基于CiteSpace的农业节水研究进展与发展趋势

借助Cite Space可视化软件,对无形的科学知识进行了可视化计量研究。利用共引共词分析、多元统计分析、社会网络分析等方法,绘制了农业节水研究领域的科技文献共引网络图谱、高被引文献的热点词图谱以及前沿进展时区图谱。分析可知国内外有关农业节水的高被引文献多数是关于实验方法和技术应用,目前国内比较侧重于节水灌溉、水资源、节水型社会、农业节水技术方面的研究;国外有关农业节水研究热点主要集中在灌溉水利用效率、灌溉水资源、虚拟水、农业产量及种植结构等。国内在基于作物水分高效利用的遗传育种学及分子生物学方面研究相对薄弱,作物抗旱及水分高效利用机理、水分养分耦合及高产协调机理等生物节水方面有待进一步研究;在多种农业节水技术联合运用方面研究有待加强;农业节水的生态环境效应评价方面研究是未来农业节水研究的发展趋势。

基于天气预报的参照作物腾发量中短期预报模型研究

以新乡市1970—2011年逐日实测气象资料代入FAO 56 Penman-Monteith（PM）方法算得的ET0作为基准值,对HG、P-T、M-K、M-C模型进行参数修正,将新乡市2012—2014年冬小麦生育期间预见期为1、3、5、7、10d的天气预报数据代入修正后的模型进行ET01～10 d的中短期预报,并以2012—2014年冬小麦生育期间逐日实测气象资料由PM公式算得的ET0为基准值,对天气预报的精度及ET0的预报精度进行评价。结果表明：经过参数修正后HG、P-T、M-K、M-C模型的精度均有提高;最高气温、最低气温、风速、日照时数的预报精度均随预见期的增加呈逐渐下降趋势,最低气温预报的精度稍高于最高气温;不同预见期的ET0预报模型中,P-T模型预报的ET0平均准确率在众模型中较高（95.06%）,其次为HG-M模型（94.66%）、PMT1模型（94.34%）、M-K模型（93.89%）,且P-T、HGM两种模型计算程序较简单,因此优选P-T、HG-M模型进行ET0的中短期预报。

砂土斥水性与含水率关系的试验研究及理想模型分析

为了探究土壤斥水性与含水率的关系,采用滴水渗透时间法进行室内试验,基于理想土壤颗粒模型,通过接触角变化进行理论分析,研究了不同含水率下砂土斥水性质的变化规律。结果表明:砂土斥水性随含水率的增大表现出以1.5%~2%含水率范围为拐点的先增大后减小的单峰曲线变化趋势;砂土自身斥水强度越高,其斥水持续时间的峰值越大,对应的土壤含水率值越小,且表现出斥水性质的下阈值含水率也相对越小;滴水渗透时间法和接触角法对土壤斥水性的判定存在差异,其实质是二者分别从土壤的斥水持久性和斥水强度两个角度对斥水性质进行评价。以上研究结果可为斥水土壤的研究奠定基础。

西北典型农区高效节水灌溉技术与集成应用

＂西北典型农区高效节水灌溉技术与集成应用＂（项目编号：2016YFC0400200）是国家重点研发计划＂水资源高效开发利用＂专项在农业节水领域首批启动项目,项目经费3000万元。本项目由西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院蔡焕杰教授主持,项目集合了西北农林科技大学、武汉大学、中国农业大学、江苏大学、中国农业科学院农田灌溉研究所、内蒙古农业大学、宁夏水利科学研究院、西安交通大学、新疆自治区水利科学研究院、甘肃省农科院等一批节水灌溉领域的优势单位。

