不同灌溉模式寒地稻田CH_4和N_2O排放特征及增温潜势分析

【目的】寻求黑龙江省寒地稻田的适宜灌溉方式。【方法】采用静态箱-气相色谱田间观测的方法,设置控制灌溉、间歇灌溉和淹水灌溉3种灌溉方式,展开了对寒地水稻生长季CH_4和N_2O排放特征及其增温潜势方面的研究。【结果】(1)稻田CH_4排放主要集中在分蘖期、拔节孕穗期和抽穗开花期。与淹水灌溉相比,控制灌溉、间歇灌溉能显著减少CH_4排放量(P<0.01),其中控制灌溉减少56.29%,间歇灌溉减少26.59%。(2)土壤干湿交替的晒田期和施加穗肥7 d后是稻田N_2O排放的主要时期,返青期有明显的负排放现象发生。施加穗肥后,控制灌溉稻田N_2O排放首先达到排放高峰,比间歇灌溉和淹水灌溉提前了6 d。控制灌溉和间歇灌溉N_2O排放量与淹水灌溉相比分别增加了55.6%和56.0%。(3)淹水灌溉稻田CH_4排放量与5 cm土壤温度显著正相关(P<0.01),控制灌溉稻田N_2O排放量与15 cm土壤温度显著正相关(P<0.01)。不同深度土壤温度、气温对间歇灌溉稻田CH_4和N_2O排放均有显著影响。淹水灌溉CH_4和N_2O排放受土壤温度影响显著,其影响大小与不同灌溉方式有关。【结论】不同灌溉模式影响了寒地稻田CH_4和N_2O排放特征,控制灌溉既降低了增温潜势又增加了籽粒产量,是一种较优的灌溉模式。     

稻田不同灌溉模式的节水减污效应分析——以浙江平湖为例

【目的】研究不同灌溉模式下水稻的节水及减污效应,探寻适合平原河网区的水稻节水灌溉模式。【方法】在浙江平湖灌溉试验站设定常规灌溉、薄露灌溉和适雨灌溉3种模式,测定了灌溉量以及排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4~+-N、NO_3~--N和COD等。【结果】适雨灌溉灌水量相较于常规灌溉和薄露灌溉分别减少了67.4%和43.4%,节水效果最好;适雨灌溉排水量最少,相较于常规灌溉和薄露灌溉,适雨灌溉TN排放量分别减少了86.9%和90.7%,NH_4~+-N排放量减少了96.7%和98.3%,COD排放量减少了61.5%和62.5%,TP和NO_3~--N的减排效果不明显。【结论】在本研究条件下,适雨灌溉的节水减污效果更好。     

小区和田块尺度下水稻不同灌溉模式的节水减污效应分析

【目的】研究平原河网区不同尺度下水稻不同灌溉模式的节水和减污效应。【方法】于2017年在浙江平湖灌溉试验站选取水稻常规灌溉、节水灌溉、蓄雨节水灌溉3种模式在试验小区和田块2种尺度下开展对比试验,记录田间水量平衡过程并检测排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4^+-N、NO_3^--N的质量浓度变化。【结果】无论试验小区还是田块尺度,蓄雨节水灌溉的节水效果最好,较常规灌溉和节水灌溉减少了43.4%～87.7%的灌溉量,同时减污效果也最明显,TN排水负荷减少了22%～90%。不同尺度对比中,试验小区的田间管理水平更高,产量略高于田块尺度;小区田间水分控制更精确,灌排次数和水量较田块更多,蒸发蒸腾量和渗漏量则略少于田块。在减污效果上,单位面积下同种灌溉模式的田块的排水污染物负荷比试验小区低37%～57%,渗漏负荷比试验小区高4%～61%,由于排水污染物负荷要远大于渗漏污染物负荷,在总的污染物负荷上田块要小于小区。【结论】本试验中蓄雨节水灌溉模式取得了较好的节水减污效果,但是要注意蓄雨时间和高度,长时间的淹水可能会对水稻产量造成不利影响。     

赣抚平原灌区双季稻优化灌溉方式研究

采用田间对比试验的方法,测定双季早、晚稻的耗水量,研究2012年赣抚平原灌区不同灌溉方式下双季早、晚稻的水量与产量之间的相互关系。结果表明,间歇灌溉方式下早、晚稻本田期的腾发量、地下渗漏量、作物系数均低于淹水灌溉;与淹水灌溉方式相比,早、晚稻间歇灌溉处理本田期的耗水量分别减少4.35%和4.61%,作物系数（Kc）分别减少4.00%和3.45%,水分利用效率分别提高1.37%和2.96%,产量分别增加3.30%和1.40%。     

