为了揭示土壤粒径对冻融过程中浅埋潜水与土壤水转化的影响,通过室内试验装置进行了-10、-20 和 -25 ℃依次降温恒温冻结 62 d 和自然消融 13 d 的冻融试验,研究了土壤粒径为 0.1～ 0.5 mm( A 土柱) 、0.5～ 1.0 mm( B 土柱) 、1.0～ 1.5 mm( C 土柱) 、1.5～ 2.0 mm( D 土柱) 和 2.0～ 2.5 mm( E 土柱) 的均质土柱在 0.5 m 地下水位埋深下的潜 水蒸发量及潜水回补量变化特征。结果表明: 冻结 0～ 5 d 时,土壤粒径越大,潜水蒸发速率越快,A、B、C、D 和 E 土柱 潜水蒸发速率分别为 0.15、0.20、0.24、0.29 和 0.34 mm/d; 冻结过程中累积潜水蒸发量随土壤粒径增大呈指数型递减, 随着冻结气温的降低,土壤粒径对潜水蒸发量的影响减弱。消融 0～ 5 d,粒径越大,土壤水对潜水的回补速率越快; 随 着消融时间增加,累积潜水回补量随土壤粒径增大而减小。研究成果对于土壤盐渍化防治和水资源科学评价具有重 要的指导意义。

为探究间歇灌溉模式不同间歇时间下水稻的节水效益,以江淮丘陵区为例,依托安徽省肥东农水综合试 验站,通过划分对照组、短时间歇组及长时间歇组处理,研究了间歇灌溉模式对水稻生育期内各个因素的影响。结果 表明: ①间歇灌溉可降低水稻耗水量,长时间歇灌溉效果更显著; ②间歇灌溉可减少溢流损失,扩大蓄雨空间,提高降 雨利用率; ③间歇灌溉可显著减少水稻灌水量,长时间歇灌溉下的节水效果更好,且可增产; ④在分蘖期与拔节期,间 歇灌溉通过减少水稻耗水量及提高降雨利用率达到节水效果,在抽穗开花期及成熟期主要通过减少耗水量产生节水 效益。研究得到了水稻各生育期内相对适宜的间歇灌溉时间,对提高区域水稻节水效益具有重要参考价值。

为探究不同水分( W) -沸石量( Z) -埋深( H) 条件下番茄生长特性,采用 Logistic 模型对番茄生长动态过 程进行模拟和效果评价,并揭示了各因素对番茄物候期参数和生长参数的影响。结果表明: 不同处理下番茄 S 型生长 过程可划分为渐增期、线性生长期和缓增期 3 个阶段,宜采用 Logistic 模型进行量化描述。增加土壤水分或减小埋深 能够提前番茄线性生长终点 t2 以及缩短线性生长期 LGD,同时促进番茄最大线性生长速率 MGR,平均线性生长速率 LGR 和线性生长量 TLG。增加水分或减小埋深对 t1 影响表现为先促进后抑制。沸石量增加对 t2、LGD 和 TLG 影响表 现为先促进后抑制,对 t1、MGR 和 LGR 影响表现为先抑制后促进。三因素对 t1 影响表现为 Z＞W＞H,对 t2、LGD、MGR、 LGR 和 TLG 影响表现为 W＞H＞Z。适宜番茄生长的最优处理组合为: 水分 70% ～ 90%田间持水量、沸石量 6 t /hm2 、埋深 15 cm。

为了减少地膜春小麦生长前期的冗长生长量,提高地膜春小麦的千粒重及产量,试验以河套灌区地膜春 小麦的常规灌溉时期为对照,将地膜春小麦生长前期的灌溉,即分蘖期和孕穗初期的灌溉分别延迟 10、15 和 20 d,监 测前期灌溉延迟对扬花期、灌浆期和成熟期的土壤水分及地膜春小麦生长的影响。结果表明前期灌溉延迟提高了扬 花期、灌浆期和成熟期的土壤水分,且延迟越晚,土壤水分越高; 前期灌溉延迟降低了地膜春小麦的分蘖力,提高了分 蘖成穗力,减少了不孕小穗数,提高了穗粒数、千粒重及籽粒产量,提高了土壤水分利用效率和水分产出率,其中分蘖 期和孕穗初期的灌溉分别延迟 15 d 的效果最佳。河套灌溉地膜春小麦生长前期的灌溉应在地膜春小麦拔节孕穗期 和孕穗抽穗期,即比当地地膜春小麦的灌溉延迟 15 d 左右。

