农业工程

ZigBee

杨玮，吕科，张栋，等

农业工程

基于ZigBee技术的温室无线智能控制终端开发

杨玮，吕科，张栋，等

目的：针对温室农业控制的需要，开发了温室无线智能控制终端。方法：通过分析比较已有的分布式温室控制系统，该系统采用了数据采集和实时控制的硬件实现对温室环境因子（土壤温度、叶片温度、光照、茎秆生长、土壤水分等）的有效控制，可以独立地完成温室环境信息的采集、处理、显示和语音提示功能。系统基于ZigBee无线网络，以Jennic公司生产的ZigBee无线微型控制器JN5139-M01模块为核心，整个无线传感器网络由无线生理生态监测节点、ZigBee温室无线智能控制终端和智能语音模块组成。为采集温室内的环境因子，系统采用了土壤温度传感器、叶片温度传感器、土壤水分传感器、光照传感器以及茎秆生长传感器。传感器采集环境因子信息之后经过A/D转换成标准的电压信号送入ZigBee控制器进行数据分析处理。为方便用户使用，系统增加了真人语音发声功能，在系统检测温室参数超过正常范围时，能够及时准确的以语音方式提醒用户进行调控。结果：为了测定智能控制终端的稳定性，将土壤温度传感器、叶片温度传感器、土壤水分传感器、光照传感器以及茎秆生长传感器与终端ZigBee节点连接装在温室里，终端节点采集土壤温度、叶片温度、土壤水分、光照强度及茎秆生长数据后，每发送完1次数据后，便进入休眠状态，1 min后恢复，再次发送数据，连续监测1 h。智能控制终端距离ZigBee节点距离50 m，显示接收到的数据信息并将接收到的数据通过串口上传到计算机中，试验数据表明，系统在监测的1 h内，终端节点发送的土壤温度、叶片温度、土壤水分、光照强度及茎秆生长数据各60组，协调器都实时地接收到了，没有出现丢包现象，而且采集的数据值准确。结论：因此可看出，无论是系统硬件还是软件，工作性能稳定，具有较强的可靠性。温室无线智能控制终端可对食用菌栽培室、禽舍、日光温室、大棚群的土壤温度、土壤湿度、露点温度、光照强度、茎秆生长等进行实时监测。测量信息在液晶屏上直观的显示出来，同时可根据用户设置的适宜条件判断当前环境因素是否符合用户所种植作物的当前生长阶段，并通过语音方式把所测环境参数值、管理作物方法及仪器本身的工作情况等信息通知用户。仪器可随时将所测量值存入存储器中，并可通过串行通讯口把数据发送给上位机。温室无线智能控制终端实现了对温室环境因子的数据采集和有效控制。通过试验验证，该系统运行稳定，并且操作简单，使用方便。