微纳米气泡增氧灌溉技术在水稻灌区节水减排中的应用研究

以离式螺旋微气泡泵为微纳米气泡发生装置,对比研究了微纳米气泡增氧灌溉技术在双季稻灌区节水减排中的应用效果。结果表明,微纳米气泡增氧灌溉技术可以减少灌水量、排水量和耗水量,提高降雨利用率和灌溉水利用率,从而有效减少氮磷地表径流排放量。与常规水灌溉处理相比,早、晚稻采用微纳米气泡增氧灌溉技术分别节水(灌水量)7.44%和4.46%,降雨利用率分别提高5.92%和4.28%,灌溉水利用效率分别提高13.36%和10.54%,总氮排放量分别减少8.36%和8.12%,总磷减少27.5%和27.27%。     

水分管理及生物质炭对稻田土壤含水率及pH值的影响

【目的】我国亚热带地区为典型的双季稻种植区,水分管理多采用长期淹水和间歇灌溉2种方式,灌溉方式的不同会影响土壤含水率的差异,势必会影响土壤酸碱性的改变。添加生物质炭可改变土壤性质。探明稻田淹水灌溉和间歇灌溉条件下添加生物质炭对双季稻田土壤水分及酸碱性的影响。【方法】采用田间小区试验,研究水分管理方式(长期淹水(CF)和间歇灌溉(IF))及生物质炭施用量(0、24 t/hm~2(LB+IF)和48 t/hm~2(HB+IF))对亚热带双季稻田土壤含水率及pH值的影响。【结果】与长期淹水相比,早稻季和晚稻季间歇灌溉的土壤含水率并没有显著降低。生物质炭添加并未显著影响早稻季和晚稻季土壤含水率,但在休闲季生物质炭处理的土壤含水率有所降低。研究期间,CF、IF、LB+IF和HB+IF处理的土壤含水率周年均值分别为47.35%、39.58%、36.81%和39.02%,与长期淹水相比,间歇灌溉降低了全年的土壤含水率,降幅达16.41%,而生物质炭对间歇灌溉稻田土壤含水率影响不大。与长期淹水相比,早稻季和晚稻季间歇灌溉处理的土壤pH值分别显著降低了0.22和0.57个单位,休闲季不同水分管理方式之间的土壤pH值差异不显著。由于生物质炭本身呈碱性,添加到土壤后可增加土壤pH值,且随着生物质炭添加量的增加而增加。与IF处理相比,早稻季和晚稻季生物质炭处理的pH值分别增加了0.23～0.68个单位和0.17～0.60个单位。【结论】水分管理可影响双季稻田土壤含水率和pH值。间歇灌溉降低了亚热带地区双季稻酸性土壤的pH值。生物质炭添加,尤其是高量生物质炭添加,可在一定程度上缓解间歇灌溉对酸性土壤pH值的降低作用。     

不同水肥处理水稻氮磷吸收利用及产量试验研究

【目的】寻求肥料高效利用的水稻水肥调控模式。【方法】设置了2种灌溉模式:W1淹水灌溉,W2间歇灌溉;2种施肥类型:N1常规肥,N2缓释肥开展水稻测坑试验。【结果】缓释肥条件下植株的氮素收获指数(NHI)达到69.0%(W1)和71.6%(W2),分别比常规肥高出2.8%和7.5%;磷素收获指数(PHI)达到84.1%(W1)和86.7%(W2),分别比常规肥高出0.5%和4.4%。间歇灌溉模式下施用缓释肥植株的氮、磷肥偏生产力为58.4kg/kg和145.9 kg/kg,比淹灌模式下的氮、磷肥偏生产力高出1.2%和1.1%,籽粒产量也达到最大值10 505 kg/hm~2,比淹灌缓释肥处理产量高出1.1%。【结论】间歇灌溉缓释肥调控模式能提高肥料利用率,提高作物产量。     

