塔里木灌区膜下滴灌棉花水分生产函数及其效益

以2007—2012年塔里木灌区膜下滴灌田间灌溉试验数据为基础,采用最小二乘法原理,拟合了棉花的水分生产函数模型,分析并计算了棉花最高产量灌溉定额、最佳效益灌溉定额、高效用水灌溉定额,揭示了棉花的水分效应及需水规律。结果表明:塔里木灌区膜下滴灌棉花需水临界期是花铃期和蕾期;产量与耗水量、灌水量均呈良好的二次抛物线关系;合理灌溉定额为3 091~3 464 m~3·hm~(-2),最高产量灌溉定额为3 464 m~3·hm~(-2),高效用水灌溉定额为3 091 m~3·hm~(-2);水资源投入的最佳效益点并非水分利用效率最高点和最高产量点,而是存在于3091~3 464 m~3·hm~(-2)区间;当边际效益等于边际成本时,净收益最大,为24 333.1元·hm~(-2),每立方灌水量净收益7.23元·hm~(-2);现状条件下最佳效益灌溉定额为3 459 m~3·hm~(-2),产量为6 360.7 kg·hm~(-2),与最高产量6 360.8kg·hm~(-2)基本相同,但比最高产量节水5 m~3·hm~(-2),每立方灌水净收益增加0.21元·hm~(-2),水分利用效率提高0.003 kg·m-3。     

膜下滴灌条件下棉花年际需水量变化试验分析

为探索新疆准噶尔盆地南缘区膜下滴灌棉花年际需水量、水分生产率、作物系数、生长动态等变化,连续3年开展了灌溉试验,研究棉花耗水规律及气象因素对耗水规律的影响。结果表明:棉花生育期总耗水量随灌水量增加而增大,各处理(处理T1、T2、T3、T4分别为300、375、450、525 m~3·hm~(-2))耗水量差异显著,耗水量在343~625 mm之间;不同年份气象要素中气温对棉花生育阶段需水量影响最大;棉花皮棉产量与全生育期灌水量呈二次抛物线关系,水分生产率随灌水量的增加而降低,其值范围0.65~0.34 kg·m~(-3);不同时期棉花作物系数大小表现为:开花~吐絮现蕾~开花吐絮~收花出苗~现蕾播种~出苗,全生育期作物系数呈现单峰值变化,峰值出现在开花~吐絮期;生育期内棉花株高、叶面积指数和叶绿素均呈先增后减,最后保持平稳的趋势。不同处理棉花株高和叶面积指数与灌水量呈正比关系,随灌水量增大而增加,全生育期内株高和叶面积指数峰值出现在花铃期,叶绿素峰值出现在蕾期。     

不同灌水下限对膜下滴灌棉花土壤水盐运移和产量的影响

通过2014年在新疆巴州灌溉试验站开展的棉花膜下滴灌大田试验,在各生育期选取不同的灌水下限,设置4个水平的灌水量处理(处理A、B、C、D分别为425 mm·30次~(-1)、345 mm·22次~(-1)、545 mm·18次~(-1)、595mm·16次~(-1)),研究不同灌水下限对膜下滴灌棉花土壤水盐运移规律、盐分分布及积累特征的影响,并对土壤水盐运移规律、分布特征及棉花产量进行评价。试验以TRIME-T3管式TDR监测土壤含水率指示灌水,初步得出:不同灌水下限影响棉花的田间灌水及产量,灌水下限定的高时(处理A、B),灌水频率增加,增大了田间耗水量且滴灌土壤水分水平运动距离和范围有限,对盐分的淋洗效果一般;灌水下限较低时(处理C、D),次灌水量大,灌溉定额增加,综合控盐效果较好,棉花产量较高。基于不同灌水下限对膜下滴灌棉花生育期内的生长有显著影响,对棉花产量有一定的影响,B处理(345 mm·22次~(-1))可获得最高的灌溉水生产效率为1.79 kg·m~(-3),D处理(595 mm·16次~(-1))可获得最大籽棉产量为6 630 kg·hm~(-2)。     

