覆膜滴灌紫薯农田水热传输规律及其对环境因子的响应

农田水热传输过程的量化对于农业用水管理和作物灌溉制度的制定具有重要意义。本文利用波文比通量观测系统实测数据和气象站资料,对覆膜滴灌紫薯农田的水热通量变化规律及其对环境因子的响应进行了研究。结果表明：潜热通量是全生育期覆膜滴灌农田能量支出的主要部分,显热通量和土壤热通量支出占比较小,全生育期潜热通量、显热通量、土壤热通量支出占比分别为69.12%、25.14%、6.57%。不同天气条件下,显热通量的大小和变化范围均小于潜热通量。潜热通量对降雨和灌溉的响应最为显著,且降雨影响程度大于灌溉。净辐射、气温对潜热通量的影响较大,表层土温和风速变化的影响则较低,各环境因子主要通过直接和间接作用共同对潜热通量产生影响。该研究成果可以深化对覆膜滴灌紫薯农田水热传输规律的认识,为作物高效用水提供理论依据。     

东北半湿润区膜下滴灌对农田水热和玉米产量的影响

为从农田土壤水、热循环角度揭示玉米膜下滴灌节水增产机理,于2011—2013年在东北半湿润区开展了玉米田间试验,对膜下滴灌、不覆膜滴灌和地面灌玉米田进行了土壤温度、含水率、田间小气候、作物生长、养分积累及产量的观测和分析。结果表明:与不覆膜滴灌和地面灌相比,膜下滴灌提高了玉米生育前期的土壤温度,苗期5~25 cm的日均土壤温度增加2.3℃,土壤积温增加87℃;整个生育期土壤积温增加115~150℃。覆膜减少了土壤蒸发,膜下滴灌玉米生育期的土壤蒸发量比不覆膜滴灌降低53%,提高了玉米生育前期的土壤含水率。膜下滴灌提高了典型日的冠层空气温度并降低了冠层空气湿度,可能导致作物蒸腾量的增加。膜下滴灌明显增加了玉米生育前期的氮素吸收量,促进了玉米的营养生长,为生育后期的生殖生长积累了更多的营养物质,成熟期的地上部分干物质质量分别比不覆膜滴灌和地面灌增加14%和23%,氮素吸收量分别增加16%和28%。膜下滴灌营造了有利于玉米生长的土壤水、热环境,平均产量分别比不覆膜滴灌和地面灌处理提高11%和21%,水分利用效率分别提高9%和18%。     

覆膜滴灌对玉米生长及苗期土壤温度的试验研究

为了探索河套灌区玉米不覆膜滴灌对其产量及土壤理化性质的影响,2015年在内蒙古河套灌区中游开展了玉米不覆膜滴灌试验研究。定株测试玉米不同生育期的株高、茎粗和产量对比分析,得出:在苗期和拔节期,覆膜滴灌玉米株高和茎粗显著优于不覆膜处理,抽雄期后对玉米植株生长性状影响差异不显著,但不覆膜处理玉米产量较覆膜处理下降了15.87%;在玉米苗期,0~40cm耕层土壤,覆膜处理较不覆膜处理土壤温度平均增加了5.62℃。土壤耕层温度的提高为玉米生长提高良好的土壤环境。     

马铃薯膜下滴灌耗水规律的研究

以‘克新1号’品种的脱毒原种为材料,研究了膜下滴灌马铃薯全生育期耗水量、阶段耗水量、水分利用效率等的变化规律。结果表明,膜下滴灌下,各时期阶段耗水量和耗水强度以块茎膨大期最大,其次是块茎形成期、苗期、淀粉积累期;除淀粉积累期外,全生育期耗水量和平均耗水强度及各生育时期的阶段耗水量和耗水强度均极显著高于覆膜不滴灌;膜下滴灌马铃薯耗水层主要集中在0～40cm,而覆膜不滴灌为0～60cm;膜下滴灌马铃薯的产量为55 596kg/hm2,与覆膜不滴灌差异显著;水分利用效率为11.36kg/mm,与覆膜不滴灌的差异不显著。     