几种有机酸对木质材料防治黑曲霉效力初步研究

为了开发新型木质材料防霉剂,以柠檬酸、水杨酸、肉桂醛为抑菌成分,制备单一配方及复配防霉剂,处理麦秸板和毛白杨试件。防霉性能测试结果显示,三种有机酸单一配方防霉剂以肉桂醛抑菌效果最好;不同比例三种有机酸复配防霉剂的处理效果不同;以16.67 mg/mL肉桂醛、26.67 mg/mL柠檬酸和6.67 mg/mL水杨酸处理麦秸板的抑菌效果最佳;肉桂醛、柠檬酸、水杨酸质量浓度均为26.67 mg/mL时处理毛白杨的抑菌效果最佳。采用肉桂醛、柠檬酸、水杨酸复方防霉剂可在保证防霉效力前提下降低肉桂醛的使用量,达到节约成本的目的。

干旱胁迫状态下植物电信号特征分析与研究

植物电信号反映植物本身的生长情况和环境变化,了解植物电信号有助于了解植物的各项生理活动。由于植物电信号随机性强且受噪声影响比较大,在植物进行自身调节时会表现出复杂的时变特性,所以对信号的采集、降噪和分析处理存在一定的难度。本文从生物电技术角度出发,分析植物在不同水胁迫下的电位特征,通过先进的信号处理和分析方法,综合分析植物电信号在时域、频域和时频域的特征,解译植物电信号特点,实现植物电信号的特征分析和信号解译。

农田土壤有机碳储量的影响因素研究

土壤是陆地生态系统的核心,农田土壤有机碳储量的多少直接影响陆地碳库的收支平衡,其储量受自然因素(气候、地形、土壤理化性状)和人为因素(农田管理措施、土地利用变化)等诸多方面影响而呈动态变化。通过对农田土壤有机碳储量的影响因素探究,以期找到维持和提高土壤有机碳库的有效措施,为我国土壤资源的可持续开发利用提供参考,最终达到土壤固碳和农业增产的目的。

减施氮肥和接种根瘤菌对大豆生理生长与氮素利用效率及产量的影响

在干旱、半干旱地区农业生产中,广泛采用接种根瘤菌、施用氮素等措施来促进大豆生长以提高产量,然而少有研究讨论接种根瘤菌与施用氮素的交互作用对大豆生长和产量的影响规律。本研究通过为期2年的田间试验,设置4个施氮水平(N0:0 kg/hm^(2);N1:60 kg/hm^(2);N2:120 kg/hm^(2);N3:180 kg/hm^(2))和2种接种水平,即接种根瘤菌(R)和清水拌种。在大豆各生育期测量根瘤数、根瘤干质量、叶面积指数、干物质积累及根系特性等大豆生长指标和叶绿素含量、光合参数、荧光参数等生理指标,同时还测定氮素吸收量等指标并计算氮素利用效率。结果表明,RN2处理下的大豆生长状况最佳,2年平均最大根瘤数为241.47、最大根瘤干质量为1.30 g、最大根长密度为15.00 cm/cm^(3)、最大叶面积指数为5.44 cm^(2)/cm^(2)、最大干物质积累量为17 530.51 kg/hm^(2)、最大叶绿素含量为53.55、最大净光合速率为32.75μmol/(m^(2)·s)、最大种子产量为4 659.4 kg/hm^(2)。由此可见减少氮肥施用量(N2)的同时接种根瘤菌(R)对于促进关中平原大豆的生理生长、提升对氮素的利用效率、提高大豆产量具有重要意义。本研究可为提高干旱半干旱地区大豆生产水平提供理论支持和实践经验。

利用地下水模型模拟分析灌区适宜井渠灌水比例

为了获取泾惠渠灌区适宜井渠灌水比例,科学合理地确定农业节水方案,该文综合应用ArcGIS和PMWIN地下水模拟软件建立了灌区的地下水分布模拟模型,根据灌区历年农业用水实际情况设定了10种灌溉情景模拟灌区地下水位的变化趋势,通过地下水模型分析研究了灌区井渠灌水比例。利用VB程序语言改写EVT蒸发蒸腾子程序包,使其能模拟非线性蒸发,潜水蒸发量计算精度得到较大改进。研究表明:1)渠首有效灌溉引水量在3.7～4.1亿m3,井渠灌水比例控制在0.35～0.55,基本可以保持灌区地下水采补平衡;2)渠首有效灌溉引水量在1.5～2.0亿m3,井渠灌水比例控制在0.5～0.7,也能实现灌区地下水采补平衡;3)目前井渠灌水比例在0.9～1.2,已引起灌区地下水超采。建议井渠灌水比例控制在0.5～0.7,加大农业节水力度、增加水价财政补贴、进行地下水人工调蓄,实现灌区水资源高效持续利用。