地埋滴灌对紫花苜蓿耗水、产量及水分生产率的影响

为了探索地埋滴灌紫花苜蓿的最佳灌水量和滴灌带埋设深度,采用田间试验设置15.0、22.5 mm和30.0 mm三种灌水水平与10、20 cm和30 cm三种滴灌带埋设深度处理,研究灌水量、滴灌带埋深对紫花苜蓿耗水量、产量及水分生产率的影响。结果表明:地埋滴灌紫花苜蓿耗水量、产量和水分生产率均随灌水量的增加而显著增加(P0.01),均随滴灌带埋深的增加先增大(P0.01)后减小(P0.05);总生长季紫花苜蓿总耗水量为400~500 mm,总产量为7 500~12 000 kg·hm~(-2),水分生产率为1.80~2.50 kg·m~(-3)。建议地埋滴灌紫花苜蓿采用滴灌带埋深为20 cm,灌水定额为22.5~30 mm,灌水周期5~7 d的灌溉制度。     

膜下滴灌布置方式对土壤水盐运移和产量的影响

以棉花主要根系层各生育期保持适宜土壤含水率为灌水目标,设置一膜单管四行和一膜双管四行两种毛管布置方式,以TRIME-T3管式TDR测定土壤含水率指示灌水,开展膜下滴灌大田试验,研究了干旱区膜下滴灌棉田土壤水盐运移规律及分布特征,并对不同滴灌模式下的棉花产量和灌溉水生产效率进行评价。结果表明:膜下滴灌单、双管布置棉花生育期内灌溉定额分别为390、550 mm;双管布置在10~40 cm棉花主要根系层形成适宜作物生长的淡化脱盐区,生育期内棉花主要根系层土壤含水率处于适宜的范围,灌水均匀度高,控盐效果好,棉花生长不受水盐胁迫;单管布置盐分随水分运移至湿润锋边缘至外行,棉花主要根系层有积盐的趋势,加上滴头流量大,不利于淡化脱盐区的形成。膜下滴灌毛管布置方式决定土壤水盐分布特征,进而影响植株对水分和养分的吸收,单、双管布置棉花产量分别为5 355、6 075 kg·hm~(-2),灌溉水生产效率分别为1.38、1.11 kg·m~(-3),单管布置灌溉水生产效率较高。     

微咸水膜下滴灌对土壤水盐分布及加工番茄产量的影响

为探明微咸水膜下滴灌对土壤水盐分布及加工番茄生长和产量的影响,通过大田小区试验,设置灌水矿化度和灌水定额两个因素,其中3个灌溉水矿化度水平分别为S1:1 g·L~(-1)、S2:3 g·L~(-1)和S3:5 g·L~(-1),3个灌水定额分别为W1:305 m~3·hm~(-2)、W2:458 m~3·hm~(-2)和W3:611 m~3·hm~(-2),来进一步寻求适宜本地区加工番茄生长的微咸水膜下滴灌灌溉制度。结果表明:覆膜微咸水滴灌条件下土壤含水量垂直方向的变化趋势表现为0～20 cm土层随深度增加含水量逐渐降低、20～100 cm土层随深度增加含水量逐渐增大、60～100 cm范围内土层剖面含水量最大的分布规律;土壤含盐量随着灌水矿化度的增大而增加,且随着灌水量的增加土壤盐分逐渐向水平距滴灌带35 cm处聚集。灌水矿化度超过3 g·L~(-1)时加工番茄株高、茎粗均受到一定程度的抑制作用,但对产量影响不大。本文通过试验得出:灌水定额为611 m~3·hm~(-2)、矿化度为1 g·L~(-1)处理为本地区最佳微咸水膜下滴灌处理,加工番茄生长健壮且产量最高,达到127 613.2 kg·hm~(-2);同时认为,在我国淡水资源比较缺乏的新疆地区可以考虑采用灌水定额458 m~3·hm~(-2)和灌水矿化度3～5 g·L~(-1)的微咸水对盐分中等敏感的加工番茄进行灌溉。     

