不同耕作方式下秸秆还田对晋中玉米田水分时空分布及产量的影响

为探讨保护性耕作和秸秆还田有机结合对春玉米休闲期蓄水保墒效果、生育期土壤水分时空变化、贮水量季节变化、产量及水分利用效率的影响,设置不同耕作方式(免耕、深松、翻耕)结合秸秆还田(100%秸秆还田、秸秆不还田)6个处理组合,2016-2018年在山西晋中连续2年进行定位试验研究。结果表明:(1)春玉米冬闲期不同耕作处理下土壤贮水量差异显著,且随着时间推移贮水量都有降低趋势,免耕和深松处理分别较翻耕土壤贮水量平均增加10.4,9.3 mm。在玉米的整个生育时期,免耕和深松处理土壤贮水量分别比翻耕提高4.8%,1.2%。(2)平均2年土壤含水量大小顺序为免耕>深松>翻耕,各处理平均土壤含水量分别为23.0%,21.8%,21.5%。丰水年不同耕作方式土壤含水量垂直变化在各生育时期差异较大,干旱年其变化的差异较小。(3)免耕与100%秸秆还田组合下玉米产量和水分利用效率最高,2年平均产量和WUE(水分利用效率)分别为12 679.9 kg/hm²和25.8 kg/(hm²·mm),翻耕与100%秸秆还田处理组合最低。无论是否秸秆还田,免耕和深松处理在春玉米冬闲期土壤蓄水保墒效果、生育期土壤水分状况、产量与水分利用效率均优于翻耕处理;在秸秆还田下免耕和深松耕作方式对玉米田水分的集蓄保用有良好的效果,以免耕秸秆还田效果最佳,可在晋中地区春玉米生产中推广应用。     

豫东平原棉田土壤水分变化规律和灌溉试验研究

为探明棉花生育期间土壤水分对产量的影响,我们在豫东平原棉田进行了土壤水分状况和灌溉的试验研究.结果表明,豫东平原棉花生育期间土壤含水率存在3个低谷,分别出现在蕾期后期、花铃期后期和吐絮期中期,即棉花移栽后的21～27 d、69～75 d和102～108 d.从棉花蕾期至花铃期土壤储水量逐步增加到较高的水平,但在花铃期进行适时、适量的灌溉,同时控制盛絮期的耗水量有利于提高产量和土壤水分的利用效率(WUE).通过2000～2002年间棉花蕾期、花铃期、吐絮期和盛絮期的田间耗水量与产量的回归分析,得出其影响产量的系数分别为0.24、1.48、-0.12和-0.33.研究认为,棉花田间灌溉的时期对产量的效应顺序为花铃期＞蕾期＞吐絮期＞盛絮期.     

豫东平原棉田土壤水分变化规律和灌溉试验研究

为探明棉花生育期间土壤水分对产量的影响，我们在豫东平原棉田进行了土壤水分状况和灌溉的试验研究。结果表明，豫东平原棉花生育期间土壤含水率存在3个低谷，分别出现在蕾期后期、花铃期后期和吐絮期中期，即棉花移栽后的21～27 d、69～75 d和102～108 d。从棉花蕾期至花铃期土壤储水量逐步增加到较高的水平，但在花铃期进行适时、适量的灌溉，同时控制盛絮期的耗水量有利于提高产量和土壤水分的利用效率(WUE)。通过2000～2002年间棉花蕾期、花铃期、吐絮期和盛絮期的田间耗水量与产量的回归分析，得出其影响产量的系数分别为0.24、1.48、-0.12和-0.33。研究认为，棉花田间灌溉的时期对产量的效应顺序为：花铃期＞蕾期＞吐絮期＞盛絮期。     

