水氮耦合对枸杞冠层结构及产量的影响

为探明水氮耦合对枸杞冠层结构及产量的影响,揭示枸杞冠层结构与蒸散、氮消耗的互馈机制,于2014-2015年以4 a树龄的“宁杞1号”为研究对象,设置4个水平灌溉定额(W1:2277 m^(3)/hm^(2)、W2:2593 m^(3)/hm^(2)、W3:2856 m^(3)/hm^(2)及W4:3160 m^(3)/hm^(2))及3个水平施氮量(2014年N1:501 kg/hm^(2)、N2:668 kg/hm^(2)及N3:860 kg/hm^(2);2015年N1:620 kg/hm^(2)、N2:854 kg/hm^(2)及N3:1092 kg/hm^(2)),对比分析不同水、氮条件对枸杞冠层结构及产量的影响。结果表明:2 a均表明W3N2处理枸杞叶面积指数(LAI)和平均叶倾角(MTA)较大,其中LAI为2.46(2014年)和2.86(2015年),较其他处理(除2015年W2N1外)提高了2.9%~80.1%(2014年)和4.7%~48.9%(2015年),MTA为45°(2014年)和50°(2015年),较其他处理增加了7.1%~40.6%(2014年)和6.4%~28.2%(2015年),该处理透射率(DIFN)在各处理中居中,介于0.25~0.35;2 a试验结果均W3N2处理产量最高,分别为2599.9 kg/hm^(2)(2014)和4621.7 kg/hm^(2)(2015),与其他处理相比提高了42.5%~65.7%(2014)和0.5%~15.9%(2015);蒸散量(ET_(a))随LAI和MTA增加而增加,但LAI超过3时,就会抑制冠层蒸散;LAI趋于3、MTA和DIFN分别介于45°~50°和0.25~0.35时,枸杞碱解氮消耗较大,2014年和2015年分别为883.4 kg/hm^(2)和1001.1 kg/hm^(2)。综合分析,在枸杞理想冠层和最大产量目标下,灌溉定额为2856 m^(3)/hm^(2),4 a树龄施氮量为668 kg/hm^(2),5 a树龄施氮量为854 kg/hm^(2),有利于枸杞冠层结构生长发育且会获得理想的产量,研究结果可为宁夏枸杞水肥管理及冠层结构调整提供理论依据。

枸杞产量和品质水肥效应研究进展

枸杞具有良好的药用价值,枸杞种植不仅要取得理想的产量还要保障其优良的药用品质。衡量枸杞药用价值的主要指标包括枸杞多糖、甜菜碱、β-胡萝卜素、黄酮、总糖和氨基酸含量等。土壤水分和养分(包括盐分)对枸杞产量和品质的形成均有直接的影响,学者们进行了较多且相对全面的研究。从已有研究中选取相关文献,分析了水分胁迫、灌溉技术、土壤养分、施肥以及水肥耦合作用等对枸杞产量、品质指标的影响,旨在明确土壤水分、养分与枸杞产量、品质指标之间的关系以及学者们研究重点采用的方法。在总结已有研究基础上,结合本人所在团队研究经验,提出了将产量和品质指标作为综合目标考虑的水肥耦合、水分养分数值模拟、无人机高光谱水分-养分诊断、产量-品质预测的枸杞水肥效应研究发展趋势,以期为枸杞优质高产研究提供参考。

基于Jensen模型的压砂地西瓜灌溉制度优化研究

针对压砂地西瓜水资源高效利用和合理灌溉制度问题,于2008年和2009年采用试坑对比试验方法进行了研究,利用水分生产函数Jensen模型分析了压砂地西瓜耗水规律及需水关键期,并用Jensen模型对压砂地西瓜灌溉制度进行了优化,结果表明：（1）压砂地西瓜全生育期耗水量为79.6-409.9 mm;（2）西瓜需水关键生育阶段顺序为＂苗期〉开花坐果期〉膨大初期〉膨大中期〉伸蔓期〉膨大后期＂;（3）压砂地西瓜各生育阶段的水分敏感系数λ1=0.6171,λ2=0.2707,λ3=0.0355,λ4=0.1097,λ5=0.1390,λ6=0.1106;（4）通过灌溉制度优化发现：供水量范围为80-240 mm时增产效果最明显,供水量达到320 mm时,压砂地西瓜可获得高产。最优灌溉制度为：苗期灌水20-30 mm,伸蔓期灌水50-55 mm,开花坐果期灌水40-45 mm,膨大初期灌水70 mm,膨大中期灌水60-70mm,膨大末期灌水60-65 mm。