漳河灌区灌溉用水量及水分生产率变化分析

根据湖北省漳河灌区长系列灌溉用水量、作物产量及灌溉面积等资料，从田间、灌溉系统及整个灌区3个不同尺度分析了漳河灌区历年来灌溉用水量及灌溉水分生产率变化情况。结果表明，漳河水库农业灌溉供水从第一阶段的8.5亿m^3减少到第三阶段的3.94亿m^3，单位面积灌溉供水量从第一阶段的5946m^3/hm^2减少到第三阶段的3091m^3/hm^2，灌溉水分生产率从第一阶段的0.65kg/m^3提高到第三阶段的2.37kg/hm^3。相应的在灌溉系统和田间尺度，单位面积灌溉供水量及灌溉水分生产率呈现同样变化规律。由于灌溉系统和灌区尺度水的重复利用程度逐渐提高，使从田间、灌溉系统到灌区灌溉水分生产率逐渐提高。分析灌溉水利用率及水分生产率提高的原因表明，节水灌溉技术的推广应用以及通过各类调蓄设施提高水的重复利用率占一半，农业结构的调整及作物品种改进使粮食单产提高等占另一半。     

南方平原区水肥调控下水稻节水减排效应研究

【目的】揭示南方平原区水肥调控下的水稻节水减排效应。【方法】基于田间试验,设置传统淹灌(W0)和间歇灌溉(W1)2种灌溉模式,不施氮(N0)、减量施氮(N1,135 kg/hm²)及常规施氮(N2,180 kg/hm²)3种施氮水平,分析不同水肥调控方案下的水稻节水、增产、控污和减排效应。【结果】灌溉模式影响水稻灌水量、渗漏量和排水量,W1模式相比W0模式下的水稻灌水量减少18.12%～28.37%,渗漏量减少13.68%～22.85%,平均节水28.77%。在N1、N2施氮水平下,W1处理相比W0处理的水稻平均增产分别达到16.57%与29.94%。与W0模式相比,W1模式下的TN排放负荷量平均减少25.67%。同一灌溉模式下,TN排放负荷量随着施氮量的增加而增加。施氮水平对氨挥发总量有显著影响,而灌溉模式和水肥交互作用对氨挥发总量的影响不显著。【结论】最优的水肥交互模式为W1N1处理,相对于当地传统模式可使水稻增产9.82%,节水27.54%,控污25.67%,减排11.90%。     

基于DSSAT模型和正交试验相结合的春小麦灌溉模式优化研究

利用DSSAT模型模拟和田间试验相结合的方法,对宁夏引黄灌区春小麦节水灌溉模式进行了研究。采用4因素2水平L16(215)正交试验设计方法,筛选确定了适合宁夏引黄灌区DSSAT模型的春小麦品种宁春50号的10个生长参数和7个遗传参数;模拟了16种不同灌水情景的春小麦产量和灌水生产率,结合田间试验对DSSAT模型的适用性进行了评价。综合分析模拟和田间试验结果表明:(1) DSSAT模型对春小麦宁春50号产量模拟的相对均方根误差、绝对相对误差和平均误差分别为RRMSE=10.32%,ARE=9.79%,ME=2.23 kg,表明该模型模拟灌水效果较好;灌溉次数和灌溉时间对春小麦的产量和灌水生产率有显著影响。(2)宁夏引黄灌区春小麦的节水灌溉模式为降雨正常年份可控三水(A1B1C2D1)或控四水(A1B1C1D2),产量和灌水生产率分别为5 907 kg/hm^2、1.41 kg/m^3和6 102 kg/hm^2、1.45 kg/m^3,较完全灌溉(产量6 635 kg/hm^2,灌水生产率1.30 kg/m^3)减产幅度不大,但灌水生产率有较大的提高;降雨偏多年份可选择只灌2次水(A1B1C2D2),可获得较高的产量和灌水生产率(为6 368 kg/hm^2和1.93 kg/m^3)。研究结论可为宁夏引黄灌区春小麦的节水灌溉方案的决策提供依据和参考。     

湖北省中稻灌溉定额修订研究

湖北省现行灌溉用水定额标准颁布于2003年,已难以适应当前及今后的水资源管理需求。【目的】为更全面真实地反映湖北省中稻现状灌溉用水水平。【方法】本文分析了湖北省各分区中稻作物系数、稻田渗漏量、泡田期水面蒸发量、饱和需水量、生育期、水层控制标准等灌溉定额计算参数。【结果】基于中稻灌溉定额影响因素分析,提出了人工、机械2种耕作方式与浅灌适蓄、间歇灌溉2种灌溉模式组合下不同分区不同频率的中稻灌溉定额。定额修订成果表明,先进的灌溉模式和耕作方式都能够有效降低中稻灌溉定额,促进农业节水。【结论】目前,湖北省一般适用机械耕作、浅灌适蓄条件下的中稻灌溉定额,对于水源和灌溉工程设施条件较好的地区建议采用机械耕作、间歇灌溉条件下的灌溉定额。     