垄作沟灌条件下灌溉定额对土壤水盐分布和制种玉米耗水的影响

通过田间试验对垄膜沟灌条件下,不同灌溉定额对土壤水盐分布及制种玉米产量和水分利用效率的影响进行了研究。结果表明:灌溉定额对垄顶和沟底0~100 cm土层水盐分布具有不同的影响,随着灌水定额的增加,垄顶土层盐分累积效应明显高于沟底土层,深层土壤水分含量高于浅层土壤水分含量;灌水阶段,表层土壤脱盐量随着灌水定额的增加而增大,土壤蒸发阶段,灌水定额大的处理表层土壤盐分累积效应明显;作物耗水量及土壤的储水能力受灌溉定额影响显著,当灌水定额大于400 m~3·hm~(~(-2))时能显著增加沟底土壤水分的垂直运动,促进水分在深层土壤中储存;随着灌溉定额的增加,制种玉米的穗长、穗行数、行粒数呈增加的趋势。从节水增产角度考虑,制种玉米全生育期灌水5次(播后、拔节期、大喇叭口期、抽穗期、灌浆期),灌水定额为500 m3·hm~(~(-2)),灌溉定额为2 500 m~3·hm~(~(-2)),土壤盐分累积效应最低且作物水分利用效率(0.825 kg·m~(~(-3)))和产量效应(4 219.91 kg·hm~(~(-2)))最优。     

甘肃河西地区膜下滴灌条件下春玉米田水盐特征分析

通过对甘肃河西地区膜下滴灌春玉米种植条件下土壤水分、盐分的观测,分析了膜下滴灌春玉米生育期土壤水分、盐分动态变化及其产量和水分利用效率。结果表明:不同生育期,同一土层深度,土壤水分含量高低分布与土壤盐分含量高低分布相反,均表现出土壤不同深度盐分含量高的区域相应水分含量低,滴灌带之间土壤盐分积累较滴头之间显著;灌水定额480 m~3·hm~(-2)处理,灌溉水分在土层纵向运移显著,深层渗漏明显,灌水定额420 m~3·hm~(-2)处理,灌溉水在土壤不同深度横向层面运移显著,有利于作物吸收利用;膜下滴灌能够在滴水过程中明显降低土壤表层0~40 cm盐分含量,土壤下层40~100 cm为盐分聚集区域;灌水定额420 m~3·hm~(-2)处理,春玉米产量构成和水分利用效率较高。从作物生长水盐环境及高效节水的角度出发,灌水定额420 m~3·hm~(-2)处理的效益最优。     

水氮调控对轻度盐化土滴灌棉花根系生长的影响

为探讨轻度盐渍化地区不同水氮配比对滴灌棉花根系生长的影响,本文基于轻度盐胁迫下水氮耦合试验,确定轻度盐渍化农田棉花种植的合理水氮组合。采用当地主栽棉花品种"农丰133",开展轻度盐胁迫(4～5 g·kg~(-1))及滴灌条件下水氮二因素三水平桶栽试验,研究3个施氮水平:300、600 kg·hm~(-2)和900 kg·hm~(-2)尿素(分别标记为N1、N2和N3),3个灌水水平:2 750、3 750 m~3·hm~(-2)和4 750 m~3·hm~(-2)(分别标记为W1、W2和W3)对滴灌棉花根系生长的影响。结果表明:轻度盐胁迫下,灌水和施氮产生的交互作用对棉花根表面积和根平均直径有显著影响,根表面积和根平均直径均随灌溉定额或施氮量的增加而减小。灌水量和施氮量对棉花0～20 cm土层根体积调控作用不明显。轻度盐化土滴灌棉花根表面积、根平均直径及根体积垂直方向主要分布在0～30 cm土层,且随土层深度的增加逐渐降低;水平方向主要分布在滴头下方。灌溉定额3 750 m~3·hm~(-2),尿素施用量600 kg·hm~(-2)有利于轻度盐化土滴灌棉花根系生长,在各处理间棉花产量最高,为5 854.5 kg·hm~(-2)。     

