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。     

适度局部水分胁迫提高玉米根系吸水能力

局部根区灌溉可以刺激灌水区根系吸水的补偿效应。为了揭示局部灌溉条件下玉米根系补偿效应的动态变化及其影响因素,以聚乙二醇6000(polyethylene glycol 6000,PEG-6000)营养液的渗透势模拟水分胁迫,采用分根技术,通过水培试验模拟局部根区水分胁迫,设置3个水分胁迫程度处理(-0.2、-0.4、-0.6 MPa)和1个对照处理(无营养液),于处理后0、0.25、0.5、1、3、5、7、9 d连续动态监测各根区根系的生长及导水率。结果表明,局部根区受中度及其以下(≥-0.6 MPa)经水分胁迫0.25 d内,所有处理胁迫区根系总导水率和单位根长导水率均与非胁迫区和对照无显著差异(P0.05)。胁迫持续时间超过0.25 d,胁迫区根系总导水率和单位根长导水率均显著小于非胁迫区(P0.05),降低程度随水分胁迫程度而增大,各处理间胁迫区根系总导水率的差异随胁迫持续时间延长也逐渐增大。对于非胁迫区,轻度胁迫(-0.2 MPa)持续0.5 d,单位根长导水率较对照高10.11%(P0.05),1~9 d与对照持平;-0.4 MPa胁迫持续9 d,单位根长导水率为25.08×10-11 m2/(MPa·s),显著高于对照(P0.05);中度胁迫(-0.6 MPa)持续0.5~3 d单位根长导水率显著小于对照(P0.05),较对照低19.05%~40.11%,5 d后与对照持平。说明局部根区水分胁迫能有效刺激非胁迫区根系吸水的补偿效应,这种补偿作用在局部水分胁迫0.5 d时就已发生,受到局部水分胁迫程度和持续时间的影响,且根系吸水补偿效应的临界胁迫程度为≥-0.4 MPa。该研究可为更好的发挥局部灌溉在农业节水中的作用提供理论依据。     

局部供应水氮条件下玉米不同根区的耗水特点

利用分根装置,采用传统均匀灌水、根系分区交替灌水2种方式和作物根区均匀施氮、固定部分根区施氮和根系分区交替施氮3种方式,对零、低、中、高4个施氮水平下玉米根系不同区域的耗水特点进行了研究。结果表明：交替灌水与均匀灌水均表现为,在均匀施氮时玉米两个根区的耗水量随施氮水平的增大一致减小;固定施氮时,随施氮水平的增大,施氮区的耗水量呈明显的减小趋势,从而使两个根区耗水量间的差距增大;交替施氮时的耗水量变化与之相同。而且,两种局部施氮方式下,低氮水平时,玉米两根区间耗水量无显著差异;高氮水平时,未(后)施氮区的耗水量较之先施氮区显著增大,其中尤以固定施氮的增幅更大。与均匀灌水所不同的是,交替灌水缩小了局部施氮条件下不同根区耗水量间的差距。     

沟灌方式和水氮对玉米产量与水分传导的影响

采用正交试验设计,用美国Dynamax公司生产的高压流速仪（High Pressure Flow Meter, 简称HPFM）的瞬时法原位测定大田玉米拔节期、抽雄期和蜡熟期的根系及冠层水分传导（简称根及冠层水导）,研究了不同沟灌方式、灌水量和施氮量对玉米水分传导、产量和植株氮的影响。结果表明,玉米根系或冠层水导最大值均在拔节期取得,均随生育期的推移逐渐变小。通过对玉米产量和水分传导综合比较得出最优组合处理是隔沟交替灌（简称交替沟灌）中水高肥：即沟灌方式为交替沟灌、灌溉量为282 mm、施氮量为240 Kg?hm-2的处理。可见,交替沟灌在根区两侧反复的对干燥侧根系进行灌水,促进根系和冠层水导增大,提高了根系对水肥的吸收利用和传输效率,使得植株氮含量较高,产量较大。     

