• 
    

    
    

      99热精品在线国产_美女午夜性视频免费_国产精品国产高清国产av_av欧美777_自拍偷自拍亚洲精品老妇_亚洲熟女精品中文字幕_www日本黄色视频网_国产精品野战在线观看 ?

      基于TOPSIS黃淮海平原井灌區(qū)冬小麥調(diào)虧灌溉的多目標(biāo)優(yōu)化

      2021-09-26 08:34:12秦海霞張玉順楊浩晨邱新強(qiáng)王艷平路振廣張明智
      作物雜志 2021年3期
      關(guān)鍵詞:耗水量利用效率冬小麥

      秦海霞 張玉順 張 昆 楊浩晨 邱新強(qiáng) 王艷平 路振廣 張明智

      (1河南省水利科學(xué)研究院/河南省節(jié)水灌溉工程技術(shù)研究中心,450003,河南鄭州;2河南工學(xué)院,453003,河南新鄉(xiāng))

      黃淮海平原是我國六大小麥產(chǎn)區(qū)之一,該地區(qū)冬小麥的安全生產(chǎn)可為我國的糧食安全提供保障。冬小麥生育期耗水量達(dá)300~450mm,降雨量僅為其1/3,遠(yuǎn)不能實現(xiàn)冬小麥穩(wěn)產(chǎn)[1-2]。為實現(xiàn)冬小麥穩(wěn)產(chǎn),常采用灌溉來彌補(bǔ)冬小麥生育期所缺水分[3]。該地區(qū)灌溉水主要來自地下,在過去10年中,近60億m3地下水被開采利用,而地下水資源的過度開發(fā)利用會帶來一系列生態(tài)環(huán)境與糧食安全生產(chǎn)問題[4-5]。因此,提高本地區(qū)灌溉水資源高效利用迫在眉睫。

      調(diào)虧灌溉作為一種節(jié)水灌溉方式,不但能夠節(jié)水增產(chǎn),而且能夠優(yōu)化作物品質(zhì)[6],而灌水下限與灌水量(灌水定額)可作為調(diào)虧灌溉的2個主要調(diào)控指標(biāo)[7-8]。已有研究表明,冬小麥前期輕度水分虧缺(田間持水率FC 55%左右)具有較大的節(jié)水、保持經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和提高作物水分利用效率的潛力[9]。在華北平原地區(qū),灌水下限由40% FC增加至60% FC時,冬小麥產(chǎn)量呈增加趨勢,控制灌水下限為50% FC處理的冬小麥水分利用效率(WUE)最高[10]。冬小麥適宜的灌水定額為返青-拔節(jié)、拔節(jié)-抽穗和抽穗-灌漿期分別灌水45.0、55.5和54.0mm[11],冬小麥灌水量由0.5倍蒸發(fā)量灌溉增加至1.5倍時,冬小麥產(chǎn)量呈先增加后減小趨勢,水分利用效率呈減小趨勢[12]。目前,在黃淮海平原井灌區(qū)利用調(diào)虧灌溉(灌水下限與灌水定額組合)指導(dǎo)冬小麥灌水報道相對較少。

      產(chǎn)量和作物水分利用效率作為冬小麥灌溉領(lǐng)域重要評價指標(biāo),采用常規(guī)方差對比綜合分析法很難同時滿足各項指標(biāo)均達(dá)最優(yōu)。TOPSIS[13-14]法為多目標(biāo)決策優(yōu)化提供了解決途徑,在番茄[13-15]、夏玉米[16]和咖啡[17]等作物種植領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。在TOPSIS綜合模型中賦權(quán)是核心,常見的賦權(quán)方法有專家打分法、均權(quán)法、熵值法、標(biāo)準(zhǔn)離差法、PCA法和CRITIC法等[18-19],其中CRITIC法確定模糊權(quán)重,不受人為因素影響最終評判結(jié)果,且能夠客觀確定權(quán)數(shù)[16,20]。然而,利用CRITIC法對黃淮海平原井灌區(qū)調(diào)虧灌溉下冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量和作物水分利用效率進(jìn)行量化并構(gòu)建綜合效益評價模型的相關(guān)研究較少。

