基于HYDRUS-1D模型的灌区农田土壤水分渗漏和硝态氮淋失特征研究

为定量分析农田土壤水分渗漏和硝态氮淋失特征,基于3年冬小麦-夏玉米轮作水氮试验,采用HYDRUS-1D模型对泾惠渠灌区农田土壤水氮运移转化过程进行动态模拟。结果表明:HYDRUS-1D模型可以准确模拟不同深度土壤水分和硝态氮的运移过程,根系层下(200 cm)土壤水分渗漏量主要受灌水量影响,冬小麦全生育期根系层下土壤水分渗漏量大于夏玉米全生育期,两者渗漏量分别为15.34~25.38 cm和6.98~9.82 cm。夏玉米和冬小麦全生育期根系层下土壤水分渗漏强度分别为0.06~0.08 cm·d^(-1)和0.06~0.10 cm·d^(-1),冬小麦越冬期灌溉处理的全生育期根系层下土壤水分渗漏量受越冬期灌水量影响明显。夏玉米和冬小麦生育期内根系层下硝态氮淋失通量范围分别为0.003~0.016 mg·cm^(-3)·d^(-1)和0.001~0.032 mg·cm^(-3)·d^(-1)。硝态氮淋失与灌水量、降雨量及土壤剖面硝态氮含量呈正相关关系,并且对降雨和灌溉的响应具有滞后性,约在灌水后12 d时根系层下土壤硝态氮淋失通量达到峰值。根系层下土壤硝态氮淋失通量在夏玉米生育期末和冬小麦生育期初处在较高值。综合而言,生产中应合理规划夏玉米及冬小麦灌水和施肥制度,适当调整冬小麦越冬期灌水量,推荐越冬期灌水量低于90 mm。

基于WinSRFR模拟灌溉农田土壤入渗参数年变化规律

土壤入渗参数是确定地面灌溉灌水技术参数的主要依据之一,而农田土壤入渗特性随着灌水与耕作存在着周期性变化。为了探究这种周期性变化规律,在冬小麦-夏玉米轮作体系下,基于泾惠渠灌区2012-2015年不同灌水时期的灌水资料,利用Win SRFR4.1软件与拟合度检验相结合的方法对考斯加科夫土壤入渗模型参数值进行模拟反推得出最佳优化结果,结果表明模拟与实测的水流推进及水流消退过程的均方根误差分别为0.15-2.1和2.5-7.8 min,决定系数均在0.7以上（P〈0.05）。在此基础上,根据影响土壤水分入渗的主导因素土壤容重及土壤质量含水率,建立考斯加科夫土壤水分入渗模型2参数值与影响因素间的定量关系,分析土壤入渗参数在年内的变化规律,结果表明：在冬小麦-夏玉米轮作体系下,不同灌水时期的土壤入渗系数和入渗指数变化明显,变化范围分别在95.0-210.0 mm/h和0.42-0.67之间,土壤水分入渗模型两参数值与土壤含水率及土壤表层容重之间存在较好地复合对数关系,决定系数分别为0.846和0.741（P〈0.05）。研究结果可为年内不同灌水时期确定农田地面灌水技术参数提供依据。

加气条件下土壤N_2O排放对硝化/反硝化细菌数量的响应

为揭示加气灌溉及不同灌水量处理设施番茄地土壤N2O排放对土壤微生物的响应,于2016年8—12月在日光温室内进行试验,以充分供水的灌水量(W)为基准,设置0.6W、0.8W和1.0W 3个灌水定额,每个灌水定额又设置加气和不加气处理,共计6个处理:0.6W加气(AI0.6)、0.6W不加气(CK0.6)、0.8W加气(AI0.8)、0.8W不加气(CK0.8)、1.0W加气(AI1.0)和1.0W不加气(CK1.0)。结果表明,番茄生育前期,不同灌溉处理的土壤N2O排放通量呈下降的趋势;移植25 d后,N2O气体维持在较低且稳定的排放水平。与不加气处理相比,不同灌水定额的加气处理增加了土壤N2O排放,平均增加了4.7%;且随着灌水量的增加,土壤N2O排放也在增加,平均增加了1.9%,但处理间差异性均不显著(P>0.05)。就番茄全生育期微生物数量均值而言,加气较不加气处理增加了土壤硝化细菌数量,平均增加了2.1%;但加气减小了土壤反硝化细菌数量,平均降低了9.7%(P>0.05)。而随着灌水量的增加,土壤硝化细菌和反硝化细菌数量均逐渐增加(P>0.05)。相关分析表明,土壤N2O排放与土壤水分和土壤温度呈极显著正相关关系(P<0.01),与土壤反硝化细菌数量呈极显著负相关关系(P<0.01)。试验结果为研究设施菜地土壤硝化和反硝化反应过程及氮循环奠定了理论基础。