研究以宁杞 1 号枸杞为实验材料,通过不同程度的水分胁迫处理,研究不同生育期水分胁迫对枸杞果实 生长、产量及水分利用效率的影响,力求为枸杞土壤水分精准管理提供依据。结果表明: 全生育期内,水分重度胁迫对 单果鲜重、百粒重均有明显抑制作用,单果鲜重、百粒重较对照最大降幅分别达到 25.88%、11.48%。粒度与水分胁迫 程度始终呈正相关关系,而果形指数受水分胁迫的影响则不显著。水分胁迫对产量和水分利用效率的影响极显著, 枸杞整个生育期内任一时期的重度水分胁迫处理产量出现大幅下降,产量较对照最高降幅达到 89.26%,WUE 仅为 0.16 kg /m3。综合考虑果实生长各项指标、产量及水分处理条件,确定最佳枸杞水分胁迫处理为: 营养生长期和盛花 期、盛果期土壤含水量保持在 9.9% ～ 11.0%或 13.2% ～ 14.3%,秋果期土壤含水量保持在 13.2% ～ 14.3%或 9.9% ～11.0%。

为实现实时准确的墒情预报,以山西省中心灌溉试验站大棚内 2018 年和 2019 年黄瓜、茄子土壤墒情,建 立实时墒情预测模型。该试验包括正常灌水和减半灌水两个处理,通过传感器实时监测膜内、膜外土壤含水率; 利用 水量平衡的基本原理以时段初的土壤含水率为自变量,以及利用泰勒级数对地下水补给量和蒸发蒸腾量做线性化处 理,得到了以日为时段的墒情预测模型; 利用膜内一点含水率数据和膜外、膜内两点含水率数据平均值分别建立了墒 情预测模型,分别称为模型 1 和模型 2,对其预测精度进行了对比分析,验证了模型的精度和适用性。结果表明: ①模 型 1 的拟合精度和预测精度均高于模型 2; ②预测精度随建模系列长度( 5、10、15 d) 的增加而提高,以 15 d 建模系列 长度预测精度最高; ③该模型对于不同作物和不同的受旱程度均具有较好的适应性。该实时墒情预测模型适用性 强、精度高,可用于墒情预测。

为了更加精准确定宁夏中部干旱区作物水肥管理方案,利用点源入渗的方式,设置灌水量( 3、5 L) 、滴头 流量( 0.5、0.75、1 L/h) 和氮肥浓度( 0、200、500 mg /L) 3 个因素开展同一滴头流量,不同再分布时间和不同氮肥浓度下 土壤水分运移规律的研究。结果表明: ①同一滴头流量不同再分布时间下,当再分布时间较短时( t＜3 d) ,土壤含水率 随纵向土层深度的增大呈递减的趋势; 同一滴头流量不同再分布时间下,土壤含水率随水平径向距离的增大呈递减 的趋势; 纵向土层深度或水平径向距离超过 25 cm 时,土壤含水率减小得更快。②再分布时间与纵向土壤含水率、径 向土壤含水率均呈极显著相关,但相关性 F1 = 66.889＞F2 = 53.152,拟合优度 R21 = 0.660＞R22 = 0.607。③在同一滴头流量 不同氮肥浓度下,土壤含水率随纵向土层深度或水平径向距离的增大呈递减的趋势。纵向土层深度在 0 ～ 25 cm 范围内,θF2均为最大值; 水平径向距离在 0～ 30 cm 范围内,θF1 皆为最大值; 纵向土层深度或水平径向距离大于 25 cm 时,θFi 减小得更快。综上所述,在 0～ 30 cm 范围内,纵向土层深度或水平径向距离为 25 cm 是土壤含水率变化的关键节 点,该研究结果可为宁夏中部干旱区枸杞滴灌种植提供可靠的技术支撑。

腐植酸现已广泛应用于农业生产和土壤修复领域中,为了探索腐植酸的施用对田间水分入渗的影响机 理,选用风化煤腐植酸进行室内积水入渗试验。试验因素腐植酸浓度、土壤容重、土壤初始含水率均选取 4 个水平,并 设置 1 组空白对照试验组,测定水分累积入渗量,分析各因素对水分入渗的影响。根据试验结果构建了累积入渗量与 影响因素之间的量化关系式,并对量化关系式进行验证分析,实测值与量化关系式计算值相关系数为 0.993 5,表明量 化关系式可行。通过对试验因素的敏感性分析,结果表明腐植酸浓度、土壤容重、土壤初始含水率与累积入渗量呈极 显著负相关,入渗时间与累积入渗量呈极显著正相关。对腐植酸进行减渗效果分析,减渗率为 5.63%,表明腐植酸对 水分入渗有显著的减渗作用。

