干旱荒漠绿洲区葡萄根系分区交替灌溉试验研究

为了探讨西北旱区葡萄节水优质高效灌溉模式,于2004～2006年在甘肃河西走廊石羊河流域干旱荒漠绿洲区进行了田间试验,研究了根系分区交替滴灌、固定部分根区滴灌和常规滴灌三种灌溉模式对鲜食葡萄产量、品质和水分利用效率的影响。研究结果表明,根系分区交替灌溉灌水量较常规滴灌减少1/2,其产量未有显著下降,而且显著提高了浆果V c含量,使果酸含量降低,可溶性固形物含量显著提高,成熟度明显改善。根系分区交替灌溉的水分利用效率较常规滴灌提高了37.36%。采用根系分区交替灌溉可以达到大量节水、提高葡萄品质和成熟度而不明显降低产量的目的,可以作为西北旱区果园有效的节水优质高效灌溉模式。     

作物根系分区交替灌溉田间实施技术探索

作物根系分区交替灌溉方法的提出开辟了节水灌溉的新思路,该方法具有明显的节水、增产、提高水分利用效率的优点.目前对它的田间实施技术研究还不全面、不系统.本文针对其特点,探索分析能够实现根系分区交替灌溉目的的灌水技术种类、技术要点及适用条件,提出适合目前我国农村经济发展现状的根系分区交替灌溉田间实施技术,并对未来的技术发展提出了研究思路.     

根系分区交替灌溉对苹果根系活力、树干液流和果实的影响

为了实现节水增效并不断改进苹果灌溉方式,在太行山片麻岩山区山地果园,以长富2号苹果为试材,通过3/4、1/2、1/4根系体积交替灌溉、1/2根系体积固定灌溉、常规畦灌和全根系干旱6个处理,研究了不同灌溉方式对苹果根系活力、树干液流和果实产量、品质的影响。结果表明,根系分区交替灌溉的灌溉区根系活力在各时期均高于常规畦灌,3/4交替灌溉的平均根系活力最高,与1/2交替灌溉和常规畦灌无显著差异;树干液流通量随灌溉体积的减少逐渐降低,1/2根系体积为保证液流的最小灌溉体积;1/2交替灌溉的产量比常规畦灌降低了7.10%,与3/4交替灌溉无显著差异,但糖酸比却最高。综上表明1/2根系分区交替灌溉可以作为片麻岩山地果园的有效节水灌溉方式。     

根系分区灌溉对设施油桃生长发育、产量及品质的影响

试验研究根系分区灌溉对设施油桃生长发育、产量及品质的影响结果表明,根系分区交替灌溉和根系分区固定灌溉处理可抑制油桃新梢生长,果实成熟期均较常规灌溉提前,平均单果重略低于常规灌溉,但产量基本未受影响,果实硬度降低,而可溶性固形物含量高于常规灌溉,根系分区交替灌溉和固定灌溉比常规灌溉节水50%,且水分利用效率提高。根系分区交替灌溉与根系分区固定灌溉相比,前者处理果实除硬度低于后者外,其平均单果重、产量、可溶性固形物含量和水分利用效率均高于后者。     

分根区交替灌溉对膜下滴灌加工番茄根系特征及产量的影响

为探究分根区交替灌溉对新疆干旱区膜下滴灌加工番茄根系特征及产量的影响,利用盆栽试验研究3种灌溉方式,即分根区交替灌溉(APRI)、固定灌溉(FPRI)和常规灌溉(CDI)分别与滴灌覆膜结合,在3个灌水水平(常规灌溉5 850 m3·hm-2、中度亏水4 500 m3·hm-2和重度亏水3 150 m3·hm-2,交替灌溉和固定灌溉的灌溉定额为常规灌溉的三分之二)下加工番茄生育期末根系特征和产量变化。结果表明,加工番茄根系集中分布于表层(0~20 cm),分根区交替灌溉对加工番茄根系的影响主要表现在位于表层(0~20 cm)且直径≤2 mm的细小根系上。加工番茄根质量、根长、根表面积、根体积及平均直径受灌水方式和灌水水平交互作用的影响显著,且与产量成显著线性正相关,增大灌水量,有利于根系生长壮大。分根区交替灌溉显著提高了根系的各项特征参数值,在常规灌水水平下达到最大值,且产量最高,与常规灌溉相比,增产18.84%。分根区交替灌溉同时也提高了根系对N、P、K养分的吸收水平,且在中度亏水下根系活力最高,分别显著高于常规灌溉和固定灌溉处理6.12%、11.60%。综上,分根区交替灌溉能够有效刺激复水区根系生长的补偿效应,促进根系吸收养分、生长壮大并提高产量。本研究结果为当地加工番茄高产高效的种植模式提供了理论依据。     

