为解决黄淮海地区秸秆分解慢、效果差以及土壤跑墒等问题，试验以郑单 958 为试验材料，采用裂区设 计，主区为保水剂，分为施用( A1) 和不施用( A2) 两个因素，裂区为秸秆还田方式，分为不还田( B1) 、粉碎还田( B2) 、 秸秆粉碎后与腐熟剂混合堆放 5 d 后撒入田间( B3) 3 个因素，探讨秸秆还田方式和保水剂对玉米干物质、产量、土壤 含水量、水分利用效率的影响。经过 2 a 的试验，结果表明，保水剂的施用增加了行粒数，增幅在 1．6% ～ 3．5%之间，产 量增加 3% ～ 7%，显著增加了大喇叭口期、乳熟期、成熟期 0～ 40 cm 的土壤含水量。秸秆还田能够增加行粒数和百粒 重，产量增加 3% ～ 8%。秸秆腐熟剂的施用效果更加明显，秸秆还田处理( B2) 与施用腐熟剂处理( B3) 对土壤含水量 和水分利用效率差异不显著。秸秆腐熟剂和保水剂的施用比对照( A2B1) 显著增加了穗粒数、百粒重，产量两年分别 增加 10．1%和 16．9%，水分利用效率提高 12．3%和 18．8%。秸秆还田后腐熟剂和保水剂的施用提高玉米中后期干物质 积累，增加行粒数和粒重，从而提高产量，同时增加表层土壤水分提高水分利用效率。综上，黄淮海少雨地区秸秆还田 后腐熟剂和保水剂的施用值得推广应用。

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。

研究四翅滨藜在初始含盐量和种植株数不同的土壤中吸盐效果,合理利用四翅滨藜改良盐碱地的土壤 环境提供有效的参考。采用盆栽试验,将不同株数的幼苗分别种植于初始含盐量为 4.94 、10.02 、21.09、39.14 g /kg 的 土壤中,分别标记为 A、B、C、D 土壤,观察其生长状况和土壤中的含盐量变化情况,在生长周期内每隔一个月测定一 次土壤中的含盐量。结果表明,在 A 土壤中种植 2 株四翅滨藜的吸盐效果最好,在 B、C 土壤中种植 3 株吸盐效果最 好,在 D 土壤中种植 1 株吸盐效果最好,说明种植株数的不同会影响四翅滨藜对盐碱地的吸盐效果。在 4 种土壤中各 种植 1 株四翅滨藜时,在 D 土壤中吸盐效果最佳,在第一个月内降盐率达到 33.80%,但随后四翅滨藜枯死。在其他 3 种初始含盐量不同的土壤中四翅滨藜都能保持着正常生长,吸盐能力强弱依次为: B 土壤＞A 土壤＞C 土壤,降盐率分 别为 23.25%、17.61%、15.17%。多重比较结果表明,四翅滨藜在含盐量 2%以下的土壤中能生长正常,且对盐碱地有 一定的改良能力。

选取荆州气象站 1953-2008 年气象资料,以 Penman-Monteith 公式法计算 ET0 值为标准,对 Hargreaves、 Priestley-Taylor、Mc-Cloud 和 Irmak-Allen 等 4 种公式计算的 ET0 结果进行分析比对。结果表明,Hargreaves 公式和 Priestley-Taylor 公式在荆州地区的适用性好,其平均相对误差均处于 10%左右,相关系数均大于 0.96,一致性指数均 在 0.98 以上,可直接用于当地参考作物腾发量的计算; Mc-Cloud 公式的平均相对误差结果均在 40%以上,且相关性 较差,一致性指数均小于 0.90,平水年的相关系数也不足 0.90,不适用于荆州地区参考作物腾发量的计算; Irmak-Allen 经过修正后可用于荆州地区参考作物腾发量的计算,修正式分别为: ET'0IA = 1.095 7 ET0IA -9.020 1( 丰水年 P = 25%) 、ET'0IA = 1.137 5 ET0IA -12.29 9( 平水年 P= 50%) 、ET'0IA = 1.124 4 ET0IA -12.056( 枯水年 P = 75%) 、ET'0IA = 1.124 4 ET0IA -12.056( 特旱年 P= 90%) 。