蓄水控灌模式对水稻产量和水分生产效率的影响

蓄水控灌模式主要是基于水稻对旱、涝的双重适应性,通过降低灌溉控制下限,同时抬高稻田的雨后拦蓄深度和延长降雨在稻田的滞蓄时间来提高雨水资源利用效率的一种灌溉模式。以杂交水稻"K优818"为试验材料,采用小区试验进行了3年试验观测,研究了水稻蓄水控灌模式对降雨利用效率、灌排水量、灌排次数、籽粒产量和水分生产效率的影响,并与常规淹水灌溉和控制灌溉试验进行了分析比较。结果表明,蓄水控灌模式可减少灌排次数和灌排水量,雨水利用效率和水分生产效率明显提高,而产量并未降低。但蓄水深度过大,水稻有小幅减产。上述结果表明水稻蓄水控灌是一种节水、高效、省工的灌溉模式,适于南方多雨地区使用。     

南方稻田灌排系统生态整治效应分析

【目的】探明稻田水肥调控和灌排系统生态整治效应。【方法】于2014年在江西省赣抚平原灌区选取典型村庄—礼坊自然村,进行了稻田水肥高效利用综合调控技术应用,并对排水沟塘进行了生态改造,分别对早、晚稻灌水、排水和产量以及生态沟塘进出水进行分析。【结果】水稻田间水肥高效利用综合调控技术较当地农民习惯水肥管理模式节水、减排、增产和灌溉水生产率分别提高10.58%、20.34%、6.52%和18.59%,总氮和总磷减排率分别达12.37%和14.98%;排水斗、支沟经生态改造后对总氮和总磷的综合去除率达25.42%和34.22%;生态塘对总氮和总磷的去除率达25.19%和30.42%;示范区生态改造一次性投资需1.15万元/hm^2,年运行管理费需0.18万元/hm^2,年产经济效益达0.55万元/hm^2。【结论】水稻田间水肥高效利用综合调控技术和生态沟、塘均有较好的氮、磷去除效果,并且建设运行经费投入少,建议当地加强技术的宣传示范推广,建立可持续运行的经费投入渠道。     

高关灌区中稻田间水利用系数试验研究

【目的】测算分析高关灌区灌溉水利用系数,提高水资源优化配置和实现最严格水资源管理决策。【方法】以高关灌区中稻试验田为样本,采用平均法、实测法、对比实测法分别测算了高关灌区中稻田间水利用系数。【结果】3种方法测算所得系数分别为0.903、0.941和0.921,相差不大,误差在5%以内,其中,实测法所得系数最大,平均法所得系数最小。高关灌区中稻田间水利用系数随灌水定额增大而减小,呈负相关关系;对比实测法与实测法相比,认为田面渗漏是稻田的有效耗水,田埂渗漏则是稻田的无效耗水,避免了中间测定造成的累积误差,适用于稻作区田间水利用系数的测定。【结论】对比实测法测算的高关灌区中稻田间水利用系数为0.921是合理的。     

不同灌水方式对沙地枸杞土壤水分及产量的影响

【目的】确定根际环形多点源滴灌技术的应用效果。【方法】以陕北沙地枸杞为研究对象,采用小区灌水试验,将根际环形多点源滴灌与地表滴灌、涌泉根灌下对比,研究了不同灌水方式对土壤湿润锋垂直分布范围、土壤含水率、枸杞产量的影响。【结果】地表滴灌下69%的土壤湿润体位于地表0~20cm,涌泉根灌下72.2%的土壤湿润体位于根系主要分布层,根际滴灌下土壤湿润体100%位于枸杞主要根系层;地表滴灌和涌泉根灌、根际滴灌产量比不灌溉枸杞分别增产2 075、3 145、4 150 kg/m^2,水分利用率分别提高了22.4%、41.9%、60.2%;净收入高低排序为根际滴灌>涌泉根灌>地表滴灌,分别比不灌溉处理提高了193.1%、126.3%、81.2%,单位水产值达到了15.0、13.3、11.5元/m^3。【结论】根际环形多点源滴灌的水分湿润范围更适宜于沙质土壤的经济林,是减少地表蒸发损失和深层渗漏的有效技术措施,该技术在沙地经济林生产中有广阔的推广应用前景。     