根系分区交替灌溉与生物质炭对土壤养分动态及设施甜椒产量和品质的影响

土壤水分和养分是决定温室栽培中作物产量和品质的关键因素,对于提高资源利用效率具有重要影响。研究了根系分区交替灌溉与生物质炭对土壤速效养分和甜椒产量及品质的影响。在日光温室地表覆膜条件下,试验设置4个处理,分别为常规滴灌(D)、根系分区交替灌溉(PRD)、2%生物质炭+常规滴灌(BD)和2%生物质炭+根系分区交替灌溉(BPRD)。试验结果表明:(1)与不施炭处理(D与PRD)相比,施用2%生物质炭处理(BD与BPRD)能够显著提高土壤速效钾含量(P0.05),在甜椒初花期和盛花期能够显著提高土壤速效磷含量(P0.05),但对土壤碱解氮无显著影响;(2)与其他三个处理相比较,BPRD处理能够在不降低产量的情况下增加甜椒果实维生素C含量,减少甜椒果实可滴定酸浓度;(3)与普通灌溉相比,PRD处理能够提高灌溉水分利用效率,但BPRD处理节水效果并不显著。因此,在日光温室地表覆膜条件下,根系分区交替灌溉(PRD)技术可以实现节水并维持产量,而生物质炭与根系分区交替灌溉联合技术(BPRD)是否可作为一种新型农业技术进行推广应用还有待进一步验证。     

滴灌条件下不同根区交替湿润对葡萄生长和水分利用的影响

在干旱缺水的甘肃河西荒漠绿洲区研究了滴灌条件下不同根区湿润方式对葡萄生长和水分利用的影响，结果表明，对传统的滴灌方式适当改进可以实现根系分区交替灌溉；当灌水量减半时，尽管葡萄的生长状况受到了抑制，但交替滴灌处理葡萄生长状况优于固定一侧滴灌，控制供水条件下葡萄叶片气孔导度下降，光合作用降低不明显，而蒸腾速率大大降低，水分利用效率明显提高，在控制局部根区交替供水条件下，葡萄累积茎液流量比常规双侧滴灌处理下降了25%。表明在葡萄上应用根系分区交替滴灌可以达到调控营养生长与生殖生长，减少生长冗余，大量节水而提高水分利用效率的目的。     

山丘区果园地下陶管渗灌技术的应用研究

１９８６～１９９３年,在山东省临沭县山丘区旱地果园,进行了地下陶管渗灌技术的应用研究,结果表明,每次灌水可在３０～３５ｄ使果树根际土壤的相对湿度保持田间持水量的６０％～８０％,为果树提供了良好的土壤水、肥、气、热条件,从而促进了果树根系及地上部分的生长发育。每年增产苹果７２０４．５０ｋｇ／ｈｍ２,节水２５１４．３０ｍ３／ｈｍ２,增值１０４６４．４５元／ｈｍ２。这一渗灌技术可作为我国北方旱地果园一种新的有效的节水灌溉技术推广应用。     