滴灌条件下覆膜热效益及其对马铃薯生长的影响

2015年4—8月在甘肃地区和2017年3—7月在山东地区,在滴灌条件下对不同薄膜覆盖（透明薄膜,CF;不覆膜,NF;黑色薄膜;BF）的覆膜热效应及其对马铃薯生长的影响进行了试验。通过对马铃薯全生育期冠层净辐射、土壤热通量和土壤温度进行自动监测,对马铃薯块茎分级、产量、水分利用效率进行测量和计算。结果表明：BF处理的净辐射大于NF和CF处理,2015年BF处理在芽条生长期和苗期的净辐射最大值均比NF处理高12%,2017年则分别高22%和15%;2015年CF处理10cm深度处的土壤热通量最大值比BF处理和NF处理分别高66%和129%,2017年则为57%和91%;CF处理的土壤温度高于BF和NF处理,但在块茎形成期和块茎增长期CF处理的土壤温度稍低于BF和NF处理,2017年山东地区各处理土壤温度间的差异小于2015年甘肃地区;甘肃地区CF处理的耗水明显少于BF处理,并且该地区覆膜的热效应及其对提高马铃薯产量和水分利用效率的影响优于山东地区,建议甘肃地区采用透明薄膜覆盖马铃薯种植方式。     

覆膜浅埋滴灌技术模式田间应用试验研究

基于田间试验,设置地表滴灌、膜下滴灌、浅埋滴灌3种滴灌处理,定量分析了不同滴灌模式下田间水热环境、作物耗水量及产量差异。结果表明,在常规地表滴灌基础上,结合覆膜和浅埋措施,能有效降低作物垄间棵间蒸发量,相比其他2种滴灌模式,浅埋滴灌在节水方面仍有一定的提升空间。覆膜和浅埋滴灌带明显延迟气温对地温的影响作用,提高了土壤积温;相比膜下滴灌,浅埋滴灌有效降低了滴灌带附近温度,同比平均降低了0.89℃。浅埋滴灌下玉米产量和水分利用效率显著高于地表滴灌,比地表滴灌分别提高了11.75%和16%。     

基于大型蒸渗仪的1年2作滴灌小麦-玉米耗水特征

利用大型称质量式蒸渗仪,分析了滴灌条件下小麦-复玉米蒸散耗水过程。结果表明,中等灌水条件下,滴灌小麦-玉米蒸散耗水总量为777.93mm,其中小麦耗水占45.8%,玉米耗水占54.2%,小麦拔节期和抽穗期耗水量为188.03mm,占1年2作耗水总量的24.2%,玉米拔节期和抽雄期耗水量为235.42mm,占1年2作耗水总量的30.26%;1年2作滴灌小麦-玉米全生育期平均耗水强度为4.25mm/d,其中小麦、复播玉米平均耗水强度分别为3.93、4.57mm/d。不同天气状况下玉米蒸散耗水强度的差异大于小麦,玉米蒸散日变化具有明显"午休"现象。滴灌小麦-玉米受各气象因子的影响不同,春小麦和夏玉米蒸散强度与各气象因子的相关性分别表现为净辐射相对湿度30cm土壤水分总辐射光合辐射日平均气温风速和相对湿度光合辐射净辐射30cm土壤水分总辐射风速日平均气温。     

覆膜与不覆膜滴灌对土壤温度和玉米产量影响研究——以辽西为例

在辽宁西部开展了覆膜与不覆膜滴灌试验,通过土壤温度、玉米植株生长性状和产量对比分析,得出:覆膜滴灌较不覆膜滴灌可提高积温254.5℃,覆膜滴灌有利于促进玉米提前出苗,早成熟;在苗期和拔节期,覆膜滴灌玉米株高、茎粗和叶面积指数显著优于不覆膜处理,抽雄期后对玉米植株生长性状影响差异不显著;综合考虑产量和水分利用效率,在覆膜滴灌条件下,当灌水控制灌溉下限在-25kPa将获得较高的产量,且水分利用效率最高。     

