渭北旱塬膜上灌灌水技术试验研究

膜上灌是起源于我国新疆的节水灌溉新技术,因水在膜上流动,流动速度快,减小了水分深层渗漏,同时水流由渗水孔和放苗孔渗入土壤和作物根系周围,因而提高了灌水均匀度和灌溉水的利用效率,具有很大的节水潜力,着重从水流运动特性,渗水孔面积,膜畦长度,生长和产量状况,水分利用等方面介绍了膜上灌技术在渭北旱塬研究的初步结论。     

麦棉套种膜上灌溉节水增产机理研究

试验研究采用麦棉套膜上灌——土壤水分——作物——农田小气候理论体系，测定膜上灌灌水条件下的水流特征和土壤水分循环特点，麦棉共生期作物生育特性和农田小气候的相互关系。揭示出麦棉套膜上灌和棉花膜上灌分别节水２９％和４７％，小麦增产３．８％及棉花增产１１．８％的节水增产机理     

春玉米、冬小麦涌泉灌溉与垄膜沟种的组合应用试验

涌泉灌溉用于大田作物主要问题是流量小，沟、畦横断面大，水流在田间很难向前推进。为此将其与垄膜沟种技术组合，缩小过水横断面，减小或杜绝侧渗，提高水流推进能力,这样可最大限度地减少灌水器(稳流器)数量，改善灌水质量,提高田间土壤水分的均匀度,进而为涌泉灌溉用于大田作物提供了可能性。采用涌泉灌溉配套垄膜沟种耕作方式，提高了降水的有效利用率，减少了灌水量与灌水次数、减少了棵间土壤水蒸发、农田耗水比一般大田灌溉节省28.3%。由于灌水量可控,比一般地面灌溉节约28%～47%。     

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。     

膜下滴灌水盐运移影响因素研究

通过室内盐碱土入渗模拟试验 ,探求了膜下滴灌滴头流量、灌水量、土壤初始含水量、土壤初始含盐量等因素对土壤水盐运移的影响。研究结果表明 :滴头流量的增加 ,地表积水范围增大 ,湿润体垂直距离减小 ,滴头附近的含水量增加 ,不利于作物正常生长的淡化区的形成 ;灌水量的增加使得湿润体的范围增加 ,同时有利于作物正常生长的淡化区的形成 ;土壤初始含水量增加 ,湿润体范围增大 ,滴头附近的含水量增加 ,但不利于作物正常生长的淡化区的形成和超过作物耐盐度的淡化区的发展 ;土壤初始含盐量的增加使得达标脱盐系数减小。这对合理利用膜下滴灌技术体系开发盐碱地提供一定的指导 ,有利于为滴灌系统的设计提供更合理的技术参数和进行膜下滴灌条件下的盐分管理。     

膜上灌水对玉米田土壤水盐变化特征的影响

研究膜上灌水条件下,有无地下水补给的情况下,玉米田土壤水盐变化的特征。以宁夏引黄灌区石嘴山市惠农区玉米田土壤为研究对象,设置了有无地下水补给下膜上灌水与常规露地灌水2种灌溉方式,4个处理,每个处理重复3次,共12个试验小区,测定了玉米生育期间田间土壤的含水率和全盐量的变化情况、玉米产量及水分生产率。结果表明:在膜上灌水和露地灌水2种灌溉方式下,有地下水补给的处理土壤含水率显著高于无地下水补给的处理,全盐量也高于无地下水补给的处理;在无地下水补给的条件下,膜上灌水处理的土壤含水率显著高于露地灌水处理,有地下水补给的条件下,膜上灌水处理的全盐量显著低于露地灌水处理;土壤含水率及其不同处理之间的差值随土层的加深而增大,土壤全盐量的变异性随土层的加深而减小,露地灌水处理的全盐量变异性整体大于膜上灌水处理;土壤全盐量和含水率之间呈明显的负相关,且上层相关性更为密切。膜上灌水有利于玉米的生长,其产量和水分生产率高于露地灌水,有补给的小区玉米产量和作物系数高于无补给的,水分生产率低于无补给的小区。     

