分根区垂向交替供水对玉米生长影响的研究

为探索1种新的节水灌溉技术-分根区垂向交替供水的节水增产效应，选用3种不同灌水方式（ 表面灌、下部灌、交替灌）和不同灌水周期（3d、5d、7d）及不同灌水方式下的相同灌水量组合进行了盆栽玉米对比试验研究。结果表明，垂向交替供水是可行的，相同灌水量条件下交替供水对作物根系的生长有明显促进作用，使根系在土壤垂直剖面分布更为均匀。同时根系活力和吸收功能明显增强，整株作物长势呈现出苗壮根旺的特点。此外5d的交替灌与3d的表面灌相比，作物长势明显改善，且节水26％以上；7d的交替灌与5d的表面灌相比，作物长势无明显差异，但节水20％以上，而5d的灌水周期是试验范围内交替灌应用时较为成功的方式。     

分根区垂向交替供水的节水机理及效应

为了探索一种新的节水灌溉技术——分根区垂向交替供水的节水增产效应,以盆栽玉米为试验材料,选用3种不同的灌水方式(表面灌、下部灌、交替灌)和不同的灌水周期(3d、5d、7d)以及不同灌水方式下的相同灌水量组合进行了对比试验研究。结果表明,垂向交替供水是可行的。在相同的水势条件下,交替灌可提高作物的渗透调节能力,降低气孔关闭的临界水势,使光合同化产物从营养器官向生殖器官的分配增加,整株作物的长势呈现出苗壮、根旺的特点。此外,5d的交替灌与3d的表面灌相比,不仅作物的长势明显改善,且节水26%以上;7d的交替灌与5d的表面灌相比,作物长势无明显差异,但节水20%以上。试验的最终结果认为:5d的灌水周期是试验范围内交替灌应用时较为成功的方式。当以土壤含水率控制时,拔节期下层土壤含水率应不低于54%的田持,上层土壤含水率应不低于40%的田持     

不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响

通过中科院栾城农业生态试验站3种不同降水年型的田间灌水试验，研究了不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响，旨在为华北地区冬小麦建立优化灌溉制度，提高水分利用效率，达到节水增产目的提供理论依据。试验结果表明，冬小麦根系主要集中分布在80 cm以上土层，随土层深度的增加，根长密度呈指数下降；综合分析根系对不同土层的水分吸收、作物耗水组成及产量、水分利用效率与总耗水的关系，提出华北地区冬小麦最佳灌水方式是：丰水年灌0水、平水年灌1水(拔节水)、枯水年灌2水(拔节水和抽穗水)，次灌水量60～75 mm，具有明显的节水增产效益。     

局部湿润方式下玉米对不同根区氮素的吸收与分配

采用分根装置,对均匀灌水、固定灌水和交替灌水3种方式下,于1/2根区设施(15NH4)2SO4的处理;另1/2根区施入等量的 (14NH4)2SO4,研究玉米不同根区氮素的吸收与分配特征。结果表明,处理15、20、40 d时,玉米累积15N肥料氮量表现为,固定灌水下15N施在灌水区分别是非灌水区的2.37、2.95和3.41倍;交替灌水下15N施在先灌水区是后灌水区的1.57、1.08和1.06倍。作物自不同根区土壤或肥料吸收氮素占总吸氮量的百分数表明,交替灌水时,不同根区有同等贡献;固定灌水时,作物吸收的氮素绝大部分来自灌水区。根系的氮素吸收速率和根长均表现为,交替灌水两根区趋于相同;固定灌水的非灌水区明显小于灌水区,表明吸收速率和根长对作物吸收氮素都有重要作用。处理40d时,玉米各部分累积15N肥料氮占根区总吸收量百分数为地上部:均匀灌水交替灌水固定灌水;14N区根系:15N施在固定灌水的非灌水区其他4个处理;15N区根系:15N施在固定灌水的灌水区固定灌水的非灌水区和交替灌水任一根区均匀灌水。说明局部供水使根系的氮素分配明显增多,地上部减少;两种局部灌水所不同的是,固定灌水时,氮素向灌水区根系的分配大于非灌水区,交替灌水时,两根区相近。     