为了探究去电子水灌溉对设施番茄生长的影响,以‘毛粉 802’为研究材料,分析不同去电子水灌溉量下 番茄产量、品质及水分利用率的变化。结果表明,去电子水灌溉可明显促进设施番茄生长、提高水分利用率。与普通 灌溉水( CK) 相比,等量去电子水( T2) 灌溉的设施番茄净光合速率( Pn) 、气孔导度( Gs) 、胞间二氧化碳( Ci) 浓度、蒸 腾速率( Tr) 、单株产量、Vc 含量、糖酸比、番茄红素含量及水分利用率分别显著提升 9.56%、14.29%、4.75%、7.52%、11.99%、13.28%、7.80%、6.76%和 7.96%,可滴定酸含量显著降低 5.88%( P＜0.05) 。综合考虑设施番茄产量、品及水分利用率,建议去电子水灌溉用量为 3 120 m3 /hm2。

采用均匀正交设计,研究不同铺设坡度、工作压力、铺设长度对内镶贴片式滴灌带灌水均匀度的影响,并 拟合灌水均匀度的预测模型。结果表明,工作压力、铺设长度对此滴灌带的灌水均匀度影响显著,铺设坡度对其影响 不显著,三因素的排序为: 工作压力＞铺设长度＞铺设坡度。随铺设长度增加,此滴灌带灌水均匀度呈下降趋势,故进 行滴灌带铺设时,为保证其灌水均匀度,应尽量降低铺设长度; 在适中的工作压力下,滴灌带的灌水均匀度更高。

美国科罗拉多河流域水资源和农业管理,是美国乃至世界的典范,其河流特征与水资源状况与我国黄河 流域具有较大的相似性。利用美国西部 7 个州 2005 和 2010 年的水资源、气候、经济、人口统计学等数据,建立多元线 性回归模型,分析该流域影响农民收入的水资源利用、天气和气候等因素。研究发现,地表水灌溉比重、农作物种植收 入、作物生长期平均降雨量、最高平均气温与最低平均气温均显著影响着农民的收入水平。地表水灌溉比重每增加 1%,农民纯收入减少约 54.19 元,当农作物种植收入占农产品交易总收入比重为 41.34%时,农民纯收入最小。当区域 内平均降雨量大于 42.37 mm 时,降雨量每增加 1 mm 农民收入将增加 399.97 元。因此增加农民收入可综合利用引河 灌溉以及蓄水灌溉相结合的灌溉模式、改进灌溉技术、优化种植结构、积极引导农户积极应对降水和气温升高带来的 影响。

为分析土壤导气与导水间的关系,本研究在前人研究的基础上,应用单环入渗法和三维稳态土壤导气率 测量法测定泰安地区棕壤土饱和导水率与导气率,研究入渗环直径对饱和导水率的影响并建立导气率与饱和导水率 关系模型。结果表明,随着入渗环直径的增大,入渗速率和累计入渗量逐渐减小,入渗速率和累计入渗量最大的是直 径 10 cm 入渗环,20 cm 入渗环次之,30 cm 入渗环最小; 利用直径 10、20 和 30 cm 的入渗环得到的饱和导水率具有明 显差异性; 通过拟合导气率与饱和导水率的关系曲线,发现导气率与饱和导水率两者之间存在较明显的对数关系,拟 合关系曲线 R2 = 0.874 1,相对误差较小,可用于泰安地区棕壤土土壤饱和导水率预测。

面对我国农业用水在工程节水、农艺节水相对发达但水资源利用效率仍然低下的状况,农业管理节水邻 域已经成为当下重点关注对象。利用中国学术期刊出版总库( CNKI) 2000-2019 年数据、CiteSpace 科学知识图谱软件 对农业管理节水邻域研究的演进路径和前沿热点进行分析。结果表明: 该领域年发文量呈波动式上升,核心( 北大核 心+CSSCI+CSCD) 论文数量处于平稳状态,研究内容不断深入,与国家部门指导性文件相连紧密; 农业管理节水领域 是一个以水权分配为中心路径的研究领域,其中水权交易是该路径当下的核心; 在最严格水资源管理和土地流转背 景下,资源性缺水地区的节水补偿、农业水权置换是该领域前沿研究热点。

