无压地下灌溉对番茄根系分布特征的调控效应

为了制定合理的番茄无压地下灌溉制度,指导大田生产实践,利用2 a温室大棚无压地下灌溉技术的番茄种植试验,研究了番茄根系分布特性和地上部分生物量的调控效应。试验设计了12个处理和1个沟灌对照处理,在番茄各生育期和收获期取根样分析,并采用DPS分析软件对数据进行了显著性分析。结果表明,番茄不同生育期的根系密集层、根系体积和最长根变化受供水压力和灌水器埋深深度的影响。番茄的主根长度、根冠比、壮苗指数随着供水压力的增大而减少,而总生物量随着供水压力的增大而增加;根冠比、生物量和果实干质量占生物量的比例无压地下灌溉处理均大于沟灌处理,且差异显著。在番茄成熟期,果实中的干物质分配比例随着灌水器的埋深而增加,而茎和叶中的干物质分配比例呈下降趋势。     

不同灌溉处理对旱稻根系生长及水分利用效率的影响

通过对不同灌溉处理下旱稻根系生长及水分利用效率的试验研究,结果表明：早稻根系大部分根干重都集中在地表以下30cm内;不同灌水处理对根量及其分布有着显著不同的影响,灌水量越少,水分胁迫处理下的根系系统在30cm以下分布相对越多,中下层土壤中根系占的百分率越高;其中限量灌溉Ⅱ产量较充分灌溉处理减幅最小,穗粒数减幅也最小,农业水分利用效率最高,根冠比次高,增加了对土壤深层水的利用,减少了灌溉水的投入。在水资源缺乏的北京地区,是一种较为合理的灌溉方式。     

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。     

基于不同滴灌方式的苹果幼树根系生长的三维可视化模拟

为研究不同滴灌方式下大田苹果幼树的根系生长行为,提出一种用Otsu方法对根系图像进行分割后统计分析根系空间分布的方法,利用图像处理库通过Python语言编程实现了获取空间分布统计矩阵,以Lynch的根构型模型为结构原型,结合功能模型建立不同滴灌方式下的大田苹果幼树根系生长行为结构功能模型,最后利用OpenAlea对该模型进行三维可视化模拟。以大田苹果幼树为试验对象进行验证,同时依据形态特征的相似度以及仿真数据与实测数据的相关性两个参考指标将模拟结果与实物进行对比,验证了所采用算法的有效性。结果表明,Otsu算法可有效分割苹果幼树根系图像数据,结合常规功能结构参数和空间分布统计矩阵建立的大田苹果幼树根系结构功能模型可科学地模拟不同滴灌方式对苹果幼树根系空间拓扑的影响,大田苹果幼树根系结构功能模型模拟可以可视化不同滴灌方式下的根系生长空间变化行为。可视化模拟结果表明,分根区交替灌溉的苹果幼树根系在根区两侧分布比较均匀,根密度较大,有利于提高根系对水肥的吸收利用效率。研究结果可为分根区交替灌溉在果园的应用提供参考。     