负水头供水源位置对番茄生长和水分利用率的影响

[目的] 研究负水头灌溉对番茄生长、灌水方式和水分利用率等的具体影响,旨在为完善负水头灌溉技术体系和提高水资源高效利用等提供科学依据。[方法] 采用单盆单株的盆栽试验方法,利用负水头灌溉技术,研究了供水源位置对番茄长势、灌水量、产量和水分利用率的影响。[结果] 负水头供水源位置对于番茄的生长和水分利用率有显著影响。与双盘埋设于根系两侧并交替供水相比,单盘竖向埋设于根系一侧供水和供水盘水平埋放于根系底部供水的单株产量分别增产14.3%和0.5%;根系两侧并交替供水的番茄植株生长趋势和地上部植株干物质量相对较小,但与其他两种供水位置相比其根冠比均提高33.3%;另外,根系两侧并交替供水的单株番茄总灌水量可降低24.7%和17.4%,较其他两种供水源位置的单侏水分利用率分别提高43.8%和14.8%;根系趋向供水源处生长。[结论] 不同的负水头灌溉水源埋设位置显著影响番茄生长的参数是不同的,就设计的试验组次而言,在有效利用水资源,促进番茄植株生长和提高番茄产量等方面,双盘埋设于根系两侧并交替供水的方式最优,能有效降低灌水量,提高水分利用率,是最优处理,可以在实践中予以推广。     

局部灌水方式对玉米不同根区土-根系统水分传导的影响

以管栽玉米进行分根实验，在均匀灌水、固定部分根区灌水和根系分区交替灌水3种方式下，分期测定两个1/2根区及整个根区的土-根系统总水分传导(简称水导)、单位根面积和单位根长水导，研究局部灌水方式对玉米不同根区土-根系统水分传导的影响。结果表明：各阶段处理5 d和10 d时，总水导、单位根面积和单位根长水导一致表现为固定灌水和交替灌水的灌水区较之均匀灌水1/2根区均显著增大，说明局部灌水可以显著增强灌水区土-根系统水分传输的补偿效应。固定灌水时，灌水区水导始终显著大于非灌水区；交替灌水时，两个根区呈交替变化趋势。与固定灌水相比，交替灌水非灌水区的水分传导明显增大。因此，交替灌水能更好利用各部分根系资源以满足作物需水要求。     

半干旱区玉米水肥空间耦合效应Ⅰ.氮素的吸收和残留及其环境效应

通过田间试验研究了半干旱地区不同灌水量和水肥空间耦合方式下玉米对N素的吸收及玉米收获后N素在1.0m土体中的残留。结果表明,与常规施肥灌水方式(均匀施肥均匀灌水、全生育期灌水量为2500 m3/hm2)相比,在全生育期灌水量为1125 m3/hm2和600 m3/hm2的水平下,均匀施肥交替灌水、水肥同区交替灌水、水肥异区交替灌水3种不同水肥空间耦合方式在玉米植株吸收N略有下降的情况下,增加了肥料N在60cm以上土壤中的残留量,从而减小了N向下层土壤淋溶的可能;相同灌水量下,60cm以上层次土壤N素残留量大小顺序为:水肥异区交替灌水处理>水肥同区交替灌水处理>均匀施肥交替灌水处理。     

番茄垂向分根区交替控制滴灌室内试验及节水机理

开展了垂向分根区交替控制滴灌番茄试验研究,设中等水分处理和低水分处理的垂向分根区交替控制滴灌、中等水分处理的表面滴灌3个处理。结果表明：垂向分根区交替控制滴灌可以在作物上下根区层形成干湿交替的区域,在适宜水分条件下能够大大降低耗水强度,使耗水过程趋于平缓,有利于控制植株长势、壮大径杆直径,以及增加下层根系的比重与根冠比,番茄产量在无显著下降的情况下可实现节水46.5%。在较高的土壤水分下限条件下适时进行番茄垂向分根区交替控制滴灌能够有效降低设施农业的运行管理费用、增加番茄商品率及实现节约水资源的目的。     

温室优美蕨生产与节水灌溉制度

采用正交试验方法,对温室优美蕨生产与节水灌溉进行试验研究,初步得出温室优美蕨生产的节水灌溉制度:滴灌幼苗期的最优灌水量为60毫升/盆,灌水周期为3天;成苗期的最优灌水量为70毫升/盆,灌水周期为2天。微喷灌幼苗期的最优灌水量为800毫升/盆,灌水周期为4天;成苗期的最优灌水量为1000毫升/盆,灌水周期为6天。人工点灌幼苗期的最优灌水量为400毫升/盆,灌水周期为7天;成苗期的最优灌水量为400毫升/盆,灌水周期为5天。认为滴灌是温室优美蕨生产的最佳灌溉方式。     