考虑地面灌水技术制约的灌溉制度优化

制定作物灌溉制度不仅要考虑补充根层土壤水分以满足作物需求，还应考虑灌水方法对灌水量的限制。为研究我国华北地区地面灌溉条件下冬小麦－夏玉米连作的节水灌溉制度，在河北省雄县进行了连续3年不同灌水处理试验，用水量平衡模型ISAREG对各处理进行数值模拟，从而验证了选定的模型和参数。采用该模型模拟了不同水文年冬小麦－夏玉米连作的多种灌溉制度，对各方案的灌水次数、灌水量、降雨和灌溉水量损失以及作物产量等因素进行了对比，并对现行灌溉制度进行了评价。结果显示：雄县现行灌溉定额大大超过了灌溉需水量，主要原因是地面灌水技术的制约，如田面不平、进地流量过小或畦块过大等，造成难以控制小水量灌溉。为研究既能满足作物基本需水要求，又使灌溉水量损失最小的最佳灌水定额，用模拟地面灌溉水流运动的SRFR模型模拟不同生长阶段的灌溉，得到了每次灌溉时不同流量条件下的最小灌水量，以及灌水效率与灌水量的关系，据此提出了与灌水技术改进措施相结合的不同水文年的灌溉制度优化方案。     

垄膜沟灌对旱区农田土壤盐分及硝态氮运移特征的影响

引黄水量的执行性削减加剧了河套灌区农业水资源的紧缺程度及土壤次生盐渍化问题。采取合理的节水灌溉模式对缓解河套灌区农业用水紧张、改良盐渍化土壤、营造适宜作物生长的土壤环境具有重要意义。为明晰垄膜沟灌对河套灌区土壤盐分及硝态氮运移特征的影响及调控效果,通过4次田间沟灌试验,对比研究了高水、中水、低水及高肥、低肥6个组合处理条件下土壤盐分以及土壤硝态氮的变化特征。结果表明:垄膜沟灌条件下灌水量对土壤全盐量的影响高于施肥量,中水处理土壤全盐量始终维持在一个适宜且稳定的水平。灌水量和施肥量对土壤硝态氮含量均有不同程度的影响,中、低水处理后期硝态氮的淋溶显著低于高水处理。垄膜沟灌种植模式下中水低肥处理增加了土壤水分的有效性,抑制了土壤反盐,减少了垄上硝态氮的淋溶,在节水节肥的基础上为作物的生长发育提供了一个适宜的土壤环境,利于生物量的累积及最终产量的形成,在一定程度上解决了河套灌区引黄灌溉配额减少与漫灌洗盐方式严重浪费水资源之间的矛盾,为当地垄膜沟灌技术的推广提供了一定的理论依据与技术支撑。     

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。     

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。     

小麦干旱综合应变防御技术的保墒节水效应

两年集成试验表明，将底墒水，深耕，秸秆翻压还田、秸秆覆盖、防旱剂，有限灌溉等干旱防御措施因地制宜地应用到小麦生产中，可以明显起到减少前期土壤水分无效蒸发，增加土壤蓄墒，改善土壤结构，培肥地力，减少灌溉次数等作用，综合运用以上措施，可使小麦增产10％以上，水分利用效率提高30％以上。     

内蒙古通辽膜下滴灌玉米棵间蒸发量SIMDual_Kc模型模拟

为明确内蒙古东北部地区玉米膜下滴灌棵间蒸发的变化规律,探索玉米膜下滴灌节水增产机制,在田间试验的基础上,采用经过参数率定与验证的双作物系数SIMDual_Kc模型,模拟分析了土壤含水率、土壤棵间蒸发及作物系数的变化规律,结果表明:1)双作物系数SIMDual_Kc模型模拟内蒙古东北部地区滴灌玉米土壤含水率与实测值具有很好的一致性;2)利用双作物系数SIMDual_Kc模型估算出该地区覆膜玉米生育初期、中期和后期作物系数分别为0.15、1.05、0.4,无膜滴灌玉米初期、中期和后期作物系数分别为0.15、1与0.4;3)根据双作物系数模型SIMDual_Kc模拟了2014和2015年滴灌玉米棵间蒸发量占作物蒸散发的比例,覆膜滴灌较无膜滴灌少,说明覆膜能有效降低作物棵间蒸发量,具有降低作物耗水量的潜在优势。研究结果可以为内蒙古东北部地区玉米滴灌生产实践提供科学依据。     