来源出版物：农业工程学报, 2010, 26(3): 198-202

入选年份：2014

中国沼气发展的现状、驱动及制约因素分析

王飞，蔡亚庆，仇焕广

摘要：目的：随着经济的快速发展，中国的能源需求急剧增长。能源消耗的持续增加不仅导致石化能源的枯竭，也带来了严重的环境问题，从而促使国家大力发展沼气事业。该文通过对中国沼气发展进行系统的总结，分析中国未来沼气发展面临的机遇和挑战，以期提出促进中国沼气产业健康发展的政策建议。方法：该文通过系统分析相关统计资料，在总结中国沼气发展利用现状、技术以及相关政策的基础上，深入探讨中国沼气发展的驱动及制约因素，并为未来中国沼气的健康持续发展提出了政策建议。结果：（1）2000—2009年，沼气已成为重要的农村生活能源，农村户用沼气池年均增长率高达17.1%，沼气占农村生活能源的比例由0.4%上升到1.9%。（2）随着环境保护压力的加大，在国家政策的大力推动下，中国以处理有机污水及畜禽粪便为主的沼气工程建设快速增长。处理农业废弃物、工业废弃物和生活污水的沼气工程池容年均增长率分别为142%、8.6%和10%。（3）中国沼气技术模式不断完善，农村户用沼气探索出北方“四位一体”、南方“猪－沼－果”和西北“五配套”等能源生态模式，沼气工程则形成生活污水净化沼气工程、畜禽养殖场沼气工程、养殖小区沼气工程以及联户沼气工程等主要模式。（4）驱动中国沼气继续发展的主要因素有：中国农户人均生活能源消费较2000年增长了66.7%，加剧了商品能源供求紧张状况；畜禽养殖规模快速发展，但只有0.8%的规模化畜禽养殖场建立了沼气工程；工农业生产及居民生活造成的水体污染和土地污染已经严重制约中国经济可持续发展，生态环境保护的压力将促使政府继续增加对沼气建设的投资。（5）中国沼气发展面临的制约因素包括：城市化进程加速和农民收入水平提高导致农户使用沼气的积极性下降；散养户的减少将导致部分农村户用沼气因原料不足而停用甚至弃用；中国农村户用沼气建设主要依靠中央补助和农户自筹资金建设，融资渠道单一、资金不足成为中国沼气发展的主要制约因素；相关政策不完善，导致企业发展沼气事业动力不足；服务体系尚不完善，沼气发展存在安全隐患。结论：过去10年中国沼气投资和建设快速发展、沼气综合和可持续发展利用模式不断创新。预计在未来较长一段时期，中国沼气行业既面临农村能源需求增加、规模化养殖快速发展以及环境治理压力加大等因素的驱动；也面临农户使用沼气积极性下降、沼气池建设适宜农户减少、融资渠道单一、沼气市场不健全、法规不完善等因素的制约。建议通过健全后续服务体系，调整沼气投资和补贴结构，完善相关政策法规等，促进中国沼气事业的健康、可持续发展。

来源出版物：农业工程学报, 2012, 28(1): 184-189

入选年份：2014

离心泵非设计工况空化振动噪声的试验测试

王勇，刘厚林，袁寿其，等

摘要：目的：随着泵向高速化小型化方向发展，空化问题尤为突出。空化的产生会使泵的效率下降、扬程降低，破坏过流部件表面，同时会产生振动噪声。振动噪声不仅恶化劳动条件、缩短泵的运行寿命，而且影响人的身体健康和精神状态，尤其不利于对隐蔽性极高的潜艇等国防设备。目前，对于泵空化诱导振动噪声的研究主要集中在泵设计工况下的空化监测，尚未对泵多工况下的振动噪声特性进行全面深入的研究。该文通过试验测试的方法来探索非设计工况下离心泵空化状态与振动噪声信号之间的关系。方法：在离心泵闭式试验台上，基于虚拟仪器数据采集系统和泵产品测试系统建立离心泵空化诱导振动噪声的试验测试系统，实现泵性能参数和空化诱导振动噪声信号的同步采集。测量模型泵在不同流量下（0.7Q0、0.9Q0、Q0、1.2Q0、1.3Q0），NPSH变化时的振动和噪声信号并对其进行处理，得到不同流量下振动加速度和噪声声压级随NPSH变化的曲线图。水听器采用齐平式安装方式，直接测量管内的噪声。噪声测点在模型泵出口四倍管径处。4个加速度传感器分别安装在泵体、进出口法兰以及泵角上。模型泵在空化状态下产生的噪声信号和振动信号由美国NI公司的PXI-4472B动态信号采集模板来采集，振动信号和噪声信号分别用加速度传感器和水听器来测量。传感器的输出信号通过采集模板硬件转换输入到虚拟仪器驱动程序中，应用LabVIEW中的DAQ Assistant功能实现振动噪声信号的显示和采集，采样时间间隔为0.5×10-6s，采样数为2000。模型泵和电机的测量参数包括：模型泵的进出口压力，流量和转速，电机的电压、电流和功率等7个参数。结果：从试验测试结果可以看出，（1）对于泵的空化特性，当NPSH较大时，泵内无空化产生，泵的能量特性不受影响，扬程保持不变；随着NPSH的逐步降低，泵内的空化程度将逐步恶化，导致泵的扬程下降。随着流量的增加泵的扬程依次减小，空化性能逐渐变差。（2）对于泵的振动特性，不同流量下4个测点的振动强度基本呈现随NPSH的减少先保持微小波动再逐步上升的趋势，这是因为随着NPSH的下降，泵内的空化程度逐步加剧，开始无空化产生，然后产生少量空泡，最后空化严重。因此根据振动强度的变化规律可以推断出泵在不同流量下运行时，其振动强度增加时的NPSH即为其初生空化余量。除测量轴向振动的测点2外，其余测点上的振动强度，均具有一定的规律性，随着流量的增加泵的振动强度增大。4个测点中，测点3的振动最剧烈，相同流量下的振动强度均高于其他3个测点的振动强度，这主要是由于测点3的位置在泵蜗壳第8断面处，距离泵内空泡溃灭的位置较近，受空化影响较大。（3）对于泵的噪声特性，不同流量工况下声压级随NPSH下降的变化规律基本一致，开始保持在一定声压级下，然后随NPSH的进一步下降而显著增加，这与泵振动强度的变化规律类似。说明空化诱导振动噪声具有一定的内在联系。当NPSH较大时，5个流量工况的噪声声压值接近，随着NPSH的下降，声压级随流量的增加而明显增大。设计工况下随着泵内空化程度的加剧，声压级从84 dB增加到90 dB。结论：随着模型泵内空化程度的加剧，不同流量下模型泵的振动能量和噪声声压级的变化趋势相似，随NPSH的下降，振动和声压级先保持不变然后明显升高。根据曲线的这一变化规律可以初步判断出模型泵不同流量下的初生空化余量。在4个振动测点中，泵体的振动强度高于其他3个测点的振动，可以说明空化对泵体的振动影响最大。除轴向振动变化规律复杂外，其余测点随着流量增加泵的振动加强。