幼龄期压砂地枸杞产量和品质多指标耦合灌溉制度优化

为提高宁夏中部干旱带幼龄期压砂地枸杞灌水效率,保障枸杞产量和品质,进行了3水平灌水定额(300、225 m~3·hm~(-2)和150 m~3·hm~(-2))的田间对比试验,采用综合指标增量最优方法对灌溉制度进行了优化。研究发现:枸杞5月上旬萌芽期耗水以土壤蒸发为主,日耗水量0.6～1.2 mm,6月中旬进入夏果花期耗水量增大,日耗水量2.5～3.7 mm,7月中旬枸杞夏果期耗水量继续增大,达2.4～4.3 mm,7月下旬日耗水量最大,为3.2～4.7 mm,8月中旬耗水量下降,日耗水量3.0～4.2 mm。灌水定额对枸杞产量影响显著(P0.05),灌水定额300 m~3·hm~(-2)时产量最高,为1 402.65 kg·hm~(-2);灌水定额225 m~3·hm~(-2)时枸杞多糖、β-胡萝卜素和黄酮较高,含量分别为4.56%、0.15%和0.41%;灌水定额150 m~3·hm~(-2)时枸杞甜菜碱含量较高,为0.77%。进一步通过综合指标增量最优方法进行优化,结果表明β-胡萝卜素含量最高时得到综合指标增量最大,为-5.4%,总耗水量为450 mm。枸杞夏果花期进入需水关键期,阶段耗水量达70 mm以上,进入6月中旬枸杞需水量增大,旬耗水量达29 mm以上。可见,幼龄期压砂地枸杞产量及品质指标均达到最优的耗水量较难获得,但是在β-胡萝卜素含量最高时可以获得产量和品质多指标耦合的最优耗水量,据此进行灌溉制度优化,可以一定程度上实现幼龄期压砂地枸杞优质高产。     

宁夏引黄灌区春小麦畦灌试验研究

通过田间畦灌试验,分析春小麦不同生育阶段的需水量及水分盈亏量,评价不同畦灌处理下的灌水质量及节水增收效果。结果表明:畦灌小区50m×2m与漫灌(CK)相比较,水分利用效率提高了26.78%,产量增加了13.08%,具有一定的节水增效作用,结合各地实际生产情况合理推广利用能够取得良好的经济效益。     

灌溉方式对土壤水分与灌水量影响的模拟研究

为明确灌溉方式对土壤水分和灌水量的影响,采用土壤水分概率模型分析了传统灌溉和连续灌溉的土壤水分概率分布特征与土壤平均水分变化规律,研究了灌溉方式对灌水量的影响效应。结果表明：不同灌溉方式的土壤水分概率分布特征差异明显,连续灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s^*处,传统灌溉的土壤水分概率密度极大值出现在s=s_fc处;与传统灌溉方式相比,连续灌溉使土壤平均水分含量保持在相对较低的水平,当降雨发生时,其土壤能够容纳更多的入渗水量。连续灌溉明显减少了土壤水分深层渗漏和地表径流损失水量,显著提高了降雨利用率并降低了灌溉水量,从而提高了农业水资源利用率。     