泾惠渠灌区地下水化学特征及其对不同水源灌溉的响应

为研究泾惠渠灌区地下水水质状况及其对不同水源灌溉的响应,对桥底镇地下水进行系统采样,分析了泾惠渠灌区地下水基本特征、地下水化学成分形成原因和不同灌溉水源区地下水的暂时性变化规律。结果表明,泾惠渠灌区桥底镇浅层地下水以Na+Mg—HCO_3+SO_4+Cl类型为主,地下水环境为碱性咸水,影响TDS的主要离子排序为SO_4^(2-)>Cl^->Ca^(2+)>Mg^(2+);蒸发浓缩作用、阳离子交换作用和溶解沉淀作用是影响地下水化学成分形成的重要因素;井灌区地下水中各离子质量浓度均比渠灌区高,Ca^(2+)在2种类型区域的量有显著差异且年变异系数最大;引起Ca^(2+)和Na^+暂时性变化的因素是灌溉和降雨。灌区灌溉应在保证水量的情况下优先选择渠水灌溉,降雨集中期和灌溉期要加强灌区地下水水质的管理工作。

加气灌溉对土壤中主要微生物数量的影响

加气灌溉利用地下滴灌技术,通过文丘里加气设备将空气溶解在加压灌溉水中以水气混合液和微型气泡的形式随灌溉水输送到作物根区土壤。试验采用Mazzei287型文丘里加气设备,以全生育期不加气(CK)为对照,分别在番茄不同生育期和不同灌水水平下进行加气(苗期加气(O1)、开花坐果期加气(O2)、果实膨大期加气(O3)、成熟期加气(O4)、全生育期/中水水平下加气(O5/W1)、高水水平下加气(W3)和低水水平下加气(W2))分析加气灌溉对番茄根区土壤中细菌、真菌和放线菌数量的影响。结果表明,相比于不加气灌溉(地下滴灌),在各生育期加气时对应生育期的细菌、真菌数量均明显提高。高水水平和中水水平下加气灌溉处理的细菌、真菌、放线菌的数量也显著高于对照。由此可知,加气灌溉下的土壤环境更适宜土壤微生物的生命活动。

泾惠渠灌区冬小麦夏玉米连作需水量及灌水模式研究

为了寻求冬小麦-夏玉米连作下的节水高效灌溉制度,采用大田小区试验,在连作种植模式下,统筹分析了冬小麦和夏玉米的需水量及生育期内降雨量,并与当地传统灌溉制度进行了产量对比。结果表明,连作种植模式下,泾惠渠灌区冬小麦、夏玉米全生育期需水量分别为410 mm和400 mm。在年降雨量为490 mm时,连作种植1 a内的经济灌溉定额为305 mm,相比于传统灌溉能节水8.9%。连作条件下作物总产量为12 010 kg/hm^2,产量相对于传统单作种植增加了6.2%,达到了增产目的。在冬小麦抽穗期和夏玉米播种期减少灌水,可在保证产量的基础上有效提高水分利用效率,是更为优化的连作灌水模式。

泾惠渠灌区不同灌水时期畦灌灌水效果分析

土壤入渗特性及田面糙率系数随着耕作、灌水、农作物生长等作用呈现周期性变化规律,以泾惠渠灌区夏玉米-冬小麦轮作试验为基础,分析了不同灌季条件下土壤入渗模型参数值以及田面综合糙率系数的时间变异程度,并利用WinSRFR4.1软件对灌水过程及灌水效果的影响进行了模拟分析。结果表明,在一个轮作周期内,土壤入渗参数值以及田面糙率系数均呈现中等变异程度,这种时间变异性对灌水过程及灌水质量均影响显著,在优化灌水技术参数时,应充分考虑这种时间变异性。