基于Meta分析的中国灌溉冬小麦产量及水分利用效率影响因素研究

【目的】目前针对灌溉冬小麦产量与水分利用效率影响因素的研究大多集中于某一特定区域,研究结果零散,针对上述问题,揭示宏观尺度下灌溉冬小麦产量和水分利用效率的影响因素。【方法】综合已发表的田间试验数据,采用Meta分析方法得出灌溉在不同地区的增产效应和水分效应,在异质性检验的基础上,通过Meta亚组分析探究灌溉定额、降雨量和平均气温等对冬小麦产量和水分利用效率的影响机制。【结果】与生育期不灌溉相比,灌溉使冬小麦总体增产39.34%,水分利用效率提高3.39%;增产率随灌溉定额的增加而增大,增幅最终趋于稳定,水分利用效率随灌溉定额的增加呈先增加后减少的趋势,当灌溉定额>240 mm时,冬小麦相对水分利用效率变化率显著降低11.29%;随着生育期平均温度上升,灌溉冬小麦增产效应显著提高,生育期均温>9℃时,冬小麦增产率高达45.81%;生育期降雨量对灌溉冬小麦产量影响显著,生育期降雨量处于干旱年份时灌溉增产效应最明显,增产率为72.48%。【结论】灌溉定额为60~120 mm更有利于提高冬小麦产量和水分利用效率。     

基于DRAINMOD模型的不同灌排模式稻田水氮运移模拟

【目的】研究不同灌排模式稻田水氮动态变化,为南方稻作区节水减排提供科学依据。【方法】基于实测的田间灌排水量及氮素变化数据,采用Morris方法检测DRAINMOD模型水氮运移相关参数的灵敏度,并利用DRAINMOD模型对传统灌排模式和控制灌排模式下稻田水氮动态进行模拟。【结果】20~40 cm土层侧向饱和导水率对稻田水分运移模拟结果影响最大,弥散系数、反硝化参数、硝化反应参数、有机质适宜分解温度对稻田氮素运移模拟结果影响较大;DRAINMOD模型能够较好地模拟不同灌排模式稻田水氮动态变化、灌排水量、氮素径流总负荷模拟值与实际值差别小于11%;与传统灌排模式相比,控制灌排模式排水量减少33.0%~72.6%,灌水量减少9.7%~37.1%,铵态氮径流负荷减少43.6%~45.0%,硝态氮径流负荷分别减少29.8%~53.1%。【结论】控制灌排模式稻田节水减排效果较好,利用DRAINMOD模型进行不同灌排模式稻田水氮动态模拟可行有效。     

膜孔灌溉条件下玉米灌溉制度试验

通过大田试验研究了膜孔灌溉条件下，不同灌溉制度对玉米土壤水分动态、产量及其指标以及水分利用的影响。研究表明：灌溉定额4500m3/hm2时与灌溉定额为5400 m3/hm2的产量相近，但前者的水分利用效率却明显高于后者，灌溉定额为3600 m3/hm2时，虽产量明显低于前两者，但其水分利用效率最高2.7273kg/m3，故最节水。在当地灌溉定额为4500m3 m3/hm2.、灌水四次的灌溉制度经济效益最优。且在相同的灌溉制度下膜孔灌溉与不覆膜对照相比，具有明显的增产效果和较高的水分利用率。     

南方大型灌区水稻田灌溉制度实时优化方法研究

【目的】提高南方大型平原自流灌区农业用水效率,发展精准灌溉。【方法】针对江苏省洪金灌区,基于降雨短期预报和水量平衡方程,开展水稻灌溉制度的实时优化研究。【结果】基于7 d短历时天气预报,2017年7月7─13日洪金灌区采用实时优化方法确定的灌溉方案与传统灌溉制度相比,在满足同样灌水要求情况下的灌溉水量减少了32%。【结论】该方法对南方水稻区种植具有普遍指导意义,能够更加精确地安排水稻灌溉制度,提高雨水利用率,优化地区水资源分配。