台等工具,对西班牙的BIN管网进行分区布置减压阀并优化阀后压力,以不同分区方案的成本与降漏效果为控制指标,筛选出最优方案。结果显示:最优方案(分5个区)将整个管网的漏损率降低至7.45%,相较初始管网降低了20.04%,降低的漏损费用可达114€/d,在减压阀服务年限内可收回成本并达到盈利,并实现对整个管网系统的压力管理,提高了管网的稳定性和可靠性,有利于减少管网事故发生。因此,基于FCM-GA的灌溉供水管网减压阀布设优化是一种安全、低成本和高效益的降漏与控压方法,在有效降低灌溉用水费用的同时,可更好地实现节水灌溉。

土地流转、集体行动对塔里木河流域农户节水灌溉技术采纳行为的影响——基于政府补贴的调节效应

节水灌溉技术采纳是提高农业用水效率、促进农业可持续发展的关键。基于塔里木河流域1216户农户调查,运用探索性因子分析法、二元Logit模型和bootstrap中介检验方法探索土地流转、集体行动对塔里木河流域节水灌溉技术采纳行为的影响以及政府补贴的调节效应。结果表明:①土地流转面积不会对节水灌溉技术采纳行为产生影响,土地流转期限、土地流转价格会对节水灌溉技术采纳行为产生正向影响。②集体行动对节水灌溉技术采纳行为具有正向影响,并在土地流转影响节水灌溉技术采纳行为路径中起到正向的中介作用。③政府补贴在集体行动影响节水灌溉技术采纳行为路径中具有正向的调节效应。因此,为了促进农户节水灌溉技术采纳,应当进一步加快农地流转,建立农业节水灌溉技术推广宣传平台,完善集体行动架构,加大资金支持,营造良好的农业节水氛围。

江苏省冬小麦需水量时空变化特征及气候影响因素分析

为实现江苏省冬小麦科学灌溉、提高农业用水效率,明晰江苏省冬小麦需水量及气候影响因素的时空变化特征,为全省冬小麦灌溉管理及农业水资源高效利用提供科技支撑,基于江苏省共计12个地区2013-2022年冬小麦季相关气象资料,通过Penman-Montieth法计算近十年来江苏省冬小麦需水量,并利用Pearson相关分析法对近十年江苏省冬小麦需水量时空变化特征、需水特性以及气象影响因素进行了分析。近十年间江苏省年平均气温、日平均湿度、地表温度、降水量、蒸发量、平均日照时数均呈总体上升趋势,太阳总辐射量呈减小趋势。近十年来江苏省冬小麦本田期的需水量平均值为451.82~692.50 mm,年际变化范围在540.19~646.70 mm,不同年份间呈现减小的趋势,空间上则呈现由西北向东南递减的趋势。江苏省大部分地区冬小麦需水强度最小值出现在1月,5-6月抽穗期与灌浆期需水强度最大。江苏省冬小麦全生育期需水量与年均降雨量、日均湿度之间存在负相关关系,与年均水面蒸发量、年均日照时数、年平均气温间存在正相关关系,这其中以日均湿度、年均水面蒸发量、年均气温对冬小麦需水量的影响最为明显。并且,近十年冬小麦全生育期需水量的总体下降趋势可能是由于其与日均湿度明显更高的负相关性所导致。总之,近十年来江苏省冬小麦需水量逐年有下降趋势,且由西北向东南递减,此外全省日均湿度、年均水面蒸发量、年均气温是近年来冬小麦需水量变化的主要影响因素。

分根区交替灌溉在农业生产中的应用研究进展

在全球水资源日益紧缺的背景下,如何提高农业用水利用效率,对于农业可持续发展具有重要意义。分根区交替灌溉作为一种具有较好前景的高效节水灌溉技术,被认为是未来最具发展潜力的灌溉技术之一。目前,各国科技工作者围绕分根区交替灌溉对作物生长、生理的影响方面开展了大量研究,并对其节水机制进行了解析,亟待总结梳理。本文回顾了分根区交替灌溉技术的发展历程,综述了分根区交替灌溉对作物生长发育、产量及品质的影响,归纳了该技术影响作物水分利用效率的生理机制,并对分根区交替灌溉在未来的研究方向进行了展望,以期为作物分根区交替灌溉节水灌溉机理研究和节水灌溉技术的革新提供参考。