不同灌水水平对温室番茄地土壤CO_2排放影响

为分析不同灌水水平对温室番茄地土壤CO_2排放的影响,采用静态箱气相色谱法对2014年秋冬季和2015年春夏季番茄地土壤CO_2排放进行原位观测。试验设置2个灌水水平分别为:充分灌溉(FI)和亏缺灌溉(DI)。结果表明:番茄两个生长季中,不同灌水处理下土壤CO_2排放通量均呈波动性变化。2015年春夏季试验各处理土壤CO_2平均排放通量和排放量高于2014年秋冬季试验对应的各处理土壤CO_2平均排放通量和排放量,且两个生育期内高灌水处理的土壤CO_2排放在番茄生育期绝大多数时间内均高于低灌水处理。以2015年FI处理土壤CO_2累积排放量最大(5 641.57kg/hm^2),分别较2014年FI处理、2014年DI处理和2015年DI处理增加了3.9%、54.2%和16.7%。此外,研究还发现春夏茬试验中不同灌水处理下,土壤CO_2排放通量与土壤水分呈显著负相关关系。这为评估设施菜地温室气体减排提供一定的科学依据。

基于主成分分析和参数设计的畦灌技术参数优化

针对畦灌灌水质量评价指标较多、自然因素存在时空变异性和技术参数有控制误差而造成的灌水质量评价不合理、灌水质量不高且波动大的现状,在田间灌水试验的基础上,利用主成分分析计算灌水质量综合主成分作为评价指标,采用参数设计的方法对畦灌灌水技术参数进行了优化。结果表明,灌水质量综合主成分可以代表99.99%的灌水质量变异信息,且服从正态分布,同时自然参数的变异和技术参数的误差对灌水质量及其稳健性产生了较大影响,经模拟和实测结果验证,泾惠渠灌区畦灌技术参数优化组合为畦宽3.5~4.5 m,畦长120 m左右,单宽流量9 L·s^(-1)·m^(-1)左右,改水成数7成左右,此时具有很好的灌水质量和稳健性。

公路工程施工机械的配置与优化管理措施

首先分析公路工程施工机械配置与优化管理工作的原则;其次,基于此原则,进一步分析可提高公路工程施工机械配置与优化管理工作现实效能的措施,希望可为广大从业技术人员以及公路工程管理人员提供有效借鉴和参考。

河套灌区不同灌溉方式春玉米耗水特性与经济效益分析

地处干旱半干旱区的内蒙古河套灌区地表水资源短缺和土壤盐渍化并存。为寻求更加节水高效的灌溉方式,通过连续3年的田间试验,设置畦灌、沟灌和滴灌3种不同灌溉方式,并在沟灌和滴灌下设置高、中、低3个灌水水平,以传统畦灌为对照,分析了春玉米耗水特性、产量响应和经济效益。结果表明,畦灌下平均有10%的灌水通过深层渗漏而损失,而滴灌低水处理每个生长季有10.5~29.0 mm的地下水通过毛管上升进入根区而被作物吸收;滴灌条件下玉米籽粒产量水分响应系数Ky(0.684)小于沟灌(0.8215),说明因作物耗水量的减少所引起的减产幅度更小,这更易于在潜在干旱胁迫下维持较高的作物产量;相对于传统畦灌,沟灌高水处理可以增加玉米籽粒产量和净收益,中水处理可以在保持产量和净收益持平的情况下,节约灌溉水31%;滴灌条件下,维持土壤水势-10 kPa和-30 kPa以上的高水和中水处理相对节水分别为19%和57%,且提高春玉米籽粒产量分别为21%和15%,提高净收益分别为28%和22%,水分利用效率较高。因此,综合考虑黄河引水情况、地下水状况和农民接受程度等因素,建议将沟灌中水处理或滴灌中水处理作为替代传统畦灌的最佳方案。

基于SPEI和MI分析陕西省干旱特征及趋势变化

【目的】目前干旱研究多为基于历史干旱事件分析成因与变化趋势,而结合过去与未来长时间序列数据更能揭示干旱变化特点。寻找在基于CMIP5模型输出未来气象数据时模拟干旱指数方法并探究陕西省过去与未来干旱变化特点,为陕西省未来农业水资源管理提供依据。【方法】根据陕西省18个气象站历史数据以及CMIP5模式输出未来气象数据,比较了3种模型模拟参考作物蒸发蒸腾量(ET0),并基于参考作物蒸发蒸腾量(ET0)和降水数据计算标准降水蒸发指数(SPEI)和相对湿润指数(MI)反映干旱程度,比较过去(1958-2018年)与未来(2019-2100年)干旱的时空变化特点。【结果】多元线性回归模型(Multiple Linear Regression, MLR)能较准确的模拟参考作物蒸发蒸腾量(ET0)(RMSE=0.457 mm·d^-1);在RCP2.6和RCP8.5情景下未来干旱指数呈现上升趋势,在RCP8.5情景下,21世纪40年代存在干旱指数的突变年份;陕西省未来干旱程度降低,年内干旱分布更加不均匀;未来时期夏玉米生长季干旱程度减小,冬小麦生长季干旱程度增加。【结论】在不同RCP情景下,未来干旱变化特征存在差异,相同RCP情景下,SPEI和MI反映的干旱特征变化基本一致,但部分时段存在变化差异。为有效应对气候变化对旱作作物产量造成的负面影响,应当增强土壤蓄水保墒能力,尤其加强冬小麦生长季的抗旱工作。

