Alternate Furrow Irrigation: A Practical Way to Improve Grape Quality and Water Use Efficiency in Arid Northwest China

Field experiments were conducted for two years to investigate the benefits of alternate furrow irrigation on fruit yield, quality and water use efficiency of grape (Vitis vinifera L. cv. Rizamat) in the arid region of Northwest China. Two irrigation treatments were included, i.e., conventional furrow irrigation (CFI, two root-zones were simultaneously irrigated during the consecutive irrigation) and alternate partial root-zone furrow irrigation (AFI, two root-zones were alternatively irrigated during the consecutive irrigation). Results indicate that AFI maintained similar photosynthetic rate (Pn ) but with a reduced transpiration rate when compared to CFI. As a consequence, AFI improved water use efficiency based on evapotranspiration (WUE ET , fruit yield over water consumed) and irrigation (WUE I , fruit yield over water irrigated) by 30.0 and 34.5%, respectively in 2005, and by 12.7 and 17.7%, respectively in 2006. AFI also increased the edible percentage of berry by 2.91-4.79% significantly in both years. Vitamin C (Vc ) content content of berry was increased by 25.6-37.5%, and tritrated acidity (TA) was reduced by 9.5-18.1% in AFI. This resulted in an increased total soluble solid content (TSS) to TA ratio (TSS/TA) by 11.5-16.7% when compared to CFI in both years. Our results indicate that alternate furrow irrigation is a practical way to improve grape fruit quality and water use efficiency for irrigated crops in arid areas.     

局部灌水条件下玉米根系的时空分布研究

【目的】研究局部灌溉方式对玉米根系时空分布的影响。【方法】以"金穗四号"春玉米为供试材料,在大田条件下对玉米进行垄植沟灌,采用交替隔沟灌溉(灌水在沟南北两侧交替进行)、固定隔沟灌溉(灌水始终在沟南侧进行)和常规灌溉(沟两侧同时灌水且各占1/2)3种灌水方式,灌水量均为2 250m3/hm2,于抽雄期、灌浆期、成熟期对0～100cm土层分层(每20cm为1层)监测根部及根部南北两侧根系的生长状况,分析根系的空间分布规律。【结果】灌水方式对根系空间分布的影响在玉米生长的不同生育期表现不同。总体而言,0～100cm土层中各生育期玉米的根长密度平均值均以交替隔沟灌溉较大。玉米生育中后期,60～100cm土层中固定隔沟灌溉非灌水侧根长密度较常规灌溉增大。【结论】交替隔沟灌溉有利于根系的生长,交替隔沟灌溉和固定隔沟灌溉均可促进根系的下扎及延伸。     

垄作直播控制灌溉对水稻产量和温室气体排放的影响

【目的】稻田是温室气体的重要排放源之一,耕作方式和水分管理措施均能在一定程度上减少稻田温室气体排放。垄作直播方式是一种新型节本增效的水稻种植方式,探索稻田垄作直播下垄沟水分管理对水稻产量和温室气体排放的影响,为丰产减排稻作模式的创新提供理论依据和技术途径。【方法】以2019—2021年垄作直播方式下的水稻-萝卜轮作系统为研究对象,通过设置传统淹水沟灌(TFI：水分高于垄面约5 cm)、控制沟灌1(CFI1：水分低于垄面约5 cm)、控制沟灌2(CFI2：水分低于垄面约10 cm)、控制沟灌3(CFI3：水分低于垄面约15 cm)4个处理,采取密闭静态箱-气相色谱法研究水稻-萝卜生长季温室气体排放及其全球增温潜势,同时测定水稻产量、土壤还原性物质、铵态氮和硝态氮等指标,明确既能减少全球增温潜势(GWP)又能增加作物产量的最佳灌水模式。【结果】综合3年试验结果,与TFI处理相比,控制灌溉能显著降低水稻季CH₄累积排放量22.81%—78.47%,其中CFI3效果最显著;CFI2处理显著增加水稻季N₂O累积排放量20.45%—59.90%,CFI3...     

沟灌方式和灌水量对温室番茄综合品质与产量的影响

【目的】探讨沟灌方式和灌水量对温室番茄综合品质、产量、灌溉水利用效率(IWUE)以及综合效益的影响,优化西北地区温室番茄的沟灌方式和灌水量,为该地区温室番茄产业的可持续发展提供科学依据。【方法】通过田间试验,设置常规沟灌(CFI)和交替隔沟灌溉(AFI)两种沟灌方式,以两次灌水的间隔期Φ20 cm标准蒸发皿的累积蒸发量E为基数,设置0.6E、0.8E、1.0E、1.2E四个灌水量梯度,共8个处理,采用主成分分析法和灰色关联度法对番茄品质进行综合评价,以主成分综合得分和灰色加权关联度量化番茄的品质指标,采用变异系数法对番茄的品质、产量、灌溉水利用效率(IWUE)赋权,通过TOPSIS法对各处理下温室番茄的综合效益进行评价。【结果】沟灌方式和灌水量均对番茄品质产生影响,主成分分析法和灰色关联度法对番茄品质综合评价的结果不完全一致,但两者都得出AFI-0.6E、AFI-0.8E为品质最优的两个处理;AFI-0.6E处理相较于产量最高的AFI-1.2E处理减产达22.56%,而AFI-0.8E处理相较于AFI-1.2E处理仅减产9.42%,且AFI-0.8E与AFI-0.6E的IWUE无显著差异;TOPSIS综合评价的结果表明AFI-0.8E处理为综合效益最高的处理。【结论】采用交替隔沟灌溉,灌水量设为0.8E,在提高番茄的综合品质的同时又可以使产量和IWUE处于较高水平,从而获得最大的综合效益,为温室番茄优质、高产、高效的沟灌方式和灌水量的组合。     