为明确不同施氮量下葡萄园土壤 N2O 气体的排放特征,为指导葡萄园合理施氮及制定温室气体的减排 措施提供科学依据。以关中半湿润区葡萄园生态系统为研究对象,在滴灌水肥一体化方式下,设置不施氮( N0) 、传统 施氮量的 2 /3( 155 kg /hm2,N155) 和传统施氮量( 232 kg /hm2,N232) 3 个施氮处理,采用密闭静态箱-气相色谱仪法对 关中半湿润区葡萄园土壤 N2O 排放通量进行了周年( 2018 年 9 月-2019 年 10 月) 监测,探讨了滴灌水肥一体化模式 下不同施氮量下葡萄园土壤 N2O 排放特征及其与土壤环境因子的响应关系。结果表明,施氮显著提高了 N2O 的排放 通量( p＜0.01) ,N232 处理下 N2O 累积排放量分别为 N155、N0 处理的 2.26、1.31 倍。葡萄生育期内 N0、N155、N232 处 理 N2O 累积排放量分别占周年排放的 61.91%、54.13%、68.18%,施氮条件下葡萄着色期 N2O 排放量分别占生育期 N2O 排放量的 37.00%、45.75%。N2O 排放通量与土壤温湿度均呈显著正相关( p＜0.01) ,N0 处理 N2O 排放主要受地 温的影响,N155 和 N232 处理 NO- 3 -N 是影响 N2O 排放的主控因素。综上,葡萄生育期为 N2O 排放的主要时期,加强 葡萄生育期内尤其是着色成熟期氮肥的施用管理是降低关中半湿润区葡萄园土壤 N2O 排放的有效途径。

为探究贺兰山东麓砾石土条件下不同滴灌方式及水肥组合对酿酒葡萄生长、光合与产量的影响规律,采 用三因素三水平正交试验,利用极差分析和方差分析,得出了三因素影响主次顺序、显著性、各因素影响趋势及最优 组合。结果表明,三因素对产量的影响顺序为: 滴灌方式＞灌溉定额＞施肥量,均达到显著水平。综合滴灌方式、灌溉 定额和施肥量 3 因素对酿酒葡萄生长、光合作用和产量的影响,确定因素最优水平组合为: 膜下滴灌、灌溉定额 2 295 m3 /hm2 、施肥量 291.45 kg /hm2 时,葡萄的产量最高为 10 507.59 kg /hm2,比对照处理 CK( 无膜滴灌、灌溉定额 1 395 m3 /hm2 、施肥量 174.75 kg /hm2 ) 增产 169.63%。

为研究在非充分灌溉条件下,内陆干旱区作物的灌溉制度多目标优化模型。以新疆阿瓦提丰收灌区棉 花为例,利用农田水量平衡模型模拟棉花根系层水量之间的关系,采用作物水分生产函数模型计算棉花的相对产量, 以棉花灌水时间和灌水定额作为自变量,将其相对产量和全生育期总灌水量作为目标函数,构建内陆干旱区作物灌 溉制度多目标优化模型。针对含约束的多目标问题,利用改进的快速非支配排序算法( CNSGA-Ⅱ算法) 对其求解。 计算结果表明: 内陆干旱区作物的生长主要依靠农业灌溉,降水对其相对产量影响不大; 以平水年优化的灌溉制度较 当地以往灌溉制度: 在灌溉定额一致时,作物相对产量提高了 2.5% ～ 3.1%; 在相对产量一致时,每公顷土地的灌溉用 水节约了 495～ 705 m3 。通过对棉花灌溉制度的优化,表明本文所建立的优化模型可应用于其他干旱区作物的灌溉制 度优化,具有一定的借鉴意义。

准确掌握土壤水分动态变化,对精准制定灌溉计划至关重要。采用五道沟实验站 2018-2019 年蒸渗仪日 土壤水和同期 7 个气象要素( 气温、降雨、水面蒸发、日照时数、风速、绝对湿度、地温) 资料,采用 BP 神经网络方法建 立冬小麦生育期不同土层( 10、30、50 cm) 的土壤水分预测模型,模型分别为 BP( 7-9-1) 、BP( 7-12-1) 和 BP( 7-14- 1) ,并用遗传算法优化上述 BP 神经网络模型。结果表明: 两种模型均可用于冬小麦生育期土壤水分预测,其中遗传 算法优化 BP 神经网络能够更好提高预测精度,且随着土层厚度增加,预测精度提高。BP 神经网络土壤水分预测 10、 30、50 cm 土层平均相对误差分别为 6.2%、4.0%、2.9%; 遗传 BP 神经网络土壤水分预测 10、30、50 cm 土层平均相对误 差为 3.8%、1.7%、1.3%。