咸水安全利用农田调控技术措施研究进展

淡水资源短缺已经成为全球性的问题,开发利用地下咸水资源,发展农业灌溉已成为各国关注的焦点问题。微咸水或咸水代替部分淡水进行农业灌溉,在一定程度上可缓解淡水资源的不足,但咸水和微咸水灌溉带来的土壤积盐和作物减产等问题始终是研究的重点和难点。本文从咸水或微咸水灌溉带来的潜在土壤盐渍化危害入手,就如何应对咸水和微咸水灌溉带来的次生盐渍化问题,通过总结前人大量的研究成果,分析了减轻土壤盐渍化对作物危害的各种途径,从微咸水灌溉和咸水灌溉两个层面就优化农田管理农艺措施、生物措施、水利工程措施等方面进行概述。重点介绍了咸水或微咸水灌溉对土壤微环境的影响,优化田间管理农业措施(如合理的灌溉制度和灌溉方式、覆盖、深耕等),土壤中施入有机物质(如植物秸秆、有机肥、绿肥、生物质炭等)和无机土壤改良剂(如石膏、沸石等)、施用根际促生菌肥、种植盐土植物和耐盐作物品种等,以及咸水结冰灌溉、暗管排盐等水利工程措施,这些都是降低咸水灌溉带来的土壤盐害行之有效的方法。以微咸水或咸水补灌为核心,结合雨水资源利用,通过种植耐盐植物品种、增施土壤微生物肥、土壤调理剂等措施提高土壤缓冲能力,配套垄作和地膜覆盖等降低土壤蒸发措施,抑制土壤盐分表层积聚,配套秸秆还田和土壤耕作技术,提高土壤蓄雨淋盐和养分快速提升,集成微咸水安全高效灌溉技术模式,制定规范化的技术应用规程,有机地结合各种改良措施,可有效控制咸水和微咸水灌区土壤次生盐渍化,达到咸水资源的高效安全可持续利用,提升水资源保障能力。     

不同微咸水灌水量条件下覆砂措施对土壤水盐运移的影响

采用室内土柱模拟试验,对比研究了不同微咸水灌水量条件下覆砂与不覆砂对土壤水盐分布和运移的影响,以期为压砂地合理利用微咸水提供理论支持。结果表明,与不覆砂相比,覆砂增加了土壤水分下渗深度,最大增加深度可达8 cm;减少了试验期间土壤水分累计蒸发量,低、中、高3个灌水量分别减少了74%、54%和21%,减少幅度随灌水量增加有降低的趋势。在土壤水分再分布过程中,土壤剖面出现明显分界点,覆砂提高了分界点处土壤水分含量,增加量为2%~5%;保蓄了上层土壤水分含量,尤其是低灌水量时,不覆砂处理0~20 cm土壤水分含量在试验期间减少幅度达到34%,而覆砂处理仅减少了16.9%;增加了下层土壤水分含量。同时,覆砂明显抑制了表层土壤盐分累积,抑制幅度达到92.4%~95.2%;提高了土壤剖面盐分峰值处盐分含量,提高幅度在11.02%~37.55%;盐分峰值的位置随着试验时间延长不断向下运移。表明,微咸水灌溉条件下,覆砂措施通过减少土壤水分蒸发和增加土壤水分入渗而抑制表层土壤盐分累积,促进土壤盐分向下层运动。     

免耕旧膜再利用对玉米产量及灌溉水生产力的影响

在河西走廊中段边缘绿洲安排田间试验,明确保护性耕作地膜再利用栽培对玉米产量及灌溉水生产力的影响,探讨降低农田残膜污染、节本增效和可持续土地利用的耕作栽培管理方式。试验涉及3种不同质地与肥力水平的土壤,设3个处理:(1)传统耕作与冬灌、覆新膜栽培(NM);(2)免耕少冬灌、旧膜直播(RM);(3)免耕少冬灌、旧膜直播行间秸秆覆盖(RMS)。结果表明,在玉米播种后至拔节期前,日平均土壤温度2个免耕旧膜直播处理较传统覆新膜处理仅低0.6~1.0℃(5 cm土层)和0.5~0.8℃(15 cm土层),表明旧膜直播仍具地膜覆盖提高地温的效应。玉米产量免耕旧膜直播较覆新膜降低4.4%~10.6%,但节省了耕作和地膜投入,收益增加。免耕旧膜直播结合秸秆覆盖栽培方式玉米产量与新覆膜栽培持平,净收入提高12.5%~17.1%。免耕旧膜直播栽培减少了冬灌量,灌溉水生产力提高。土壤质地与肥力水平对作物吸氮量、灌溉水生产力影响显著。在水资源紧缺的干旱区绿洲,适时进行保护性耕作地膜再利用栽培技术是节本增效、土地可持续利用的一种选择。     