来源出版物：农业工程学报, 2012, 28(2): 35-38

入选年份：2014

畜禽粪便堆肥腐熟度评价指标体系研究

钱晓雍，沈根祥，黄丽华，等

摘要：目的：我国畜禽粪便堆肥产品质量标准除卫生学指标外，仅从堆肥产品的含水率、pH值、养分含量等理化指标片面评价产品的肥效性，缺乏比较全面和科学的堆肥腐熟度评价指标，尤其是缺少农艺指标考察，从而造成了部分堆肥产品在还没有完全腐熟的情况下就被施用于农田，对农作物生长和农业生产造成了负面影响。本文在堆肥试验研究的基础上，探索建立简便易行且具有代表性的堆肥腐熟度评价指标体系。方法：在借鉴发达国家堆肥质量腐熟度控制Solvita腐熟等级评价方法基础上，以上海地区典型的畜禽粪便（牛粪和猪粪）为研究对象，通过牛粪秸秆和猪粪秸秆的人工气候室堆肥试验，全面考察堆肥过程中与腐熟度有关的理化指标（温度、pH值、含水率、氨氮、腐殖质、碳氮比）和农艺指标（种子发芽势、作物生长指标、根系建成指标）变化及其相关性，筛选适合的堆肥腐熟度评价指标，并对市场上2种商品有机肥进行了腐熟度质量评价。结果：在堆肥过程中，牛粪秸秆堆肥和猪粪秸秆堆肥启动后4天内温度都达到了50℃以上，并都在50℃以上维持超过了15 d，最高温度分别达到了65.7℃和71.2℃，在60 d以后温度趋于环境温度；pH值都呈现出先上升后下降趋于稳定的趋势，说明在堆肥初期没有出现因厌氧导致有机酸积累的情况，pH值的上升与氨氮的产生有关，而后期pH的回落则是因为氨氮的挥发所致，在60 d以后pH值持续稳定在8.0左右；含水率都呈下降趋势，至90 d时牛粪秸秆堆肥下降21.99%，猪粪秸秆堆肥下降30.62%；氨氮都呈先升高后下降的趋势，这是由于堆肥初期随着温度的升高，微生物氨化作用增强，之后由于氨的挥发和微生物对氮的固定作用，氨氮含量不断下降；胡敏酸和富里酸比值呈先下降后上升的趋势，这可能是由于堆肥初期腐殖质中胡敏酸的不稳定成分被快速分解导致胡敏酸含量下降，而在堆肥后期微生物主要利用较难降解的物质为碳源，在这类物质降解的同时，逐渐形成了结构稳定的腐殖质类物质，同时富里酸在堆肥过程中一直处于被转化而含量下降的状态；C/N在90 d都达到了20左右；Solvita腐熟度等级在90 d后都达到了最高的8级；种子发芽势均呈上升趋势，说明堆肥生理毒性逐渐降低，堆肥逐渐达到腐熟，其中牛粪秸秆堆肥种子发芽势（24 h和72 h）在60 d后都已经基本达到100%；作物生长指标随着堆肥的进行变化不够显著，不同时间生物量没有显著差异（P＜0.05）；根系建成指标随着堆肥的进行呈上升趋势，在60 d后株高都基本超过了20 cm。通过对上述各指标间相关性分析，作为基本能代表堆肥产品腐熟程度和总体质量的Solvita腐熟等级指标与C/N、种子发芽势、根系建成指标呈高度相关，可以作为具有代表性的堆肥腐熟度控制指标，再加上温度这个堆肥稳定度评价最简便快捷的物理指标，共同组成堆肥产品腐熟度质量评价指标体系，并根据这四个指标在堆肥熟化过程中的考察结果，设置了堆肥腐熟度等级参考标准，用于堆肥熟化质量控制。在此基础上，应用该指标体系对2种商品有机肥进行腐熟度质量评价，结果表明，商品有机肥A腐熟度等级属于中等偏差，没有达到完全熟化的程度；商品有机肥B腐熟度等级属于较高水平，已经基本熟化。结论：在畜禽粪便堆肥过程中，与腐熟度有关的物料温度、pH值、含水率、氨氮、Solvita腐熟等级、种子发芽势、根系建成指标等理化和农艺指标变化显著；通过上述各指标间的相关性分析，选取与Solvita腐熟等级指标呈高度相关的C/N、种子发芽势和根系建成指标作为具有代表性的堆肥腐熟度控制指标，结合常规温度指标，构建了堆肥产品腐熟度评价指标体系；利用构建的指标体系对2种商品有机肥进行评价的结果表明，商品有机肥A没有达到完全熟化的程度，施入农田后可能对作物生长产生影响；而商品有机肥B则已基本熟化。