不同控水时段根区局部灌溉对玉米生理和水分利用效率的影响

【目的】根区局部灌溉(PRI)是一种节水灌溉方法,包括分根区交替灌溉(AI)和固定部分根区灌溉或称部分根区干燥灌溉(PRD),其中PRD技术是在作物生育时期一半根区总不灌水,另一半根区充分灌水,AI技术则是在作物生育期内根据生育时期和土壤水分情况交替对根系两侧进行灌水。本文研究在不同施肥条件下,拔节前期至抽雄期不同时段采用PRI对玉米生理指标、 干物质积累和水分利用效率(WUE)的影响,以期为玉米合理灌溉和施肥提供依据。【方法】采用盆栽方法,设3种灌溉方式为常规灌溉(每次对盆内全部土壤均匀灌水)、 分根区交替灌溉(每次交替对盆内1/2区域土壤灌水)和固定部分根区灌溉(每次固定对盆内1/2区域土壤灌水);2种灌水量为正常灌水(70%~80%f,f为田间持水量)和轻度亏水(60%~70%f); 2种施肥处理为100%化肥氮、 80%化肥氮+20%有机氮。在拔节期至抽雄期进行12 d、 24 d和36 d根区局部控水灌溉处理。分别测定玉米的光合速率、 气孔导度、 叶绿素、 类胡萝卜素、 可溶性糖和脯氨酸含量,总干物质量、 耗水量和水分利用效率。【结果】不同灌溉方式、 灌水水平和有机无机氮比例处理对拔节中期、 拔节末期和抽雄期玉米光合速率、 气孔导度、 类胡萝卜素含量、 叶绿素含量和可溶性糖含量的影响不显著,灌水量对抽雄期脯氨酸含量的影响也不显著,表明控水持续时间长短,根区局部灌溉、 轻度亏水和有机无机氮配施不会显著影响玉米生理指标。与常规灌溉相比,拔节前期至抽雄期3个控水时段根区局部灌溉对玉米总干物质量和水分利用效率的影响虽不显著,但是显著降低了玉米耗水量,在正常灌水量和单施化肥氮条件下,拔节末期控水24 d和抽雄期控水36 d,根区局部灌溉可分别提高水分利用率24.4%和16.3%。此外,轻度亏水、 有机无机氮肥配施(80%化肥氮+20%有机氮)对玉米生理指标、 总干物质量和水分利用率的影响也不显著。【结论】在正常灌水量和单施化肥氮条件下,在拔节期至抽雄期进行根区局部灌溉可显著降低玉米耗水量,而对玉米生理指标和总干物质量无明显影响,因而显著提高玉米水分利用效率。     

控制性分根交替灌水的节水效应

以盆栽玉米为实验材料，通过控制性分根交替灌水试验，证明当土壤含水率为田间持水率的５５％～６５％时，控制１／２根区交替灌水其用水量减少３４．４％～３６．８％，而生物产量仅下降６％～１２％，水分利用效率、根冠比、气孔阻力明显增加、叶片蒸腾速率明显下降，蒸腾效率提高而光合速率未明显变化；控制１／２根系区域交替灌水比固定１／２区域灌水的用水效率明显提高，根系总量和根冠比增加，根系分布均匀，地上部生物产量增加。初步证明控制性分根交替灌水是一种高效而可行的节水新技术。     

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。     

局部水分胁迫对玉米根系生长的影响

采用分根法进行玉米水培试验, 研究局部水分胁迫对玉米根系生长的影响。设4个水分胁迫水平: CK, 0.2 MPa, 0.4 MPa, 0.6 MPa, 在整个根系经受一定的水分胁迫之后对部分根系复水处理, 测定局部供应后 0 h、6 h、12 h、1 d、3 d、5 d、7 d、9 d等不同时期各部分根系的面积、长度及干重。结果表明, 各胁迫程度均表现为, 与对照相比, 复水侧根区的根系面积、根长与根干重出现了明显增长, 且始终显著大于持续胁迫侧根区, 且随处理时间延长更加明显。不同胁迫程度下复水侧玉米根系的增长幅度不同。水分胁迫预处理后, 0.2 MPa水平下, 复水侧根区根系的面积、长度与干重以及整个根区总根长、总面积均可以达到甚至高于对照水平, 其他处理均显著低于对照。轻度胁迫后复水的根区根系产生明显的补偿效应。适度胁迫后复水有利于作物根系总面积增长, 但对总根长、根干重无显著影响。根系补偿效应与胁迫强度及复水的时间有关。     

