散射辐射对鄱阳湖平原典型稻田总初级生产力的影响

探明散射辐射变化对稻田生态系统总初级生产力(Gross primary productivity,GPP)的影响可为稻田碳汇能力评估和产量估算提供参考。本研究以鄱阳湖平原双季稻田为研究对象,利用涡度相关(Eddy covariance,EC)系统对稻田CO_(2)通量进行了连续两年(2017—2018年)的定位观测,选取水稻生育中期数据,按照散射辐射比例(Diffuse fraction,DF)进行分段,分析了散射辐射对稻田GPP的影响,探明并量化了不同DF条件下散射辐射与其他气象因素对稻田GPP的影响机制。结果表明:不同类型辐射对GPP的影响存在差异,GPP随着直接光合有效辐射(Direct photosynthetically active radiation,PAR_(dir))的增加先迅速增长,随后达到饱和;在不同DF条件下,早晚稻GPP随着散射光合有效辐射(Diffuse photosynthetically active radiation,PAR_(dif))的变化趋势存在差异,当DF为0.1~0.4时,早稻GPP随PAR_(dif)无明显变化趋势,晚稻GPP随PARdif呈上升趋势(决定系数R^(2)为0.23),当DF为0.4~0.7时,早晚稻GPP随PAR_(dif)呈下降趋势(R^(2)为0.38、0.02),当DF为0.7~1.0时,早晚稻GPP随PAR_(dif)呈明显上升趋势(R2为0.32、0.89),可见PAR_(dif)是影响水稻GPP的重要因素。早晚稻GPP与DF呈二次曲线关系(R^(2)为0.45、0.67),早晚稻光能利用效率(Light use efficiency,LUE)则与DF呈显著的线性正相关关系(R^(2)为0.68、0.82),早晚稻最优DF为0.48和0.40。DF变化同时引起气温(Air temperature,T_(a))和饱和水汽压差(Water vapor pressure deficit,VPD)的变化,进而对水稻GPP产生协同影响。气象因素与水稻GPP的通径分析结果表明:不同DF条件下,气象因素对水稻GPP的影响存在明显差异。总体而言,T_(a)和VPD升高分别对水稻GPP起促进和抑制作用,当DF为0.1~0.4、0.4~0.7和0.7~1.0时,影响早稻GPP的主要气象因素为T_(a)、PAR_(dir)和PAR_(dif),影响晚稻GPP的主要气象因素则为PAR_(dif)、PAR_(dir)和PAR_(dif)。

田-沟-塘系统纳洪减污效应研究进展

针对南方地区水资源时空分布不均、水旱灾害频发且极端气候加剧、农业用水效率不高且面源污染严重等水安全问题,探讨稻田、排水沟、塘堰组成的灌溉排水系统(简称田-沟-塘系统)的调蓄纳洪、协同减污效应,以期为灌区雨洪调蓄和节水减排提供理论参考。从灌区雨洪调蓄实际出发,对当前田-沟-塘系统的国内外研究工作和发展进行总结,对田-沟-塘系统承纳洪水、输水蓄水、优化调水、协同防控氮磷流失等基础理论和关键技术等问题进行阐述,提出了田-沟-塘系统的“虚拟水库”模式及其纳洪效应的模型模拟方法。目前关于田-沟-塘系统调水控水的研究还普遍停留在净化水质单方面效用上,水量调蓄方面则多以研究稻田、排水沟、塘堰单个体的水平衡过程为主,缺少田-沟-塘系统联合调度的系统研究,如何提高灌区粮食生产过程中雨洪调蓄利用仍缺乏系统思维和技术手段。未来的研究要进一步拓展和丰富田-沟-塘系统雨水调蓄利用和协同减污功能,揭示稻田作为“隐形蓄水池”的蓄水潜力以及田-沟-塘系统的调洪削峰减污能力。

