塔里木灌区膜下滴灌的棉花需水量及节水效益

为了确定适宜的灌溉制度,2008年通过田间灌溉试验,采用水量平衡法研究了塔里木灌区膜下滴灌棉花需水和耗水规律。以田间试验数据为基础,拟合了棉花的水分生产函数模型,分析评价了膜下滴灌棉花的节水效益。结果表明:塔里木灌区膜下滴灌棉花需水量为543 mm,其中苗期252 mm,蕾期186 mm,花铃期316 mm,吐絮期139 mm。随滴灌量减小,耗水量减小。滴灌量影响棉花各生育阶段的耗水量及产量,并不影响耗水比例。相应于灌溉水利用效率最高点的滴灌量要低于产量最高点的,因此节水与增产产生矛盾,仅从节水角度考虑,滴灌量为3 091 m³/hm²时,可以达到最大灌溉水利用效率,要获得最大产量,滴灌量应满足3 464 m³/hm²。与漫灌相比,膜下滴灌节水增产效益明显。在同一灌溉量下,膜下滴灌增产30.2%,灌溉水利用效率提高30.2%,在同一产量水平下,节水29.3%,灌溉水利用效率提高41.5%。     

沙漠绿洲灌区膜下滴灌作物需水量及作物系数研究

根据 2001年甘肃民勤小坝口灌溉试验站自动气象站观测的气象资料，依据FAO Penman—Monteith公式计算出作物生育期内参考作物蒸发蒸腾量，结合实测的充分供水条件下作物耗水量，对膜下滴灌条件下大田作物的需水规律和作物系数进行了研究。确定了该地区膜下滴灌棉花和玉米各个生育阶段的作物系数，并建立了作物系数和有效积温及播种后天数的函数关系。该结果为该沙漠绿洲灌区膜下滴灌条件下棉花、玉米的水分管理提供了科学依据。     

滴灌量对冬小麦田间小气候及产量的影响研究

为优化北疆滴灌冬小麦灌溉定额,探究不同滴灌量与冬小麦田间小气候及产量的关系,大田试验滴灌条件下,采用单因子随机区组试验设计,研究了3 000 m~3×hm~(-2)(处理TA)、3 750 m~3×hm~(-2)(处理TB)、4 500 m~3×hm~(-2)(处理TC)3个不同灌水量对冬小麦地下15 cm处土壤温度、冠层温度、湿度、旗叶胞间CO_2浓度(Ci)、大气CO_2浓度(Ca)、棵间蒸发量及产量的影响。结果表明:随着灌水量的增大,冬小麦生育后期灌水的土壤温度降温效应增强,不同处理间地温差异分别达1.09℃(处理TA与处理TB)、1.61℃(处理TA与处理TC)、0.52℃(处理TB与处理TC)。随灌水量增大,冠层温度减小,湿度增大,处理间最高冠层温差达3.68℃,棵间蒸发、Ci均随灌水量增大先减小后增大。整个生育期内Ca则随滴灌量的增大基本呈逐渐降低趋势,产量则先升后降,在3 750 m~3×hm~(-2)灌水量时最高,达8 971.66 kg×hm~(-2),较低灌水量(处理TA)、高灌水量(处理TC)分别增产20.55%和6.86%。进一步将上述各要素分别与产量、灌水量进行相关性分析可知,地温、冠层温度均与产量、灌水量之间存在显著性负相关关系,冠层湿度与灌水量呈极显著性正相关,胞间CO_2浓度与产量呈极显著负相关性。本试验条件下,北疆冬小麦滴灌定额为3 750 m~3×hm~(-2)时,麦田冠层温、湿度适宜,棵间蒸发量小,产量最高,可供大田生产实践参考。     

内蒙古河套灌区灌溉入渗对地下水的补给规律及补给系数

为准确估计内蒙河套灌区灌溉水入渗补给地下水量,采用试验研究与数值模拟相结合的方法,分别根据灌水前后地下水位变化和土壤含水率变化计算了灌溉水入渗补给地下水系数,并依据土壤水动力学原理,采用数值模拟验证,得到作物生育期灌溉补给地下水系数为0.15,秋浇灌溉补给地下水系数为0.3。河套灌区地下水位埋深相对较浅,通过灌水前后的土壤含水率变化情况和数值模拟结果显示,灌水2～4 d补给地下水量达到最大,8～10 d后即完成对地下水的入渗补给,不同灌水量灌溉水入渗规律基本一致,入渗补给量和入渗时间与灌溉水量直接相关。研究结果将为确定维持灌区生态环境良性发展的引水量阈值提供参考。     