夏闲期不同耕作模式对土壤蓄水保墒效果及作物水分利用效率的影响

为了探讨夏闲期不同耕作模式对土壤蓄水保墒效果及小麦水分利用效率的影响,2007-2010年在宁南旱区采用免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松、连年翻耕(传统耕作)3种耕作方式对土壤水分及冬小麦产量的影响进行了研究。结果表明,保护性耕作模式改善了麦田的土壤水分状况,且提高作物产量和水分利用效率效果显著。夏闲末期,相对于传统耕作,免耕/深松/免耕、深松/免耕/深松处理3a平均土壤蓄水量分别增加(P<0.05)3.92%和7.84%,降雨蓄水效率提高(P<0.05)13.64%和22.80%;小麦生育期,3a平均土壤蓄水量分别较传统耕作增加(P<0.05)7.96%和8.60%,平均生育期降水利用效率提高(P<0.05)9.59%和10.69%,平均年降水利用效率提高(P<0.05)9.52%和10.65%;3a平均产量分别较传统耕作提高(P<0.05)9.59%和10.69%,籽粒产量水分利用效率提高(P<0.05)7.17%和7.68%,生物产量水分利用效率提高(P<0.05)3.83%和4.34%。     

土壤水分状况对温室青茄水分利用和外观品质的影响

为确定温室青茄优质高效的灌溉指标, 采用小区试验方法, 研究了不同生育阶段土壤水分状况对滴灌条件下温室青茄耗水量、产量、水分利用效率及果实外观品质的影响。研究结果表明, 任何时段水分亏缺均会降低青茄的耗水量; 温室青茄果实大小、坐果数以及最终产量均随水分亏缺程度的增大而减小, 产量、水分利用均与耗水量呈现良好的二次抛物线关系, 最优耗水量在307.12~339.59 mm 之间。当青茄土壤水分(占田间持水量的百分比)下限控制在苗期60%~70%、开花坐果期和成熟采摘期均为70%时, 产量及坐果率较高, 水分利用效率较佳, 可作为滴灌条件下温室青茄适宜的土壤水分控制指标。     

长期保护性耕作对土壤有机碳和玉米产量及水分利用的影响

【目的】通过研究保护性耕作对旱地春玉米土壤有机碳(SOC)、产量及水分利用的影响,分析保护性耕作的增产机制,为旱作农田耕作技术应用提供理论和技术支持。【方法】采用2003~2013年连续11年的田间定位试验,设传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)3种耕作措施,分析土壤0-20 cm和20-40 cm土层有机碳含量、土壤0-20 cm含水量、作物耗水量、玉米产量和水分利用效率的年际变化和耕作处理间的差异,并对玉米产量与影响因素的相关性进行分析。【结果】1)保护性耕作能有效提高土壤有机碳含量,少耕、免耕处理0-20 cm土层有机碳含量11年平均值较传统耕作分别提高了11.2%和3.4%;至2013年少耕、免耕20-40 cm土层有机碳含量分别较传统耕作增加了5.53和3.29 g/kg;土壤0-20 cm有机碳储量净增加速率分别为C 0.365和0.754t/(hm2·a)。2)保护性耕作具有明显的增产效果,少耕产量最高,增产效果最好2003~2013年均产量为5.83t/hm~2,较传统耕作提高了14.7%;免耕次之,年均产量为5.39 t/hm~2,较传统耕作增产6.1%。3)各耕作处理玉米产量与土壤0-20 cm土层含水量之间存在显著的二次方程关系,与作物耗水量之间具有显著的乘幂方程关系。4)保护性耕作可以增加土壤水分减少玉米生育期内的耗水量,提高水分利用效率,其中免耕土壤0-20 cm土层水分含量最高2003-2013年平均含水量为15.2%,较传统耕作和少耕提高了1.90和1.66个百分点,且生育期耗水量最少2003~2013年均耗水量为403.5 mm,较传统耕作和少耕减少了16.1 mm和7.6 mm;少耕、免耕的水分利用效率较传统耕作分别提高了16.1%和10.2%,降水利用效率较传统耕作提高13.9%和5.8%。【结论】长期保护性耕作可以有效地提高土壤有机碳含量、增加土壤水分、减少作物耗水量,从而显著提高了玉米产量和水分利用效率,3种耕作措施中以少耕效果最好,免耕次之在旱作农田推广少、免耕保护性耕作措施是一种增产、节水的有效途径。     