      因此,本研究通過不同灌水下限與灌水定額組合的變化分析冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量及作物水分利用效率是如何對其響應(yīng)的,進(jìn)一步采用CRITIC法對產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量和水分利用效率賦權(quán),與TOPSIS法組合構(gòu)建冬小麥綜合效益評價模型,通過處理間對比和優(yōu)選,獲得調(diào)虧灌溉下以產(chǎn)量形成及WUE為最佳的灌水下限與灌水定額組合模式,旨在為該地區(qū)冬小麥節(jié)水增產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

      1 材料與方法

      1.1 試驗區(qū)概況

      試驗在河南省許昌市灌溉試驗站(112°42′E,34°16′N)內(nèi)帶有電動防雨棚的有底測坑(長×寬×高:2.4m×3.6m×2.0m)中進(jìn)行。試驗區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候,海拔85.0m;年均氣溫14.3℃,年均降雨量640.9mm,6-9月降水量占全年降水量的70%以上,無霜期220d,全年日照時長約2400h。0~1m土層平均容重 1.53g/cm3,田間持水量25.40%。土壤為中壤土,播前耕層土壤有機(jī)質(zhì)5.62g/kg,全磷0.44g/kg,全鉀15.12g/kg,全氮0.37g/kg,堿解氮24.91mg/kg,速效磷23.89mg/kg,速效鉀75mg/kg。

      1.2 試驗方法

      冬小麥分別于2015年10月21日播種,2016年6月2日收獲,全生育期225d;2016年10月17日播種,2017年5月24日收獲,全生育期219d;2017年10月20日播種,2018年5月29日收獲,全生育期221d。人工開溝撒播,播量150kg/hm2,行距20 cm。播前施底肥1500kg/hm2,其中復(fù)合肥750kg/hm2(N:P:K=24:18:6),緩釋肥750kg/hm2(氨基酸≥10%,N+P+K≥18%,有機(jī)質(zhì)≥20%)。其余農(nóng)事管理(施肥、除草和防病蟲等)均保持一致。

      考慮灌水下限及灌水定額2個因素。灌水下限設(shè)置2個水平,分別為輕旱(LD)和中旱(MD);設(shè)2個對照處理:分別為適宜水分(CK1)與重旱(CK2)。其中LD的苗期-返青期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿成熟期的灌水下限分別為50%、55%、60%和50%FC,MD的分別為40%、50%、55%和45%FC,CK1的分別為60%、65%、70%和60%FC,CK2的分別為35%、40%、45%和40%FC。灌水定額設(shè)置5個水平,分別為30、60、90、120和180mm,其中CK1和CK2的灌水定額為90mm。共12個處理(表1),各處理重復(fù)3次,共36個小區(qū)。

      表1 試驗方案及灌溉定額Table 1 Test scheme and irrigation quota

      1.3 指標(biāo)測定與方法

      1.3.1 形態(tài)及產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo) 小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取10株小麥,測量株高、莖粗、穗長、小穗數(shù)、無效小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重等指標(biāo)。

      1.3.2 產(chǎn)量 各小區(qū)在冬小麥?zhǔn)斋@期隨機(jī)選取1m2冬小麥進(jìn)行收獲脫粒,籽粒待風(fēng)干后測其質(zhì)量[21],單位換算為kg/hm2。

      1.3.3 耗水量及作物水分利用效率 采用TRIMEIPH土壤水分測量系統(tǒng)和取土烘干法來測定耗水量,其中TRIME管埋設(shè)在各小區(qū)正中間部位。測量 0~20、20~40、40~60、60~80 和 80~100cm 土層土壤體積含水率,灌前和灌后均加測。采用水量平衡法計算作物耗水量,水量平衡公式為:

      式中,ΔS為計劃濕潤層內(nèi)土壤水分變化;P和I分別為生育期內(nèi)的降雨量和灌水量;C為進(jìn)入根層的毛管上升水量;E和T分別為土壤蒸發(fā)量和植物蒸騰量;R和D分別為地表徑流量和土層下邊界滲漏量,以上參數(shù)單位均為mm。

      由于試驗是在帶有大型自動防雨棚的測坑內(nèi)進(jìn)行,地表徑流和降雨均忽略不計,測坑內(nèi)土層厚度為2m,地下水滲漏量可測定,全生育期內(nèi)滲漏量測定結(jié)果為零,作物生長所需水分主要由農(nóng)田灌溉來供應(yīng),進(jìn)入根層的毛管上升水量和土層下邊界滲漏量也不計,故冬小麥階段實際耗水量簡化為:

      作物水分利用效率[21]是指作物單位耗水量產(chǎn)出的籽粒質(zhì)量,用下式計算:

      式中:WUE[kg/(hm2·mm)]為作物水分利用效率;Y(kg/hm2)為作物籽粒產(chǎn)量;ET(mm)為作物生育期耗水量。

      1.3.4 氣象數(shù)據(jù) 利用試驗站內(nèi)自動氣象站,收集氣溫、相對濕度、風(fēng)速、太陽輻射強(qiáng)度和降水量等氣象參數(shù)。

      1.4 數(shù)據(jù)處理

      利用SPSS 22.0進(jìn)行均值誤差分析,采用Origin Pro 9.0作圖。采用F檢驗進(jìn)行差異顯著分析,顯著水平P<0.05。圖表中數(shù)據(jù)除特殊標(biāo)注外均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

      2 結(jié)果及分析

      2.1 不同處理對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

      綜合3季數(shù)據(jù)(表2)發(fā)現(xiàn),不同處理對冬小麥的產(chǎn)量構(gòu)成性狀有不同程度影響,灌水下限對冬小麥株高、莖粗與穗粒數(shù)均有顯著影響(P<0.05),灌水定額對冬小麥株高和千粒重有顯著影響(P<0.05),2因素交互作用對冬小麥株高、穗粒數(shù)和千粒重有顯著影響(P<0.05)。2個因素交互作用下冬小麥株高、莖粗、穗長、小穗數(shù)、無效穗數(shù)、穗粒數(shù)與千粒重在全生育期缺水下達(dá)峰值的處理分別為 LD120、MD120、CK1、LD60、CK2、LD180、MD60與LD30。通過單因素方差分析發(fā)現(xiàn),LD60處理可抑制株高生長,降低無效穗數(shù),在穗粒數(shù)和千粒重方面顯著高于重旱與中旱,與輕旱灌水30、90、120和180mm及適宜水分CK1相比,無顯著性降低或增加。隨干旱脅迫程度的增加,株高、莖粗和小穗數(shù)呈下降趨勢;穗長和穗粒數(shù)呈先增加后降低趨勢;無效穗數(shù)呈增加趨勢;千粒重先減小后增加。在輕旱脅迫下,隨灌水定額的增加,株高和無效穗數(shù)呈先降低后增加再降低趨勢;莖粗、千粒重呈先增加后減小趨勢;其他無顯著性統(tǒng)一變化規(guī)律。中旱脅迫下,隨灌水定額的增加,莖粗和穗長呈先增加后降低趨勢;無效穗數(shù)和穗粒數(shù)呈先降低后增加趨勢;其他指標(biāo)無顯著性統(tǒng)一變化規(guī)律。

      表2 不同處理對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of different treatments on yield components of winter wheat

      2.2 不同處理對冬小麥產(chǎn)量及作物水分利用效率的影響

      由表3可知,在產(chǎn)量方面,LD60低于CK1、LD120和LD180,高于其他處理;WUE方面,LD60分別高于 CK1、LD30、LD90、LD120、LD180、MD30、MD60、MD90、MD120、MD180 和 CK2處理約6.53%(3季均值,下同)、1.87、15.13、16.22、36.90、2.55、1.96、10.37、13.83、38.10 和62.39%。隨灌水定額的增加,產(chǎn)量和耗水量基本呈增加趨勢,WUE呈先增加后減小趨勢。隨灌水下限的增加,90mm灌水定額冬小麥產(chǎn)量和耗水量呈增加趨勢,WUE無顯著性變化規(guī)律,但輕旱處理的WUE穩(wěn)定,且顯著高于重旱。隨灌水下限的增加,產(chǎn)量和耗水量呈增加趨勢,WUE呈先增加后減小趨勢。隨灌水定額的增加,產(chǎn)量和耗水量呈增加趨勢;WUE呈先增加后減小趨勢,其中30與60mm無顯著性差異。綜合可得,LD60處理在不顯著性降低產(chǎn)量的同時可顯著提高WUE。