乡村振兴视域下农业灌溉困境与发展思路

发展农业灌溉是农村基础设施建设的重要内容,是水利支撑乡村振兴战略实施的关键保障。鉴于当前我国农业灌溉现状与乡村振兴战略目标还有较大差距,本研究采用驻村调研、问卷访谈、文献分析等方式,分析提出当前农业灌溉存在的工程建设资金投入不足、小农户灌溉意愿下降、高效节水灌溉推进困难、农民付费意愿及水费收缴率偏低、骨干工程与末级渠系“肠梗阻”等突出问题,从乡村振兴战略视域研究提出了农业灌溉的解困破局思路,并结合“三农”视角,提出农业灌溉发展要以区域组织为单元整体考虑,要把农民的主体性和群众的幸福观摆进去,以及要同步推进现代化建设。

生物炭施用对节水灌溉稻田土壤养分的影响

【目的】探究施用生物炭对节水灌溉条件下稻田土壤养分的影响,为提升稻田土壤肥力、制定稻田水碳调控策略提供技术指导。【方法】在控制灌溉条件下,设置0、10、20、40t/hm2共4个生物炭施用水平,分别记为CK、CL、CM、CH处理,分析不同生物炭施用水平对节水灌溉条件下稻田土壤养分特征的影响。【结果】施用生物炭后,各处理稻田土壤有机质、有机碳量由大到小依次为:CH处理>CM处理>CL处理>CK。2018年,CH、CM、CL处理下的水稻生育期土壤平均铵态氮量分别比CK增加1.52、0.61、0.39 g/kg,2019年分别比CK处理减少2.01、1.71、0.99g/kg;施用分蘖肥后,CK条件下的稻田土壤铵态氮量上升速率最高,CH、CM、CL处理下的稻田土壤铵态氮量变化速率差异较小;施用穗肥后,2018年各处理土壤铵态氮量上升速率较为接近,2019年上升速率为CK>CL处理>CM处理>CH处理。综合2 a试验结果,CH、CM、CL处理下的稻田土壤硝态氮量的平均值比CK降低了32.34%、19.45%、9.21%。【结论】施用生物炭对节水灌溉条件下的稻田土壤有机质、有机碳量的提升效果与生物炭施用量呈正相关,且随水稻生育进程的推进而逐渐下降;新鲜生物炭可增加稻田土壤铵态氮量,而老化生物炭的作用效果则相反;施用生物炭可降低稻田土壤硝态氮量,且硝态氮量与生物炭施加量呈负相关;施用生物炭可在一定程度上减缓施肥后稻田土壤铵态氮量的上升速度,对施肥后关键期内稻田氮素损失量的控制具有积极作用。

氮磷调控及紫云英配施提高早稻冠层特性和产量

为揭示不同氮、磷施用量及配合翻压适量紫云英入田对早稻冠层特性和产量的影响，在7个施氮、3个施磷及2个不施氮/磷水平下，开展早稻全生育期叶面积指数LAI、冠层光合有效辐射PAR传输特性、叶片叶绿素SPAD 值、生育后期剑叶净光合速率 Pn及产量的试验观测。结果表明，氮磷调控可显著影响早稻 LAI、叶片叶绿素含量和叶片光合速率，进而通过调节LAI影响冠层PAR传输特性，最终表现为产量上的差异。缺氮对早稻的影响显著高于缺磷，但在施肥充足时，磷肥对产量的影响比氮肥更加显著。早稻冠层特性和产量随氮、磷施用量的增加表现出边际递减效应，当施用量超过某一值时出现拐点，最终表现为产量的下降。在赣抚平原灌区，187.5～225 kg/hm2施氮量和60～120 kg/hm2施磷量以及翻压15000 kg/hm2紫云英鲜草入田可有效提高早稻LAI和冠层PAR截获率In以及叶片叶绿素含量，维持剑叶生长期内较高的净光合速率Pn，获得高产。

