干旱区滴灌均匀系数和灌水量对土壤水氮分布的影响

研究新疆干旱区滴灌均匀系数和灌水量对土壤水氮分布的影响,为滴灌均匀系数设计与评价标准的修订和完善提供依据。供试作物为棉花,试验中滴灌均匀系数(Cu)设置0.65(C1)、0.78(C2)和0.94(C3)3个水平,灌水量设置充分灌水量的50%、75%和100%3个水平。结果表明,棉花生育期内根系层0～60cm土层含水率均匀系数保持在较高水平(0.80～0.97),滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用的影响均未达到显著水平。土壤NO3--N含量均匀系数随时间和空间表现出较强的变化特征,在生育期内的变化范围为-0.27～0.92,且低于土壤含水率均匀系数;滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用对NO3--N含量均匀系数的影响不显著。干旱区作物生育期降水量难以弥补灌水不均匀对水分分布造成的负面影响,滴灌均匀系数对棉花生育期内根系层土壤含水率均匀系数的影响强于初始含水率均匀性和灌水量。上述结果可供制定干旱区滴灌均匀系数标准时参考。     

华北平原春玉米生长和产量对滴灌均匀系数及灌水量的响应

为了确定现行滴灌均匀系数设计标准的适宜性,通过华北平原2?a春玉米滴灌试验,研究滴灌均匀系数和灌水量对春玉米生长和产量的影响。均匀系数（Cu）设置0.66、0.81和0.99 3个水平,灌水量设置灌溉需水量的50%、75%和100% 3个水平。研究结果表明,滴灌均匀系数和灌水量对春玉米的株高和叶面积指数均值的影响不显著,两指标的均匀系数在生育期内基本呈逐渐增加的趋势,至生育末期其值均大于0.95;沿滴灌带方向,各处理产量的均匀系数均大于0.93,滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用对产量的均值和均匀系数的影响均不显著。因此,对华北平原的春玉米而言,可考虑适当降低现行滴灌均匀系数的设计和评价标准（Cu≥0.80）,以降低滴灌系统的投资和运行费用。     

滴灌均匀性对土壤水分传感器埋设位置的影响

合理选择土壤水分传感器埋设位置以减少监测点密度和成本,是基于无线传感器网络制定灌溉处方图亟待解决的一个关键问题。该研究基于土壤含水率时间稳定性原理,将直接代表平均土壤含水率的点位用于土壤水分传感器布设位置点的选取,在水平方向分布均匀,垂直剖面土壤颗粒组成变异程度随土层深度增加的粉壤土田块内分析了低、中、高灌水均匀系数(分别为0.6、0.8和0.97)对春玉米主要根系层土壤含水率空间分布均匀性和时间稳定性的影响。结果表明,春玉米生育期内,随灌水均匀系数降低,土壤含水率空间分布均匀度降低,但低、中、高灌水均匀系数处理的土壤含水率均匀系数均大于0.81;低、中、高灌水均匀系数处理的平均Spearman秩相关系数均达到了显著水平(P0.05),但土壤含水率空间分布结构相似性随灌水均匀度的增加而减小;对高灌水均匀系数处理,0~0.2、0.2~0.4、0.4~0.6、0.6~0.8 m土层直接代表平均土壤含水率的测点比例分别为83%、78%、53%和86%。随灌水均匀系数降低,各土层直接代表平均土壤含水率的测点数量减少,说明土壤水分传感器随机布设引起的测量误差将随滴灌灌水均匀度的减小而增大。     

滴灌均匀系数对土壤水分和氮素分布的影响

为了确定滴灌均匀系数的设计与评价标准,在日光温室内研究了滴灌施肥灌溉均匀性和施氮量对土壤水氮分布特性的影响。试验中滴灌均匀系数（Cu）设置0.62、0.80和0.96 3个水平,施氮量设置150和300 kg/hm2 2个水平。土壤含水率和电导率采用沿毛管均匀布置的TDR探头（Hydra Probe）连续监测,并定期取土样测试土壤硝态氮和铵态氮含量。结果表明,在作物生育期内3种滴灌均匀系数处理的土壤含水率一直保持很高的均匀系数,滴灌均匀系数和施氮量对土壤含水率均值及其均匀系数的影响均不显著（α=0.05）。土壤电导率及硝态氮含量的均匀性在很大程度上取决于土壤初始氮素含量的均匀性,其均匀系数低于土壤含水率的均匀系数,滴灌均匀系数的影响也不显著。从获得均匀的土壤水氮分布的角度出发,现行滴灌均匀系数标准尚有降低的空间。     