压砂地西瓜补灌技术筛选研究

通过选取不同的补灌技术对压砂地西瓜进行了补水技术研究,结果表明:补灌技术对西瓜纵径和西瓜横径具有相同的影响效果,西瓜成熟后车补、滴灌、管灌处理的西瓜纵径分别为27.7、29.2、25.8cm,西瓜横径分别为19.4cm、20.7cm、18.9cm,滴灌西瓜横径最大,车补次之,管灌最小。三因素三水平的最优组合为滴灌方式、灌水定额为90m3/hm2,灌水次数为5次;经方差分析可知,灌水定额和补水方式对产量影响显著,灌水定额较之补水方式更为显著,而灌水次数无显著影响。

再生水灌溉辣椒氮磷钾耦合效应及优化组合方案研究

针对西北地区水资源紧缺以及辣椒种植氮、磷、钾施用比例无序问题,本文选取氮、磷、钾3因素,设置了5个水平,采用二次通用旋转组合设计,在宁夏中卫市沙坡头区进行了田间试验。结果表明:(1)所获得的辣椒氮、磷、钾耦合模型回归拟合和失拟检验均达到显著性水平,因素与产量的相关系数r=0.856;(2)t检验发现氮肥对辣椒产量影响较为明显,磷肥次之,钾肥影响较小;(3)辣椒产量随施氮量的增加产量增加值在减小,施磷量对产量的灵敏度与施氮量具有相同的趋势,施钾量对产量的灵敏度随施用量的增加而增加;(4)x1=322.2,x2=134.3,x3=439时最大产量依次为:y1=45236.3 kg·hm^(-2)、y2=15668.8 kg·hm^(-2)、y3=20073.5 kg·hm^(-2);(5)施氮量为240 kg·hm^(-2),施磷量为150 kg·hm^(-2)时产量达到48911.9 kg·hm^(-2),交互作用明显。施氮量为240 kg·hm^(-2),施钾量为150 kg·hm^(-2)时产量达到43523.7 kg·hm^(-2)。施钾量150 kg·hm^(-2)时,施磷92 kg·hm^(-2)可以获得最大产量,为18318 kg·hm^(-2);(6)模拟模型求得产量大于52000 kg·hm^(-2)的有29个组合。研究结果可为再生水灌溉辣椒氮、磷、钾耦合及最优组合方案提供参考。

滴灌条件下不同灌水量对盛产期黄花菜生长及产量影响研究

为探究宁夏盐池县盛产期黄花菜最优灌水量,在生育期内,对盛产期黄花菜外观指标、产量、净收益及土壤含水率等进行了测定。试验以宁夏吴忠市盐池县花马池镇试验基地黄花菜为研究对象,采用滴灌水肥一体化灌溉方式,以甘肃大乌嘴为材料进行了单因素实验,设置灌水量5个水平,按当地农户灌水量(3450 m^(3)/hm^(2))、施肥量(675 kg/hm^(2))及灌溉方式作为CK组,共6个处理,进行相互对比,并对外观指标、产量和净收益等进行了方差分析和回归分析。结果表明:当灌水量小于3000 m^(3)/hm^(2)时,灌溉水主要储存在0~40 cm土层中;当灌水量为3450 m^(3)/hm^(2)时,灌溉水主要储存在0~80 cm土层中;当灌水量大于3450 m^(3)/hm^(2)时,灌溉水会下渗到100 cm及以下土层中,造成不必要的灌溉水流失。不同灌水量对盛产期黄花菜外观指标没有显著影响,但对产量有显著性影响,且其产量、净收益会随着水肥递增呈现抛物线形式变化。综合考虑产量和净收益等指标,该实验条件下,盛产期黄花菜最优灌水量为3450 m^(3)/hm^(2),灌水次数为11次。通过建立对黄花菜产量和净收益模型分析,提出了该区平水年时适宜的灌水量范围为3346~3470 m^(3)/hm^(2)。