适宜滴灌施肥量促进河西春玉米根系生长提高产量

针对河西地区水资源短缺、作物水肥利用效率低等问题,研究不同滴灌施肥条件下河西地区春玉米根系生长与产量对水肥的响应关系,以期探索提高水肥利用效率的滴灌施肥模式。利用2 a的田间小区试验,以春玉米"强盛51号"为试验材料,设置4个灌水水平,2015年和2016年分别为I_(60)(60%ET_c)、I_(75)(75%ET_c)、I_(90)(90%ET_c)、I_(105)(105%ET_c)和I_(60)(60%ET_c)、I_(80)(80%ET_c)、I_(100)(100%ET_c)、I_(120)(120%ET_c),ET_c为玉米需水量;4个N-P_2O_5-K_2O施肥水平(kg/hm^2):F_(60)(60-30-30)、F_(120)(120-60-60)、F_(180)(180-90-90)和F_(240)(240-120-120),共16个处理。在生育期内对春玉米的根长、根表面积、根质量、根体积、根长密度进行观测,并统计地上部干物质量和产量。结果表明:灌水量为105%ET_c(2015年)和100%ET_c(2016年)与施肥量180-90-90 kg/hm^2组合的处理根长、根表面积、根质量、根体积均较高;相关性分析显示,各生育期根系特征参数与产量和地上部干物质量相关系数按大小排序表现出灌浆期>大喇叭口期>成熟期>小喇叭口期的规律;在河西地区膜下滴灌施肥条件下,综合考虑根系生长、节水节肥及高产等因素,该地区灌水量90%ET_c^100%ET_c、180-90-90(N-P_2O_5-K_2O)kg/hm^2处理为最佳滴灌施肥策略。

农户节水灌溉技术认知及其影响因素分析

研究农户节水灌溉技术认知及其影响因素,旨在为科学分析农户灌溉技术选择的行为和转变农户粗放型灌溉方式提供基础。以陕西省温室作物生产地区的10个县(区)17个乡镇的296份入户调查资料为样本,采用结构方程模型研究农户对节水灌溉技术的认知及其影响因素。结果表明:认知程度直接影响节水灌溉技术的扩散;对节水灌溉技术的已有认知、对现有灌溉方法的满意度、政策补贴的方式和力度、灌水成本、受教育程度、是否为干部、技术培训经历和种植经验等因素均不同程度地影响农户对节水灌溉技术的认知水平;促进农户对传统灌溉方式的理性认知、拓展农户对节水灌溉技术认知的广度和深度、加强政府的宏观调控与扶持力度、建立完善的节水农业技术推广体系,有助于提升农户对节水灌溉技术的认知水平、规范农户灌溉行为选择,提高农户采用节水灌溉技术的积极性。