圆形喷灌机条件下变量灌溉对苏丹草产量与品质的影响

以苏丹草为研究对象，于2019年5—8月在河北涿州中国农业大学教学实验场开展了圆形喷灌机条件下变量灌溉对苏丹草产量与品质的影响研究。依据土壤表观电导率（ECa）差异划分出3个灌溉管理小区（1区、2区、3区），并分别对其进行变量灌溉（VRI）和均匀灌溉（URI）处理。结果表明：全生长季内，URI和VRI处理之间年产量没有显著性差异（P>0.05）,但VRI处理比URI处理节水13.4％，灌溉水分利用效率提高了17.5%，尤其是在第二茬雨季VRI处理的灌溉水分利用效率提升了43.8%（P<0.05）；第一茬，VRI处理与URI处理苏丹草粗蛋白含量与相对饲喂价值没有显著性差异（P>0.05），但在降雨量较大的第二茬VRI处理可以显著提高苏丹草的粗蛋白含量（提高9.5%，P<0.05）和相对饲喂价值（提高3.5%，P<0.05）。     

河套灌区玉米膜下滴灌灌溉制度研究

为研究河套灌区膜下滴灌条件下玉米高产、节水、高效的灌溉制度,通过两年的田间试验,分析了膜下滴灌条件下玉米的耗水量规律,用Jensen模型建立了玉米的水分生产函数,并对玉米的灌溉制度进行了优化。结果表明:膜下滴灌条件下玉米在苗期对水分的敏感性较弱,此时期缺水对产量的影响较小;在拔节—抽雄、抽雄—花期和花期—灌浆期对水分的敏感性较强,此时期亏水将会减产。对玉米膜下滴灌灌溉制度优化得出:灌溉定额为275~325 mm,玉米的产量较高;对灌水量的分配为苗期—拔节灌水量为20~40 mm,拔节—抽穗的灌水量为40~60 mm,抽雄—开花的灌水量为115 mm,开花—灌浆的灌水量为80 mm,灌浆—乳熟的灌水量为20~40 mm,较本地常规地面灌每公顷节水2 546.25~3 296.25 mm,节水效果十分显著。     

用负压计拟定滴灌马铃薯灌溉计划的方法研究

对马铃薯进行了6个灌水频率处理和5个水势处理的田间滴灌试验。发现在灌水频率为1次/d,土壤水势为-25kPa时,马铃薯的产量最高。试验进一步分析了各处理的土壤水分变化特点,并结合马铃薯的根系分布特征,得出了用以拟定滴灌马铃薯灌溉计划的负压计的埋设方法,提出了用负压计拟定滴灌马铃薯灌溉计划的具体方案。     

灌溉频率对滴灌小麦土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过田间试验,研究了不同灌水频率对滴灌小麦农田土壤水分分布及小麦水分利用效率的影响。结果表明:从整个生育期来看,在灌水量375 mm条件下,高频灌溉(每4天1次)处理0～40 cm土层含水率和土壤贮水量较高,而深层（40～100 cm）土壤较低;低频灌溉(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率和土壤贮水量较高,但水分补给不及时,表层土壤含水率和贮水量偏低;总体上中频灌溉(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配,有利于作物生长。中频灌溉产量和水分利用效率都最高,分别比高频灌溉和低频灌溉产量增加7.6%和13.5%,水分利用效率增加2.6%和9.9%。在当地自然气候条件下,滴灌小麦采用375 mm灌溉量和每7 d 1次的灌溉频率是较适宜的灌溉模式。     

河套灌区覆膜沟灌对加工番茄生长效应与品质的影响

针对传统灌溉中存在不足,在内蒙古河套灌区研究了沟灌覆膜和无覆膜形式对加工番茄植株生育指标、品质、水分生产率、地上植株干物质积累量和番茄产量以及经济效益的影响。结果表明：覆膜处理对沟灌措施下的番茄植株的株高相比无覆膜处理增加达43％,茎粗增加达45％,番茄红素分别增加6．5％～25．4％;水分生产率及地上植株干物质的积累也分别提高了56％和22％,植株产量增长了1848．15～2768．89 kg·667m－2,农民也得到了692．75～1592．75元·667m－2的增产收入。因此在沟灌加工番茄生产中采取覆膜种植能有效促进生长并能取得良好的经济效益。     