Tillage, mulch and irrigation effects on corn (Zea mays L.) in relation to evaporative demand

The effects of deep tillage, straw mulching, and irrigation on corn (Zea mays L.) yield on a loamy sand (mixed, hyperthermic, Typic Ustipsamment) were studied for early (high evaporativity) and normally sown (relatively low evaporativity) crop for 3 years in a semi-arid sub-tropical monsoon region at Punjab Agricultural University, Ludhiana, India. Treatments included all combinations of two tillage systems (conventional tillage — harrowing the soil to a 10-cm depth; deep tillage — chiselling 40 cm deep, 35–40 cm apart), two irrigation regimes (75 mm irrigation when net open pan evaporation accumulated to 75 mm or 50 mm), and two straw mulch rates (0 and 6 Mg ha⁻¹).

Deep tillage significantly reduced soil strength (cone index) and caused deeper and denser rooting than conventional tillage, more so in the dry season and with the infrequent irrigation regime than in the wet season and frequent irrigation regime. Mulch also improved rooting by influencing the hydrothermal regime of the soil. Better rooting with deep tillage and/or mulch helped the crop to extract stored soil water more efficiently, which was reflected in a favourable plant water status (indicated by canopy temperature). Averaged across years, irrigation, and mulch, deep tillage increased grain yield by 1.6 Mg ha⁻¹ for the early season and 0.5 Mg ha⁻¹ for the normal season crop over the yield of 2.0 Mg ha⁻¹ achieved with conventional tillage regardless of season. Yield increase with mulching was also greater for the early season crop. Crop response to deep tillage and mulching was generally linked to the interplay between water supply (rain + irrigation) and demand (seasonal evaporativity) during the growing season. Increasing irrigation frequency increased crop yield when evaporativity exceeded rainfall early in the growing season. The results show that higher corn yields on coarse-textured soils in these regions may be achieved by advancing the seeding time and by using a proper combination of deep tillage, mulch, and irrigation.     

砾石覆盖对小麦玉米轮作农田碳排放强度的影响

为研究砾石覆盖对农田土壤水热条件及温室气体排放的影响,探讨小麦-玉米轮作农田碳排放强度对砾石覆盖的响应,开展了基于静态暗箱-气象色谱法的小麦-玉米轮作田间试验,测定了土壤CO2、CH4和N2O3种温室气体的排放,结合产量、全球增温潜势和碳排放强度等指标评估砾石覆盖的农田生态效应及固碳减排作用.试验在作物关键需水期设置0和50mm2个灌溉水平,土壤表面设置无覆盖和100%覆盖2个砾石覆盖度水平,形成无覆盖对照(W0M0)、灌溉对照(W1M0)、砾石覆盖(W0M1)和灌溉砾石覆盖(W1M1)4个处理.结果表明:1)砾石覆盖能有效改善土壤水热状况,显著增加作物产量.与对照处理W0M0相比,W1M0,W0M1和W1M13个处理的作物年际总产量分别增加了18.1%、32.6%和51.8%;2)各处理对3种温室气体排放的影响具体表现为,相比W0M0处理,W1M0,W0M1和W1M13个处理的CO2年际排放总量分别降低了7.8%、12.1%和18.0%,CH4年际吸收总量分别增加了32.5%、80.2%和124.3%,而各处理N2O年际排放总量差异不显著;3)砾石覆盖显著降低了农田温室气体碳排放强度,W1M0,W0M1和W1M13个处理的碳排放强度相比W0M0处理分别降低了14.9%、20.7%和33.6%.比较产量和碳排放强度,经济产量越高,固碳潜力越大,碳排放强度越小.双因素方差分析表明砾石覆盖结合农田灌溉使得作物产量达到最高,碳排放强度最小.综合考虑,砾石覆盖结合农田灌溉能有效改善土壤水热状况,有利于增加作物产量和降低农田温室气体碳排放强度,该研究为干旱半干旱地区实现稳定增产和固碳减排提供一种可行途径.     