绿洲灌区玉米产量及水分利用对绿肥还田方式的响应

针对绿洲灌区小麦-玉米长期连作,麦后休闲期长、光热水资源利用效率不高等问题,研究麦后复种绿肥对轮作玉米产量及水分利用效率的影响有重要意义。在石羊河流域,于2017—2019年度通过田间试验研究了麦后复种绿肥的不同还田利用方式(全量翻压、地表覆盖免耕、地上部收获后根茬翻压、地上部收获后免耕和不复种绿肥传统翻耕对照)对后茬玉米产量形成和水分利用特征的影响。两年试验结果表明,绿肥地表覆盖免耕和全量翻压处理玉米籽粒产量平均达14 274.9kg·hm~(-2)和14 687.5kg·hm~(-2),较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高18.2%和20.4%(P0.05)。绿肥地表覆盖免耕条件下,玉米穗数、穗粒数、百粒重分别较不复种绿肥翻耕处理(对照)平均高5.4%、9.6%、20.8%(P0.05),且较根茬还田处理(翻压、免耕)增幅显著。与此同时,绿肥地表覆盖免耕和全量翻压显著增加玉米叶面积指数、干物质累积量和平均净同化率。绿肥地表覆盖免耕处理水分利用效率平均达24.4kg·hm~(-2)·mm~(-1),较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高29.9%(P0.05),该处理较不复种绿肥翻耕处理(对照)显著提高玉米播前土壤贮水量26.9%(P0.05),平均达280.7mm,且该条件下玉米全生育期耗水量显著低于其他绿肥还田处理。绿肥根茬还田处理(翻压、免耕)下,玉米平均水分利用效率分别较不复种绿肥翻耕处理显著高16.7%、16.0%(P0.05)。因此,在干旱绿洲灌区,麦后复种绿肥地表覆盖免耕获得玉米高产的同时,实现了水资源的高效利用。     

加气对西北旱区膜下滴灌棉花生长与水分利用效率的影响

针对膜下滴灌棉田土壤根际低氧胁迫抑制棉花水分利用问题，探讨不同生长阶段加气灌溉对棉花生长发育及水分利用的影响。研究设置了苗期、蕾期、花铃期、蕾期+花铃期、苗期+蕾期+花铃期5个加气阶段，以生育期不加气为对照进行田间试验。结果表明：花铃期加气土壤呼吸和土壤温度峰值较其他处理延后了9 d，使加气效果得到延长，更好地改善了土壤环境，在获得最大产量的同时，水分利用效率也最高。土壤氧气含量对棉花产量的影响程度最大，且花铃期土壤氧气含量对产量和水分利用效率的正面影响均大于其他生育期。因此，在棉花花铃期进行加气灌溉是缓解覆膜造成的棉花根际低氧胁迫，提升棉花产量与水分利用效率的最佳时期。研究结果对揭示加气灌溉对棉花生长的影响机制及进一步提高水土资源利用率提供了理论依据。     

棉花调亏灌溉效应研究

盆栽试验研究棉花调亏灌溉效应结果表明 ,棉花苗期为水分亏缺最佳时期 ,土壤含水量应维持在田间持水量的 5 0 %～ 5 5 % ,吐絮期维持在田间持水量的 5 0 %左右 ,蕾期维持在田间持水量的 6 5 %～ 70 % ,花铃期是棉花生长关键期 ,其土壤含水量应维持在田间持水量的 75 %左右 ,适当降低土壤含水量有助于提高棉株蕾铃数量 ,可减少蕾铃脱落。     