半干旱地区玉米的水肥空间耦合效应研究

在半干旱地区的杨凌,通过对大田夏玉米在拔节期和抽雄期进行灌溉水和氮肥的不同数量和空间耦合处理,研究了不同耦合方式对玉米生理特性和产量的影响及其节水效果,结果表明:在全生育期灌水量为1125m³/hm²和600m³/hm²的水平下,均匀施肥交替灌水、水肥同区交替灌水、水肥异区交替灌水3种水肥空间耦合方式的产量之间不存在显著差异(P<0.05);玉米全生育期灌水量从2250m³/hm²下降到600m³/hm²,玉米产量下降幅度小于15.26%;在相同灌水量下,水肥异区交替灌水和水肥同区交替灌水的根系活力、光合速率、产量和灌溉水利用效率较高;在试验范围内,灌水量越高,水分利用效率越低。以上结果表明,在杨凌地区夏玉米生产中仍有较大的节水潜力;在试验条件下,每次灌水562.5m³/hm²,水肥异区交替灌水和水肥同区交替灌水处理是较好的水肥空间耦合方式     

Nitrogen Uptake Efficiency and Growth of Bell Pepper in Relation to Time of Exposure to Fertilizer Solution

Irrigation of high‐value vegetable crops on sandy soils with poor water‐retention capacities may result in fertilizer nitrogen (N) displacement below the effective root zone prior to complete crop uptake. As a result, fertilizer N‐uptake efficiency (FUE) of vegetable crops is often relatively low, thereby increasing the potential risk of groundwater contamination. The objective of this study was to determine how time of exposure of the root zone to the N fertilizer (which is referred to as “fertilizer residence time” or t _R), as related to irrigation management, affects N uptake, FUE, growth, and yield of bell pepper (Capsicum annuum L.). Plants were grown in PVC columns with 45 kg of soil equipped with a drainage valve in the bottom of the column. Weekly irrigation with dissolved fertilizers (potassium nitrate; KNO₃) was applied 1, 3, or 7 d before weekly removal of residual soil N by leaching. Weekly N uptake rates were calculated by comparing total N recovery between unplanted (reference) and planted columns. At 77 d after planting, increasing the t _R from 1 to 3 or 7 d increased the weekly N uptake from 1.4 to 10.8 and/or 13.3 kg N ha^?1, respectively. Total calculated plant N accumulations were 19, 72, and 106 kg N ha^?1 for the 1‐, 3‐, and 7‐d t _R treatments, with overall FUE values being 8, 31, and 45%, respectively. It is concluded that during initial growth crop, uptake capacity is limiting, and more frequent (daily) fertilizer injection into the irrigation water may be required to enhance FUE. It is proposed also that via sound or innovative irrigation management practices, fertilizer retention in the root zone can be enhanced, thereby improving crop growth, yield, and FUE while reducing production cost and potential environmental impacts.     

不同生育期灌水处理对小粒型花生光合生理特性的影响

为揭示不同生育时期灌水处理对花生叶片光合生理特性的影响,确定花生水分效率最大时期,采用防雨棚池栽法,对2个小粒型花生品种"花育20号"和"花育27号"分别设置全生育期灌水(CK)、全生育期干旱胁迫处理(T1)、苗期灌水(T2)、花针期灌水(T3)和结荚期灌水(T4)5个处理,对比分析各处理花生叶片光合色素含量和叶绿素荧光动力学参数变化。结果表明,土壤水分状况并未使叶绿素a含量明显变化,但两品种叶绿素a含量升高或降低幅度受不同处理影响。叶片类胡萝卜素含量对土壤水分状况的响应因品种而异,两品种全生育期干旱胁迫处理下到达峰值的时间不一致。两品种结荚期灌水处理均能增加叶绿素b和类胡萝卜素含量。"花育27号"整个生育期内Fv/Fm值高于"花育20号",表明其具有较强的光能转换效率。两个花生品种在结荚期灌水处理均能提高Fv/Fm和Fv/Fo值,提高其光能转换效率,有效避免或减轻了光合机构受损的程度。花针期、结荚期灌水及对照处理能够保持较高的表观光合电子传递速率(ETR)和非光化学淬灭系数(QN)值,保持较高的光合反应总量,但苗期灌水处理对生育后期净光合速率没有促进作用。各生育期不同灌水处理中净光合速率(Pn)和气孔导度(Gs)下降的同时,胞间CO2浓度(Ci)亦下降,表明气孔限制是土壤水分不足状况下花生光合速率下降的主要原因。总体而言,花针期和结荚期灌水处理能提高花生叶片的光合能力,表明花生开花以后进行灌水处理是经济有效的灌水方式。     