地表水源必须经过沉沙、过滤系统,才能保证灌溉水顺利通过滴灌系统; 其中沉沙池需要承担一级沉淀 任务。针对传统直线型沉沙池存在的泥沙沉淀效率低和占地面积大等缺点,依据水沙运动规律对其进行改进,在引 流段增设开孔调流齿,在溢流堰设计锯齿状溢流槽,以期在减少沉沙池占地面积的前提下,提高沉沙效率。研究中通 过搭建物理模型,对池内水深、流速、含沙量和颗粒粒径进行监测分析。结果表明: 改进直线型沉沙池随开孔调流齿的 设计和溢流槽的增加,有效降低池内水头和流速、稳定水位,从而提高沉沙率,其中调流齿和溢流槽分别降低流速 25.45%和 42.82%; 相对于传统直线型沉沙池,调流齿设计提高了 9.42%的沉沙率; 5 m 槽长时实现最大沉沙率为 72.08%,最低出口泥沙含量仅为 0.212 kg /m3 ; 在进口含沙量为 1 kg /m3 时,总体沉沙率提高约 34.39%,且 65%以上的 出池泥沙粒径在 0.05 mm 以下; 充分说明改进直线型沉沙池沉沙效果显著。研究成果确定了定流速下改进直线型沉 沙池最优结构方案。

开发利用盐荒地为解决社会与农业发展中争地矛盾提供重要途径。开荒后土壤盐分含量是影响作物生 长和产量的重要指标。为探明长期膜下滴灌对盐荒地棉田土壤盐分时空分布特征规律及对棉花产量的影响,通过田 间监测数据,分析了开荒第二年生育期内土壤含盐量时空变化规律,比较分析了膜下滴灌 8 年后土壤脱盐率、出苗率 和产量变化。结果表明,通过 8 年膜下滴灌,121 团 6 连平均脱盐率达-84.89 %; 142 团 14 连平均脱盐率达-34.81 %; 149 团 9 连平均脱盐率达-69.84 %。出苗率由 2008 年开荒时最少 21.7% 增至最高达 74.7%。产量由 2008 年开荒时 最少 261 kg /hm2 增加至最高达 6 390 kg /hm2 。长期膜下滴灌减少了土壤盐分含量,增加了土壤脱盐率、出苗率和产量。

为探索控制灌溉稻田 N2O 排放对生物有机肥施用的响应,通过田间试验对不同施肥制度的稻田 N2O 排 放通量进行原位观测。试验共设置 3 个施肥处理: 全施化肥( CK) ; 50%化肥+50%生物有机肥( T1) ; 全施生物有机肥 ( T2) 。研究结果表明,生物有机肥可显著减少稻田 N2O 的排放,水稻全生育期内 T1 的 N2O 累积排放量较 CK 减少了 35.96%( p＜0.05) ,T2 的 N2O 累积排放量较 CK 和 T1 减少了 89.11%、83.00%,差异显著( p＜0.05) ; 在水稻各生育阶段 的 N2O 累积排放量均以 T2 处理最低,且与 CK 和 T1 处理之间均存在显著差异( p＜0.05) ; 在土壤首次脱水至水稻乳熟 期,各处理 N2O 排放通量与土壤孔隙含水率( Water Filled Pore Space,WFPS) 间呈显著或极显著正相关关系。因此, 合理配施生物有机肥与化肥可以有效降低稻田 N2O 的排放,为制定稻田温室气体减排措施及农业生态环境可持续发 展提供一定的理论依据。

可转让农用水权向生态水权分配,有助于塔河流域绿洲生态水权纳入流域水量分配方案,保障绿洲生态 水权分配,促进绿洲生态环境维持和恢复; 为此,从理论上界定塔河流域基于可转让农用水权分配的生态水权分配调 整的内涵,确定调整内容、方法和模型,计算绿洲生态水权分配调整。研究结果表明: ①塔河流域基于可转让农用水权 分配的绿洲生态水权分配调整以源流为主,干流只有上游需要绿洲生态水权分配调整; 其中,叶尔羌河流域绿洲生态 水权分配调整最高,并且干流中游和下游不需生态水权分配调整。②较已有研究的绿洲生态水权分配,塔河流域基 于可转让农用水权分配的绿洲生态水权分配调整,能够降低流域水量分配方案中的绿洲生态水权分配,提高生态水 权保障能力。③塔河流域最低和适宜绿洲维持生态水权分配调整降低绿洲生态水权分配分别大于最低和适宜绿洲 维持恢复生态水权分配调整,最低绿洲维持和维持恢复生态水权分配调整降低分别大于适宜绿洲维持和维持恢复生 态水权分配调整。④塔河流域干流绿洲生态水权分配调整降低的绿洲生态水权分配大于源流; 而且,2030 年绿洲生 态水权分配调整降低大于 2020 年,2015 年绿洲生态水权分配调整降低最小。这将成为塔河流域绿洲生态水权分配 方案确定的参考依据。