轻度干湿交替灌溉协调水稻根冠生长、提高产量及氮肥利用效率

  【目的】  干湿交替灌溉是水分高效利用的有效措施，但是适宜的干湿程度受多种因素的影响。因此，研究不同干湿交替灌溉下水稻根系及地上生长发育的差异，以探讨干湿交替灌溉对水稻产量及氮肥利用效率的影响及其机理。  【方法】  以‘徐稻3号’为材料进行盆栽试验，设置传统灌溉 (保持2～3 cm浅水层，CI)、轻度干湿交替灌溉 (?20 kPa，AWMD) 和重度干湿交替灌溉 (?40 kPa，AWSD) 3种灌溉方式，研究干湿交替灌溉对水稻 (Oryza sativa L.) 根长、根重、根冠比、根系伤流量、根系细胞分裂素含量、地上部重量、叶片光合速率、非结构性碳水化合物 (NSC) 运转及籽粒中ATP酶活性的影响。  【结果】  轻度干湿交替灌溉显著增加了根长、根重、根冠比、根系伤流量、根中细胞分裂素含量，如抽穗期比传统灌溉分别提高13.3%、6.7%、10.8%、8.1%、7.4%；茎鞘中NSC向籽粒运转率提高23.3%，同时提高籽粒中ATP酶活性16.3%～18.4%、提升主要生育期叶片硝酸还原酶活性10.9%～44.0%，增加成熟期植株的吸氮量。最终水稻产量及氮肥利用效率显著增加，重度干湿交替灌溉则显著减少根长、根重，抑制根系活性及合成细胞分裂素的能力，如抽穗期分别比传统灌溉降低30.1%、20.8%、40.5%、34.4%，降低地上部的生长，显著降低主要生育期叶片的光合速率，抽穗期降低26.4%，虽促进NSC的运转，但是较低的花后干物质积累与籽粒库活性，导致水稻产量降低32.8% (2018年)与31.6% (2019年)；同时重度干湿交替灌溉下，植株吸氮量显著减少，叶片硝酸还原酶的活性降低19.2%，氮肥吸收利用率、农学利用率及偏生产力分别降低18.0%、34.7%及31.8%。  【结论】  轻度干湿交替灌溉能够改善根系形态，提高根系代谢功能，协调地上部生长，提高水稻产量及氮肥利用效率。重度干湿交替灌溉不利于水稻根系生长，抑制代谢，不宜采用。     

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。     

土壤水分与氮肥对玉米根系生长的影响

利用田间小区试验研究了不同土壤水分条件下N肥对根系生长（根长、根重和根冠比）的影响。结果表明,玉米拔节期和开花期无论水分条件如何。施N肥可增加其总根长、麦层根长和根重并使根冠比下降;灌浆期施N肥可增加总根长和表层根长,但正常水分条件下N肥使根重和根冠比下降,而干旱条件下N肥对根重和根冠比则无影响,不同处理根冠比大小与N吸收和分配有很大关系。     

根际通气对盆栽玉米生长与根系活力的影响

针对盆栽作物生长空间有限且通气不良的生长环境问题,为改善根际气体环境,试验设每隔2d通气1次(T1)、每隔4d通气1次(T2)两个通气处理,以不通气(CK)为对照,研究根际通气对盆栽玉米生长及根系活力的影响。结果表明,T1和T2处理均能提高玉米株高、叶面积、叶绿素含量,促进地上部分和地下部分干物质的积累。T1、T2处理有利于提高玉米根冠比和根系活力,拔节期T1和T2处理的根冠比分别是CK的1.27倍、1.18倍,根系活力分别为CK的1.26倍和1.54倍;抽穗期根冠比分别为CK的1.18倍、1.09倍,根系活力分别为CK的1.22倍和1.40倍。同时,通气处理能够促进作物吸收土壤内的养分。研究结果表明,根际通气能够增强盆栽玉米的根系活力,促进植株的生长发育。     