河套灌区春小麦生产水足迹影响因子敏感性及贡献率分析

【目的】农业水资源高效利用是保障国家粮食和水资源安全的重要途径,作物用水评价是农业用水管理的主要研究课题之一。水足迹为农业用水评价提供了新的指标体系,研究旨在通过对作物生产水足迹影响因素进行定量评价,进而进行水足迹调控,以便实现农业水资源高效利用。【方法】以河套灌区为研究区域,基于水足迹概念体系,利用改进的水足迹量化方法对河套灌区春小麦生产水足迹进行量化并分析其在研究时段内的演变特征;利用单因素轮换(One-At-A-Time,OAT)敏感性分析方法和贡献率分析方法探究气候、农业生产投入因子和水资源利用效率对春小麦生产水足迹变化的驱动力。【结果】春小麦生产水足迹在研究时段内呈显著下降趋势,从1981年的4.71 m^3·kg^(-1),下降到2010年的1.52 m^3·kg^(-1);同时年际变化呈现出较为明显的阶段性特征,可划分为波动性下降期(1981—1987年)、快速下降期(1988—1995年)、缓慢下降期(1996—2010年),该变化规律与灌区农业生产和灌溉水平的发展特征基本一致;从水足迹的蓝、绿水构成来看,河套灌区春小麦生产水足迹中蓝水足迹比例超过90%,而绿水足迹比例不足10%,这与灌区农业生产用水特征相一致。敏感性分析显示,水足迹对各个因子的敏感性差别十分显著,日照时数、相对湿度、降水量、灌溉水利用系数和单位面积化肥用量在±20%波动的情况下,春小麦生产水足迹的波动范围分别为±30%、±24%、±2%、±63%和±4%,春小麦生产水足迹对灌溉水利用系数、日照时数和相对湿度的敏感性较高,对其余影响因子的敏感性较低。贡献率分析显示,研究时段内相对湿度的减少和降水量的增加促使春小麦生产水足迹的增加。而日照时数的下降、化肥使用量以及灌区用水效率的提高促使了春小麦生产水足迹的降低。定量分析结果显示,化肥和灌溉水利用系数对春小麦生产水足迹变化的贡献率分别为-36.89%和-39.42%,而气候因子的综合贡献率仅为2.80%,对研究时段内春小麦生产水足迹下降贡献率最大的是灌溉水利用系数,其次为单位面积化肥用量,而相对湿度、日照时数和降水量三者的贡献率相近,贡献率最小的是日照时数,这主要是因为日照时数在研究时段内的变率较小。【结论】气候、农业生产资料投入和水资源利用效率是影响作物生产水足迹的主要因素,就河套灌区而言,农业生产资料投入和水资源利用效率的提高是促使灌区春小麦生产水足迹下降的主要因素,而气候因子在研究时段内对春小麦生产水足迹的影响较小。

加气灌溉对番茄根区土壤环境和产量的影响

【目的】探明加气灌溉对番茄根区土壤环境及番茄生物量、果实产量和水分利用效率的影响,为加气灌溉的推广提供依据。【方法】以番茄品种"金鹏10号"为供试材料,通过温室小区试验,设计了加气和不加气(对照)地下滴灌2种处理方式,每个处理3次重复,加气灌溉采用Mazzei287型文丘里加气设备,定期测定并比较2种灌溉方式下的土壤含水量、氧气含量、呼吸速率、温度及番茄生物量、产量和水分利用效率。【结果】与对照相比,加气灌溉使得10cm土层内土壤体积含水量降低了1.61%,根区土壤氧气含量增加了0.89%,土壤呼吸速率增加了26.76%,但土壤温度没有明显变化;加气灌溉下番茄的果实干鲜质量、叶干质量、茎干鲜质量和地上部干鲜质量均显著增大,但根干鲜质量和叶鲜质量无显著变化;同时,加气灌溉下灌溉水分利用效率增加了23.12%,单株产量提高了23.12%,单果质量增大了29.84%。【结论】加气地下滴灌在改善根区土壤环境、提高番茄产量和水分利用效率等方面具有明显优势。