基于供水量的两级渠系优化配水模型

【目的】基于灌区实际供水量构建两级渠系优化配水模型,提供各用水单元的配水量、配水流量、配水时间。【方法】本文分2种情形构建模型,情形1:非充分灌溉,作物某生育时期内供水无法满足需水,模型首先通过水资源配置确定每个用水户的分配水量,再通过渠系优化配水模型确定每条渠道的配水流量和配水时间;情形2:充分灌溉,供水能够满足需水,根据配置系数确定各渠道配水的优先次序,再确定配水流量和配水时间。【结果】将模型运用到山东省簸箕李灌区,验证模型的适用性,结果表明本模型能够根据灌区的供水量提供水资源配置方案和渠系配水方案。供水充足时,模型根据配置系数确定配水次序;供水不足时,模型根据分配系数确定水资源分配量。情形1和情形2支渠的配水流量分别在流量上限的0.8倍与0.75倍以上,做到了大流量配水;2种情形的配水周期分别为10.90、17.84 d,缩短了灌溉周期。【结论】本文建立的模型能够依据供水量首先提供水资源分配方案或配置次序,再以此为基础,提供配水方案,即配水流量、配水开始时间、配水结束时间,从而指导灌区的配水工作。

华北平原夏玉米喷灌施氮制度优化

不合理的氮肥施用和较大的降雨量时空变化特征是限制华北平原夏玉米增产和肥料利用效率提高的关键因素。为探究华北平原夏玉米最优喷灌施肥管理制度,于2020年和2021年在河北省邢台市大曹庄管理区开展试验,以地面灌溉肥料撒施处理为对照,研究了喷灌施肥下3种施氮量确定方法(农户经验值、养分平衡法和改进养分平衡法)和3种氮肥追施方法(不追肥、在大喇叭口-灌浆期内较大降雨后追施1次和追施2次)对土壤水氮分布、作物生长、产量以及氮肥利用效率的影响。结果表明,受降雨影响,夏玉米生育期内0~100 cm土层的土壤含水率始终保持在较高水平。施氮量和氮肥追施次数的增加均提高了夏玉米关键需肥阶段根区的土壤无机氮含量,且喷灌处理的增加量大于对照处理。2 a夏玉米收获后,养分平衡法确定施氮量处理和氮肥全部基施处理的土壤氮素残留量均低于参考盈余水平(50 kg/hm^(2))。不同处理叶面积指数未出现显著差异,但氮肥追施2次的喷灌处理显著增加了玉米干物质量和植株吸氮量,产量和氮肥偏生产力均分别比对照处理显著提高了20%。考虑氮素盈余的改进养分平衡法和在大喇叭口期-灌浆期内较大降雨后追施2次的施肥方法有助于维持土壤氮库平衡,且具有显著的增产和氮肥利用效率提高作用,可推荐为华北平原夏玉米喷灌施肥制度。研究可为大型喷灌机在华北平原的推广应用提供参考。

黄河重大国家战略背景下山东沿黄地区农业水资源集约利用研究

为进一步推动沿黄地区农业水资源集约利用,笔者对山东沿黄9市25个县(区)地下水和地表水使用情况、农业灌溉模式等进行系统调研分析,借鉴发达国家经验和前人研究成果,力求通过系统性、前瞻性和全局性视角,综合农业技术、设施管护、行政管理、科技创新、理念转变等多方因素,提出促进农业水资源集约高效利用的对策和建议。研究认为,应以县域为单位做好水资源利用总体规划,将农业节水灌溉要求落实到县域规划和农业发展等各环节,通过科学调整乡村产业布局、推广先进节水技术,让有限的黄河水资源发挥最大效益。

滴头流量对土壤甲烷吸收扩散转化及马铃薯产量的影响

准确认识滴头流量对甲烷在土壤内部的扩散与氧化以及地表净吸收的调控作用,对于提高滴灌农田甲烷吸收潜力以减缓全球气候变化具有重要意义。该研究于2021年和2022年在甘肃武威开展田间试验,设置3个滴头流量(F1:1.3 L/h,F2:2.0 L/h,F3:3.0 L/h),探究不同土层甲烷的扩散与吸收及地表净吸收特征及对土壤环境因素的响应。结果表明:在0~40 cm土层,F1处理甲烷平均扩散通量显著高于F2和F3,然而>40~60 cm土层与此规律正好相反。F1处理的地表累积甲烷吸收量比F2和F3增加5.9%~13.8%。甲烷吸收主要发生在0~20 cm表层土壤,占到总吸收量的72.1%~82.5%。与其他土壤环境因素相比,土壤孔隙含水率对土壤甲烷浓度影响最大,F1处理的表层土壤土壤孔隙含水率较低,有利于甲烷从大气进入土壤并向深层扩散,从而增加甲烷吸收量。此外,F1处理的马铃薯产量和灌溉水分利用效率较高。在滴灌管理中应考虑通过合理的滴头流量调控土壤湿润范围营造良好的土壤水分和通气性,以增加土壤甲烷汇的能力和马铃薯产量。研究结果可为滴灌农田土壤碳汇调控与马铃薯产量提升提供参考。