加氧灌溉与土壤通气性研究进展

水、肥、气、热是保障土壤肥力的四大要素,传统的灌溉方式往往忽视了气这一重要因素.土壤通气性不足,四个因素之间的平衡被打破,土壤理化性质变差,对作物生长造成不利影响,进而引起减产.良好的土壤通气性是作物正常生长发育的保证.加氧灌溉通过采用合理的方法改善土壤通气状况,协调土壤四大要素之间的关系,提高土壤肥力,满足作物生长的需要.研究表明,加氧灌溉可提高作物产量、改善作物品质.本文从根区低氧胁迫的影响分析人手,评述了土壤通气性的量化指标、测算方法和控制标准,综述了加氧灌溉技术及其应用,总结了加氧灌溉研究中存在的问题,探讨了加氧灌溉对土壤通气性的改善作用,提出了加氧灌溉与土壤通气性研究展望,以期为今后的研究提供参考.     

不同灌水水平下一膜两年覆盖间作农田 耗水特征及经济效益研究

以河西走廊区主导间作模式玉米|豌豆间作系统为研究对象,在高(7 200 m3·hm-2)、中(6 450 m3·hm-2)、低(5 700 m3·hm-2)3种灌水水平下,研究了一膜两年覆盖、秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜对间作群体耗水量和棵间蒸发的影响,以期为间作种植模式的优化耕作措施、地膜再利用、提高水分利用效率等提供理论依据。结果表明,不同灌水水平对间作群体生育期棵间蒸发量存在显著影响,随灌水水平的提高棵间蒸发量增大;但在相同灌水水平下不同覆膜方式间差异不明显,且互作效应不显著;不同处理豌豆收获前、后,间作农田棵间蒸发在玉米带和豌豆带存在显著差异,不同处理收获前、后豌豆带棵间蒸发量平均值较玉米带分别高68.51%和69.30%;豌豆带是造成间作农田系统蒸发耗水大的主要因素,占地60%的玉米带棵间蒸发量只占农田蒸发总量的44.47%,而占地仅为40%的豌豆带蒸发量却占55.53%;玉米间作豌豆农田棵间蒸发主要发生在豌豆收获以后,豌豆收获前的棵间蒸发仅占总蒸发量的26.98%。一膜两年覆盖可显著提高单方水效益,不同灌水处理平均值较秋免耕春覆膜和传统耕作覆膜方式分别提高7.39%和31.33%,且在中等灌水条件下一膜两年覆盖的单方水效益最高,达2.51元·m-3。研究结果表明相同灌水水平下一膜两年覆盖玉米带抑制农田棵间蒸发、减少水分无效损失的效果与传统覆膜方式相当;农田棵间蒸发量、耗水结构(E/ET)与灌水水平间呈正相关关系;在中等灌水水平下一膜两年覆盖可获得较高的经济效益。     

Management influence on maize–wheat system performance,water productivity and soil biology

Cereal cropping productivity in the Indo‐Gangetic Plain (IGP) of India is declining, which may be overcome by diversification, alternate crop establishment methods and mulching. This study was conducted to determine whether no‐till flat (NTF), permanent raised beds (PRB) and nontraditional ex situ mulching would improve crop and water productivity, economic profitability and soil biological properties in an irrigated maize (Zea mays)–wheat (Triticum aestivum) system (MWS). NTF systems produced 10% higher economic net returns compared with PRBs. Non‐traditional mulching (Sesbania, Jatropha and Brassica) increased yields by >10% and net returns by >12% compared with no‐mulch. The water saving in PRBs compared with NTF systems was 79, 94 and 173 mm/ha in maize, wheat and MWS, respectively. PRBs saved 29.2% of irrigation water and improved the MWS irrigation water productivity (WP_I) by 24.5% over NTF. On average, mulching saved 23.8 mm/ha irrigation water over no‐mulch and improved WP_I by 12.0%. PRBs with ex situ mulching produced wheat and maize equivalent system yields lower than NTF but improved WP_I and soil biological properties. Jatropha and Sesbania mulching improved yield, water saving, WP_I and system profitability. In limited irrigation and no crop residue availability conditions, Sesbania, Jatropha and Brassica vegetation material have potential applications for ex situ mulching under PRBs for water saving and NTF for productivity.