根系分区不同灌水上下限对茄子生长与产量的影响

为了探明根系分区交替灌溉不同灌水上、下限对作物生长状况、气体交换与产量的影响,以指导节水灌溉,通过玻璃土箱试验,选取常规滴灌（conventional drip irrigation,CDI）和根系分区交替滴灌（alternate partial rootzone drip irrigation,APRDI）2种灌水方式,研究其在3种灌水上、下限水平下（CDI处理：植株两侧根区土壤含水率控制在田间持水率(Fc)的85%～100%;APRDI85-50处理：植株一侧根区土壤含水率维持在Fc的85%～100%,另一侧维持在Fc的50%～85%,当任意一侧根区土壤含水率＜50%Fc时即进行交替灌水;APRDI70-30处理：根区一侧含水率保持在Fc的70%～100%,另一侧控制在Fc的30%～70%,当其中一侧根区土壤含水率＜Fc的30%时即进行交替灌水）作物生长、产量及水分利用效率的差异。结果表明:与CDI相比,2种APRDI处理叶水势降低了19.0%和26.4%,气孔导度和蒸腾速率也显著下降,但APRDI85-50的光合速率增加了14.7%而APRDI70-30与CDI差异不明显,蒸腾效率比CDI分别提高了26.1%（APRDI85-50）和5.1%（APRDI70-30）。APRDI处理刺激了根系生长,显著增加了根干质量和根密度,有效控制了植株营养生长,使APRDI85-50的灌水利用效率比CDI提高了43.4%,产量增加10.8%,而CDI的灌水量比APRDI85-50处理增加了29.4%,说明交替滴灌下的APRDI85-50处理是一种经济可行的灌溉方式。     

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(3 d、5 d、7 d)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5 d的交替灌与3 d的表面灌相比，作物长势明显改善，且节水26%以上；7 d的交替灌与5 d的表面灌相比，作物长势无明显差异，但节水20%以上，而5 d的灌水周期是试验范围内交替灌应用时较为成功的方式。     

有限性灌溉对设施草莓产量及水分利用效率的影响

在日光温室环境及盆栽条件下,通过与全灌(FI)比较,研究了亏缺灌溉(DI)及分根交替灌溉(PRD)对草莓产量和灌水利用效率(IWUE)的影响.试验从开花期开始到果实成熟期结束.共分5个处理,全灌(FI);分根灌溉PRD分2个处理水平,即PRD1和PRD2;限制灌溉DI也分两个处理水平,即D11和D12.与F1处理相比,DI1和DI2处理的叶水势和气孔导度明显偏低,单株叶面积、鲜果重、平均单果重也显著低于FI处理.但水分利用效率却比FI处理的高(分别高15.8%和29.3%);PRD1处理的叶水势与FI处理的相当.且高于其它处理,而气孔导度比FI,DI1和D12处理的明显降低,与PRD2处理的相近.PRD1处理的鲜果重、平均单果重与FI处理的相当,比DI1,DI2和PRD2处理的显著提高;与FI处理相比,DI1,DI2,PRD1和PRD2处理分别节水31.5%,50.0%,31.5%和50.0%,水分利用效率分别提高了15.8%,29.3%,44.4%和84.4%,从草莓产量和水分利用效率各指标可以看出,PRD1处理比DI1,DI2和PRD2处理表现出明显的优势,其综合效益最佳.     

分根区交替灌溉对盆栽甜玉米水分及氮素利用的影响

分根区交替灌溉(APRI)是高效节水新技术，该文通过盆栽试验，研究了不同水肥条件下，3种不同灌溉方式对甜玉米干物质积累、水分和氮素利用的影响。结果表明：在施肥和充分供水条件下，与常规灌溉(CI)相比，分根区交替灌溉节水29.1%，总干物质量和冠干物质量仅分别减少6.3%和5.6%，而水分利用效率和氮肥表观利用率分别提高24.3%和16.4%，这表明分根区交替灌溉的节水节肥效应要与合理施肥和适宜的灌水量相结合才能发挥更好的作用。而部分根干燥灌溉(PRD)由于总干物质量下降太多，水分利用效率和氮肥表观利用率都没有得到提高。     

