膜下滴灌微咸水棉花临界氮稀释曲线模型与氮肥用量推荐

为了优化膜下滴灌微咸水条件下棉花生产氮素管理,该研究于2017—2019年在新疆库尔勒市开展3 a定位施氮试验。以新陆中棉花为试验材料,设置施氮水平0(NF0)、150(NF1)、250(NF2)、300(NF3)、350(NF4)、450(NF5)kg/hm^(2),各试验处理灌水量均为487.5 mm,分析施氮量对棉花地上部干物质量、氮素累积吸收量、产量和氮肥利用效率的影响,构建了膜下滴灌微咸水棉花临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明:棉花氮素累积吸收量随生育期进程的推进而增大,棉花临界氮浓度与最大地上部干物质量符合幂函数关系。氮肥农学利用率和表观利用率均与施氮量呈二次多项式关系,氮肥生理利用率和偏生产力均与施氮量呈线性关系。NF1、NF2和NF3处理的氮素营养指数均小于1,表明氮素营养供应不足,棉花生长受到氮素限制。NF4和NF5处理的氮素营养指数接近于1,说明棉花氮素营养状况较好,但NF5产量和氮素利用效率较低,NF4获得最高产量和较高的氮素利用效率。因此,南疆膜下滴灌微咸水棉花生育期推荐施氮量为350 kg/hm^(2)。该研究构建的临界氮浓度稀释曲线模型对田间施氮管理具有重要意义。

灌溉施氮和种植密度对棉花叶面积指数与产量的影响

为构建便于实际应用的棉花叶面积指数和产量模型,综合考虑灌溉、施肥、种植密度及覆膜的影响,建立了基于相对有效积温的普适棉花相对叶面积指数的Logistic模型,并研究了棉花最大叶面积指数与全生育期灌水量、施氮量、种植密度及产量之间的关系。结果表明:覆膜棉花叶面积指数最大时的有效积温为1400℃左右,不覆膜棉花的叶面积指数最大时的有效积温为1600℃左右。棉花最大叶面积指数随耗水量、施氮量呈现出先增后减的变化趋势,而种植密度与最大叶面积指数之间表现出明显的正相关性。综合考虑灌水量、施氮量和种植密度的作用可以较为准确描述最大叶面积指数变化特征。棉花产量随着最大叶面积指数的变化呈现出明显的先增后减的变化趋势,当最大叶面积指数为4.93时籽棉产量最大达6066.2 kg/hm^(2)。相对化分析结果表明,覆膜与不覆膜棉花相对叶面积指数的变化趋势基本一致,相应的模型参数也基本相同,从而建立了全国范围内覆膜与不覆膜棉花统一的相对叶面积指数的Logistic模型。该研究为棉花科学种植和精细化管理提供了方法,也为其他作物在不同管理措施和地域时进行建模提供了参考。

基于降水距平百分率的陕西省干旱时空分布特征

随着气候变化,气象干旱威胁农业经济发展。利用陕西省16个地市19个气象台站降水资料,选择降水距平百分率为干旱指标,计算陕西省近50a各年的干旱指数,在此基础上分析了干旱年际变化特征,并利用GIS 10.1绘制干旱强度的空间分布图。研究结果表明,陕西省夏季降水多、冬季少,多年平均降水量表现为陕南>关中>陕北;1960—2013年陕南地区、陕北地区、关中地区分别出现干旱次数为15,17,13,研究区域内16个地市发生干旱的平均频率为28%,轻度、中度、严重、特大干旱发生的平均频率分别为19%,6%,1%,2%,其中绥德发生频率最高(39%)。研究结果为陕西省干旱的监测、评估、预警和抗旱减灾工作提供科学依据。

磁化微咸水及石膏改良对土壤水盐运移的影响

为了探究磁化水和石膏共同作用对水盐运移特征的影响,该研究通过室内一维垂直入渗试验,分析未磁化和磁化微咸水两种类型的灌溉水入渗下,5个石膏施量(0、0.1、0.2、0.4、0.6kg/m^(2))对土壤水分和盐分运移特征的影响。结果表明:磁化和未磁化微咸水入渗时,累积入渗量和湿润锋深度均随着石膏施量的增加而减小。不同石膏施量的磁化微咸水最终累积入渗量与湿润锋深度减小,土壤含水率比未磁化微咸水提高了11%~14%。相对于未磁化微咸水,磁化微咸水降低了土壤水的入渗速率,减缓了湿润锋运移速度。磁化微咸水入渗下,施加石膏降低了Philip入渗模型吸渗率,显著提高了脱盐率和脱盐效率。磁化微咸水入渗下,石膏施量为0.4 kg/m^(2)时,与未磁化相比,磁化微咸水的土壤储水量增加了14.9%。石膏施量为0.4 kg/m^(2)时淋洗效果最好,脱盐率提高了59%。可见,磁化微咸水入渗和石膏改良显著影响土壤的持水性和脱盐效果。研究可为灌溉水高效利用和盐碱地改良提供参考。

磁场强度对磁化水入渗和土壤水盐运移特征的影响

为探明不同磁场强度对磁化水土壤水盐运移规律的影响,揭示磁化水淋盐增效机理,进行了室内一维垂直土柱入渗试验,研究了0、0.1、0.2、0.3、0.5 T磁场强度磁化水对土壤水盐运移特征的影响。结果表明:经磁化处理后,土壤水分入渗速率与湿润锋运移速率均有所降低,而上层土壤湿润体水分含量增加;随着磁场强度的增加,累积入渗量呈现先减后增的变化趋势,在磁场强度为0.3T时,累积入渗量减少幅度最大。磁场强度对磁化水土壤入渗参数具有显著影响,入渗模型吸渗率和饱和导水率与磁场强度之间存在较好的二次多项式关系,在磁场强度为0.28T时,吸渗率和饱和导水率均达到最小值。磁化水入渗能够提高水分在上层土壤中的滞留时间,提高上层土壤含水率,降低深层土壤水分入渗量;经磁化处理后,单位水体盐分淋洗量增加,脱盐率和脱盐强度显著提高,在磁场强度为0.3T时磁化水盐分淋洗效果最好。研究表明,磁场强度显著影响磁化水入渗和土壤水盐运移特征。