为提高卫星遥感对土壤盐渍化的监测精度,以内蒙古河套灌区沙壕渠灌域内 5 块地为研究区,利用 GF-1 卫星遥感和无人机多光谱遥感分别获取 2018 年 6 月中旬的遥感影像数据,同步采集 0～ 20 cm,20～ 40 cm 深度的土壤 样点,并引用洛伦兹曲线的原理以表征土壤异质性,同时引入 BP 神经网络( Back Propagation,BP) 、支持向量机( Support Vector Machine,SVM) 和极限学习机( Extreme Learning Machine,ELM) 构建土壤盐渍化监测模型。采用重采样尺 度转换方法,对无人机数据进行尺度上推,用尺度上推后的无人机数据修正 GF-1 卫星数据,对修正后的数据进行反 演建模并与直接采用卫星数据建立的模型进行对比。结果表明: 实验区异质性大小与变异系数大小呈正相关。无人 机数据构建的机器学习算法模型精度高于卫星数据。其中 20 cm 深度下无人机遥感数据反演土壤含盐量的最优模型 为 SVM 模型,决定系数( R2 ) 为 0.875,均方根误差( RMSE) 为 0.132,相对分析误差( RPD) 为 2.773; 40 cm 深度下无人 机遥感数据反演土壤含盐量的最优模型为 BP 模型 R2 为 0.709,RMSE 为 0.144,RPD 为 1.781; 20 cm 深度下 GF-1 卫 星遥感数据反演土壤含盐量的最优模型为 SVM 模型,R2 为 0.453,RMSE 为 0.245,RPD 为 0.055; 40 cm 深度下 GF-1 卫星遥感数据反演土壤含盐量的最优模型为 BP 模型 R2 为 0.271,RMSE 为 0.267,RPD 为 0.001。通过升尺度转换,可 提高卫星遥感反演土壤盐分的模型精度,R2 可提高 0.4～ 0.5,RMSE 可减小 0.061,RPD 可提高 1.308。可为改进卫星遥 感监测土壤盐渍化方法提供参考。

我国农业用水占比达到 61.4%,量水是农业灌溉中最基础、最关键的工作之一。平底抛物线形量水槽在 U 形渠道中使用时有过流能力强、水头损失小、低水位时测流精度高、结构简单等特点,但存在以下不足: 安装前需要 操平渠底,增加施工难度和水头损失; 不适用于在坡度大于 1 /1250 坡度的 U 形渠道量水; 流量计算需要经过复杂的 试算过程。本文以农业灌溉中常用的 U 形渠道为例,分析了巴歇尔量水槽和抛物线形量水槽的应用情况。采用 Flow -3D 软件的 TruVOF 模型对巴歇尔量水槽和抛物线形量水槽内的流场进行数值模拟,分析了巴歇尔量水槽和抛物线 形量水槽在测流时各部位的流速分布和湍动能耗散率,得出了两种量水槽的总水头损失曲线。分析结果表明,巴歇 尔量水槽在 U 形渠道中使用时会产生较大的水头损失; 而抛物线形量水槽在 U 形渠道中所产生的水头损失仅为巴歇 尔量水槽的 30%,非常适合在 U 形渠道内量水。该研究可为灌区量水设施布置提供科学的数据支撑。

为快速简便的计算组合喷灌均匀度,以单喷头测试数据为基础,按照水量叠加原理,研究了利用 ArcGIS 系统软件计算组合喷灌均匀度的计算方法与步骤,通过算例对不同插值方法、插值栅格大小等情况下的计算结果进 行了分析比较。研究显示,在数据插值方法上,自然邻域插值法的 PAEE、RMSE 和 MSE 值分别为 0.093、0.048 和 0.261,是研究的四种插值方法中最小的; 在同一布置形式、相同喷头间距下,比较 0.4、1.0 和 1.5 3 种插值栅格大小( 解 析度) 对喷灌均匀度的计算结果的影响,结果显示其差异度不大; 比较 ArcGIS 系统软件、自编软件,以及 Surfer 软件计 算的结果,各种方法计算结果之间的差异均不大于 2.9%; 以三角形布置喷灌系统为例,分别以三角形区域和以两条支 管之间的区域为典型区域,利用 ArcGIS 系统软件计算其组合喷灌均匀度( Cu) ,二者相差 0.8%。研究结果表明,利用 ArcGIS 系统软件计算喷灌均匀度是可行的,而且操作直观、快捷、简便。