滴灌条件下揭膜时间对土壤酶活性及玉米吸氮量的影响

为了了解玉米滴灌水肥试验研究揭膜时间和施肥处理对土壤脲酶活性、天门冬酰胺酶活性及玉米吸氮量的影响,试验设置了3个揭膜时间处理和1个未覆膜处理,每个处理考虑施肥和不施肥情况,共8个处理.研究结果表明:苗期揭膜、抽穗期揭膜和全生育期覆膜均会提高土壤NH⁺₄-N含量和含水率,显著降低土壤脲酶活性,各揭膜处理差异不具有统计学意义;不同揭膜时间并不会显著影响土壤天门冬酰胺酶的活性;各揭膜处理可显著提高苗期玉米的吸氮量,但在施肥条件下全生育期覆膜处理却降低玉米吸氮;土壤水热和无机氮的含量与土壤脲酶差异具有统计学意义,而覆膜下土壤脲酶活性的降低与土壤NH⁺₄-N和含水率升高有关;土壤天门冬酰胺酶活性与土壤水热和无机氮含量差异不具有统计学意义;由试验可得东北地区玉米苗期或抽穗期揭膜可使土壤酶活性保持在适宜的活性水平,为玉米生长提供有利的土壤环境.     

玉米覆膜滴灌对土壤含水率的影响

通过田间试验,探讨玉米各生育期覆膜滴灌与非覆膜滴灌条件下土壤含水率变化情况。结果表明:不同滴灌方式下土壤含水率会发生明显变化;在玉米全生育期内,覆膜滴灌方式下0~60 cm土壤含水率变化趋势要好于非覆膜滴灌方式,适合在辽宁地区推广。     

不同灌溉制度对制种玉米产量和阶段耗水量的影响

通过田间试验研究了相同灌水定额(900 m³/hm²)条件下,不同灌水次数(0,2,3,4次)对制种玉米生育期土壤水分分布特征、耗水规律以及产量影响.结果表明,不同灌溉制度主要影响作物拔节后0~100 cm土壤水分分布.相同灌溉定额条件下,灌水时间影响制种玉米的穗行数、行粒数产量特征值.各处理耗水强度均呈“低、高、低”的变化趋势,峰值主要出现在制种玉米抽雄期-灌浆期.制种玉米各生育阶段对缺水的敏感程度由大到小依次为灌浆期、拔节期、苗期、乳熟期、抽雄期.在西北干旱半干旱地区,制种玉米苗期-拔节期、拔节期-抽雄期、抽雄期-灌浆期进行3次灌水,灌水定额为900 m³/hm²,灌溉定额为2 700 m³/hm²的灌溉制度具有明显的经济产量效益和节水效益.     

滴灌条件下地膜覆盖对玉米田间土壤水热效应的影响

水热条件是影响作物生长和发育的重要因素之一,通过田间试验研究了有膜滴灌和无膜滴灌对玉米的土壤水分和温度的变化。结果表明:在玉米生长前期,有膜滴灌0~20cm土层的含水率较无膜滴灌高出6.4%,差异显著(p0.05),但在30~100cm土层,有膜滴灌土壤含水率却比无膜滴灌低6.1%~7.54%,差异显著(p0.05)。玉米生育期前期(5-6月),覆盖地膜比无膜措施平均温度高0.4~4.1℃;种植后30d,覆盖地膜处理在5~10cm土层的日较差显著高于无膜处理,但其他土层差异却不显著,可见地膜覆盖在玉米生育期前期可以增加土壤浅层温度,提高土壤表层含水率,为玉米的生长发育提供了良好的水热条件。     