基于涡度相关法的长江中下游稻田水分利用效率变化规律

揭示水稻生态系统水分利用效率(WaterUseEfficiency,WUE)的变化规律,有助于动态评价稻田水碳循环过程和农业用水效益。该研究利用涡度相关法得到中国长江中下游双季稻田的3年通量数据,研究生态系统尺度的稻田WUE季节变化规律及其年际差异,揭示生态系统夜间呼吸消耗对稻田水分利用的影响,阐明WUE与净生态系统生产力(Net Ecosystem Productivity,NEP)和ET的关系。结果表明:双季稻WUE季节尺度变化特征与NEP基本一致,呈现出先增大、后减小的趋势,表明其季节变化由NEP主导,取决于作物自身以生育期为尺度的生长发育规律。早、晚稻日均WUE均在拔节孕穗期达到峰值,且在生长中期均维持较高水平,日均WUE分别达到5.8、5.5g/kg。早、晚稻全生育期WUE均值分别为(3.3±0.3)、(3.4±0.4)g/kg,生态系统夜间呼吸消耗使WUE下降40%以上。不同稻季WUE的年际差异达到9.2%~12.4%,其中抽穗开花期差异最大。不同纬度的稻田WUE存在差异,该研究得到的中国长江中下游稻田WUE高于菲律宾、巴西等热带地区稻田,但低于中国东北辽河三角洲稻田,与小麦、玉米等农田生态系统相比,稻田WUE也较低。研究结果可为评价中国长江中下游稻作区农业用水效率以及优化水碳管理模式提供依据。

WPL校正和坐标轴旋转对稻田湍流通量计算的影响

利用鄱阳湖流域赣抚平原灌区2011年晚稻种植期间观测的涡度相关通量数据,定量分析了WPL校正与3种坐标轴旋转方法对稻田生态系统摩擦风速和湍流通量计算的影响,结果表明:WPL校正对CO2通量与潜热通量计算结果有显著影响。与未经WPL校正的通量数据计算值相比,WPL校正可使CO2通量计算值减小11%,潜热通量计算值增大5.5%,即通过WPL校正可使稻田能量闭合度提高5%左右。二次坐标轴旋转法对晚稻田摩擦风速值的影响最小,而平面拟合法对其影响最大,但二次坐标轴旋转法、三次坐标轴旋转法以及平面拟合法的计算结果之间的差别并不大(<1%)。倾斜校正使得湍流通量计算结果的绝对值趋于变小,且对动量通量计算值的影响最大。对于下垫面平坦、均质的稻田,推荐采用二次坐标轴旋转法对其观测的通量数据进行倾斜校正。

云南农村饮水安全工程现状分析与思考

农村饮水安全工程的实施结束了云南农村严重缺乏饮用水的历史,农村供水保障能力得到大幅提升。但现阶段仍存在诸多问题:工程造价高、规模小;设计供水规模偏大,产能利用率低;供水成本高,水价制定不合理,水费征收率低;水质合格率处于全国较低水平。分析表明,大力发展当地经济,进而通过投资使更多的县实现区域规模化供水及城乡供水一体化,是解决云南农村饮水安全工程现存问题的重要途径。建议:从全县角度做好顶层设计和总体规划,建立以政府为主体的多渠道投融资体系以吸引社会资本参与工程建设运营,进一步提高产能利用率,构建综合考虑供水成本、节约用水、农民承受能力和财政补贴的水价形成机制,重点加强消毒和沉淀过滤,引导农民煮沸后饮用开水。

云南省农村供水管理模式分析

农村饮水安全工程建设管理是农村水利发展的重要内容。调研了当前云南农村供水工程管理中存在的8种主要模式,分析了各种模式存在的共性和个性问题及其成因。建议云南应积极探索农民用水合作组织管理模式在小型集中供水工程中的应用,推进以农村供水公司管理模式为代表的体系化综合管理建设,鼓励和引导社会资本特别是民间资本参与农村供水建设运营,完善落实农村供水运行管理办法和优惠政策,制定合理的水价形成机制和财政补贴机制,探索区域集中供水的可行性,努力提高全省农村供水的现代化和信息化管理水平。

基于Kuhn-Tucker条件的灌溉水量优化分配

建立了基于作物水分生产函数的灌溉水量优化分配模型。采用Kuhn-Tucker条件获取该模型的最优解条件,并给出了最优解的计算方法,包括单一作物全生育期缺水条件下灌溉水量在不同阶段的优化分配计算,以及多种作物某同一生育期缺水条件下灌溉水量在不同作物之间的分配方法。利用2个实例对所给方法进行了分析,与传统优化方法相比,思路清楚,计算过程简单,工作量少,便于灌区管理人员在实际生产中应用。