亏缺灌溉对河套灌区向日葵土壤微生物群落结构多样性的影响

为明确亏缺灌溉对向日葵生育期内土壤微生物群落的影响,在河套灌区开展田间试验.以当地灌水水平为对照CK(330 mm),设置2个水分亏缺处理:轻度水分亏缺W1(210 mm)和重度水分亏缺W2(120 mm),分析亏缺灌溉对向日葵各生育期土壤表层(0~20 cm)微生物群落和理化性质的影响,并揭示土壤微生物与理化性质的内在联系.结果表明:处理W1提高了土壤微生物多样性及土壤细菌中变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、真菌中被孢霉门等优势菌门的相对丰度.与CK相比,W1的土壤pH值平均降低了0.13,温度和硝态氮质量比分别平均提高了1.44℃和14.2%.Pearson相关性分析表明土壤含水率、温度、pH,EC、硝态氮是影响细菌多样性的主要因子;温度、铵态氮和硝态氮是影响真菌多样性的主要因子.冗余分析表明土壤含水率、EC和温度是影响细菌群落结构的主要因子;含水率、EC和铵态氮是影响真菌群落结构的主要因子.综上,轻度水分亏缺(W1)是适宜微生物生长的水分条件.

基于智能算法的灌区渠系多目标优化配水模型研究及其系统开发

优化灌区渠系输配水技术是推动农业水资源高效利用的重要举措。针对新疆部分灌区渠系管理上沿用人工传递信息方法来决策配水方案,难以达到优化调配。以轮灌分组和配水流量为决策变量,建立了以渠道输水损失最小、轮灌组内配水时间差最小为目标的灌区支、斗渠优化配水模型,采用多目标粒子群算法进行求解;在深入研究渠系优化配水模型及其算法求解的基础上,采用Visual Studio Code、Matlab开发工具,开发灌区渠系水优化配置系统,并通过实例进行检验分析。结果表明:优化后的配水方案较该时段实际灌溉方案,渗漏损失总量由48.49万m^(3)减少至23.78万m^(3),配水时间由30 d缩短为14.6 d。所建立的渠系优化配水模型贴近渠系实际运行情况,可以实现集中高效配水;开发的渠系水优化配置系统界面友好、参数简洁,能方便快速地为灌区的配水优化编组提供决策依据。

基于渠道水动力学的全渠系优化配水模型及其应用研究

【目的】解决传统配水模型中配水时间和流量与实际供水过程不匹配的问题,实现灌区精准配水。【方法】建立基于渠道水动力学的全渠系优化配水模型,以大流量和尽早配水为目标,以渠道过流能力、配水流量、配水顺序、水量平衡、分水口分水过程和渠道输水损失为约束条件,利用一维水动力模型进行配水模型的构建与推演。【结果】将所建立的模型应用到具有四级渠道的某灌区中,结果表明,总干-干渠-支渠-斗渠之间的配水时间和流量配合良好,实现了灌溉过程的全渠系配水。与传统配水模型相比,各级配水渠道的配水开始时间和结束时间更贴合实际供水过程,四级灌溉渠道的配水流量和配水量也能满足农田需水要求。模型采用自上而下依次灌溉的方式进行配水,贴合灌区配水情况,更有利于灌区管理者对闸门的调控。【结论】本研究所构建的基于渠道水动力学的渠系优化配水模型可以实现灌区的精准配水,可显著提高灌区配水效率。