滴灌高频施肥条件下玉米适宜灌水量的试验研究

通过大田试验,在高频施肥条件下设置了低水(H1,0.56K_cET_0),中水(H2,0.8K_cET_0),高水(H3,1.04 K_cET_0)3个不同灌水量,研究风沙土滴灌灌水量对玉米生长、干物质积累和产量的影响。结果表明:H1处理土壤含水率长期低于60%的田间持水率,H2和H3处理土壤水分能长期保持在田间持水率的60%以上;灌水量对玉米生长有显著影响,表现为H2处理玉米株高在灌浆期和完熟期显著高于H1和H3处理,其中灌浆期比H1和H3处理分别高13.8%和10.8%,完熟期分别高12.9%和10.7%;H3处理的茎粗在拔节期～完熟期显著高于H1处理,拔节期H3处理的茎粗最大,为28.9 mm,比H1处理粗8.5%;H2处理的叶面积指数(LAI)分别比H1和H3处理高22.6%和16.7%;H2处理的叶绿素含量(SPAD值)在穗期和灌浆期显著高于H1和H3处理,其中穗期分别高13.8%和10.8%,灌浆期分别高12.9%和10.7%;地上部干物质量H2处理最大,达303.5 g,比H1和H3处理分别增加了15.4%和3.3%;灌水量对各单项产量构成性状的影响不显著,但H2处理穗重最重,达382.9 g,比H1和H3处理分别重30.8%和4.2%,产量和水分利用效率(WUE)从大到小依次为H2、H3、H1,H2处理的产量和WUE分别为12.3 t·hm~(-2)和2.16 kg·m~(-3)。在风沙土地区,低水处理会使玉米前期缺水,中、高水处理能为玉米提供适宜的水分条件,但高水处理降低了肥效。综上,风沙土地区玉米滴灌高频施肥条件下推荐灌溉水量为0.8K_cET_0。     

扬黄灌区管灌防淤塞试验研究

针对在扬黄灌区采用低压管灌时经常存在的泥沙淤积和碎柴草堵塞等常见问题,在宁夏盐环定扬水工程三泵站的低压管灌示范区进行了含沙量、泥沙淤积、管道流速、碎柴草及悬浮物的现场观测试验。对灌区的管网设计进行了分析验证,结果表明,支管的不淤流速与观测到的不淤流速结果基本相等。提出了在扬黄多风沙地区预防管道淤塞的有效措施。     

不同灌水量对膜下滴灌冬马铃薯生长及水分利用效率的影响

通过田间试验,设置1350 m3·hm~(-2)、1650 m3·hm~(-2)、1950 m3·hm~(-2)、2250 m3·hm~(-2)4个灌水量和1个常规沟灌为对照,研究膜下滴灌对马铃薯的生长、产量和水分利用效率的影响。结果表明:膜下滴灌马铃薯生长发育快,株高、单株茎叶鲜重、单株结薯数、单株块茎鲜重高于常规沟灌,膜下滴灌较沟灌增产6 416.08 kg·hm~(-2),增产21.29%,水分利用率高79.5 kg·hm~(-2)·mm-1。膜下滴灌下不同灌水量马铃薯水分利用率随灌水量增加呈降低趋势,产量和耗水量随灌水量增加而增加,滴灌1950 m3·hm~(-2)的产量最高,为39 732.0 kg·hm~(-2),当灌水量增加到2250 m3·hm~(-2)时,产量较滴灌1950 m3·hm~(-2)处理的下降6 624.5 kg·hm~(-2),下降16.67%。从产量提高和节水方面考虑,在生育期间有效降雨量在70 mm左右时,灌水量在1650~1950 m3·hm~(-2)较为适宜。