基于URMOD模型的市区蒸散发模拟与遥感验证

为了描述城市区域水文过程,该文利用中国水利水电科学研究院水资源研究所开发的分布式水文模型Simulating Model for Urban Water Cycle(URMOD),以北京市四环路以内区域为例对不同下垫面蒸散发量进行了模拟计算。结果表明,城市区透水区域和不透水区域的蒸散发规律有很大差别,模拟期2002-2005年,草地、林地和水面的年均蒸散发量分别为578.4、571.2和1130.5mm,而不透水区域的年均蒸散发为161.0～269.1mm。将模拟蒸散发量和遥感反演数据进行对比,模拟月蒸散发数据系列与遥感反演结果吻合度很好。该模型可以有效模拟城市区实际蒸散发量。

鄱阳湖流域典型湿地植物需水规律研究

湿地植被需水量是维持湿地生态系统生态平衡和湿地植被正常生长,保障湿地系统生态功能正常发挥所需的水量。选取鄱阳湖流域8种典型湿地植物：藜蒿、菖蒲、美人蕉、茭白、高秆灯芯草、西伯利亚鸢尾、白莲、莲藕,于2013年在江西省灌溉试验中心站人工湿地试验场开展试验,分析了不同湿地植物全生育期需水量及其生育阶段和日变化规律,得到不同湿地植物的作物系数。结果表明,在湿地植物需水高峰期的5-10月,8种湿地植被日均需水量变化范围为4.3～6.1mm,其中菖蒲最高为6.1mm,白莲最低为4.3mm。经测定,湿地日均渗漏量为1.3mm;全生育期湿地植被需水量变化范围为800～1125.6mm,是平均值的0.86倍至1.21倍;8种湿地植物全生育期作物系数变化范围为1.8～2.4,其中菖蒲最高为2.4,白莲和莲藕最低为1.8,而藜蒿、高杆灯芯草和西伯利亚鸢尾的全生育期作物系数为2.0左右,对照处理作物系数保持在1.7。本文研究结果为鄱阳湖流域不同湿地植物需水规律分析及其计算提供了依据。

我国水蚀区坡耕地土壤分离能力的空间分布与影响因素

我国水蚀区不同区域自然地理环境和土壤理化性质存在巨大差异,可能会引起土壤分离能力(Dc)的差异。然而目前大尺度上(如水蚀区)Dc的空间分布及其影响因素的研究尚未见报道。在水蚀区依据土壤类型和土壤质地不同布设了36个采样点,用扰动土(代表新耕坡耕地)测定其Dc并分析其影响因素。结果表明,水蚀区沙漠风沙土Dc最大,红壤Dc最小,Dc呈强度空间变异。西北黄土高原地区和南方山地丘陵区Dc最大。黏粒和砂粒含量适中的土壤质地Dc最大。水流剪切力与水流功率在模拟Dc方面无显著差异。Dc与粉粒、土壤粒径参数、阳离子交换量和土壤有机质存在显著的负相关关系,与砂粒、中值粒径、平均几何粒径和交换性纳百分比存在显著的正相关关系。水蚀区Dc可用水流剪切力、粉粒、阳离子交换量和土壤有机质很好地模拟(R^2=0.71,NSE=0.71)。

水肥调控对水稻叶片SPAD值与产量的影响

以鄱阳湖流域典型稻田为研究对象,以"陆两优996"早稻为试材,采用多因素随机区组设计,研究了不同灌溉模式、施氮水平、追肥方式下水稻叶片SPAD值随生育进程的动态变化特征,分析了水氮耦合对叶片SPAD值和产量的交互作用以及水稻各生育期SPAD值与产量的关系,阐明了灌溉、施肥及追肥对水稻SPAD值和产量的影响机制。结果表明:灌溉模式和追肥方式对SPAD值的影响体现在生殖生长阶段,施氮量则体现在作物全生育期。施氮能显著提高SPAD值和产量,但氮肥对产量的贡献表现出边际效应。三次施肥方式能明显延缓SPAD值的下降,提高作物产量。灌溉模式、施氮量和追肥方式之间的交互作用不显著。提高乳熟期叶片叶绿素含量是水稻增产稳产的有效手段,从节水减排增产的角度,最优田间管理措施为W1N2F2且维持乳熟期叶片SPAD值在37~40之间。