北疆膜下滴灌棉花产量及水分生产率对灌水量响应的模拟

膜下滴灌技术是一种节水高产的灌溉技术,在新疆棉花种植中得到了广泛的应用。灌溉是影响新疆棉花产量的重要因素。为研究棉花产量和水分生产率对灌水量的响应,该文首先采用2010年和2011年新疆棉花膜下滴灌田间试验数据验证二维土壤水与作物生长耦合模型模拟棉花产量和耗水量可靠性。结果表明,二维土壤水与作物生长耦合模型能够可靠地模拟土壤含水率、叶面积指数、地上部分干物质量、籽棉产量和耗水量。土壤含水率模拟值与实测值的标准均方根误差(normalized root mean square error,n RMSE)为4.6%~23.4%,一致性指数为0.677~0.974;叶面积指数和地上部分干物质量n RMSE分别为6.3%~15.7%和7.2%~14.1%;籽棉产量和耗水量的模拟值与实测值之间相对误差分别仅为1.1%~6.7%和0.3%~9.2%。利用率定和验证后的模型参数进一步模拟10种灌水量情景下的棉花籽棉产量和水分生产率,结果表明籽棉产量随着灌水量的增加而增加,二者呈抛物线关系,而水分生产率则随着灌水量的增加而减小。综合考虑产量和水分生产率,北疆地区膜下滴灌棉花优化灌水量为280~307 mm。该研究可为北疆地区棉花灌水实践提供科学依据。     

浅埋滴灌土壤水分变化特征及作物耗水规律

为探明玉米节水增粮的浅埋滴灌灌溉模式，于2021年在内蒙古通辽市开展田间种植试验。按作物各生育期设置低水(W1=125.4 mm)、中水(W2=153.6 mm)、高水(W3=166.8 mm)不同定额灌水水平，以滴灌100%水量为对照(CK=179.8 mm),分析不同处理下土壤水分变化特征及对作物耗水量、水分利用率及植株生长的影响。结果表明：0—60 cm耕作土层土壤含水率随灌水量增加而变化明显；随着生育期的推进，在拔节期至灌浆期，土壤含水量均呈下降趋势。玉米作物耗水量整体存在差异，表现为CK>W3>W2>W1。玉米生长特征变化趋势差异较大，W2处理的株高、茎粗和叶面积指数最高；各生育期玉米耗水量总体变化呈波动变化趋势，在拔节期—抽雄期达到峰值。玉米产量不随灌水量增大而增加，处理W2玉米产量最高，较CK处理增产5.65%,且水分利用率最大，为3.48 kg/m³。在进一步优化节水技术之前，浅埋滴灌W2处理为灌水最佳方案。研究结果可为我国半干旱地区玉米节水灌溉提供参考。     

水氮耦合对滴灌复播油葵光合特性和土壤水分利用的影响

为了解水氮耦合对新疆北部石河子地区滴灌复播油葵光合特性和土壤水分利用的影响,以当地油葵主栽早熟品种新葵杂五号为试料,在滴灌条件下进行水氮两因素三水平完全处理小区试验。结果表明,滴灌复播油葵耕层耗水量随生育进程的变化规律为:开花期现蕾期灌浆期苗期成熟期,现蕾期和开花期是2个需水关键期,尤其开花期对水分最敏感;耕层(0~40cm)耗水量随灌水定额和施氮量的增加而增大;灌水量3 000 m~3·hm~(-2)、纯施氮量232 kg·hm~(-2)的水氮组合在土壤水分利用效率和油葵产量方面表现出显著的耦合效果。本研究为寻求滴灌复播油葵高效水氮优化方案和水氮高效利用提供了科学依据。     

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。     

滴灌带布置方式与灌水定额对土壤性状及棉花产量影响

通过田间灌溉试验系统地分析了不同滴灌灌水定额和滴灌带毛管布置方式对土壤性状与棉花产量的影响,旨在筛选出一种适宜新疆北疆棉田棉花栽培的滴灌灌水模式。滴灌灌溉田间试验以棉花品种"ND203"为供试作物,采用当前新疆普遍应用的2种典型滴灌带毛管布置方式(一膜两管六行和一膜三管六行)和3种滴灌灌水定额(常规灌水量,节水15%和节水30%灌水量)进行。结果表明:在滴灌灌水定额相同的条件下,与一膜两管六行相比,一膜三管六行滴灌毛管布置方式淋洗棉花行间0～40 cm土层土壤盐分效果最优,棉花产量增加4%～11%;在滴灌带毛管布置模式相同条件下,灌水定额越大,棉花行间0～40 cm土层土壤总孔隙度越大、容重越小、持水能力越强,棉花单株成铃数越多。因此,可以认为一膜三管六行滴灌带毛管布置方式与节水15%灌水定额(全生育期灌溉定额为3434 m3hm-2)相组合,棉花产量达到最高(6078 kg hm-2),是北疆棉田棉花栽培节水灌溉的首选。     