通辽玉米滴灌灌溉制度

为更加合理制定玉米滴灌灌溉制度,以我国“节水增粮行动”为背景, 于2016年在内蒙古通辽开展玉米滴灌灌溉制度试验研究.根据试验区34 a的降雨资料进行降雨频率分析,选取不同水文年型的代表年,结合玉米滴灌试验得到实际耗水规律,对比6种灌溉处理在各生育阶段的变化情况,测定了株高、叶面积指数、玉米产量等指标.结果表明:中水处理作物性状及产量较高,且水分利用效率最高,为最佳灌水处理;以中水处理作为滴灌灌溉制度的参考依据,通过气象数据计算参考蒸发蒸腾量ET₀.利用实际耗水量获取各生育阶段作物系数,结合代表年型的ET₀计算需水量.根据降雨量,得到不同水文年型滴灌灌溉制度:枯水年覆膜滴灌灌溉定额1 575 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额1 785 m³/hm²;平水年覆膜滴灌灌溉定额1 125 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额1 425 m³/hm²;丰水年覆膜滴灌灌溉定额600 m³/hm²,无膜滴灌灌溉定额900 m³/hm².     

覆膜和种植密度对旱作春玉米产量和蒸散量的影响

为探究黄土高原旱作玉米的适宜种植密度,开展了玉米露地与覆膜6个种植密度的大田试验。结果表明:覆膜加速了玉米的生长和发育,表现在株高和叶面积指数的增加,生育期的提前,如抽穗期(即最大高度出现时)比露地种植提前了11 d。在玉米生长的中后期,露地玉米株高具有随密度增加而降低的趋势,而覆膜玉米则无显著差异。无论是覆膜还是露地种植,玉米叶面积指数都是随种植密度的增加而提高。玉米的蒸散量随种植密度的增加而增加,但覆膜种植降低了玉米对水分的消耗,在不同程度上缓解了因种植密度增加而导致的蒸散量增加与降水不足之间的矛盾。覆膜显著提高了玉米产量和水分利用效率,平均产量和水分利用效率较露地种植分别提高52.79%和60.55%。露地与覆膜种植产量和水分利用效率随种植密度的增加都呈现先增加后减小的趋势,但获得最高产量与水分利用效率对应的种植密度不同:露地种植在密度为52 500株/hm~2(D2)时获得最高产量和水分利用效率,而覆膜种植增大了单位面积土地可支撑的群体,最高产量和水分利用效率分别在密度为82 500株/hm~2(D4)和67 500株/hm~2(D3)时获得,但D3与D4下水分利用效率无显著差异,所以在试验气候年型下,黄土高原东部露地和覆膜种植的春玉米适宜密度分别为52 500株/hm~2和82 500株/hm~2。     

不同覆盖方式对土壤水肥热状况以及玉米产量影响

【目的】阐明不同覆盖方式对调节土壤水肥热状况以及增加玉米产量的影响。【方法】设置地膜覆盖、玉米秸秆覆盖和不覆盖3种方式,研究了不同覆盖方式对土壤含水率、土壤养分、土壤温度与玉米产量的影响。【结果】在玉米的生长前、中期,秸秆覆盖与地膜覆盖处理的保墒效果均优于不覆盖处理,其中0~60 cm土层土壤含水率差异明显;玉米进入成熟期后,秸秆覆盖处理0~60 cm土层含水率显著高于地膜覆盖和不覆盖处理,平均高8.23%和22.41%。秸秆覆盖能够促进浅层土壤养分量的提高,相较于不覆盖,秸秆覆盖的速效钾与有效磷量分别增加了15.11%、85.13%;相比地膜覆盖和不覆盖,生长前期秸秆覆盖温度更高,生长期和成熟期秸秆覆盖温度更低。地膜覆盖、秸秆覆盖的玉米产量分别比不覆盖高24.02%、24.90%,差异显著(P<0.05)。【结论】玉米秸秆覆盖能够提高土壤养分与水分,调节土壤温度,增加玉米产量。     