调亏灌溉对干旱环境下春小麦产量与水分利用效率的影响

试验研究调亏灌溉对干旱环境下春小麦产量与水分利用效率的影响结果表明,干旱环境下调亏灌溉春小麦拔节~孕穗后土壤水势低于未进行水分调亏的对照,且全生育期比对照多利用土壤水分14.3~66.5mm。调亏处理小麦产量、穗粒数、水分利用效率与充分供水对照间差异显著,并未因土壤水分亏缺而降低,甚至有较大幅度提高。试验条件下春小麦调亏的适宜土壤水分亏缺水平为营养生长期(拔节)重度水分亏缺(45%~50%田间持水量),其他生育期(孕穗、抽穗、灌浆期/生理成熟前)充分供水(65%~70%田间持水量),而最佳调亏灌溉定额为330~350mm。干旱环境下调亏灌溉春小麦产量和水分利用效率与全生育期耗水量间均呈二次抛物线关系。     

不同水分条件下保水剂对土壤持水与供水能力的影响

为探明水分条件对保水剂作用效果的影响,采用盆栽实验,测定冬小麦生长结束后不同水分条件下保水剂不同用量（T1：0、T2：27 mg/kg、T3：54 mg/kg、T4：81 mg/kg）处理的土壤持水、供水及导水性能等。结果表明：保水剂的施用均提高了土壤持水、供水、导水能力及土壤有效水含量。轻度胁迫条件下,以T3处理的持水能力、有效水含量及导水能力最强,而供水能力以T4处理为佳;充分供水条件下,随保水剂用量的增加,土壤持水能力、供水能力、有效水含量及导水能力均提高,但T3和T4处理间差异不显著。与轻度胁迫相比,充分供水条件下各处理的持水能力、供水能力及导水能力均较高,而有效水含量以轻度胁迫条件下的T3处理较高,较对照增加18.6%。从经济的角度考虑,2水分条件下以T3处理（54 mg/kg）效果为佳。     

再生水水质对斥水和亲水土壤水分特征曲线的影响

为探求再生水灌溉对斥水和亲水土壤水力特性的影响,该文选用有代表性的斥水黏壤土和亲水黏壤土、斥水砂土和亲水砂土,测定其在自来水、再生水和其他4种生活污水条件下的土壤水分特征曲线,采用主成分分析法得到不同水质综合指标,分析水质综合指标对不同土壤水分特征曲线的影响,采用van Genuchten-Mualem模型对黏壤土土-水曲线的参数进行拟合,并分析水质综合指标对黏壤土累积当量孔径分布、比水容量和水分常数的影响。结果表明:在相同基质吸力情况下,黏壤土含水率随水质综合指标增加(水质变差)而减小,砂土的含水率随水质变化不大;在低吸力段,斥水和亲水黏壤土的比水容量随水质综合指标的增加而增加;土壤进气值与水质综合指标呈显著负线性相关关系(R~2分别为0.94和0.78);相同水质条件下,斥水土壤的进气值比亲水土壤小;随着水质综合指标的增加,斥水和亲水黏壤土的极微孔隙降低,而中等孔隙和大孔隙增加,小于某当量孔径的累积百分比增加;随着水质综合指标的增加,斥水和亲水黏壤土的田间持水率、凋萎系数、有效水和易利用水比例均减小,但再生水对田间持水率和易利用水比例降低作用不显著。研究结果可为大面积再生水灌溉及其管理提供一定的理论依据。     

水分胁迫对金露梅叶片水势、光合特性和水分利用效率的影响

为解决青海高寒区绿化植物的栽培驯化问题,并为金露梅栽植的科学管理及高寒区水资源有效利用提供理论基础,以2年生金露梅幼苗为研究对象,通过盆栽方法人为控制土壤水分条件,测定不同土壤水分条件下金露梅苗木的光合生理特征,研究金露梅光合生理特性及其与土壤水分的相互关系.结果显示:1)金露梅凋萎系数为4.02％左右;2)土壤水分对金露梅叶水势及光合作用的影响具有阈值现象,净光合速率最大时土壤含水量为20.83％,水合补偿点为4.38％,水分利用效率最大时土壤含水量为13.82％;3)在砂壤土条件下,金露梅生长最适宜的土壤水分环境为8.33％ ～12.71％,此范围内既可以维持植物基本的生长所需,又可以最大程度提高水分利用效率;4)青海地区在金露梅盛花期(7月),在无降雨的情况下,每2～3周补充一次水分能维持金露梅较好生长.2～3周的持续干旱所造成的伤害在灌水后可逐渐恢复,但连续1个月无任何供水会使金露梅死亡.     