土壤水分调控对南疆滴灌棉花产量及土壤水盐分布的影响

针对南疆地区水资源短缺、土壤盐渍化严重等问题,研究生育期土壤水分调控对膜下滴灌棉花土壤水盐分布、盐分积累及棉花产量的影响,确定适宜于南疆地区的灌溉制度。以田间持水量(FC)为土壤水分上限,设置5个土壤水分下限处理,分别为85%FC(T_1),75%FC(T_2),65%FC(T_3),55%FC(T_4)和45%FC(T_5)。结果表明:灌水后,水平方向随着距滴灌带距离的增加,土壤含水率逐渐变小,表现为带下窄行宽行裸地,土壤含盐率呈相反的规律分布。土壤水分下限定越高,灌水越频繁,土壤剖面有较高的水分含量和较低的盐分积累,棉花产量较高;土壤水分下限较低时,由于较高的次灌水量,可将较多的盐分淋洗出作物根区,但灌水频率低,灌溉定额小,棉花产量较低。在生育期末各处理在膜内膜外均积盐,膜内积盐少于膜外,主根区积盐量大于次根区积盐量,盐分积累总量呈现T_3T_5,T_1T_2,T_4。建议南疆棉花膜下滴灌的适宜土壤水分下限为75%FC,非生育期冬灌定额为300 mm,生育期灌溉定额为334 mm,整个生育期灌水12次。     

棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度的研究

为寻求微咸水膜下滴灌的最优灌溉制度,利用2008和2009年田间试验结果,从棉花生长和产量的角度出发,分析11种灌溉处理各生育期的变化情况。测定了叶面积、干物质质量、棉花产量、土壤盐分等指标。结果表明：灌溉水量越大,棉花营养生长部分生长越快,生长时间越长;灌水盐分越高,盐分胁迫使生殖生长部分所占比例越大,越易衰老;试验区内灌溉定额3 750 m3/hm2（微咸水80%,淡水20%）的轮灌处理,2008年棉花产量达到5 190 kg/hm2,接近仅灌淡水5 250 m3/hm2处理（5 205 kg/hm2）,该轮灌处理2008年总盐为负增长（-0.95 g/kg）,2009年试验结果有力验证了该灌溉制度的节水增产、保护土壤环境的优越性。     

分根交替膜下滴灌条件下南疆棉花耗水特性与生长特征

该文以棉花为供试材料,研究了2种不同膜下滴灌（分根交替膜下滴灌和全根区均匀膜下滴灌）在3种不同灌水量（3750、4500、5250 m3/hm2）条件下南疆膜下滴灌棉花的耗水特性、生长状况（株高、根长等）以及水分利用效率。结果表明,分根交替膜下滴灌在中等灌水量（4500 m3/hm2）下干旱区棉田土壤水分的垂向最大湿润深度达50 cm多,土壤水分水平最大湿润半径为40 cm左右,其中覆膜中间点土壤含水率最大,其次是覆膜边缘,而在棵间裸地中间点土壤含水率最小。土壤平均含水率在棉花全生育期内有着上升的趋势,在2种滴灌模式下,棉花株高和根长随灌水量的增加而增高。当灌水量一定时,不同灌水模式对株高和根长的影响不明显,棉花株高和根长在分根交替膜下滴灌模式下其生长量受灌水量的影响要大于全根均匀膜下滴灌模式。相比全根均匀膜下滴灌,分根交替膜下滴灌抑制了棉花蒸腾速率,即分根交替膜下滴灌通过减少棵间蒸发和作物蒸腾耗水来提高了棉花的水分利用效率,这对实现干旱区滴灌棉田节水高产高效具有重要意义。     