基于ECH_2O的覆膜对土壤水热状况影响的试验研究

为研究覆膜对土壤水热运移的细微影响,利用土壤水热盐自动监测系统(ECH2O)对西北干旱区的玉米地进行了高分辨率的定点连续监测。发现覆膜对改善土壤表层水热状况有显著效果,覆膜处理下表层土壤含水量低于不覆膜处理,地温高于不覆膜处理对应值。在10cm深度,覆膜处理的土壤含水量较不覆膜处理低;而在20cm及40cm深度,覆膜处理的土壤含水量较不覆膜处理高。覆膜对不同深度地温均有提升作用,但在玉米不同生育阶段其影响程度不同:覆膜对地温的影响在生育末期最为显著;在10cm深度,覆膜处理的地温高于不覆膜处理,在40cm和60cm深度,差异较小。     

水分调控对苹果-大豆间作生理特性及水分利用的影响

为探求适于晋西黄土区果农间作系统的水分调控措施,通过2 a试验并结合覆盖与调亏灌溉措施,分析了水分调控措施对苹果和大豆叶片生理特性、水分利用和产量等指标的影响.试验设置灌水上限三水平为田间持水量的55%(W1),70%(W2)和85%(W3),两种覆盖:秸秆覆盖(M1)和地膜覆盖(M2),另设清耕(CK0)、秸秆覆盖不灌水(CK1)和地膜覆盖不灌水(CK2)作为对照.结果表明:水分调控措施提高了生育期内苹果和大豆叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(P_n)和叶片水分利用效率(LWUE),其中,处理M2W2的P_n和LWUE均高于其余调控措施.果树的遮荫抑制了大豆P_n和LWUE,即距离树行越近值越小.灌水、覆盖以及交互作用对大豆产量和水分利用效率(WUE)影响均在0.01水平下具有统计学意义,与其余处理相比,处理M2W2可增产9.48%~103.90%,WUE提高了11.07%~118.08%.通过多指标综合评价分析得出,节水增产效益最高的处理为M2W2,由此建议幼龄苹果-大豆间作采用地膜覆盖措施,同时在分枝期和鼓粒期采取田间持水量的70%为灌水上限的灌溉制度.     

不同颜色地膜覆盖对玉米土壤水热状况及产量的影响

针对河套灌区普通农用白色地膜造成的玉米早衰现象,试验设置黑色地膜覆盖、白色地膜覆盖和不覆膜3个处理,研究了不同颜色地膜覆盖对土壤水热效应及玉米产量和水分利用效率的影响。结果表明:黑色地膜在各生育期内0~15 cm土壤温度要显著的低于白色地膜覆盖(P0.05),平均低0.77℃,且在一日内气温最高时段差异更为明显,这也使得玉米免遭高温的危害,有利于其正常生长发育。黑色地膜覆盖条件下0~100cm土壤含水率与白色地膜覆盖无显著性差异(P0.05),具有较好的土壤保墒效果,但0~60 cm土壤含水率均显著或极显著高于不覆膜处理(P0.05或P0.01)。黑色地膜显著提高了玉米百粒重和产量,平均较白色地膜和不覆膜处理高百粒重平均高6.46%、9.86%,产量平均高5.99%和25.60%。黑色地膜覆盖明显提高了作物水分利用效率,平均较白色地膜和不覆膜处理高4.76%和34.24%。因此,玉米黑色地膜覆盖的农作措施较适宜在灌区推广应用。     

保水剂与氮磷肥配施对雨养玉米生长的影响

在旱地农业中,为了能够实现增产的同时提高水肥利用效率以及缓解面源污染,以夏玉米为研究对象,采用正交试验设计,研究土壤保水剂(SAP)与氮磷肥配施下大田不同深度土壤的肥力水平及玉米生长和养分利用效率,探寻产量最优的保水剂与氮磷肥配施应用模式.结果表明:3种因素对不同深度土壤的肥力水平及玉米生长和养分利用效率的影响效应不一致,SAP主要影响土壤水氮和作物养分,氮磷肥主要影响土壤养分和作物生物量;在本试验条件下,当SAP 45 kg/hm²和氮肥120 kg/hm²配施再结合钾肥120 kg/hm²时,获得最大玉米产量1.27 kg/m²,相较于未施加SAP和氮磷钾肥的对照组,产量可以提高8 %,同时达到最大氮肥偏生产力105.83 kg/kg.