渐进性干旱胁迫下黄芩生理特性及活性成分响应

【目的】研究渐进性干旱胁迫对黄芩生长、生理特性及活性成分的影响。【方法】在移动式旱棚下开展盆栽试验,设田间持水率(FC)的80%、60%、40%共3个初始土壤含水率,研究不同初始土壤含水率下渐进性干旱胁迫后对黄芩生物量、光合特性、渗透物质量、抗氧化酶活性及活性成分的影响。【结果】(1)不同初始土壤含水率下渐进性干旱胁迫对黄芩生物量无显著影响。(2)胁迫期间,80%FC处理黄芩苷量显著增高,40%FC处理黄芩素量显著增高,胁迫后收获时黄芩苷量表现为40%FC处理>60%FC处理>80%FC处理,与80%FC处理相比,40%FC、60%FC处理黄芩苷量显著升高17.3%、11.3%,各处理黄芩素量差异不显著。(3)胁迫期间各处理净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、胞间二氧化碳摩尔分数均持续降低。胁迫8~10 d时,60%FC处理净光合速率与80%FC处理无显著差异。(4)胁迫期间各处理丙二醛量、脯氨酸量均呈不断上升趋势,80%FC处理脯氨酸量较高,最高达121.66μg/g。(5)胁迫期间各处理黄芩过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性变化趋势相似,在胁迫前期活性较低,后期活性逐渐上升;超氧化物歧化酶活性表现为40%FC处理>60%FC处理>80%FC处理。(6)40%FC与60%FC处理中黄芩活性成分收获总量较高。【结论】本试验条件下,重度渐进性干旱胁迫(40%FC)下黄芩光合作用受抑制明显,渗透物质迅速积累,抗氧化酶活性提高,黄芩素量较高。轻度与重度(60%FC与40%FC)渐进性干旱胁迫均有助于提高黄芩活性成分收获量。

滴灌条件下水肥调控模式对九三大豆产量影响分析

针对九三大豆水资源与肥料利用率低下的实际情况,以九三大豆为研究对象,设置不同的灌水量、氮肥、磷肥和钾肥施入水平,在滴灌条件下进行田间试验,采用二次最优饱和试验设计,建立大豆产量与水、氮、磷、钾四因素之间的回归方程,分析滴灌条件下不同水肥调控模式下的大豆产量。研究结果表明:水、氮、磷、钾四因素均能有效地影响大豆产量,影响顺序为氮>水>钾>磷,且产量随着氮、水、钾、磷施入量的增加表现为先增加后减小。通过两因素之间的交互作用可以分析得出:大豆产量的变化均表现出先增大的趋势,超过一定阈值后产量随之降低;氮对产量的影响效果大于钾、磷、水的影响效果,水对产量的影响效果大于磷、钾的影响效果,钾对产量的影响效果大于磷的影响效果。二因素交互作用对产量影响的顺序为氮钾>氮水>钾水>氮磷>磷水>钾磷,氮与钾耦合、氮与磷耦合、氮与水耦合、钾与水耦合、磷与水耦合对产量的增加具有促进作用,钾、磷耦合对大豆产量具有抑制作用。研究结果可为实现东北黑土大豆水肥资源高效利用提供理论依据与技术支撑。

水氮胁迫对春小麦产量与水分利用效率的影响

针对干旱地区水资源有限、小麦生产水肥投入过高和水分利用效率低的问题,探讨水氮亏缺对小麦水分利用效率的影响,为建立小麦水分高效利用理论提供一定的依据。2022年在甘肃省武威市设置试验,选定永良4号(YL4)和陇春41号(LC41)两个品种的春小麦作为研究对象,每个品种设置4个处理,包括两个水分处理即充分灌溉W_(1)处理(预测作物需水量)和调亏灌溉W_(2)处理(在拔节-孕穗期和灌浆-成熟期灌溉预测作物需水量的65%,其余生育期灌溉量为充分灌溉处理预测作物需水量的100%),两个氮肥处理即N_(1)处理(当地传统施氮量,220 kg/hm^(2))和N_(2)处理(减量施氮,110 kg/hm^(2)),重点研究节水减氮对于小麦耗水特性、水分利用效率的影响。研究结果表明,春小麦耗水量因水分亏缺和氮素亏缺而显著降低,减量施氮对耗水量的影响不显著,但降低了籽粒产量和水分利用效率。春小麦的水分利用效率受产量和耗水量调控且相关性呈抛物线关系,因此在干旱灌区可通过一定的水氮调控保持产量的同时提高水分利用效率。

机埠远程智慧管理系统的设计与实现

机埠作为水利灌溉重要一环,与农业灌溉的安全性、节水性、高效性密切相关。建立一套设施齐全、轻量便捷的智能系统对提高机埠利用率、节约水资源具有重要意义,也是农业用水实现“总量控制,定额管理”的有效手段。机埠远程智慧管理系统采用物联网、自动化、移动通信等技术,通过手机App和微信小程序对机埠进行远程自动化控制、视频监视、电量监测、水量折算和数据上报等操作,达到机埠管理的轻量化、便捷化和可视化的目的,为推动机埠的自动化、信息化、智慧化管理提供经验和借鉴。