来源出版物：农业环境科学学报, 2009, 28(3): 549-554

入选年份：2014

甘肃中部高原露地菜田土壤重金属污染及潜在生态风险分析

李瑞琴，于安芬，白滨，等

摘要：目的：甘肃高原露地菜田是全国高原夏菜和冷凉蔬菜的主要生产基地，随着农业产业化进程的加快，农田生态环境风险凸显，为了同时掌握菜田土壤砷（As）、汞（Hg）、铅（Pb）、铬（Cr）、镉（Cd）、铜（Cu）等单项重金属元素的污染状况和重金属的整体潜在生态风险，本文结合调研和检测结果，应用地累积指数法和潜在生态危害指数法研究分析茄果类、叶菜类、鳞茎类、根茎类等蔬菜土壤重金属的污染状况和潜在生态风险。方法：本文在野外调查和室内实验分析的基础上，以1993年甘肃省环境监测中心站研究发布的甘肃省土壤重金属背景值为主要评价参比值，参考国家绿色食品土壤环境质量标准，研究甘肃露地菜田土壤重金属污染状况，同时综合应用地累积指数法和潜在生态危害指数法对研究区重金属的潜在生态风险进行分析评价。结果：露地各类菜田土壤重金属的分布特征，由统计表和趋势图分析得出，研究区各类型菜田土壤重金属除As较低外，其它5种重金属的质量分数均高于评价参比值。不同类型土壤重金属质量分数差异较大，茄果类的Cr和Hg大于其它类型菜田土壤，菜田土壤Hg、As、Pb、Cr平均质量分数高于粮田。研究区各类型菜田土壤重金属的质量分数均低于国家绿色食品土壤环境质量标准中重金属的限量指标。地累积指数法分析结果表明：Hg累积最严重，累积程度为中等累积，平均地累积指数为1.43，风险级别为2级；其次是Cd和Pb，平均累积程度均为轻度累积，风险级别均为1级。茄果类蔬菜土壤Cr存在轻度污染，As，Cu的生态风险级别为0级。与粮田相比，菜田土壤平均Hg、Pb的累积指数比粮田高出1倍。潜在生态风险指数研究结果表明：研究区土壤重金属的潜在生态风险危害程度为中等，级别为B级，各元素潜在生态危害程度依次为Hg＞Cd＞Pb＞Cu＞Cr＞As。单元素分析可知，Hg的潜在生态危害最强，茄果类、叶菜类、根茎类蔬菜土壤的风险级别达到D级，生态危害程度极强，鳞茎类蔬菜和其它蔬菜土壤的风险级别为C级，生态危害程度强；其次是Cd，茄果类、叶菜类、鳞茎类及根茎类蔬菜土壤的风险级别均为B级，生态危害程度轻微，其风险级别和生态危害程度均低于其它蔬菜和对照粮食作物土壤。从多元素综合分析可知：除茄果类蔬菜的潜在生态危害程度为强，其余类型土壤的潜在生态危害程度均为轻微，研究区重金属污染的潜在生态风险较低。结论：农田土壤重金属污染评价参比值的选择，对土壤质量评价结果影响甚大；研究区露地菜田土壤重金属污染的潜在生态风险相对较低，对研究区域生态环境具有潜在影响的重金属元素主要是Hg；在露地蔬菜种植区域应关注Hg的潜在生态危害，特别要定期跟踪监测茄果类、叶菜、根茎类蔬菜土壤中Hg的残留动态；菜田土壤Hg、As、Pb、Cr的平均质量分数高于粮田土壤。

来源出版物：农业环境科学学报, 2013, 32(1): 103-110

入选年份：2014

山东省规模化猪场猪粪及配合饲料中重金属含量研究

潘寻，韩哲，贲伟伟