磁化微咸水一维水平吸渗特征与水分运动参数分析

为探明磁化微咸水的水分运动规律,通过室内一维水平土柱吸渗试验,研究了不同矿化度(0.14、2、3、4、6 g/L)磁化微咸水的水平吸渗特征及其对土壤水分运动参数的影响。结果表明:不同矿化度的磁化微咸水最终累积入渗量与湿润锋深度均显著降低,湿润体平均含水率比未磁化微咸水增加了2.03%~6.11%,磁化微咸水入渗能够增强土壤持水能力,有利于改善土壤水分分布。相对于未磁化微咸水,磁化微咸水PHILIP入渗模型吸渗率S降低了7.71%~12.11%;磁化与未磁化微咸水的饱和导水率K s、相对饱和导水率ΔK s均与入渗水矿化度呈现较好的二次多项式关系。微咸水经过磁化处理后,BROOKS COREY模型形状系数n相对减小,而进气吸力h d相对增大;土壤非饱和导水率及其增长速率均降低,而相同土壤水吸力能够吸持的土壤含水率增加;土壤水分饱和扩散率D s与起始扩散的土壤含水率均有所增加。研究表明,磁化微咸水入渗过程中的土壤水分运动参数发生了改变,其作用效果与微咸水矿化度密切相关。

磁化强度对磁电一体活化水土壤水盐运移特征的影响

磁化与去电子等活化处理技术能够显著提高灌溉水盐分淋洗效率。为了阐明磁化强度对磁电一体活化水土壤水盐运移特征的影响机制,选取不同磁化强度(0、0.1、0.2、0.4、0.8 T)的磁电一体活化水进行一维垂直土柱入渗试验。结果表明,磁电一体活化水可以促进土壤水入渗,提高盐分淋洗效率,并且其效果与磁化强度紧密相关;随着磁化强度的增大,土壤水分入渗量与盐分淋洗效率呈现先增加后减小的二次函数关系,吸湿率S与磁化强度H之间同样呈现良好的二次函数关系。通过试验数据及入渗模型参数分析发现,磁化强度为0.4 T左右时,磁电一体活化水入渗对应的累积入渗量最大、入渗用时最短、土壤含水率最大,而含盐量最小,脱盐效果最好,故可以将0.4 T作为磁电一体活化水的最佳磁化强度。

透气隔水埋体对土壤水分入渗与溶质运移的影响

为分析透气隔水(弱透水)埋体促进水分入渗与溶质运移功效,开展了不同容重(1.40,1.45,1.50,1.60 g/cm3)透气隔水(弱透水)埋体的一维垂直土柱入渗试验,分析了不同容重的透气隔水(弱透水)埋体对土壤水分入渗与溶质分布的影响。结果表明,透气隔水(弱透水)埋体能够增加土壤累积入渗量,推动湿润锋运移,在一定范围内,随着透气隔水(弱透水)埋体容重增加,湿润锋推进速度与土壤入渗率均增加。600 min时,土壤累积入渗量相对增加7.42%~29.17%,湿润锋深度达到27 cm,入渗时间相对减少26.97%~64.27%。相比于对照组,不同容重的透气隔水(弱透水)埋体均能降低溶质向深层土壤迁移数量。Philip模型和代数模型均能描述透气隔水(弱透水)埋体土壤水分入渗过程,且Philip模型中吸渗率S和代数模型中综合形状系数α均与透气隔水(弱透水)埋体内外容重比呈正相关关系。研究结果表明透气隔水(弱透水)埋体能够通过改变上层土壤吸力分布提高水分入渗能力与溶质传输效率,实现对城市雨水径流调控和净化。

磁化-去电子水对盐渍化土壤水盐运移特征影响

磁化与去电子等活化水处理技术在农业灌溉领域的应用受到人们广泛的关注,为了阐明磁化—去电子水入渗对土壤水盐运移的影响机制,利用自来水、去电子水、磁化水(0.4 T)、以及磁化—去电子水开展一维垂直入渗试验,研究了磁化—去电子活化水对土壤水盐运移特征及盐分淋洗效率的影响。结果表明:与对照相比,磁化—去电子活化处理能够有效促进土壤水分入渗,增加土壤含水率,降低土壤含盐量,提高灌溉水盐分淋洗效率,并且磁化—去电子水在入渗能力、土壤含水率、土壤含盐量、盐分淋洗效率较磁化或去电子方法有不同程度的提高,与去电子水相比,磁化—去电子水累积入渗量增加了28.0%,到达入渗终点用时减少了25.7%,15 cm深度土层的土壤含水率增加了7.9%,整体土壤脱盐率增加了13.9%;与磁化水相比,磁化—去电子水累积入渗量增加了6.7%,到达入渗终点用时减少了12.2%,15 cm深度土层的土壤含水率增加了3.2%,整体土壤脱盐率增加了4.7%。磁化—去电子水对土壤盐分淋洗有显著促进作用,并且比磁化水或去电子水的促进作用更明显,有利于为作物生长创造良好的水盐环境,为合理利用磁化-去电子水提供了参考。