Integral energy of conventional available water, least limiting water range and integral water capacity for better characterization of water availability and soil physical quality

Different approaches have been proposed for quantification of soil water availability for plants but mostly they do not fully describe how water is released from the soil to be absorbed by the plant roots. A new concept of integral energy (E_I) was suggested by Minasny and McBratney (Minasny, B., McBratney, A.B. 2003. Integral energy as a measure of soil-water availability. Plant and Soil 249, 253-262) to quantify the energy required for plants to take up a unit mass of soil water over a defined water content range. This study was conducted to explore the E_I concept in association with other new approaches for soil water availability including the least limiting water range (LLWR) and the integral water capacity (IWC) besides conventional plant available water (PAW). We also examined the relationship between E_I and Dexter's index of soil physical quality (S-value). Twelve agricultural soils were selected from different regions in Hamadan province, western Iran. Soil water retention and penetration resistance, Q, were measured on undisturbed samples taken from the 5-10 cm layer. The PAW, LLWR and IWC were calculated with two matric suctions (h) of 100 and 330 hPa for field capacity (FC), and then the E_I values were calculated for PAW, LLWR and IWC. There were significant differences (P < 0.01) between the E_I values calculated for PAW₁₀₀, PAW₃₃₀, LLWR₁₀₀, LLWR₃₃₀ and IWC. The highest (319.0 J kg⁻¹) and the lowest (160.7 J kg⁻¹) means of E_I were found for the E_I(IWC) and E_I(PAW330), respectively. The E_I values calculated for PAW₁₀₀, LLWR₁₀₀ and LLWR₃₃₀ were 225.6, 177.9 and 254.1 J kg⁻¹, respectively. The mean value of E_I(PAW330) was almost twice as large as the mean of E_I(IWC) showing that IWC is mostly located at lower h values when compared with PAW₃₃₀. Significant relationships were obtained between E_I(IWC) and h at Q = 1.5 MPa, and E_I(LLWR100) or E_I(LLWR330) and h at Q = 2 MPa indicating strong dependency of E_I on soil strength in the dry range. We did not find significant relationships between E_I(PAW100) or E_I(PAW330) and bulk density (ρ_b) or relative ρ_b (ρ_b-rel). However, E_I(LLWR100) or E_I(LLWR330) was negatively and significantly affected by ρ_b and ρ_b-rel. Both E_I(PAW100) and E_I(PAW330) increased with increasing clay content showing that a plant must use more energy to absorb a unit mass of PAW from a clay soil than from a sandy soil. High negative correlations were found between E_I(PAW100) or E_I(PAW330) and the shape parameter (n) of the van Genuchten function showing that soils with steep water retention curves (coarse-textured or well-structured) will have lower E_I(PAW). Negative and significant relations between E_I(PAW100) or E_I(PAW330) and S were obtained showing the possibility of using S to predict the energy that must be used by plants to take up a unit mass of water in the PAW range. Our findings show that E_I can be used as an index of soil physical quality in addition to the PAW, LLWR, IWC and S approaches.     

水源涵养基本功能区水力侵蚀现状分析简

针对全国水土保持区划中确定的22个具有水源涵养功能的基本功能区,利用第1次全国水利普查获取的水力侵蚀数据,分析这些区域的水力侵蚀现状.结果表明：1）水源涵养基本功能区水力侵蚀以轻中度侵蚀为主,超过80％,强烈、极强烈、剧烈面积分布较少,与全国基本状况相似;2）与第2次全国土壤侵蚀遥感调查成果相比,水源涵养基本功能区水力侵蚀整体上有所好转,水力侵蚀总面积减少3.75％,轻中度侵蚀面积大幅减少,减幅超过20％;3）水源涵养基本功能区局部地区水力侵蚀形势严峻,极强烈和剧烈侵蚀面积虽然不大,但是与第2次遥感调查成果相比,面积均有所增加,相对增幅较大,说明局部地区存在水力侵蚀恶化的现象.     