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。     

不同干湿交替灌溉与氮肥形态耦合下水稻根系生长及功能差异

【目的】适宜的灌溉方式及氮肥管理是水稻高产高效的有效途径,大多数研究集中于地上部分及产量品质的形成,而对于根系形态生理及其与产量之间的关系研究还不够深入。本文探讨了干湿交替灌溉方式与氮肥形态耦合对水稻根系形态、生理及代谢的影响,探索干湿交替灌溉与氮肥形态耦合机理,为水稻高产及根系生理提供理论依据。【方法】试验于2016和2017年在河南科技大学试验农场进行,以徐稻3号为材料,供试土壤土质为黏壤土,采用灌水方式和氮肥形态二因素随机试验,设置CK [浅水层灌溉(0 kPa)]、WMD[轻度干湿交替灌溉(–20 kPa)]和WSD[重度干湿交替灌溉(–40 kPa)] 3种灌溉方式。氮肥供应设置铵态氮∶硝态氮三个混合比例处理:100∶0、50∶50 (即1∶1)、0∶100,由硫酸铵、硝酸铵和硝酸钠提供氮源。在分蘖盛期、穗分化始期、抽穗期和成熟期采样,以水稻茎基部为中心,挖取20 cm (长)×20 cm (宽)×30 cm (深)的土块测定干湿交替灌溉和氮肥形态处理的水稻根长、直径、表面积、体积、根尖数等根系形态指标、根系氧化力,采集根系伤流液分析其中氨基酸、蛋白质、可溶性糖含量以及在成熟期测定产量和产量构成。【结果】灌溉方式与氮肥形态之间存在显著的互作关系。WMD与铵硝1∶1耦合后水稻产量最高,达到1015.8 g/m^2,为本试验的最佳互作组合模式。WMD下,铵硝1∶1处理主要生育时期的根长显著增加了10.6%~17.0%,平均根直径增加了3.98%~25.25%,根体积增加了5.27%~26.40%,根表面积增加了6.27%~25.19%,提高了根尖数、根系伤流液中氨基酸、蛋白质、可溶性糖的含量,促进了根系的碳氮代谢和对养分、水分的吸收。WSD降低单位面积穗数及每穗粒数,显著降低水稻产量,铵硝100∶0处理平均降低38.20%、铵硝1∶1平均降低29.94%、铵硝0∶100平均降低35.0%,减少了根系长度,降低根体积、根表面积、根尖数,抑制根系活力及伤流液中物质的合成,不利于根系功能的维持。不同水分条件下氮肥形态对根系的影响不一,CK下,100%NH4^+处理根长及根系活力提高,而在WMD下,硝铵1∶1处理改善根系形态、提高根系活性,促进根系碳氮代谢,100%NO3^–处理不利于根系生长及根系功能的维持。水稻根长、根体积、根表面积、根尖数、根系活力与产量呈显著或极显著的正相关关系。施用100%NO3^–处理单位面积穗数下降,产量降低明显。【结论】轻度适宜的干湿交替灌溉配合施用一定比例的铵硝混合氮肥可以充分发挥水肥的耦合效应,促进强健根系形态的建成,提高根系的碳氮代谢及养分吸收利用,从而促进水稻的高产稳产。     

滴灌模式和NaCl处理对苹果幼树水流阻力与水分利用的影响

为了探讨滴灌模式和NaCl处理对苹果幼树水流阻力与水分利用的影响,该文采用了3种滴灌模式(交替滴灌ADI、固定滴灌FDI和常规滴灌CDI)和4个NaCl浓度梯度(0(CK)、0.2%(S1)、0.3%(S2)、0.4%(S3))。结果表明:叶水流阻力(Rl+p)与叶水分利用效率(WUEl)、总水流阻力(Rt)与灌溉水利用效率(WUEi)间均呈对数相关关系。在相同的盐分处理下,与CDI处理相比,ADI处理节水达50%,平均根系干物质质量和根水流阻力(Rr)仅分别下降了8.7%和0.53%,而WUEl、WUEi、Rl+p、冠层水流阻力和Rt分别提高了7.6%、16.96%、74.85%、35.33%和15.22%;在高盐分S2和S3处理下,ADI处理的Rl+p和WUEi分别提高了50.5%和78.07%、14.99%和23.65%,但ADI处理的Rr反而降低了1.34%和9.96%。可见,采用ADI处理进行灌溉具有促进根系生长和提高Rl+p及降低Rr的作用,是引起水分利用效率提高的重要原因,不仅提高了调控植物体内水分平衡的能力,而且也增强了抗盐分胁迫能力。     

Effective root growth zone of apple tree under water storage pit irrigation using stable isotope methodology