      表3 不同處理對冬小麥產(chǎn)量及作物水分利用效率(WUE)的影響Table 3 Effects of different treatments on winter wheat yield and water use efficiency(WUE)

      2.3 基于冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量與作物水分利用效率的綜合評價

      采用方差對比分析法,冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素(株高、莖粗、穗長、小穗數(shù)、無效穗數(shù)、穗粒重和千粒重)、產(chǎn)量與WUE很難同時滿足各項指標(biāo)最優(yōu)的灌水下限與灌水定額組合。為此,利用CRITIC法對3季產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量和灌溉水利用效率賦權(quán),并與TOPSIS法組合構(gòu)建冬小麥綜合效益評價模型,采用CRITIC法獲得各項指標(biāo)權(quán)重,分別為 W2015=(0.113,0.113,0.113,0.113,0.110,0.111,0.114,0.105,0.107)、W2016=(0.116,0.116,0.116,0.117,0.099,0.106,0.117,0.106,0.106)與 W2017=(0.118,0.118,0.119,0.119,0.078,0.112,0.116,0.110,0.110),對最優(yōu)的灌水下限與灌水定額指標(biāo)進(jìn)行綜合效益評價。

      從綜合評價值(表4)可知,2015-2017年排名前5的處理分別為LD60、MD90、CK1、LD120、LD180(2015年),CK1、LD60、MD120、LD180、LD90(2016年),LD30、LD120、MD120、LD60和LD180(2017年)。綜合上述3季數(shù)據(jù)分析可知,調(diào)虧灌溉下LD60表現(xiàn)最優(yōu),分別為0.456(2015年)、0.424(2016年)、0.417(2017年)。該結(jié)論與產(chǎn)量和WUE綜合評價法得出結(jié)論具有一致性。

      表4 冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素、產(chǎn)量及作物水分利用效率綜合效益評價Table 4 Comprehensive benefit evaluation of yield components,yield and crop water use efficiency of winter wheat

      3 討論

      3.1 調(diào)虧灌溉對冬小麥產(chǎn)量及作物水分利用效率的影響

      土壤水分狀況會影響作物對養(yǎng)分的吸收和利用,適當(dāng)水分可以在一定程度上減小土壤養(yǎng)分不足對產(chǎn)量造成的負(fù)效應(yīng),調(diào)虧灌溉是優(yōu)化土壤水分與灌水量,實現(xiàn)作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基本保證。研究發(fā)現(xiàn)隨干旱脅迫程度的加劇,冬小麥株高呈減小趨勢,與張凱等[10]畦灌冬小麥株高結(jié)論一致;千粒重隨干旱脅迫程度的增加呈先減小后增加趨勢,與陳凱麗等[22]滴灌冬小麥千粒重變化規(guī)律不一致,可能是由于控制灌水下限水平不一致,本研究控制灌水下限分別為田間持水率的35%、40%、60%和60%,陳凱麗等[22]控制灌水下限分別為田間持水率的45%、60%和75%。隨干旱脅迫程度增加,產(chǎn)量呈減小趨勢,與Du等[9]研究冬小麥、Yang等[23]和Koksal等[24]研究滴灌辣椒、Wang等[25]溝灌甜瓜結(jié)論一致,表明干旱脅迫對作物產(chǎn)量的影響具有一致性,不因作物種類的改變而改變,為通過優(yōu)化生育期灌水量來實現(xiàn)作物節(jié)水高產(chǎn)提供了思路[26]。

      本研究發(fā)現(xiàn)隨灌水量的增加,產(chǎn)量呈先增加后減小趨勢,與Golzardi等[27]研究玉米與Agbna等[28]研究番茄結(jié)論一致,表明在一定范圍內(nèi)增加灌水量,有助于提高作物產(chǎn)量。與Greaves等[29]研究的常規(guī)地面灌玉米的WUE研究一致,本研究發(fā)現(xiàn)LD60處理冬小麥在不顯著降低產(chǎn)量的同時可顯著提高土壤WUE,實現(xiàn)水資源最大化利用。由于土壤輕度水分虧缺也能抑制莖的伸長,促進(jìn)根系的發(fā)育,從而顯著提高根冠比,輕度干旱土壤(55%FC)不會顯著降低糧食產(chǎn)量[30]。隨著灌水定額的增加,雖然能夠有效提高作物產(chǎn)量,但是作物耗水量增加幅度大于產(chǎn)量增加幅度,導(dǎo)致WUE降低。