SunScan冠层分析仪在水稻叶面积指数测量中的应用

为了研究ELADP对SunScan测量LAI的影响规律,在江西省灌溉试验中心站针对晚稻开展试验研究,试验设3种施氮水平：N0（0kg/hm2）、N1（135kg/hm2）、N2（180kg/hm2）。对比分析SunScan间接测量水稻LAI与比叶重法实测水稻LAI,对ELADP进行率定,并分析其变化规律。结果表明,从移栽到抽穗开花期,不同施氮水平下,ELADP值在0.5左右变化;N2施氮水平下,乳熟期ELADP为1.2、黄熟期为1.7;N1施氮水平下,乳熟期ELADP为1.2,黄熟期ELADP大于4,没有得到具体值;N0施氮水平下,乳熟期和黄熟期ELADP均大于4,也没有得到具体值。综合分析表明,水稻ELADP取值从移栽到抽穗开花期为0.5,乳熟期及黄熟期1.2-1.7较合适。ELADP的率定结果为用SunScan准确测量水稻LAI提供了依据。

基于GIS的赣抚平原灌区数据库构建和空间分析

为实现灌区信息的统一化管理和空间分析,提高灌区管理工作的效率和水平,构建了一个基于Arc GIS的灌区信息管理系统.以数据库为手段,通过数据收集、组织、编辑、转换实现对灌区多源空间数据和属性数据的融合分析,可实现数据的维护、可视化管理和统计分析,特别是基于Arc GIS的统计分析功能,实现灌区土地利用类型、高程和坡度的分布规律及其相互关系的统计分析.以江西省赣抚平原灌区为例,在多源空间数据和属性数据的基础上,构建了灌区基础地理信息数据库,实现了灌区信息的集中管理、查询、统计和维护更新.基于统计分析得到了灌区高程、坡度和土地利用类型的空间分析规律.结果表明:灌区大部分地势平坦,主要以农业用地为主.高程较低地势起伏较小时,主要的土地利用类型是水稻,随地势增高和坡度变陡,林地所占的比重逐渐增大,成为主要的土地利用类型.

不同水肥模式下水稻光合光响应特性研究

为揭示不同水肥模式对水稻分蘖期和拔节孕穗期叶片光合作用光响应特征的影响,在2种灌溉模式、2种施肥次数和4个施氮量水平下,开展了不同水肥模式的水稻叶片光合作用的光响应特征研究。结果表明,在水稻分蘖期和拔节孕穗期,间歇灌溉水稻的净光合速率高于淹灌,且随着施氮量的提高,这种由于灌溉模式引起的差异将被弱化。在施氮量较低时,淹灌水稻很快就达到了光饱和,而在间歇灌溉下,光饱和点则明显后移。这表明低氮水平下,间歇灌溉的水稻对光的适应能力比淹灌的水稻强。灌溉模式和设计施氮量相同时,由于3次施肥在时间尺度上施肥分布更均匀,尽管其在分蘖期净光合速率较小,但在拔节孕穗期净光合速率较大,与2次施肥相比,其水稻产量更高。这表明,提高拔节孕穗期作物的净光合速率有利于作物干物质的积累,从而获得更高的产量。