控制性分根区灌溉对玉米根区水氮迁移和利用的影响

为探索灌水方式对根区水氮迁移和利用的影响,对盆栽玉米采用3种灌水方式（常规、交替、固定）和4个氮素水平,研究了不同根区湿润方式对玉米根区水氮迁移动态和利用的影响。结果表明：施氮后盆内土壤硝态氮含量和施氮量呈正相关,交替灌溉根区两侧土壤硝态氮分布均匀,固定灌溉根区干燥侧土壤硝态氮累积量明显大于湿润侧。交替灌溉上层土壤硝态氮残留量和常规灌溉同一层次上的残留量相当,下层的残留量比常规灌溉的大。交替灌溉的根冠比最大,固定灌溉的次之,常规灌溉的最小。交替灌溉的水分利用效率是常规灌溉的0.99～1.11倍,而灌水量是常规灌溉的0.75倍,节水效果明显。同一氮肥水平下,交替灌溉的单位干物质全氮吸收量最大,固定灌溉的次之,常规灌溉的最小。     

局部根区灌溉水氮耦合对设施黄瓜生长及土壤中硝态氮分布的影响

通过对设施黄瓜进行灌水量、灌溉方式、水氮根区位置的不同耦合,研究了局部根区灌溉下不同水氮耦合措施对设施黄瓜生长、土壤中硝态氮分布及累积的影响.结果表明,灌水量、灌溉方式、水氮根区供应位置对黄瓜地上部生物量及产量存在着不同的交互作用.亏缺灌溉量处理的地上部生物量及产量均低于相应灌溉方式下的正常水量处理.相同灌溉量处理条件下,交替根区灌溉的黄瓜生物量与产量显著高于两侧均水均氮处理,以正常交替水氮异区处理黄瓜地上部生物量及果实产量最大,分别达到1 143kg/hm2(干重)和1.75×105 kg/hm2(鲜重);而固定根区灌溉下,尤其在水氮异区条件下,生物量与产量则下降.在亏缺灌溉量下,交替根区灌溉处理的黄瓜生物量以及产量与常规充足灌溉处理没有显著差异.在正常灌溉量条件下,通过对局部根区灌溉下不同水氮耦合对土壤中硝态氮分布的分析表明,施氮是造成土壤中硝态氮积累的原因,土壤水分的垂向运动是影响硝态氮向下淋洗的一个主要因子.固定水氮同区、交替水氮同区处理硝态氮向下淋洗较强,水氮异区处理硝态氮向下淋洗相对较弱.交替水氮异区处理氮素主要累积在0-110 cm土层,深层累积量显著低于其他水氮耦合处理.综合黄瓜生长、土壤硝态氮淋洗等因素考虑,交替水氮异区处理是最佳的水氮耦合处理方式.     

番茄果实及茎秆微变化对分根区交替灌溉的响应

研究日光温室番茄果实直径以及茎秆直径微变化在不同天气状况的变化规律以及其与分根区交替灌溉(alternate partial rootzone irrigation,APRI)以及固定部分根区滴灌(fixed root-zone drip irrigation,FDI)条件下不同根区土壤含水量的关系,可为根据茎秆直径和果实直径微变化指导部分根区灌溉决策提供理论依据。该研究利用LPS-05MD植物生理监测系统对日光温室APRI和FDI处理下盛果期的果实直径与茎秆直径的微变化进行了连续观测。结果表明:晴天番茄果实直径以及茎秆直径微变化幅度较阴天显著(P0.05)。在盛果期,番茄果实直径日增长量(maximum daily increase of fruit diameter,MDIFD)与土壤水分含量关系不密切(R2=0.30,P=0.164),然而MDIFD随着日平均太阳辐射强度的增加而显著增大(R2=0.64,P=0.018);盛果期APRI和FDI处理下茎秆直径日最大收缩量(maximum daily stem shrinkage,MDS)与参考作物蒸发蒸腾量(ET0)存在显著线性正相关(R2=0.38,P0.0001);APRI处理MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着根区平均土壤含水量的增加而线性增加,并且MDS/ET0与干燥侧(R2=0.59,P0.01)以及湿润侧土壤含水量(R2=0.88,P0.001)均呈现极显著线性相关关系(P0.01),且以湿润侧的关系极显著(P0.001);FDI处理下,MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着湿润侧根区平均土壤含水量的增加而显著线性增加(R2=0.61,P0.001),而MDS/ET0与干燥侧土壤含水量无显著线性相关关系(R2=0.02,P=0.64)。该研究揭示了APRI以及FDI处理下日光温室条件下果实直径和茎秆直径微变化的机制,可为该灌溉方式下科学灌溉制度的建立提供依据。     