      3.2 多目標(biāo)決策與評估

      TOPSIS法是廣泛應(yīng)用于土地規(guī)劃、水利、電力和工程等許多領(lǐng)域的評估程序,可以對規(guī)劃方案的利弊進(jìn)行正確、有效地評估,結(jié)果可靠。向友珍[31]以甜椒的產(chǎn)量、品質(zhì)和水肥利用率作為評價指標(biāo),根據(jù)各項指標(biāo)的重要性確定權(quán)重,并與TOPSIS法結(jié)合提出了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳施肥策略。寧東賢等[32]使用不同花生品種的農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)和品質(zhì)特征作為評價指標(biāo),并應(yīng)用主成分分析方法確定各個評價指標(biāo)的權(quán)重值,然后與TOPSIS法組合選擇最佳花生品種。Wang等[33]基于TOPSIS法對華北沙區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)水肥管理多目標(biāo)優(yōu)化。研究者發(fā)現(xiàn)采用CRITIC賦權(quán)可不受人為因素影響最終評判結(jié)果,服從單純數(shù)據(jù),且能夠客觀確定權(quán)數(shù)[16]。本研究將CRITIC賦權(quán)與TOPSIS法構(gòu)建的冬小麥綜合效益評價模型相結(jié)合表明LD60處理最優(yōu),該結(jié)論與傳統(tǒng)的產(chǎn)量和WUE綜合評價法獲得的結(jié)論一致。

      4 結(jié)論

      輕旱脅迫下灌水定額60mm(LD60)可抑制株高生長,降低無效穗數(shù),穗粒數(shù)和千粒重顯著高于重旱與中旱,與輕旱其他處理及適宜水分處理相比差異較小,且該處理WUE顯著提高。隨灌水定額的增加,輕旱處理產(chǎn)量和耗水量基本呈增加趨勢,WUE呈先增加后減小趨勢;中旱處理耗水量呈增加趨勢,產(chǎn)量和WUE無顯著性變化規(guī)律。隨灌水下限的增加,90mm灌水定額冬小麥產(chǎn)量呈增加趨勢,耗水量和WUE無顯著性變化規(guī)律?;贑RITIC賦權(quán)的TOPSIS法構(gòu)建冬小麥綜合效益評價模型獲得結(jié)果與產(chǎn)量、WUE綜合評價法獲得結(jié)論具有一致性,均表明LD60處理最優(yōu)。綜合考慮,為實現(xiàn)本地區(qū)冬小麥穩(wěn)產(chǎn)與水資源高效利用的雙重目標(biāo),冬小麥適宜調(diào)虧灌溉調(diào)控指標(biāo)為輕旱脅迫下灌水定額60mm。

      猜你喜歡
      耗水量利用效率冬小麥
      滴灌對蘋果和梨樹周年耗水規(guī)律的影響
      北方果樹(2020年6期)2020-11-14 01:35:40
      避免肥料流失 提高利用效率
      不同灌水模式下玉米耗水量和節(jié)水效益分析研究
      甘肅冬小麥田
      體制改革前后塔里木河流域水資源利用效率對比分析
      蒸發(fā)冷卻空調(diào)機(jī)組耗水量計算公式的推導(dǎo)與分析
      吉朗德露天煤礦高耗水量計算
      冬小麥和春小麥
      中學(xué)生(2015年4期)2015-08-31 02:53:50
      冬小麥——新冬18號
      冬小麥—新冬41號
      云安县| 兖州市| 鲁山县| 灵丘县| 望江县| 德昌县| 华蓥市| 台南市| 斗六市| 呼和浩特市| 广元市| 永仁县| 黄大仙区| 西吉县| 屯门区| 石河子市| 前郭尔| 内江市| 靖西县| 长武县| 大足县| 民县| 扎囊县| 涟源市| 蒲城县| 怀化市| 隆安县| 东乡| 晋宁县| 凤山县| 麟游县| 奉化市| 乌恰县| 崇明县| 交城县| 东丽区| 麟游县| 托里县| 磐安县| 阜新| 阳泉市|