膜下滴灌水肥调控对玉米生长和水肥利用的影响

针对汾河灌区农业生产中施肥量大,水肥利用效率低的问题,通过研究滴灌条件下不同水肥供应对春玉米生长、干物质累积、分配、转运和产量及水肥利用的影响,为合理的水肥调控措施提供参考。在山西省水利水电科学研究院节水高效示范基地进行大田滴灌试验,设置3个灌水水平,即W_1:60%ETc、W_2:80%ETc、W_3:100%ETc(ETc为作物蒸发蒸腾量); 3个施肥水平(N-P_2O_5-K_2O),即F_1:100-50-50 kg·hm^(-2)、F2:170-75-75 kg·hm^(-2)、F_3:240-100-100 kg·hm^(-2)。结果表明:除产量构成要素外,施肥单因素对其它各指标影响有统计学意义,株高、叶面积指数、干物质累积和产量均随灌水和施肥量的增加而增加,水肥交互作用对产量和灌溉水利用效率影响不显著;高水(W3)处理比低水(W1)处理籽粒分配比例高4%,高肥(F_3)处理比低肥(F1)处理籽粒分配比例高4.64%; W_3F_3处理产量最大为12 474.34 kg·hm^(-2),比W_1F_1处理增产38.36%,W_2F_2处理比W_3F_3处理减产5.2%,但节水528 m^3·hm^(-2),节肥120 kg·hm^(-2)。灌溉水利用效率随灌水量增加而降低,随施肥量增加而升高,肥料偏生产力随灌水量增加而增加,随施肥量增加而降低; W_2F_2处理产量灌溉水利用效率为5.61 kg·m^(-3),比W_3F_3处理高18.9%,产量偏肥料生产力为37.05 kg·kg^(-1),比W_3F_3处理高30.7%。综合高产、高效和节水、节肥等因素,灌水量为80%ETc,施肥量NP_2O_5-K_2O 170-75-75 kg·hm^(-2)为最优灌溉施肥模式。

泾惠渠灌区节水改造对地下水空间分布影响

为了客观评价泾惠渠灌区节水改造环境效应及制定适宜的农业节水方案,寻求灌区地下水合理开发利用模式,综合应用GMS和ArcGIS软件建立了灌区地下水分布式模型,结合灌区渠系衬砌、田间节水及农业种植结构的实际情况设置8种真实情景和假定情景分析了灌区节水改造对地下水空间分布的影响.结果表明:灌区田间节水工程可减少18.5%～33.4%的井灌水量,对缓解地下水位下降效果尤为明显;灌区渠系节水工程使渠系水利用系数增加16.9%,减少地下水开采的作用次之;灌区泾阳、杨府、楼底、张卜等地区农业种植结构与水土资源空间布局匹配不合理抵消了节水改造对地下水位下降的部分抑制作用,地下水降落漏斗呈扩大趋势.建议进行地下水人工调蓄、完善地下水取水许可制度、加大田间节水力度、合理调整农业种植结构,实现灌区水资源高效持续利用及节水农业可持续发展.

初始含水率对斥水黏壤土入渗特性的影响

为了探究初始含水率对斥水土壤入渗过程的影响规律,通过室内二维土箱的滴灌模拟试验,设置6个初始含水率水平(4.78%,7.28%,9.97%,13.64%,16.07%,19.02%),研究了初始含水率对湿润锋运移距离、宽深比、累积入渗量、入渗速率和土壤水分分布的影响,并评价了不同入渗模型的适用性.结果表明:随着初始含水率的提高,湿润锋运移相同深度所需时间呈逐渐减小趋势,两者较好满足幂函数关系,湿润锋宽深比逐渐减小;累积入渗量变化趋势为先减小后增大;入渗速率整体趋势为逐渐减小,其中斥水程度峰值含水率附近的处理出现入渗速率短暂提高的现象;Kostiakov模型能够较好反映斥水黏壤土的入渗规律,且斥水程度越大,模型拟合精度越低;随着斥水程度增加,土壤水分逐渐向湿润体垂向中间区域集中,并出现过度饱和现象.该研究可为斥水土壤的入渗理论奠定一定的基础.