不同播栽方式对稻田CH4、N2O排放及产量的影响

水稻田是甲烷(CH)、氧化亚氮(NO)等温室气体的主要排放源,在不同水稻播栽方式下,温室气体排放量有差异。设置直播(DS)、人工插秧(AT)、抛秧(SP)和机械插秧(MT)等4种播栽方式,利用静态箱-气相色谱法对双季稻生育期内CH、NO排放通量进行监测,分析温室气体在全生育期的排放规律,并用全球增温潜势(GWP)与温室气体排放强度(GHGI)2个指标来综合评价不同水稻播栽方式的减排效益。结果表明,早稻CH排放主要集中在分蘖期至拔节孕穗期,晚稻CH的排放峰提前到返青期且峰值明显增大,晚稻CH排放对总GWP的贡献达69.5%~82.3%;全生育期NO的增温潜势仅占总GWP的3.5%~8.2%。在早稻DS处理下,CH的累计排放量最低(26.05 kg/hm^(2)),其次为SP处理(36.20 kg/hm^(2));在晚稻SP处理下,CH的累计排放量比其他处理低42.2%~60.2%。AT处理的全年产量比其他组高8.1%~10.6%,但温室气体排放量明显较高。SP处理的GHGI比AT处理减少了45.6%,比DS处理减少了33.1%。综合考虑碳减排和作物稳产,抛秧为最优的播栽方式。

拔节期淹水胁迫对水稻叶片酶活性及产量的影响

为研究淹水胁迫对水稻生长发育、叶片酶活性和产量形成的影响,并提出相应的水稻淹水后排水指标,试验采用水稻盆栽试验模拟水稻淹水胁迫状态,研究中稻拔节期淹水胁迫环境下生理性状和产量构成的响应特征。结果表明,中稻拔节期受淹胁迫后,水稻分蘖生长会受到抑制,株高随着淹水时间和淹水深度增加显著增长,水稻剑叶中的MDA质量摩尔浓度随着淹水时间和淹水深度的增加会逐步升高,POD酶活性随着淹水时间的增加会逐步升高,剑叶中SOD酶活性表现为:当淹水天时为1、3、5 d时,随着淹水深度的增加而升高,当淹水天数达到7 d时,随淹水深度增加反而降低,在产量构成方面主要表现为淹水胁迫后水稻有效穗、结实率和实际产量的显著降低,受淹水深为40 cm时,受淹历时1、3、5和7 d的产量分别较对照减少12.64%、15.37%、23.42%和28.75%,构建了水稻产量与淹水深度(H)和淹水时间(D)以及地面累积水深度(SFW)之间的回归模型,根据模型假设若以水稻减产20%为排水指标,当中稻拔节期淹水深度为20、30和40 cm时,应在8.5、6.5和3.5 d内将田面水层排到10 cm左右。

分蘖期淹水胁迫对早稻生长发育及产量构成的影响

为了探明分蘖期不同淹水深度和淹水历时对早稻生长发育和产量形成的影响,于2018年4-7月,以陆两优996为试验材料采用盆栽模拟受淹的方法,开展了早稻分蘖期不同淹水深度和淹水历时的试验研究,设定CK(不受淹处理)、H1(20 cm)、H2(30 cm)、H3(40 cm)3种不同淹水深度和D1(1 d)、D3(3 d)、D5(5 d)、D7(7 d)4种不同淹水历时处理,每处理重复3次。结果显示,分蘖期受到淹水胁迫后会抑制早稻分蘖数的增长和促进株高的增长,且随着淹水深度和历时增加水稻分蘖增长受到抑制更严重,株高较对照间的差异会越显著;淹水胁迫对早稻剑叶SPAD值影响表现为受淹开始前1 d处理间差异均不显著,水稻受淹结束后剑叶中SPAD值会显著降低,等到受淹结束后7 d时,剑叶中SPAD值逐渐恢复到正常水平;早稻分蘖期受到淹水胁迫后地上部分干物质积累量会降低,随着淹水深度和淹水历时增加与CK间差异越显著,且不同部位中对穗部位干物质积累影响最大;在产量构成方面表现为早稻分蘖期受到淹水胁迫后有效穗数、结实率和实际产量的显著降低,与SFW(淹水累计深度)之间相关系数分别达到-0.914^**、-0.983^**和-0.942^**。受淹水胁迫影响最大的为实际产量,所有处理与CK间实际产量差异均达到显著水平(p<0.05),并且随着淹水深度和历时增加与CK间差异越大,回归分析表明可以以SFW(淹水累计深度)为自变量构建早稻分蘖期淹水胁迫后实际产量预测模型。