滴灌条件下液体地膜覆盖土壤保温保湿效应及棉花生长响应

为解决干旱区棉田日益严重的"白色污染"问题,从根本上杜绝农田残膜增加,采用桶栽试验研究了5种处理方式:液体地膜1 900 kg/hm~2(LFD1),液体地膜2 200 kg/hm~2(LFD2),液体地膜2 500 kg/hm~2(LFD3),塑膜滴灌(PFD),裸地对照(NFD)对土壤的保温保湿效应及棉花生长响应,探讨了滴灌条件下液体地膜代替塑料地膜的可行性。结果表明:液体地膜覆盖可提高土壤温度,降低土壤水分蒸发量,增强棉株根系吸收与合成能力,加快滴灌棉花前期生长速度,适度抑制后期旺长,增产效果显著。液体地膜覆盖滴灌棉花对土壤环境无不良影响,在干旱区滴灌棉田具有重要研究价值和应用前景。     

不同施磷水平下灌水量对小麦水分利用特征及产量的影响

采用大田试验,设灌水和施磷2个因素,其中灌水设W0(不灌水)、W1(拔节水60mm)、W2(拔节水+开花水,每次灌水60mm)、W3(拔节水+开花水+灌浆水,每次灌水60mm)共4个水平;磷肥设P1(90kg/hm2)和P2(180kg/hm2)2个水平,研究不同施磷水平下灌水量对小麦耗水特征、旗叶水分生理特性及产量的影响。结果表明:同一施磷水平下,随灌水量的增加,灌水量占总耗水量的比例增大,而降水量和土壤供水量所占总耗水量的比例下降,且土壤供水量占总耗水量的比例降低幅度增大。与P1相比,P2处理的0-100cm土壤贮水消耗量显著大于P1处理,并且P2处理提高土壤供水量占总耗水量的比例,说明增施磷肥可提高小麦对土壤水的利用。W2和W3处理灌浆中后期旗叶相对含水量和水势高于W0和W1处理;灌浆后期旗叶相对含水量和水势为P2W0和P2W1处理显著分别高于P1W0和P1W1处理,说明增加灌水和磷肥能显著提高旗叶水势和相对含水量。在本试验条件下,施磷90kg/hm2、拔节水和开花水分别灌60mm的W2处理籽粒产量、水分和磷素利用效率高,农田耗水量较低;增加灌水量后籽粒产量无显著变化,农田耗水量增高,土壤贮水消耗量、水分利用效率、灌溉水利用效率均降低。     

秸秆覆盖秋浇后盐渍土壤冻融过程及水盐运移特征

为了探讨在寒旱盐灌区覆盖秋浇后冻融土壤的冻融特性及水热盐协同调控机制,在盐渍土壤进行覆盖后秋浇田间冻融试验,设5个处理,秸秆覆盖量1.2kg/m~2(F1.2)、秸秆覆盖量0.9kg/m~2(F0.9)、秸秆覆盖量0.6kg/m~2(F0.6)、秸秆覆盖量0.3kg/m~2(F0.3)、未覆盖(CK)。结果表明:秸秆覆盖影响了土壤冻结融化推进过程,改变了土壤温度对气温变化的响应关系,影响了水分、盐分在土壤剖面(特别是土壤表层和耕作层)的重新分配,提高了翌年春季水分可利用量,抑制了表层及耕作层春季返盐,提高了秋浇的灌水效果。秸秆覆盖处理的最大冻结深度小于CK处理4~26cm,初冻时间滞后0~12d,融化时间滞后0~21d;秸秆覆盖的各处理由于覆盖层的存在,消融水蒸发受到抑制,表层积盐现象较弱;消融期结束后,在土壤表层0—10cm,F0.9的土壤含水率最高,处理F1.2较秋浇前脱盐率为81.18%,脱盐效果最好;在耕作层0—40cm,F0.9的土壤含水率最高,处理F0.6较秋浇前脱盐率为75.65%,脱盐效果最好;为保证在翌年春播时的适宜含盐量及含水率,以覆盖量0.6~0.9kg/m~2为宜。研究结果可为河套灌区秋浇制度的优化提供参考。     