部分根区干燥灌溉条件下土壤温度和玉米N吸收改善研究

Soil temperature is a major effective factor on the soil and plant biological properties. Irrigation can affect soil temperature and thereby induces a temperature effect on plant growth, which may result in an economic increase due to higher yield and plant nutrition. A field experiment was carried out to investigate the effects of three irrigation strategies including full irrigation (FI), partial root-zone drying (PRD) and deficit irrigation (DI) on soil temperature and the consequent results on the grain yield and N uptake of maize (Zea May L.). Soil temperature was measured by time domain reflectometry (TDR) sensors during the 2010 growing season. Irrigation treatments were applied from 55 to 107 d after planting. The PRD treatment caused soil temperature to be in a favorable domain for a longer period (for over 60% of the measuring dates) as a consequent result of water movement to deeper soil layers compared with the other treatments; the PRD treatment also reduced soil temperature at deeper soil depths to below the maximum favorable soil temperature for maize root growth, which resulted in deeper root penetration due to both water availability and favorable soil temperature. Compared to the FI treatment, the PRD treatment increased root water uptake by 50% and caused no significant reduction in total N uptake, while this was not observed in the DI treatment partially due to the negative temperature effect of DI on plant growth, which consequently affected the water and nutrient uptake. A longer vegetation period in the PRD treatment was observed due to higher leaf N concentrations and no significant reduction in maize grain yield occurred in the PRD treatment, compared with those in the FI treatment. Based on the results, having 15.2% water saving during the whole growing season, the PRD irrigation would positively affect soil temperature and the water and nutrient uptake as a consequent, which thereby would prevent significant reduction in maize grain yield.     

中国科学院栾城农业生态系统试验站农田节水研究过去、现在和未来

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称栾城试验站)建站初期20 世纪80 年代以来在农田节水方面开展的研究。20 世纪80 年代以作物优化灌溉制度为研究重点, 解决生产实际问题; 20 世纪90 年代围绕土壤-植物-大气系统水分传输和界面调控开展了系统研究, 为农田节水措施的形成提供理论基础和技术途径; 近10 年来进一步深化了农田节水生理生态研究, 并根据多年研究积累, 形成了综合节水技术模式, 进行推广应用。未来栾城试验站农田节水工作将更加突出多学科渗透交叉, 以提高农田水分利用效率和效益为目标, 加强基础研究和节水技术的示范应用。     

河西绿洲菘蓝生长、光合特性及品质对膜下滴灌调亏的响应

通过菘蓝的水分控制试验(2016年),研究了不同生育期不同梯度调亏灌溉对河西绿洲菘蓝生长、光合特性及产量品质的影响。试验以河西走廊中部张掖市水务局国家重点灌溉试验站为平台,甘肃农业大学中草药系自繁菘蓝种子为供试材料,采用不同生育期和不同梯度调亏灌溉方式二因素随机区组试验设计,共9个处理。在每个生育期测定菘蓝光合参数,收获后测定新鲜板蓝根产量及品质,为河西绿洲灌区合理种植和提高菘蓝产量品质及可持续发展提供理论依据。结果表明:(1)营养生长和肉质根生长期水分亏缺显著降低了菘蓝叶片净光合速率、蒸腾速率和气孔导度,且降幅随水分亏缺程度加大而增大。(2)水分亏缺造成菘蓝产量降低,调亏处理中肉质根成熟期轻度水分亏缺产量最高(7 342.05kg/hm~2),较充分灌溉降低5.32%(P0.05)。(3)苗期轻度水分亏缺水分利用效率最高(2.14kg/m~3),肉质根成熟期轻度水分亏缺次之。(4)肉质根成熟期轻度调亏处理的菘蓝综合品质最优,其菘蓝靛蓝、靛玉红、(R,S)-告依春含量比生育期充分灌溉提高了0.09,0.41,0.007 8mg/g,但多糖含量下降3.37mg/g。因此,综合考虑菘蓝产量、水分利用效率及品质等指标,肉质根成熟期进行轻度调亏,即该时期土壤相对含水率为60%~90%,可以作为河西走廊绿洲灌区菘蓝最优栽培灌溉的一种方式。     