针对我国灌溉水利用效率低,农业基础设施占地率高的问题,构建农田灌溉渠( 管) 道优化设计模型,为 灌溉渠( 管) 道的设计及组合优化提供新的方法。基于 PYTHON 遗传算法,以现浇混凝土梯形渠道、现浇混凝土 U 形 渠道和 PE 暗管 3 种渠( 管) 道为研究对象,建立以年需投资费用最低和年净效益最大为目标的优化模型,以江苏省临 海农场渠道规划整治工程为例,探究模型的可行性与农田最优输水渠( 管) 道组合方式。结果表明: ①基于遗传算法 模型优化灌溉渠( 管) 道设计,均在 100 次遗传代数内得到最优结果,计算时间为 1.30 s,速度快,优化结果好。遗传算 法可应用于灌溉渠( 管) 道的设计。②采用梯形斗渠和 U 形斗渠能显著减少约 40%年需投资费用,保障正年净效益 ( P＜0.05) ; 采用农管能显著增加 10%以上新增耕地。③采用梯形斗渠与农管组合和 U 形斗渠与农管组合年净效益较 大,均超过 6 万元/a,较其他组合新增耕地增加 10%以上。实际工程中可采用此方式作为田间灌溉渠系最优组合 方式。

在内蒙古河套灌区以枸杞为研究对象,通过设置 4 种咸淡水轮灌方案,并以当地灌溉为对照,探究不同灌 溉模式对枸杞品质的影响。结果表明鲜果百粒重、果长分别与土壤电导率呈显著负相关性,在土壤盐分为 1.23 mS / cm 时均达到最大值,分别为 18.90 mm 和 67.09 g,因此 T3 处理有利于枸杞商品品质的提高,从而提高产量; 氨基酸、多 糖和总糖含量分别与土壤电导率呈极显著正相关性,在土壤盐分为 1.54 mS /cm 时均达到最大值,分别为 11.800%、 67.257%和 7.821 mg /100 mg,因此 T4 处理有利于枸杞药用品质的提高。

为探究免耕和有机肥影响晋南旱地冬小麦土壤水分和产量的机制,以长期定位免耕和施有机肥试验为 依托,于 2018-2019 年对长期定位免耕和施有机肥对旱地冬小麦土壤贮水量、生育期耗水量、水分利用效率以及产量 的影响进行研究。试验设置免耕+化肥( NT) 、深翻+化肥( T) 、免耕+化肥+有机肥( NTM) 、深翻+化肥+有机肥( TM) 4 个处理。结果表明: 免耕+化肥( NT) 和免耕+有机肥+化肥( NTM) 播前 0～ 100 cm 土壤贮水量显著高于深翻+化肥( T) 39.58 和 46.56 mm,主要是由于 50～ 100 cm 土壤贮水量显著提高; 生育期 0 ～ 100 cm 土壤贮水效率表现为 NTM＞NT＞ TM＞T,前 3 个处理贮水效率比深翻+化肥( T) 分别显著提高 22%、16.06%和 11.5%; 0～ 100 cm 土壤贮水消耗量表现为 NTM＞NT＞TM＞T,0～ 50 cm 土壤贮水消耗量处理间差异不显著,50～ 100 cm 土壤贮水消耗量 NTM 和 NT 显著高于 T; 产 量和水分利用率以免耕+化肥( NT) 最高,比传统深翻+化肥( T) 增加 26.71%和 1.66 kg /( hm2 ·mm) 。因此,免耕能够 提高旱地冬小麦产量和水分利用效率,但免耕配施有机肥和化肥需结合降水情况进行合理施用,才能实现高产稳产 和水肥高效利用。

为解决地表附近宇宙射线中子测量土壤含水量刻度函数研究中基于 MCNP 和 URANOS 的计算模型存在 的中子源位置和能谱设置不准确问题,提出利用 Geant4 中宇宙射线粒子输运程序 PLANETOCOSMICS 分别计算不同 条件下宇宙射线中子能谱并分析差异,由此获得合理的中子源入射高度和能谱,从而建立新的计算模型。结果表明: ①模型中宇宙射线中子源需要设置在海拔 600 m 以上; ②通过对比分析背散射中子能谱和 10-8 ～ 10-4 MeV 能量区间 的刻度函数,表明 Geant4 模型计算结果优于 URANOS 和 MCNP 结果; ③地表 2 m 高度处,10-6 ～ 10-2 MeV 能量区间的 中子计数对土壤含水量的灵敏响应优于 10-8 ～ 10-4 MeV 能量区间。因此,利用 Geant4 计算模型计算获得的 10-6 ～ 10-2 MeV 能量区间的刻度函数适合用于宇宙射线中子实时测量土壤含水量。