摘要：目的：近年来，我国养猪业发展迅速。猪粪因富含有机质和养分被广泛用作肥料还田和有机肥的生产，然而，粪便中残留的重金属会对土壤产生负面影响，甚至通过农作物进入食物链并最终危害人类健康。本文通过在山东省二十余家规模化养猪场采集猪粪及配合饲料样品，测定了其中常见重金属的含量，并考察了不同采样季节、不同生育阶段猪群猪粪中的重金属残留差异。调查结果将为畜禽粪便有机肥的安全、合理使用提供必要参考。方法：猪粪样品采集自山东省21家规模化养猪场，采样分别于2011年6月及12月进行，样品包括小猪、育肥猪及种猪猪粪样本各42个，总计126个。21家养猪场平均分布在省内7个地区（滨州、德州、菏泽、临沂、青岛、潍坊及烟台）。在位于德州、菏泽、青岛的3家养猪场采集国内3种知名猪饲料品牌6个阶段猪配合饲料样本18份。样品经冷冻干燥后采用浓硝酸+高氯酸消煮，消煮液经定容、混匀、过滤后采用电感耦合等离子体质谱仪测定浓度。结果：饲料中Cu、Zn的含量较高，其检出范围分别为42.6～211.9 mg·kg-1及177.6～2883.1 mg·kg-1。Cu是一种抗菌剂和骨骼强壮剂，也是猪体内多种代谢所需关键酶的辅助因子；Zn是多种酶的组分和激活剂，在猪日粮中添加充足的Zn可促进猪的快速生长和健康。此外，补充Cr可提高饲料报酬、提高增重并改善胴体品质，补充As可通过抑制病原微生物以促进动物生长及改善畜产品外观及颜色的作用。依据我国《饲料卫生标准》及《中华人民共和国农业行业标准》，本研究检测样品中As、Zn和Cu的最大添加量分别超过国家标准的17、26和35倍。不同重金属在猪粪中的含量差异与其在配合饲料中的检测结果相一致。Cu、Zn在猪粪中的含量最高，其平均检出值分别是472.8、1908.6 mg·kg-1。Cr和As的检出含量较低，其平均检出值分别是12.3 mg·kg-1和36.5 mg·kg-1。Cd和Pb的平均检出值最低，分别是0.9 mg·kg-1和2.9 mg·kg-1。Cu、Zn、Cd在3种猪群猪粪中的平均检出值与最大检出值变化趋势一致。其中，小猪猪粪中Cu的含量高于育肥猪及种猪，这主要是因为在生长阶段前期，为满足快速生长发育需求，在日粮中添加较高含量的Cu、Zn所致；另外，种猪猪粪中Cr的含量高于小猪及育肥猪，As在育肥猪猪粪中的含量最高。除Cr外，其他5种重金属在冬季样品中的平均检出值与最大检出值均高于夏季样品。同国外腐熟堆肥中重金属的限量标准相比，我国相关标准相对宽松。若依据我国《畜禽粪便安全使用准则》，本研究所调查的126个猪粪样品中As、Cu、Zn超标个数分别为25、18和15个；而若依据德国腐熟堆肥中重金属的限量标准，126个猪粪样品中Cu、Zn超标数均为118个，占样本总数的比例达到93.7%。结论：猪饲料中高浓度的重金属添加剂，造成了猪粪中高含量的重金属残留，给其资源化利用带来很大的限制和风险。为实现规模化养猪场猪粪合理、安全的资源化利用，一是需要从源头控制，建立科学合理的饲料营养体系；二是严格执行国家猪饲料重金属添加标准；三是积极寻找饲料重金属添加剂替代品；四是进一步加强畜禽粪便重金属形态转化技术的开发，为有机肥的安全使用提供保障。