ABSTRACT

Ways of understanding and quantifying the effectiveness of new irrigation methods are required in order to more precisely evaluate them, including the effect of root growth on water storage pit irrigation (WSPI). In this study, the effective root growth zone (ERGZ) of 5-year-old apple trees under WSPI and traditional surface irrigation (CK) treatment was estimated using stable isotope technology during two seasons 2015 and 2016. The stable isotopes of water in stems and different soil depths were analyzed using four analysis methods (namely direct inference, the Romero-Saltos model, the IsoSource model and the coupled model). Results showed that the ERGZ depth under surface irrigation ranged from 10 cm to 60 cm, with the main contribution at 0–40 cm during the growth stage. Under water storage pit irrigation, the ERGZ depth for the apple tree was deeper and ranged from 20 cm to 100 cm, with the main contribution of ERGZ deepened to 20–100 cm after the earlier of shoot rapid-growing stage. The use of a water storage pit irrigation system on apple demonstrated improved root growth in the middle-depth soils, as compared to traditional surface irrigation.     

分根交替滴灌对管栽黄瓜光合作用及水分利用效率的影响

【目的】探讨分根交替滴灌对管栽黄瓜光合作用及水分利用效率的影响机理。【方法】以津优3号黄瓜为试材,设分根交替滴灌(alternate partial root-zone drip irrigation,APDI)、 固定1/2根区滴灌(fixed partial root-zone drip irrigation,FPDI)和传统滴灌(conventional drip irrigation,CDI)3个处理,随机区组排列,研究了不同滴灌方式对黄瓜生长、 光合作用及水分利用效率的影响。【结果】分根交替滴灌(APDI)作物根区的干湿交替能够刺激根系的补偿生长,提高植物的根系活力。固定1/2根区滴灌(FPDI)黄瓜叶片相对含水量、 水势和渗透势都显著低于传统滴灌(CDI),而细胞汁液浓度显著高于其他两个处理,说明FPDI在一定程度上影响了黄瓜对水分的正常吸收和转运,抑制其正常生长。与CDI相比,APDI显著降低了黄瓜叶片净光合速率和蒸腾速率,却显著提高了水分利用效率。APDI处理的PSⅡ有效光化学量子产量(Fv/Fm)与CDI相比差异不显著,但较FPDI显著升高。FPDI处理的非光化学猝灭系数(NPQ)显著高于其他两个处理,说明固定一侧根系的干旱胁迫导致PSⅡ吸收的光能用于光化学反应的份额显著减少,从而使得光反应的能力和效率降低,过剩光能的热耗散显著增加。另外,APDI和FPDI虽然都不同程度地减少了耗水量和渗漏量,但FPDI黄瓜生长和光合作用均受到严重抑制,因此不适用于设施黄瓜的节水灌溉,而APDI处理在节水的同时能保证黄瓜正常生长及适宜的光合作用。【结论】分根交替滴灌(APDI)可作为设施节水高效灌溉的一种灌溉模式,具有广阔的应用前景。     

补充灌溉、氮素营养与秸秆覆盖对冬小麦生长及产量的影响研究

大田试验研究补充灌水、施N肥与秸秆覆盖对冬小麦根系和地上部生长、产量及其构成因子的影响结果表明 ,施N肥对冬小麦生长发育和产量的效应最明显 ,单独覆盖秸秆或补充灌水基本无效甚至出现副作用。施用N肥和秸秆覆盖可促进冬小麦根系发育和地上部生物量累积。肥料供应充足时覆盖秸秆对冬小麦根系的作用与水分状况有关 ,土壤水分胁迫下秸秆覆盖效果不明显 ,此时施用N肥甚至出现一定负效应。水分充足与否 ,施N肥和秸秆覆盖均对冬小麦产量的形成有一定协同效应 ,补充灌溉与施用N肥和秸秆覆盖配合处理小麦产量最高。     