压砂地西瓜光合作用干物质及产量水氮耦合模型及验证

为探明压砂地西瓜光合作用机理以及水氮条件对压砂地西瓜干物质积累和产量的影响,于2009年进行了桶栽对比试验,用高斯积分法计算冠层每日总光合同化量的方法建立压砂地西瓜光合作用干物质累积模型,并用试验实测值对模型进行验证。同时建立水氮耦合回归模型并进行验证。结果表明:1)光合作用干物质模型均方根误差(root mean square of error,RMSE)为22.5 kg/hm^2,相对均方根误差(normalized RMSE,n RMSE)为14.5%,相关系数(correlation coefficient,r)为0.89;2)当蒸发蒸腾量ET≥213~513.8 mm、可利用氮量N≥172.1~226.9 kg/hm^2时,水氮耦合压砂地西瓜干物质积累模型和产量模型的n RMSE均<20%,R2约0.8,说明水氮耦合干物质和产量模型的可靠性。所建立的光合作用干物质累积模型和水氮耦合模型在一定条件下能够准确的预测压砂地西瓜干物质累积和经济产量,但光合作用模型更具有广泛的适用性。

基于生理发育时间的压砂地西瓜发育动态模型及验证

考虑土壤、水分、养分、温度和光照等因素综合作用对压砂地西瓜生长发育和叶面积指数的影响,建立压砂地西瓜生长发育动态模型和叶面积指数发育模型。于2006年和2009年进行田间和桶栽试验,分别用生理发育时间法和Logistic方程建立压砂地西瓜生长发育阶段和叶面积指数模型,并对模型进行了检验。结果表明:1)压砂地西瓜生长发育阶段模型相对均方根误差(normalized root mean square of error,n RMSE)5.4%和9.6%(小于10%),相关系数r接近1;2)叶面积指数模型干旱年模拟n RMSE为2.3%,r为0.98;平水年模拟n RMSE为2.2%,r为0.98;丰水年模拟n RMSE为0.34%,r为0.98。可见,建立的模型能够准确模拟西瓜发育动态及叶面积指数动态变化。研究可为生产实践和科学研究提供参考。

装配式U形混凝土渠道衬砌钢模具数值模拟

为了探求装配式U形混凝土衬砌渠道钢模具在预制混凝土衬砌板时的应力应变规律,以D60装配式U形混凝土渠道衬砌钢模具为研究对象,运用ADINA软件对不同厚度、不同纵向加劲肋及不同横向加劲肋的钢模具进行数值模拟。结果表明:钢模具的变形在直线段最大,弧线段次之,直线连接段和弧线连接段最小;等效应力在直线连接段和弧线连接段最大,直线段和弧线段较小,并且钢模具厚度的影响程度>纵向加劲肋数量的影响程度>横向加劲肋数量的影响程度;在一定的变形允许范围之内,装配式U形混凝土衬砌渠道钢模具的厚度以8~10 mm为宜,纵向加劲肋以3~4根为宜,横向加劲肋以2根为宜(布置在直线段和弧线段各1根)。