夏玉米不同生育期亏缺-复水对蒸发蒸腾和产量的影响

【目的】探究不同时间尺度下夏玉米蒸发蒸腾量的变化规律。【方法】试验在夏玉米3个生育阶段(出苗—拔节期、拔节—抽雄期、抽雄—灌浆期)分别设置3个灌水水平(充分灌溉:100%ET_(a);中度水分亏缺:80%ET_(a);重度水分亏缺:60%ET_(a)),其中ET_(a)为蒸渗仪实测的充分灌溉条件下的蒸发蒸腾量,采用正交试验设计,共9个处理(CK、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7处理和T8处理),其中CK为充分灌溉处理,其余处理为不同程度的亏缺灌溉处理,研究了不同生育期亏缺-复水对夏玉米不同时间尺度蒸发蒸腾量、产量和水分利用效率的影响。【结果】与CK相比,不同亏缺灌溉处理下夏玉米蒸发蒸散量均有所减少。T3处理复水后蒸发蒸腾量基本可以恢复至正常水平,而T5、T6处理和T7处理复水后均未恢复至正常水平。抽雄—灌浆期土壤含水率应保持在75%田间持水率以上,土壤含水率低于50%田间持水率时,夏玉米将停止生长。不同亏缺灌溉处理的产量相较于CK减少5.85%~32.25%,其中T3处理比CK减少5.85%,且T3处理水分利用效率最高(2.81 kg/m3),比CK增加了4.07%。【结论】在苗期实施中度水分亏缺,拔节—抽雄期充分灌溉,可以提高夏玉米的水分利用效率,同时不造成产量的显著减少。

亏缺灌溉对冬小麦农田温室气体排放的影响

为研究不同时期亏水量对冬小麦农田土壤温室气体排放的影响,优化灌溉管理措施,试验采用静态箱-气相色谱法对关中平原冬小麦(2016年10月～2017年6月)农田温室气体(CO_2、N_2O和CH_4)排放通量进行了监测研究.试验在冬小麦3个生育期(越冬期、拔节至抽穗期、抽穗至灌浆期)各设置3个灌水水平(充分灌溉,100%;轻度水分亏缺,80%;重度水分亏缺,60%),共6个处理(CK、T1、T2、T3、T4、T5,其中CK处理为充分灌溉处理,其它处理均为不同程度的水分亏缺处理).阐述了3种气体(CO_2、N_2O和CH_4)在全生育期的动态变化特征,并用作物产量、长远增温效应(net GWP_L)和当季增温效应(net GWPS)这3个指标综合评估不同生育期亏水水平对关中平原小麦经济效应和生态效应的影响.结果表明,生育期灌溉后CO_2、N_2O排放通量基本上呈增加趋势,以CK处理最高,而灌溉后土壤CH_4吸收通量迅速减小,高水分处理甚至出现排放特征.与CK处理相比,T1、T2、T3、T4和T5处理下小麦季CO_2排放总量分别显著降低了13. 32%、25. 98%、5. 55%、15. 47%和17. 52%(P <0. 05),N_2O排放总量分别显著降低了12. 20%、18. 00%、5. 63%、11. 54%和13. 53%(P <0. 05),CH_4吸收总量分别显著增加了46. 47%、75. 78%、19. 47%、53. 40%和62. 33%(P <0. 05); T1、T2、T3、T4和T5处理net GWP_L较CK处理分别显著降低了10. 07%、12. 77%、6. 50%、6. 81%和11. 53%(P <0. 05);除T3处理外,其他处理较CK处理net GWPS分别显著降低了13. 21%、37. 65%、24. 60%和19. 86%(P <0. 05); T1、T2、T3、T4和T5处理小麦产量较CK处理分别显著减少了12. 56%、32. 53%、2. 25%、20. 93%和18. 14%(P <0. 05),T3处理较CK处理减产2. 25%,但无显著性差异(P> 0. 05).亏缺灌溉显著降低了小麦地温室气体的排放,但会造成不同程度的减产,综合考虑不同生育期亏水水平处理下小麦地的经济效应和生态效应,T3处理更有利于关中平原冬小麦的保产节水减排.