土壤含水率监测位置对温室滴灌番茄耗水量估算的影响

土壤水分传感器埋设位置的选择是局部灌溉条件下获得作物根区代表性土壤含水率数据,从而制定滴灌灌溉制度的关键。本文以日光温室滴灌番茄为对象,研究滴灌线源土壤湿润体内含水率分布状况,通过对比距滴灌带不同位置处土壤含水率监测结果估算番茄耗水量的差异,探讨土壤含水率监测的合理位置。结果表明,番茄生育期内14~25 mm的灌水定额主要用于增加0~40 cm土层的土壤含水率,湿润体内日平均土壤含水率分布在75%~100%田间持水率。作物生育期内连续多次滴灌条件下,沿滴灌带单个灌水器形成的湿润土体会充分叠加,形成近似均匀的土壤含水率带状分布,且作物生育期内沿深度方向0~40 cm土层土壤含水率均值无显著性差异,距滴灌带不同水平距离的土壤含水率随时间的变化趋势具有同步特点,无明显的滞后性。以集中80%总根量的土壤深度作为滴灌番茄水分渗漏下界面时,14~25 mm的灌水定额会导致深层渗漏,且深层渗漏量表现出一定的空间变异性。番茄生育期内深层渗漏量约占灌水量的13%。距滴灌带不同位置处的番茄耗水量除在番茄苗期和开花座果期有较大差异外,其余生育阶段的差异均在10%以内。对温室滴灌番茄来说,滴灌高频少量的灌溉特征有利于维持作物根系层适宜的土壤水分状态,监测1个含水率剖面即可满足估算作物耗水量的要求。     

考虑滴头堵塞位置的灌水均匀系数模型优化

为准确评价堵塞对滴灌工程灌水均匀性的影响,从确定采样点布置方式入手,利用HYDRUS-2D模拟不同堵塞情况下的土壤水分状况,首先分析灌水均匀性与土壤水分分布均匀性之间的关系,然后以土壤水分分布均匀系数为依据,在考虑滴头堵塞位置的基础上对灌水均匀系数模型进行优化,最后通过温室灌溉试验进行验证。结果表明,取样点布置方式对土壤水分分布均匀系数影响显著,适宜的取样间距和深度分别为60 cm及地表下20 cm。土壤水分分布均匀系数与不同灌水均匀系数之间存在良好的线性关系,且随着堵塞滴头数量的增加,堵塞滴头位置分布情况对土壤水分分布均匀性的影响增大。小区灌溉试验结果表明,当堵塞滴头数量较多时,土壤水分分布均匀系数与考虑滴头堵塞位置的优化灌水均匀系数具有较高的相关性,优于原指标,可较好反映由堵塞滴头位置改变引起的土壤水分分布均匀性变化,故在评价滴灌系统灌水均匀性时宜使用优化均匀系数。     

滴灌均匀系数和施氮量对白菜生长及产量和品质的影响

为了完善滴灌均匀系数设计与评价标准,在日光温室内研究了滴灌均匀系数和施氮量对白菜生长、氮素吸收、相对叶绿素含量（SPAD）、产量和品质的影响。试验中均匀系数设置0.62、0.80和0.96 3个水平,施氮量设置150和300 kg/hm2 2个水平。土壤多参数传感器Hydra Probe的监测结果表明,白菜生育期内不同处理的土壤含水率和温度变化动态基本一致,而不同处理间的土壤电导率的差异主要是由其初始值不同引起的。当滴灌均匀系数不大于80%时,白菜株高、干物质质量、吸氮量和产量的均匀系数大于灌水和施肥的均匀系数,且滴灌均匀系数对株高、干物质质量、相对叶绿素含量（SPAD）、吸氮量、产量及Vc含量、总糖、硝酸盐、纤维素等品质指标均值和均匀系数的影响均不显著（α=0.05）。因此采用过高的均匀系数,对提高产量和改善品质的作用不明显,采用现行滴灌均匀系数的设计和评价标准（均匀系数Cu≥0.80）不会对白菜的生长、养分吸收和产量造成不利影响,可考虑适当降低。     

不同根部微灌水器对云南红壤和黄沙土水分分布的影响

探索根部微灌水器类型对土壤水分分布的影响和作用规律,是提高根部微灌水效率的有效途径。该文研究了根部微灌水器类型对土壤水分分布的影响。试验采用2种灌溉方式(地上滴灌和根部微灌)、2种灌水器(流量可调式灌水器和内镶贴片式滴灌带),测定各处理在3种灌水时长(5、15和30 min),在2种土壤(云南红壤土和黄沙土)时的土壤水分含量。结果表明:1)灌水器种类与土壤类型、灌水器种类与灌水时长对土壤水分有极显著的交互作用(P0.01),但三者之间没有显著交互作用(P0.05);2)流量可调式灌水器四周配有8个水平出水孔,其灌溉水在2种土壤中向四周渗出的水平宽度都较宽(25 cm左右),而内镶贴片式滴灌带只有1个向下单孔,灌溉水向四周渗出的水平宽度均较窄(16 cm左右);3)在红壤土中,根部微灌内镶贴片式滴灌带的高含水率区域更接近于作物根部区域,而地上滴灌的高含水率区域基本上集中在花盆土壤的上部区域;4)在红壤土中,基质势对灌溉水的运移起主要作用,而在黄沙土中重力势起主要作用;5)在红壤土中,灌水时间越短,土壤面积百分比为70%时对应的区域越集中在较窄的和较低的土壤含水率区段,且各区段是连续的,灌水30 min时,它所对应的土壤含水率区段最宽,土壤水分分布均匀性也最高;在黄沙土中,随着灌水时间的增加,土壤面积百分比为70%时所对应的土壤含水率区段范围大,且黄沙土所对应的分布区段大于红壤土,表明红壤土水分分布不均,而黄沙土水分分布较均匀。该文为提高根部微灌系统使用效率提供理论依据。     