水钾耦合对褐土养分及花生养分累积的影响

为明确水钾耦合对土壤养分含量及花生养分吸收累积量的影响,以"花育25"为试验材料,采用水分(35%,50%,65%,80%的田间持水量)和钾肥(0,0.15,0.30,0.45g K_2O/kg)2因素4水平随机区组设计,通过遮雨棚盆栽试验探讨水钾耦合下褐土有机质、全量(全氮、全磷和全钾)和速效养分(碱解氮、有效磷和速效钾)含量的变化,以及花生植株养分累积量的差异。结果表明:钾肥用量增加会促进有效氮的吸收;在土壤水分缺乏时,水分胁迫低钾(W_1K_1)和轻度胁迫低钾(W_2K_1)两个处理在土壤全磷含量下降时有效磷含量不降反增,这表明施入少量钾肥有助于旱地磷的释放。施低钾K_1(135kg/hm~2)促进土壤速效钾的增加及土壤养分的平衡,较初始土壤提高0.43~0.59倍,且随钾肥用量的增加而不断升高。相同钾肥用量下,花生植株氮、磷和钾累积量随灌水量的增加均呈上升趋势;氮吸收量仅在水分胁迫时随着钾肥用量的增多而先增后减;除水分充足(W_4)外,在其他灌水处理下植株磷累积量随钾肥用量的增加均表现为先增后降;而钾累积量在各土壤水分下均随钾肥用量的增加呈现"低-高-低"的变化趋势,最高值均在中钾K_2(270kg/hm~2)处理。花生植株对营养元素的吸收累积与总生物产量和荚果产量相关性均达显著(p0.05)或极显著(p0.01)水平,总生物量与荚果产量呈极显著(p0.01)相关。综合考虑土壤养分的可持续供应、花生养分的累积和产量形成,建议土壤水分保持在65%FC,钾肥(K_2O)用量控制在135~270kg/hm~2为宜。     

不同灌溉方式对玉米植株生长参数及产量的影响

为了探究不同的节水灌溉方式对玉米植株生长参数及产量的影响,选择在内蒙古通辽市设计低压管灌、膜下滴灌和喷灌这3种节水灌溉方式的试验,并在整个生长期内毛灌溉定额相同的条件下,分别观测在3种灌溉方式下玉米整个生长期内的土壤水分变化及玉米的植株高度、茎粗、叶面积指数、叶绿素含量、生物量、株籽粒重等指标。结果表明:灌溉定额相同时,不同的灌水次数对土壤水分含量有较大影响,进而影响作物的生长发育。不同的节水灌溉方式对玉米植株生长、产量有显著影响:在整个生长期内,玉米生物量膜下滴灌高于喷灌,喷灌高于低压管灌,膜下滴灌高于喷灌46.74%,高于低压管灌98.81%,喷灌高于低压管灌35.49%;膜下滴灌实际产量大于喷灌2.85%,大于低压管灌7.83%,喷灌大于低压管灌4.84%。总体来说,3种灌溉方式中,膜下滴灌最好,喷灌次之,低压管灌最差。     

膜下滴灌棉花的土壤干旱诊断指标与灌水决策

通过利用烘干法和中子仪法对膜下滴灌棉花和常规沟灌棉花的土壤干旱情况进行诊断试验,该文对所选的两种干旱诊断指标—作物适宜土壤含水率和作物缺水指标CWSI的特点进行了研究。试验和分析表明,两种灌水方式下的棉花生长对土壤水分环境的要求是一致的。另外,两种指标所反映出的规律也基本相同。但是,因膜下滴灌棉花的耐旱性弱,受旱风险大,在生产中进行灌水决策时,其干旱诊断指标应比常规灌时灌水量稍大     

考虑季节性冻融的井渠结合灌区地下水位动态模拟及预测

该文以季节性冻融灌区内蒙古河套灌区为研究对象,建立灌区冻融期地下水补排模型,与三维地下水数值模型相结合,构建适用于季节性冻融灌区的生育期-冻融期全周年地下水动态模拟模型。采用河套灌区2006—2013年灌区实测地下水埋深对模型进行了率定和验证,并针对河套灌区不同地下水矿化度可开采区(分别为2.0、2.5及3.0g/L)、不同渠井结合比设置了18种井渠结合节水情景,对其地下水动态进行了预测。结果表明,该文构建的冻融期模型能准确反映其地下水动态过程;井渠结合后地下水埋深变化与井渠结合区地下水开采利用的矿化度上限和渠井结合比有关,井渠结合区地下水矿化度上限越大,渠井结合比越小,地下水埋深增加越多;实施井渠结合后,灌区生育期平均地下水埋深增加0.103~0.445 m,秋浇期增加0.076~0.243 m,冻融期增加0.096~0.216 m;从空间上看,全灌区年均地下水埋深增加0.096~0.316 m,井渠结合区增加0.346~0.635 m,非井渠结合区变化较少,一般不足7 cm。该文为季节性冻融灌区开展大规模井渠结合灌溉提供参考。