宁夏中部压砂区表层土壤离子分布及盐分类型预测

为探明宁夏环香山压砂区盐碱地表层土壤离子分布主要影响因素及盐分类型,研究选取覆盖状况、地面倾角和海拔3个因素,对0~20 cm表层土壤离子分布、盐分存在形式及钠吸附比(SAR)进行研究。结果表明:(1)覆盖状况对土壤表层离子含量有显著影响,地面倾角对HCO_(3)^(-)影响显著,海拔对Mg^(2+)有显著影响,裸地Ca^(2+)、Mg^(2+)、K^(+)、Na^(+)、Cl^(-)和SO_(4)^(2-)含量依次比压砂地高0%~284.21%、100%~130.53%、33.33%~48.94%、18.01%~182.26%、111.94%~468.72%和102.74%~118.82%,而CO_(3)^(2-)、HCO_(3)^(-)含量压砂覆盖比裸地分别高77.08%~400%和24.52%~48.09%;(2)阳离子之间除K^(+)与Ca^(2+)、Mg^(2+)具有显著正相关外其余都极显著正相关,阴离子Cl^(-)和SO_(4)^(2-),CO_(3)^(2-)和HCO_(3)^(-)呈极显著正相关,其余都呈负相关或不显著正相关,阳离子与Cl^(-)均呈极显著正相关,与SO_(4)^(2-)除K^(+)外其余均呈极显著正相关,阳离子与CO_(3)^(2-)和HCO_(3)^(-)呈负相关或不显著正相关;(3)该区域表层土壤盐分主要以NaCl、KCl、CaCl_(2)、MgCl_(2)、CaSO_(4)、MgSO_(4)和Na_(2)SO_(4)的形式存在,按照摩尔量计,盐分含量排序为:Na^(+)盐>Mg^(2+)盐>Ca^(2+)盐>K^(+)盐;(4)覆盖状况对土壤表层SAR影响显著,地面倾角随海拔变化对土壤SAR没有显著影响,压砂地SAR为3.99(mol/kg)0.5,裸地为10.73(mol/kg)0.5。宁夏环香山压砂区0~20 cm埋深土壤离子分布主要受到覆盖状况和地面倾角的影响,除K^(+)外,其他离子受海拔的影响不明显,盐分主要是Na^(+)盐,其次是Mg^(2+)盐,K^(+)盐含量最少。

基于水氮耦合的枸杞灌溉制度优化

为明确一定养分条件下枸杞耗水量与产量的关系,于2014年和2015年采用2因素3水平对比试验设计,研究了枸杞耗水量与碱解氮消耗量耦合效应对产量的影响,通过回归的耦合模型对基于树种、树龄、碱解氮消耗量的枸杞灌溉制度进行了优化。结果表明:(1)相同施肥条件时,4年树龄时HW产量最高,为1335.7 kg/hm^2,MW产量次之,为1174.2 kg/hm^2,LW产量最低,为1066.5 kg/hm^2,5年树龄时HW产量为2463.7 kg/hm^2,MW产量最高,为2556.1 kg/hm^2,LW产量最低,为2394.5 kg/hm^2;(2)同一灌水水平条件下2年试验均表现出中施肥水平产量最高,高施肥水平产量次之,低施肥水平产量最低,4年树龄MF产量为2758.0 kg/hm^2,HF产量为2595.5 kg/hm^2,LF产量为2407.0 kg/hm^2,5年树龄MF产量为4113.9 kg/hm^2,HF产量为3652.3 kg/hm^2,LF产量为3532.1 kg/hm^2;(3)耗水量、碱解氮消耗量耦合效应显示,2014年产量随着耗水量的增加而增加,而产量随碱解氮消耗量增加呈“凸”形抛物线趋势变化,2015年产量随耗水量、碱解氮消耗量增加均呈“凸”形抛物线趋势变化。(4)灌溉制度优化发现1年树龄总ET a为166.0~198.8 mm,2年树龄总ET a为194.7~252.5 mm,3年树龄总ET a为196.6~227.2 mm,4年树龄总ET a为173.5~221.6 mm,5年树龄总ET a为179.3~196.6 mm。研究结果可为1~5年树龄“宁杞1号”枸杞获得理想的产量提供灌溉制度优化参考。

土壤压砂保水处理含水率对西瓜生产潜力的影响

以西瓜为试材,针对压砂保墒问题,选择压砂时期和灌溉定额作为研究因素,采用对比试验方法研究了压砂保墒效果及其种植西瓜的生产潜力。结果表明:压砂覆盖能够有效保持土壤水分,上年雨季前压砂与雨季后压砂相比较,播种初期前者处理土壤质量含水率可达10.8%以上,而后者仅为8.9%;补水条件下前者比后者处理西瓜纵径大2.8cm,西瓜横径大3.1cm,未补水条件下前者比后者处理西瓜纵径大3.9cm,西瓜横径大2.7cm;补水条件下,前者处理西瓜产量为12 301.0kg·hm^(-2),后者处理西瓜产量为7 549.1kg·hm^(-2),未补水条件下,前者处理西瓜产量为6 723.3kg·hm~(^(-2)),后者处理西瓜产量为3 829.5kg·hm^(-2),可见,压砂保水能够明显提高西瓜生产潜力。