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。     

适宜灌水施氮方式提高制种玉米产量及水氮利用效率

为通过不同灌水施氮方式调控干旱区作物收获指数提高资源利用效率,以制种玉米"金西北22号"为供试材料,进行了为期2 a的田间试验。试验采用灌水方式（交替灌水、固定灌水、均匀灌水）与施氮方式（交替施氮、固定施氮、均匀施氮）完全随机组合设计,测定生育期内作物耗水量（evapotranspiration,ET）和成熟期植株的生物量、籽粒产量及其构成（穗长、穗粗、行粒数和千粒质量等）和作物吸氮量,折算收获指数（harvest index,HI）、水分利用效率（water use efficiency,WUE）和氮利用效率（nitrogen use efficiency,NUE）。结果表明,灌水施氮方式只对行粒数有显著影响。ET只受灌水方式影响,交替灌水较其他灌水方式显著减小ET。WUE表现为：灌水方式相同时,交替施氮和均匀施氮大于固定施氮;施氮方式相同时,交替灌水>均匀灌水>固定灌水。玉米的吸氮量、HI和NUE与WUE表现出相似的规律。2013年交替灌水均匀施氮下制种玉米的HI、WUE和NUE最大,较均匀灌水均匀施氮分别增加5.46%、11.41%和19.73%。交替灌水交替施氮（水氮同区）的表现与交替灌水均匀施氮相似。2014年的结果与2013年一致。综上,交替隔沟灌溉均匀施氮和交替隔沟灌溉交替施氮（水氮同区）有利于提高制种玉米的产量和水氮利用效率。     

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。     

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.     

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。     

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。     

限量单次灌溉对套作冬小麦和春玉米产量的影响

A field experiment was conducted during the 2002/2003 cropping season of winter wheat (Triticum aestivum) and spring maize (Zea mays) to evaluate the effect of limited single drip irrigation on the yield and water use of both crops under relay intercropping in a semi-arid area of northwestern China. A controlled 35 mm single irrigation, either early or late, was applied to each crop at a certain growth stage. Soil water, leaf area, final grain yield and yield components such as the thousand-grain weight, length of spike, fertile spikelet number, number of grains per spike, and grain weight per spike were measured, and water use efficiency and leaf area index were calculated for the irrigated and non-irrigated relay intercropping treatments and sole cropping controls. The results showed that yield, yield components, water use efficiency, and leaf area index in the relay intercropping treatments were affected by limited single drip irrigation during various growth stages of wheat and maize. The total yields in the relay intercropping treatment irrigated during the heading stage of wheat and the heading and anthesis stage of maize were the highest among all the treatments, followed by that irrigated during the anthesis stage of wheat and silking stage of maize;so was the water use efficiency. Significant differences occurred in most yield components between the irrigated and non-irrigated relay-intercropping treatments. The dynamics of the leaf area index in the relay-intercropped or solely cropped wheat and maize showed a type of single-peak pattern, whereas that of the relay intercropping treatments showed a type of double-peak pattern. Appropriately, limited single irrigation and controlled soil water content level could result in higher total yield, water use efficiency, and leaf area index, and improved yield components in relay intercropping. This practice saved the amount of water used for irrigation and also increased the yield. Therefore, heading stage of wheat and heading and anthesis stage of maize were suggested to be the optimum limited single irrigation time for relay-intercropped wheat and maize in the semi-arid area.     

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。