来源出版物：农业环境科学学报, 2013, 32(1): 160-165

入选年份：2014

内蒙古河套灌区荒地水盐运移规律模拟

李亮，史海滨，贾锦凤，等

摘要：目的：该文以内蒙古河套灌区为背景展开荒地水盐运移规律研究。河套灌区的荒地分布于耕地的间隙及沙丘、湖泽的周围，是一种特殊的土地类型。随着灌区灌溉引水量的逐年减少，排水量也随之减少，原有的水盐运移平衡被打破，而新的平衡体系中无灌溉荒地的水盐运移情况还不明确，该文旨在探索新平衡体系荒地盐分的动态运移过程。方法：研究采用实测数据与模型模拟相结合的方法，野外试验定时定点观测实际数据，数值模拟采用HYDRUS-1D模型，利用试验数据对模型参数进行识别、率定，对模拟成果进行分析、验证。HYDRUS-1D是用于模拟饱和与非饱和多孔介质中水分、能量、溶质运移的一维数值模型，适用于恒定或非恒定的边界条件，具有灵活的输入输出功能，模型基本方程采用修正Richards对流-弥散方程，方程求解采用Calerkin线性有限元法，模拟值与实测值的吻合程度标准差（SD）定量分析。结果：从野外试验及模型模拟可以看出，荒地水盐运移属于垂直入渗蒸发型，强烈的蒸发是水分向表层运移的原动力，在强蒸发作用下，荒地地下水以及土壤水在不断向上运移，最终导致土壤水分蒸发后，所携带盐分在土壤表层积聚。灌区荒地水分主要受到蒸发、附近农田灌溉水和降雨的影响。蒸发对表层土壤含水率影响较大，地下水补给对深层土壤含水率影响较大。附近地块灌溉水在模拟期间（包括秋浇）共计6次，作物生育期灌水为5次，附近地块灌水使荒地土壤含水率略有上升，5 cm土层含水率增加0.32%～0.92%，上升1.94%～5.77%；20～70 cm土层含水率增加0.82%～2.91%，上升3.68%～10.61%；100 cm土层含水率增加0.38%～1.94%，上升1.24%～8.26%；秋浇是灌水量最大的一次灌水过程，地下水位接近地表，各层土壤含水率在短期内大幅度增加，5 cm土层含水率增加11.44%，上升68.87%；20～100 cm土层含水率分别增加9.41%、7.95%、5.30%、4.24%，分别上升45.95%、35.49%、20.79%、15.37%；并在整个冬季保持较高水平。灌区荒地盐分在没有灌水淋洗的情况下，盐分向0～20 cm土层积聚。5 cm土层EC值增加3.93 mS/cm，上升66.10%；20 cm土层EC值增加2.32 mS/cm，上升63.89%；0～20 cm土层在整个作物生育期，荒地盐分呈逐渐积累的过程，并保持较高水平；40～100 cm土层EC值基本保持在0～2 mS/cm之间，作物生育期灌水土壤含盐率增加较小。秋浇时期地下水位上升，荒地土壤盐分流失，土壤EC值减少，5 cm土层EC值减少3.91 mS/cm，降低45.35%，20、40、70、100 cm土层分别减少3.52、1.86、0.94、1.18 mS/cm，分别降低62.50%、60.00%、52.22%、70.66%。降雨使0～20 cm土层盐分流失到40～100 cm层土壤，但强蒸发迫使土壤含盐率恢复原有水平。结论：灌区荒地盐分在作物生育期处于积累的过程，在灌溉期内，荒地附近耕地的灌溉水携带盐分，向无灌水的荒地积聚。在秋浇期，灌水量较大，耕地地下水位接近地表，在侧向径流作用下，荒地地下水位也随之升高，荒地盐分流失，为翌年积聚盐分腾空“盐库”。利用HYDRUS-1D模型对荒地土壤含水率和含盐率在垂直方向的变化趋势进行模拟，模型较好地模拟了盐分和水分在土壤中的分布和随时间变化的趋势，反映出荒地土壤年内盐分积聚和水分运移规律。