喷灌条件下耕作方式对土壤水分均匀性与冬小麦水分利用效率的影响

为研究喷灌均匀系数对土壤水分、作物产量及水分利用效率的影响,进一步探讨喷灌条件下适宜耕作措施,于2018—2019年冬小麦生长季进行试验,试验设置旋耕(RT)、深松(ST)、深翻耕(CT)3种耕作处理,在每个处理选取18 m×18 m区域将其划分为9个6 m×6 m的小区作为试验区。结果表明:在3种耕作方式下历次喷灌均匀系数均值在63.91%~76.83%,而表层土壤含水量均匀系数均值依然可以达到84.20%~89.83%,较前者高14.48%~31.75%;冬小麦产量均匀系数较历次灌溉均匀系数均值高出9.99%~23.79%,比累计灌溉均匀系数低2.11%~7.85%,与表层土壤含水量均匀系数均值相差0.82%~6.04%。与RT相比,ST和CT处理产量分别提高9.38%,13.22%,水分利用效率分别增加10.61%,12.88%。即相较于历次灌溉均匀系数,冬小麦产量均匀系数受累计灌溉均匀系数与表层土壤含水量均匀系数均值影响更大,且ST、CT为该灌溉条件下适宜的耕作方式。     

基于番茄产量品质水肥利用效率确定适宜滴灌灌水施肥量

研究滴灌施肥条件下水肥组合对温室番茄根系生长、产量品质和水肥利用效率的影响,并运用多元回归分析和空间分析相结合的方法,寻求满足单目标最大的灌水施肥制度,以及综合评价产量品质和水分利用效率的水肥调控效应,提出同时满足高产优质高效的最接近的灌水施肥制度。通过小区试验,设灌水和施肥（N-P2O5-K2O）2因素,3个滴灌水量（高水：100%ET0、中水：75%ET0、低水：50%ET0,ET0是参考作物蒸发蒸腾量）和3个施肥水平（高肥：240-120-150 kg/hm2、中肥：180-90-112.5 kg/hm2、低肥：120-60-75 kg/hm2）。结果表明,番茄产量、水分利用效率、肥料偏生产力和品质受灌水和施肥影响显著。产量与灌水量和施肥量正相关;减小灌水量和增大施肥量,水分利用效率增大;增大灌水量和降低施肥量,肥料偏生产力增大。维生素C和番茄红素随施肥量的增加先增大后降低（中水除外）,可溶性糖随施肥量增加而降低（中肥除外）,可溶性固形物和糖酸比分别在中水与低水、高水与低水之间差异显著（P<0.05）。根质量、根长、根表面积及根体积与产量有显著的线性正相关关系。通过多元回归分析和空间分析得出,灌水量为159 mm,施肥量为479.4、404.4和382.8 kg/hm2时,水分利用效率、番茄红素和糖酸比最大;灌水量为279 mm,施肥量为510 kg/hm2时,产量最大;灌水量为262 mm,施肥量为225 kg/hm2时,肥料偏生产力最大。产量和品质同时达到大于等于85%最大值的灌水施肥区间大约为210～230 mm和385～453 kg/hm2,产量、水分利用效率和品质同时达到大于等于85%最大值的最接近灌水施肥区间为198～208 mm和442～480 kg/hm2。此研究为当地温室番茄滴灌施肥生产过程中水肥科学管理提供指导依据。     

地下滴灌毛管水头偏差率特性及与土壤水分均匀度的关系

毛管水头偏差率是确定毛管长度的主要技术指标。以正在运行的新疆棉田地下滴灌系统为试验对象,选取代表性毛管,实测正常灌溉过程中毛管首尾压力、流量和沿程土壤水分,研究地下滴灌毛管水头偏差率特性及其与土壤水分均匀度的关系。结果表明:在毛管设计工作水头为10 m条件下,测试毛管水头偏差率在0.58%~12.80%之间。同一管网中,不同毛管的水头偏差率各不相同且具有波动性,但同一支管位置处树状毛管与环状毛管之间的相对趋势稳定;在毛管设计工作水头为10 m条件下,支管入口压力对毛管水头偏差率的影响不显著(P0.05);毛管水头偏差率和毛管埋深层土壤水分均匀系数之间有强的负相关关系(P0.001),建立了水头偏差率和土壤水分均匀度之间的数学模型,经验证,85%毛管的绝对误差小于5%。研究可以为地下滴灌毛管长度设计与毛管工作状况评价提供参考。     