适宜灌水施氮方式利于玉米根系生长提高产量

为研究不同灌水方式和施氮方式对玉米根系生长分布的影响,2011年在大田条件下采用垄植沟灌技术,设交替灌水、固定灌水、均匀灌水和交替施氮、固定施氮、均匀施氮2因素3水平的随机完全组合试验方案。分抽雄期、灌浆期和成熟期对0~100 cm土层监测植株正下方、植株正南侧和植株正北侧的根系生长状况。结果表明,灌水方式对各位置根长及根系总量影响均达显著水平,施氮方式只对植株南侧根长和根系总干质量影响显著,二者的交互作用只对植株北侧根长和总根长影响显著。交替灌水均匀施氮在监测时期内维持了较大总根长,并使得灌浆期植株不同位置根长、总根量(总根干质量除外)均较大,并最终获得较大的产量(11 524 kg/hm2)。而固定灌水固定施氮总根长最小,产量最低。各处理下0~40 cm土层根长所占整个土层根长比例均较高,该比值以交替灌水均匀施氮最大。对比发现,根系生长分布对灌水方式更加敏感,通过不同灌水与施氮调控玉米根系生长分布应集中在0~40 cm土层,交替灌水均匀施氮最有利于根系的生长和产量的提高,为垄植沟灌下较好的灌水施氮方式。该研究为通过不同灌水施氮方式调控作物根系生长并获得高产提供了一定理论依据。     

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。     

灌水下限与毛管埋深对温室番茄生长的影响

为探明番茄根系生长与水分分布之间的互反馈机制,通过日光温室地下滴灌试验,设置了4种毛管埋深(0 cm、10 cm、20 cm和30 cm)和3种灌水下限(保持土壤含水量为50%、60%和75%田间持水量),研究了不同灌水下限与毛管埋深对番茄根系生长及干物质分配的影响。研究结果表明,轻度、中轻度水分亏缺(灌水下限为75%和60%田间持水量)时,毛管埋深对番茄耗水量有显著影响,10~20 cm毛管埋深提高番茄耗水量。毛管埋深增加会减少0~20 cm土层根系分布,促进20~60 cm土层根系生长;毛管埋深对0~10 cm、20~30 cm、30~40 cm土层根系生长影响显著,对50~60 cm土层根系生长无显著影响。灌水下限对细根(d1 mm)、粗根(d1mm)的根长与根表面积影响显著,毛管埋深对细根的根长与根表面积有显著影响;轻度水分亏缺及20 cm毛管埋深有利于细根根长和根表面积生长,减少粗根比例。本研究结果表明,轻度水分亏缺及毛管埋深为20 cm更有利于全株干物质积累,灌水下限为75%田间持水量能够增加根系干物质分配比例,而20 cm毛管埋深则能促进干物质向茎叶转移且减少根系干物质的分配比例。     

Response of orange trees to deficit irrigation strategies in the north of Iran

This work examines the effects of two deficit irrigation strategies, conventional deficit irrigation (DI) and partial root-zone drying (PRD), on mature navel orange trees. The study carried out during two consecutive years (2008 and 2009) in a semi-arid climate on a silty–clay–loam soil in the north of Iran. Both DI and PRD trees were irrigated at two levels, 75 and 50% (DI75, PRD75, DI50 and PRD50) of the full irrigation (FI). In DI, irrigation water was applied to both sides of the tree rows, similar to FI. In PRD, irrigation water was applied alternately to only one side, at each irrigation event. Results showed that DI treatments reduced fruit yield by ～30% compared with FI, but PRD treatments caused no reduction in fruit yield. No negative impact was detected in fruit quality after applying DI and PRD treatments. Shoot growth decreased in all DI and PRD treatments in both years. In DI, stomatal resistance was higher (50%) than in FI, but it was not significantly affected in PRD. The irrigation water use efficiency of PRD trees increased to nearly twice that of FI. According to these two years' results, we recommend PRD as an acceptable deficit irrigation strategy in the region.