灌溉策略及氮肥施用对设施番茄产量及氮素利用的影响

以传统水肥管理为对照,根据根层氮素实时监控技术与氮素供应目标值指标,对秋冬季设施番茄生育期进行氮肥追施优化管理,同时结合小管出流的方式比较研究采用每次灌溉至田间持水量及固定灌额两种策略对设施番茄产量及氮素追施调控的影响。结果表明,传统灌溉方式下,优化氮素处理保证了番茄产量,与传统氮肥处理相比,追施的氮肥数量减少了48%;在番茄的主要生育时期内,采用每次灌溉至田间持水量及固定灌额处理的灌溉量分别比传统灌溉处理减少46%和30%;采用同样指标所推荐的氮肥追施数量也分别减少14%和10%,明显减少土壤–蔬菜体系中氮素的表观损失,减轻了由于过量施氮而对环境造成的影响。     

不同氮水平下根区局部灌溉对烤烟产量、水分利用与氮钾含量的影响

通过盆栽试验研究在不同施氮（N）水平下,根区局部灌溉（部分根干燥和分根区交替灌溉）对烤烟产量、水分利用和烟叶氮钾含量的影响。结果表明,在不同施N水平下,与常规灌溉相比,部分根干燥灌溉（PRD）和分根区交替灌溉（APRI）的烤烟耗水量下降,产量有所减少,而水分利用效率提高7.5%和11.2%;施用N 0.20 g/kg土时,PRD和APRI中部叶N含量分别提高23.1%和25.2%,K含量分别提高33.6%和59.8%。在施用适量N肥条件下,根区局部灌溉生产的烟叶达到了优质烟叶N和K含量的要求。分根区交替灌溉和部分根干燥均是有效的节水优质适产的灌溉方式,但分根区交替灌溉的优势比部分根干燥的更为突出。     

地下水位较高条件下不同根区湿润方式对梨树根与茎液流及其水分平衡的影响

为了探讨地下水位较高条件下根区湿润方式对梨树根和茎液流及水分平衡的影响，开展了较系统的试验研究。试验共设三种处理，即传统畦灌（CFI），部分根干燥灌溉（PRD）和分根区交替灌溉（ARDI），分别使用土壤水分监测系统（EnviroSCAN）和热脉冲探针监测土壤水分动态和梨树根和茎液流。结果表明在PRD和ARDI情况下湿润根区的根液流不仅大于干燥根区，而且也大于CFI情况下的相同区域。复水后，ARDI干燥区的根液流比PRD的恢复和提高快得多，并且比CFI的大；ARDI的茎液流比CFI的小，但比PRD保持一侧根干燥时的大。在只有一侧根区灌溉时，ARDI和PRD的日耗水量比CFI的小。ARDI和PRD中湿润侧的根系具有水分吸收补偿效应，当干燥根区复水后能够提高水分的吸收能力，其程度与根区持续干燥的时间长短有关。逐日根液流与参考作物蒸发蒸腾量关系密切，但随着表面灌溉方式和湿润根区的不同这些关系明显的不一样。逐日茎液流与参考作物蒸发蒸腾量有关，而且在不同的表面灌溉方式下，土壤含水率相同时茎液流和参考作物蒸发蒸腾量的比率不同。与CFI相比，ARDI和PRD大约少用50%的灌溉水量，但是梨树的水分消耗量和茎液流并没减少相同的比例。表面湿润方式对水量平衡和液流的作用明显受到地下水位的影响。在ARDI和PRD条件下的地下水利用量比CFI条件下有明显增加。