大田地下滴灌土壤水分分布均匀度评价方法

灌水均匀度是评价灌水质量的重要指标,灌水后的土壤水分分布均匀度是灌水均匀与否的最终体现。选择最佳的土壤水分取样点数是进行经济、准确评价灌水后土壤水分分布均匀度的基础。在新疆地下滴灌棉田中,灌水后2 d（土壤水分相对稳定）进行取样,实测田间土壤水分分布,抽样分析了样本数与土壤水分分布特征及均匀度之间的关系。结果表明,随样本数的增加,对应的土壤水分布均匀系数（克里斯琴森均匀系数Cu）的变幅缩小,并向其均值集中。从样本数量上分析,样本数在15到60之间,其Cu的均值变化并不明显;在试验条件下,进行大田土壤水分监测评价时,均匀分布的取样点个数应不少于24个。Cu和配水均匀度（Du）之间存在较好的相关性,但用实测结果得出的系数与相关手册的推荐值之间存在一定的偏差,互算时需加以考虑。采用均匀25点取样,对大田棉花地下滴灌的土壤水分分布状况进行了评价。结果表明,地下滴灌条件下,毛管附近的土层土壤含水率变幅最大;与上、下土层相比,灌水前毛管附近（20～40 cm）处的土壤水分均匀度较低,灌水后其均匀度大幅提高。     

不同滴灌水量对干旱荒漠区酿酒葡萄光合及产量的影响

在甘肃河西走廊干旱荒漠区研究了覆膜与不覆膜条件下不同滴灌水量对酿酒葡萄生长、光合特征及产量的影响。结果表明: 在不同滴灌水量下, 葡萄新梢长、二次新梢长和主蔓基部直径均随滴灌水量的增加而增大, 且覆膜处理下, 滴灌水量低于不覆膜处理时, 上述3项指标等于或略大于不覆膜处理, 说明覆膜有利于葡萄生长。不同滴灌水量下, 葡萄净光合速率和蒸腾速率、气孔导度的日变化规律相近, 均总体呈下降趋势, 而胞间CO₂浓度呈降低?升高趋势; 滴灌水量为240 mm和300 mm覆膜处理(T1和T2)的光合指标值低于灌水量为360 mm和420 mm的覆膜处理(T3和T4)和滴灌水量为360 mm的不覆膜CK处理。T1处理的水分利用效率高于T2、T3、T4和CK处理。回归分析表明, 不同滴灌水量下, 葡萄的胞间CO₂浓度与土壤水分相关性最高, 气孔导度次之, 净光合速率和蒸腾速率较低。对不同处理下葡萄产量和品质的研究结果表明, 覆膜各处理的葡萄产量高于不覆膜的CK处理, 且含糖量以不覆膜的CK处理最高, 灌水量最低(240 mm)的覆膜T1处理次之。T1处理是实现葡萄高品质、产量和水分利用效率的最优组合。     

西辽河平原覆膜和浅埋对滴灌玉米生长的影响

为对比研究覆膜和浅埋对滴灌玉米生长的影响,以西辽河平原为研究区,设置膜下滴灌与浅埋滴灌2种灌溉方式和高、中、低3种灌溉水平,对滴灌玉米生长指标、根系分布、耗水量及产量等进行分析,寻求适宜试验区玉米高效节水灌溉模式。结果表明:(1)平均叶面积指数膜下滴灌较浅埋滴灌处理高13%～20%。膜下滴灌根系在30 cm土层内分布均匀,浅埋滴灌根系分布较膜下滴灌深10 cm。(2)膜下滴灌总耗水量较浅埋滴灌低9%,节水效果明显。(3)平水偏枯年膜下滴灌处理产量高于浅埋滴灌7%～15%,平水偏丰年膜下滴灌处理的产量低于浅埋滴灌处理6%～19%(p0.05)。(4)中水处理产量高,水分生产率最大,为最佳灌水处理。(5)对不同研究区通过多年平均降雨量和当年降雨预报推算生育期降雨量,对于268.32 mm的地方推荐使用膜下滴灌更佳,灌溉定额为186.1 mm,灌水7次。降雨量268.32 mm的地方推荐使用浅埋滴灌更佳,灌溉定额为228.0 mm,灌水8次。研究结果可为试验区及类似地区玉米高效灌溉生产提供理论依据。