环渤海低平原农田多水源高效利用机理和技术研究

淡水资源严重匮乏是影响环渤海低平原粮食生产可持续发展的重要限制因素。本文针对该区粮食生产中水分利用效率低、提升潜力巨大,同时该区浅层微咸水资源和降水资源较丰富的现状,以中国科学院南皮生态农业试验站最近3年试验研究结果为基础,综述了在挖掘咸水利用潜力、提高雨水和灌溉水利用效率方面研究工作进展。针对冬小麦夏玉米一年两作种植,研究结果显示品种间产量和水分利用效率(WUE)差异显著,最高和最低品种差异达20%左右,通过选用节水高产品种可显著提升产量和WUE;冬小麦通过拔节期灌溉关键水,在促进地上部生物量积累同时,显著促进地下根系生长,使冬小麦充分利用土壤储水,实现限水灌溉下稳产高效;夏玉米通过缩小行距增大株距的缩行匀播,可提升夏玉米苗期单株作物根系所占土壤体积空间,增加水分养分对作物的有效性,提高夏玉米成苗率和苗期所截获辐射量,比常规种植产量提高10%左右;冬小麦在拔节期利用含盐量不大于4 g×L~(-1)的浅层微咸水替代淡水灌溉,产量与淡水灌溉相同;浅层微咸水替代淡水灌溉并配套土壤有机质提升技术和利用夏季降水淋盐,可实现微咸水灌溉下周年土壤盐分平衡。通过上述措施实施,实现以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用,在不影响作物产量条件下可节约深层淡水资源,促进区域灌溉农业可持续发展。     

板蓝根耗水特性和其产量及品质对膜下滴灌调亏的响应

研究旨在通过大田试验了解水分调亏对膜下滴灌板蓝根生长、耗水规律、产量、水分利用效率及品质的影响。于2018年在甘肃河西中部的民乐县益民灌溉试验站开展板蓝根水分控制试验,在板蓝根苗期和肉质根生长期保持充分灌水,营养生长期和肉质根生长期分别进行不同梯度(轻度、中度和重度)的水分调亏处理,并测定各项生长指标、产量、水分利用效率和品质。结果表明:(1)营养生长期和肉质根生长期中度和重度水分调亏显著降低了板蓝根株高、叶片数、主根长和主根直径,且降幅随调亏程度的加剧而增大,而轻度水分调亏与对照组无显著差异。(2)板蓝根在营养生长期和肉质根生长期各处理的耗水量呈现出随着水分调亏程度的加重而逐渐降低趋势,与对照相比降低显著(P<0.05);耗水强度变化次序为营养生长期和肉质根生长期(约3.0 mm/d)>肉质根成熟(约1.5 mm/d)>苗期(约1.0 mm/d)。(3)营养生长期轻度水分调亏处理的板蓝根产量与水分利用效率最高,分别达到8475.38 kg/hm^2和23.33 kg/(hm^2·mm),营养生长期和肉质根生长期连续轻度水分调亏处理次之,其余水分调亏处理产量和水分利用效率均有所下降,且与对照组之间差异显著(P<0.05)。(4)在营养生长期和肉质根生长期轻中度连续水分调亏有利于靛蓝、靛玉红、(R,S)-告依春、多糖含量的提高,且与对照组差异显著(P<0.05),重度水分调亏处理各项指标均最低。因此,综合分析板蓝根产量、水分利用效率和品质可知,最优控水处理为营养生长期和肉质根生长期连续轻度水分调亏,即该阶段土壤相对含水率为65%~75%,可作为河西冷凉灌区板蓝根种植的最佳灌水策略。     

根区局部控水无压地下灌溉技术对黄瓜和番茄产量及其品质影响的研究

根区局部控水无压低下灌溉技术（简称无压灌溉）是把带有出水器的毛管埋在作物根区,利用土壤吸力对作物进行“主动灌溉”,满足生育期需水要求.其适宜压力变化范围-4～8 cm,埋深10～30 cm,出水器孔径3～8 mm.通过2 a的温室大棚种植黄瓜、番茄,采用无压灌溉和沟灌对比试验,研究了黄瓜、番茄生育期内根区土壤水分运动和变化规律、作物耗水量及其规律、作物产量和水分生产率关系以及不同灌溉方式对作物品质影响的机理.研究表明无压灌溉改善了设施内作物的生存环境,为作物根系提供了充足的氧气,使根系与大气很好地进行能量交换,让根系生存在一个更加适宜的环境中,从而影响光合同化产物向不同组织器官的分配,调节了作物的生长发育,改善产品品质.与沟灌相比,无压灌溉并不降低作物产量,且能够提高作物水分利用率和水分生产率,使黄瓜、番茄的维生素C、可溶性糖、总糖和无机磷含量明显提高,具有以水调质功效.