来源出版物：农业工程学报, 2010, 26(1): 31-35

入选年份：2015

微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响

马文军，程琴娟，李良涛，等

摘要：目的：华北平原农业灌溉用水非常紧缺，水资源日益缺乏与粮食需求日益增多之间的矛盾尖锐。充分利用微咸水资源是缓解这一矛盾的重要途径之一。方法：该文以中国农业大学曲周试验站1997—2005年冬小麦和夏玉米微咸水灌溉田间长期定位试验为基础，设计充分淡水、充分淡咸水、关键期淡水、关键期淡咸水和不灌溉等5个处理（灌溉淡水的电导率为1.1～1.6 dS/m，微咸水的电导率为5.4 dS/m），研究其土壤饱和电导率和含盐量的动态变化，探讨了微咸水灌溉对冬小麦和夏玉米产量的影响。结果：土壤水盐动态呈受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动。整个试验期内，充分淡咸水处理0～40、0～100、0～180 cm土层含盐量分别增加42.6%、63.4%、44.7%，可见＞40～100 cm土层盐分增量最高。降雨和灌溉对土壤的淋洗作用主要影响0～40 cm土层，导致＞40～100 cm土层盐分聚集。当淋洗作用起主导时，有利于微咸水灌溉的推广；当积盐效应明显时，微咸水灌溉则需要结合降雨量进行调整。在正常降雨年份，使用微咸水进行灌溉是可行的，不会导致土壤的次生盐渍化。微咸水灌溉虽然导致冬小麦和夏玉米产量降低10%～15%，但节约淡水资源60%～75%。充分淡水处理冬小麦产量始终最高，但淡水资源浪费严重；关键期淡水处理冬小麦产量达到其82.71%～97.57%，而灌溉量少了40%左右；充分淡咸水和关键期淡咸水灌溉处理冬小麦产量相当，但关键期淡咸水处理能相对减轻土壤盐渍化。综合来说，关键期淡咸水处理是冬小麦灌溉制度的最优选择，但遇到偏旱年份则需要改变策略，减少微咸水灌溉，加大淡水投入。如果降雨量达到多年平均水平以及微咸水灌溉制度制订合理，微咸水用于冬小麦/玉米田间灌溉前景广阔。结论：从对作物产量影响的角度来看，电导率为5.4 dS/m的微咸水用于田间灌溉是可行的，比较5种灌溉方式，关键期淡咸水处理既能保证作物产量达到充分淡水处理的85%，又节约淡水资源，在农业可持续发展方面具有很强的现实意义。