微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响

土壤斥水性影响着作物的产量,为了研究微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响,进行了室内土柱微咸水入渗试验。对比了不同矿化度和斥水程度对两种土质水盐运移的影响,探讨了微咸水入渗后土壤斥水性的变化特征。结果表明,不斥水土壤的入渗能力随矿化度的增加而增加。亲水和斥水土壤的入渗率均可采用Kostiakov公式简单模拟。斥水土壤入渗能力在矿化度为1?g/L时达到最大,超过1?g/L后则随矿化度的增大而减小。微咸水入渗的累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系,斥水性土壤中的相同剖面水盐的含量比不斥水的减小。微咸水入渗后土壤产生了一定的斥水性。该研究表明微咸水灌溉对盐渍化土壤的水盐分布和斥水性均有一定程度的影响。     

水土保持的水环境效应研究

 非点源污染已成为我国很多湖库型水源地的主要污染源,给人们的生活和健康以及经济社会的可持续发展造成严重危害。水土保持措施是防治非点源污染,保护水源水质,保障饮水安全的重要手段。笔者界定了水土保持水环境效应的概念;将非点源污染的类型划分为农业型、水土流失型、农村生活型、城市径流型和降水降尘型;首次系统地揭示水土保持的水环境效应机制;定量分析小流域综合治理与区域综合治理水土保持的水环境效应。     

涉水交通工程水土保持准入条件

 港口码头、独立大桥与隧道、海堤防等涉水交通工程占地性质多为永久占地,土地的原有功能完全转变;由于涉河涉水兴建此类工程,其环境敏感性强,引发的水土流失危害及环境影响较为直接;土石方挖填量大,施工过程中发生的水土流失直接进入江河湖海。根据我国有关法规、政策、规划、标准等规定,结合涉水交通工程项目的特点,提出了此类项目准入、限批、缓批的主要条件,从项目水土保持准入方面提出了修正完善主体设计、修改完善水土保持方案后再报批的条件,以及水土保持方案准入排序意见。     

水土保持对水资源量与水质的影响研究

 界定了水土保持的水资源与水环境效应的概念;采用基于物理机制的分布式水文模型(WEP-L模型),以黄河流域的重点水土流失治理区———河口镇至龙门区间为例,对水土保持的水资源量进行定量研究。结果表明,水土保持使广义水资源量增加72.6亿m3,增幅27.1%,使狭义水资源量减少9.0亿m3,减幅14.4%,使狭义水资源的构成发生了变化,即地表水资源量减小、不重复量和地下水资源量增加。以北京市为例定量分析了水土流失区域综合治理对水质的影响。结果说明,水土保持措施是防治非点源污染,保护水源水质,保障饮水安全的重要手段。     

再生水灌溉对玉米与大豆生长及水分利用效率的影响

相同灌溉条件下,作物生长及水分利用效率(Water use efficiency,WUE)会因灌溉水质的不同而存在差异。本研究采用盆栽实验方法,以清水灌溉为对照,比较了北京市高碑店污水处理厂的2级再生水、3级再生水对玉米(Zea maysL.)和大豆(Glycine maxesL.)生长及WUE的影响。结果表明:2级再生水对玉米苗期生长有一定影响,3级再生水对玉米苗期生长有一定促进作用;2级和3级再生水对玉米拔节期和收获期生长影响不显著或有所促进;再生水灌溉对玉米苗期WUE有一定影响,自拔节期开始影响降低并表现出一定的促进作用。2级和3级再生水可促进大豆苗期和花荚期的生长,对收获期的生长影响不显著;再生水灌溉对大豆苗期WUE有一定促进作用,花荚期开始促进作用减弱。总体而言,玉米苗期灌溉2级再生水对其生长和WUE有一定影响,拔节期后灌溉则促进玉米生长和提高WUE;3级再生水灌溉有利于玉米生长,提高WUE;大豆各个生育期灌溉2级或3级再生水都可促进生长,对WUE影响不大。