垄膜沟秸秆种植方式对夏玉米水热效应的影响

针对黄土高原半干旱区降水短缺且时空分配不均,严重地制约了半干旱区农业发展的现状,通过研究垄膜沟秸秆种植方式下夏玉米水热效应,揭示其保水调温和作物增产的机理。试验于2014—2015年在陕西杨凌设置了露地处理(CK)与垄膜沟秸秆处理(RMFS)田间试验。结果表明:垄膜沟覆秸秆种植方式可以提高表层土壤含水量;土壤温度主要表现出"高温低调,低温高调"的现象;缩短作物生育历时及调节作物耗水量以改善水分的供需平衡,显著地提高土壤水分利用效率和积温利用效率,2a土壤水分利用效率和积温利用效率分别提高了39.85%,43.34%。垄上覆膜沟内覆秸秆处理通过改善土壤水热交互状态,提升作物产量,是一种适宜有效的覆盖集雨措施。

过程水文学的方法框架与学科体系探讨

基于水科学发展历程和实体水-虚拟水耦合流动理论基本框架,指出过程水文学是揭示实体水-虚拟水在复杂系统中耦合流动规律与伴生效应的交叉学科,进一步明确了其科学内涵、主要特征、学科框架、学科基础、方法体系和主要研究方向。在明晰过程水文学科学价值的基础上,认为过程水文学的发展有望解决未来经济社会复杂系统面临的水科学问题。

新疆水-能源-粮食系统安全综合评价

针对水-能源-粮食(WEF)系统纽带关系复杂,系统安全性的定量评价存在不足的问题,在分析WEF系统协同竞争机制的基础上,构建了系统安全评价指标体系和评价方法,以新疆各市域为例进行定量评价。结果表明:1997—2016年,新疆WEF系统安全等级整体呈上升趋势;各市域WEF系统安全变化趋势呈现为2个阶段:1997—2009年,除克拉玛依市和乌鲁木齐市外,其余市域系统安全等级均呈增加趋势,安全等级空间差异明显;2010—2016年,一半市域系统安全等级呈下降趋势,安全等级空间差异减小。随着政策导向的变化和技术的不断进步,能碳强度始终是影响新疆WEF系统安全的重要因素,其他主要影响因素由农业用水和用能方面转变为可再生能源自给率和水资源安全,进而导致前后两阶段WEF系统安全空间格局差异明显。各市域子系统投影值排名反映出各市域驱动机制的差异,应结合各市域主要影响因素和区域特点,因地制宜采取有效措施,以提高各市域WEF系统的安全。

整体式U型混凝土渠道衬砌-冻土接触模型

为探究渠道衬砌与冻土接触面间存在的冻结约束、相对滑动与分离等接触作用对渠道衬砌冻胀破坏的影响,该研究以整体式U型渠道冻胀破坏监测试验为原型,构建了考虑接触和不考虑接触两类渠道冻胀模型,结合现场试验结果评估模型的合理性,并分析衬砌的冻胀变形与受力变化过程。结果表明:相比于不考虑接触模型,考虑接触模型的模拟结果更符合现场试验情况。在边坡处,考虑接触模型的法向应力峰值与试验监测峰值接近,不考虑接触模型的法向应力峰值可达前两者的3.3倍。试验与考虑接触模型的渠底法向应力基本为0,而不考虑接触模型中则存在持续增大的拉应力。现场试验的衬砌-冻土接触面间存在渠底分离与渠坡相对滑动过程,因此需由考虑接触模型模拟分析该过程。在试验与考虑接触模型中,渠底处衬砌与基土由于发生分离而产生空隙,此后悬空衬砌与渠坡基土发生相对滑动,释放了冻胀基土对衬砌的挤压力。考虑接触模型中的相对滑动改变了衬砌应力的发展趋势,由不考虑接触模型的“增力”变为考虑接触模拟的“卸力”。与不考虑接触模型相比,考虑接触模型的衬砌上、下表面正应力峰值分别降低了903%和164%,下表面切向力峰值降低了248%。在渠道冻胀模型中考虑接触作用更加合理,研究可为寒区渠道防冻胀设计与结构优化提供参考。