来源出版物：农业工程学报, 2010, 26(1): 73-80

入选年份：2015

不同水分处理下液膜覆盖对夏玉米生长及产量的影响

强小嫚，周新国，李彩霞，等

摘要：目的：针对塑料地膜对农业生产及生态环境造成的严重污染问题，液体地膜逐渐被应用到农业生产当中，该文以田间试验研究为基础，分析不同水分处理下液体地膜覆盖对夏玉米生长发育及产量等方面的影响，明确夏玉米生产实际中采用液体地膜覆盖措施时适宜的节水调控技术。方法：该文以夏玉米田间试验研究为基础，利用统计方法对观测数据进行理论分析，筛选出夏玉米生产实际中采用液体地膜覆盖措施时适宜的灌溉控水指标。按照覆盖方式和水分控制两因素采用裂区试验设计，覆盖方式为液膜覆盖和无覆盖（对照）处理2种方式，在夏玉米生育期内2种覆盖方式均设置不同的水分控制下限，分别为低水分处理（水分控制下限为田间持水率的55%）、中水分处理（水分控制下限为田间持水率的65%）和高水分处理（水分控制下限为田间持水率的75%），共6个处理，即液膜覆盖低水分处理、液膜覆盖中水分处理、液膜覆盖高水分处理、无覆盖低水分处理、无覆盖中水分处理、无覆盖高水分处理，每个处理重复3次，试验在防雨棚下的有底测坑中进行，为有效排除降雨对试验的影响，防雨棚在降雨前关闭，雨后开启。土壤含水率采用取土烘干法测定，当土壤含水率达到设定下限指标时，进行灌水，灌水上限控制在田间持水率的90%左右，灌水方式为畦灌，灌水量用水表计量。液膜喷施后能在短期内与土粒联结成理想的团粒体，灌水时能保证液膜覆盖的完整性。运用Excel和DPS软件对试验数据进行统计分析，采用LSD法进行差异显著性比较（a＝0.05）。结果：该研究就液体地膜在不同水分处理下对夏玉米形态指标、光合特性、产量、经济效益等的影响进行了初步探讨，结果表明：（1）液膜覆盖显著提高了地表温度，其中低水分处理效果更为显著。液膜覆盖低、中水分处理的夏玉米生育期提前，高水分处理成熟期延迟。液膜覆盖低水分处理夏玉米株高和茎粗均比对照偏大，差异显著。液膜覆盖低水分处理叶面积指数在生育前期较对照偏大，生育后期偏小；中、高水分处理叶面积指数在整个生育期内均比对照偏大。表明低水分处理下液膜覆盖使得夏玉米表现出明显的早衰现象。（2）液膜覆盖处理的光合速率和蒸腾速率日变化值均较对照偏大。液膜覆盖更利于夏玉米光合产物的形成。（3）夏玉米液膜覆盖低水分处理相比对照增产效果最为显著，经济产量增加56.97%；其次为中水分处理，增产35.42%；高水分处理增产效果最差，增产15.57%。表明在旱地夏玉米采用液膜覆盖栽培模式能有效达到节水增产的效果。（4）液膜覆盖低水分处理产出值、纯收入和产投比均明显大于对照，其中，产出值增加了3 553.2元/hm2，纯收入增加了2 353.2元/hm2，液膜覆盖的产投比为1.695。液膜覆盖使夏玉米能有效抵抗干旱逆境从而达到增产的效果，显著提高其经济效益，在水资源紧缺地区，液膜覆盖是利于粮食安全生产的一种有效途径。结论：液体地膜覆盖是一项具有增温保墒、有效抑制土壤水分无效蒸发、有效调节土壤-农作物间水分条件的栽培技术，研究认为，夏玉米液膜覆盖能有效抵抗干旱逆境从而达到节水增产的效果，显著提高其经济效益、生态效益和社会效益。同时，液体地膜作为一种新型覆盖材料，不仅有利于粮食生产安全，并且减少了地膜覆盖造成的环境污染问题。该研究仅就液膜覆盖对夏玉米生长发育及产量的影响进行了初步探讨，以上结论还有待进一步研究验证，以期得到更精确的结果。

来源出版物：农业工程学报, 2010, 26(1): 54-60

入选年份：2015

编辑：张宁宁