基于PI模型的阿拉善绿洲节水型种植结构优化

针对阿拉善沙漠绿洲区干旱缺水、农业种植结构单一和土壤质地复杂多变问题,于2013年和2014年进行了滴灌条件下不同灌溉定额和土壤质地的玉米、谷子和油葵种植试验,并依据土壤生产力指数PI对种植结构进行了优化。研究结果表明:均质沙壤土区玉米、谷子和油葵的生产力指数依次为为0.833、0.828 1、0.825 1,非均质土区玉米、谷子、油葵的生产力指数依次为0.729 3、0.767 9、0.809 1;种植结构优化后低灌溉定额水平条件下粮食总产量提高2.8%,总净效益提高7.7元/hm2,高灌溉定额水平条件下粮食总产量可提高0.93%,总净效益提高249.84元/hm2。可见由于土壤质地的差异导致土壤理化性质和水力特性不同,进而影响作物的产量,通过优化种植结构,可以明显提高粮食总产量和总净效益。

幼龄期压砂地枸杞产量和品质多指标耦合灌溉制度优化

为提高宁夏中部干旱带幼龄期压砂地枸杞灌水效率,保障枸杞产量和品质,进行了3水平灌水定额(300、225 m^3·hm^-2和150 m^3·hm^-2)的田间对比试验,采用综合指标增量最优方法对灌溉制度进行了优化。研究发现:枸杞5月上旬萌芽期耗水以土壤蒸发为主,日耗水量0.6~1.2 mm,6月中旬进入夏果花期耗水量增大,日耗水量2.5~3.7 mm,7月中旬枸杞夏果期耗水量继续增大,达2.4~4.3 mm,7月下旬日耗水量最大,为3.2~4.7 mm,8月中旬耗水量下降,日耗水量3.0~4.2 mm。灌水定额对枸杞产量影响显著(P<0.05),灌水定额300 m 3·hm^-2时产量最高,为1402.65 kg·hm^-2;灌水定额225 m^3·hm^-2时枸杞多糖、β-胡萝卜素和黄酮较高,含量分别为4.56%、0.15%和0.41%;灌水定额150 m^3·hm^-2时枸杞甜菜碱含量较高,为0.77%。进一步通过综合指标增量最优方法进行优化,结果表明β-胡萝卜素含量最高时得到综合指标增量最大,为-5.4%,总耗水量为450 mm。枸杞夏果花期进入需水关键期,阶段耗水量达70 mm以上,进入6月中旬枸杞需水量增大,旬耗水量达29 mm以上。可见,幼龄期压砂地枸杞产量及品质指标均达到最优的耗水量较难获得,但是在β-胡萝卜素含量最高时可以获得产量和品质多指标耦合的最优耗水量,据此进行灌溉制度优化,可以一定程度上实现幼龄期压砂地枸杞优质高产。

CMADS与传统气象站数据驱动下的SWAT模型模拟效果评价——以苦水河流域为例

为探究传统气象站数据和中国大气同化数据集(CMADS)驱动下的SWAT模型在气象站稀缺的干旱流域径流模拟效果,分别利用上述两种气象数据驱动宁夏苦水河流域SWAT模型,并以水文站实测月径流资料对模型进行了参数率定及验证。结果表明:率定期(2008-2012年)CMADS和常规气象数据支撑下的模型纳什系数分别为0.846和0.642,决定系数分别为0.741和0.597;验证期(2013-2016年)模型纳什系数分别为0.816和0.619,决定系数分别为0.752和0.628,即CMADS驱动的模拟精度高于传统气象站数据的模拟精度,CMADS可为缺少气象数据的区域建立SWAT模型提供数据支撑和精度保证。