施加化学改良剂和生物炭是改良土壤和提高农田水分有效性的重要途径,深入了解化学改良剂与生物 炭共同作用对土壤水分运动过程的影响是改良土壤水土保持条件和增加农田水分有效性的基础。通过开展室内紫 色土土柱试验研究适量羟丙甲纤维素( HPMC) 条件下不同含量生物炭对土壤水分入渗的影响。结果表明: ①未施加 HPMC,紫色土中添加含量为 0、2%、4%生物炭,土壤入渗量差异不大; 施加适量 HPMC,相较于未添加生物炭时,2%和 4%生物炭均能明显减缓入渗速率,但减缓作用差异不大,吸渗率差异不明显。②入渗速率趋于稳定后,湿润峰距离随 着 HPMC 和生物炭施加量的增加而减少。紫色土中添加 0.3 g /kg HPMC 和 4%生物炭对水分入渗过程的抑制效果最 明显,但和 2%含量生物炭时差异较小,两者吸渗率相差不大。

为了研究田间电磁阀阀腔水流阻力特性和流动规律,对规格为 DN110 和 DN125 两种电磁阀阀腔进行了 室内试验,同时采用 RNG k-ε 紊流模型对 2 种电磁阀阀腔水流流动进行了数值模拟,数值计算结果与试验结果吻合 较好,DN110 阀腔最大相对误差为 20.2%,最小相对误差为 6.7%; DN125 阀腔最大相对误差为 25.9%,最小相对误差 为 5.2%。在此基础上对 5 种规格为 DN63、DN75、DN90、DN140 和 DN160 电磁阀阀腔进行了数值模拟研究,利用数值 计算结果,拟合得出流体流动进入阻力平方区,电磁阀阀腔局部阻力系数与管径的关系式。利用数值计算可视化分 析,发现电磁阀阀体阻力损失主要在整个阀腔和下游管段,通过阀体水流能量损失的主要原因是阀腔内部存在漩涡、 水流紊动以及水流撞击边壁等作用。

我国农业水资源供需矛盾尤为突出,合理利用再生水灌溉是我国农业灌溉的趋势所向。基于再生水滴 灌的国内外相关研究的大量文献,从再生水滴灌系统的布局、再生水滴灌系统阻塞的形成与减缓机制、典型污染因子 时空分布及环境行为和再生水滴灌条件下作物的养分吸收机制 4 个方面对再生水滴灌的研究现状与发展进行了较为 系统的分析总结。同时,以当前研究进展为基础,从试验研究方向、试验设计方法、数据分析方法 3 个方面为再生水滴 灌研究重点及发展进行展望,意在为今后的再生水滴灌研究提供一定程度的理论基础与建议。

微咸水资源具有巨大开发利用潜力,利用微咸水资源代替部分淡水进行农田灌溉已经成为缓解水资源 危机的重要途径,然而微咸水农田灌溉带来的安全问题始终是研究的重点和难点。分析了微咸水安全灌溉的影响因 素,通过总结前人的研究成果,从灌水方式和灌水方法两个方面对微咸水安全灌溉模式进行了概述。然后,结合水盐 监测和数值模型综述了基于微咸水水质标准的精准安全灌溉研究,阐述了解决微咸水灌溉下土壤安全问题的农田调 控措施,总结了未来微咸水安全灌溉研究的趋势,为促进微咸水资源安全高效利用和农田安全灌溉提供参考。

灌区现代化改造是中国粮食安全的基础保障。2025 年力争建成一批“节水高效、设施完善、管理科学、生 态良好”的现代化灌区,是实现乡村振兴战略、推进农业现代化的基础。首先回顾我国灌区现代化的定义和内涵,提 出通过建设安全灌区、节水灌区、绿色灌区与数字灌区实现灌区现代化建设。同时在灌区现代化发展特点基础上,利 用层次分析法( AHP) 提出了灌区现代化评价指标层。该指标层包含安全保障、农业灌溉排水、管理与服务、生态环 境、信息化建设和效率与效益 6 大类共 24 项现代化评价指标。并以湖北省东风渠灌区为例,利用所建评价指标体系 对不同年份进行综合评价。评价结果显示: 灌区现代化评价体系能够有效的评估东风渠灌区的发展水平、引导灌区 现代化发展,可为灌区的现代化建设提供决策依据。

黄淮海作为中国粮食主产区,在气候变暖趋势下干旱风险增加,如何在水资源紧缺局面下更好的应对农 业生产,分析黄淮海地区干旱分布情况具有十分重要的意义。基于农业干旱原则选取降水量、地形地貌等指标构造 干旱分区指标体系,并利用 K-均值聚类法对黄淮海地区进行干旱分区。结果显示,黄淮海地区被分为极轻旱区、轻 旱区、中旱区、重旱区和极重旱区; 地理位置越靠近内陆,地势越高干旱情况越严重,且山东河南两省干旱情况在省内 空间分布差异较大。推进黄淮海不同地区抗旱差异化管理,能够更有针对性的投入抗旱资源,减少旱灾损失。