灌水方式对不同施肥水平烤烟产量和品质的影响

 【目的】为寻找烟田节水调质灌溉方式的理论依据,本文在不同施肥水平下,研究不同沟灌方式对烤烟产量和品质的影响。【方法】分别在低肥和高肥条件下进行3种不同沟灌方式即常规每沟灌水（CF）,固定隔沟灌水（FFI）和交替隔沟灌水（AFI）的田间试验,并测定产量和烟叶的化学成分。【结果】AFI和FFI处理在减少40%灌水量条件下,与CF相比,在低肥和高肥时AFI处理的烟叶产量分别提高7.8%和8.5%,单位肥料烟叶生产量分别提高7.9%和8.6%;而FFI处理的烟叶产量分别下降0.4%和1.7%,单位肥料烟叶生产量分别下降0.5%和1.8%。且低肥处理的单位肥料生产量均比高肥处理高。同时,AFI处理能提高烟叶中总糖、还原糖、氮、钾和粗蛋白含量,与CF相比,在低肥和高肥时分别提高4.0%和4.0%、1.9%和6.6%、3.8%和5.0%、23.8%和40.1%、2.2%和9.7%;而AFI处理的烟叶中烟碱和氯含量在低肥和高肥时则分别下降7.4%和22.8%、4.8%和7.1%。【结论】AFI能节约灌水量,对烤烟产量有一定的提高作用,并能改善烤烟内在品质;而且交替沟灌与合理施肥相结合,其有利作用可以得到更好地发挥。     

Effect of Different Irrigation Methods on Dissolved Organic Carbon and Microbial Biomass Carbon in the Greenhouse Soil

The objective of this study was to investigate the contents and distribution of dissolved organic carbon （DOC） and microbial biomass carbon （MBC） at 0-100 cm soil depth under three irrigation treatments, viz., subsurface, drip and furrow irrigation in the greenhouse soil. The soil samples were collected at different depths （0-100 cm）, and the contents of soil total organic carbon （TOC）, DOC and MBC were analysed. The experiment was conducted for 10 yr, during which period the application of fertilizers and crop management practices were kept identical. The results showed that the contents of TOC, DOC and MBC were significantly affected by different irrigation regimes, decreased with the increase of soil depth. TOC at 0-10 and 80-100 cm soil depths followed the order of furrow irrigation 〉 subsurface irrigation 〉 drip irrigation, whereas at the depth of 10-80 cm followed the order of subsurface irrigation 〉 furrow irrigation 〉 drip irrigation. DOC and MBC contents at 0-100 cm soil depths followed the order of furrow irrigation 〉 drip irrigation 〉 subsurface irrigation, and drip irrigation 〉 furrow irrigation 〉 subsurface irrigation, respectively. The ratios of DOC and MBC to TOC accounted for 4.98-12.87% and 1.48-2.82%, respectively, which were the highest in the drip irrigation treatment, followed were in the furrow irrigation treatment, and the lowest in subsurface irrigation treatment. There were significant positive correlations among the contents of DOC, MBC and TOC in all irrigation treatments. The furrow irrigation facilitated the accumulation of TOC and DOC, while drip irrigation increased the MBC. The content of TOC and the ratios of DOC to TOC were the lowest in subsurface irrigation treatment.     

施氮方式对玉米根系生长、产量和氮素利用的影响

【目的】垄植沟灌技术在西北内陆地区应用广泛,但往往施氮方式单一,在大田常规沟灌条件下,研究不同施氮方式对春玉米根系生长及产量和氮素利用效率的影响,揭示不同施氮方式下根系的生长分布及产量和氮素利用规律,探求西北内陆干旱、半干旱地区沟灌条件下合理施氮方法。【方法】以金穗4号春玉米为供试材料,连续两年在大田条件下,采用垄植沟灌技术,设均匀沟氮（CN,即两侧沟同时均匀施氮）、交替施氮（AN,即两侧沟交替施氮）和固定施氮（FN,即始终给一侧沟施氮）3种处理。各处理施氮量均为200 kgN•hm-2,氮肥选用尿素,分3次开沟施入,基施50%,大喇叭口期和抽雄期各追肥25%;磷肥选用过磷酸钙,作为底肥开沟前均匀撒施,施磷量45 kgP2O5 •hm-2。灌溉定额3 750 m3•hm-2,分别在播后、拔节期、大喇叭口期、抽雄期和灌浆期灌水,灌水定额相同。分别在抽雄期、灌浆期和成熟期监测0-100 cm土层各层（每20 cm一层）植株下方、植株左侧和右侧的玉米根系长度,并根据采样土体折算根长密度。收获后测定产量及植株全氮量,折算氮素利用效率。【结果】玉米根系主要聚集在植株下0-40 cm土层,随着土层深度增加,根长密度呈递减趋势。监测期内,根长密度大小表现为：均匀沟施＞交替施氮＞固定施氮。0-40 cm土层根长密度以均匀施氮较大,60-100 cm土层中根长密度以固定施氮较大。固定施氮下,植株两侧根长密度值差异明显;均匀施氮和交替施氮下,植株两侧根长密度值相近。均匀施氮下,两年平均氮素吸收量、产量和氮素利用效率的值分别为217.8 kgN•hm-2、10 318 kg•hm-2和47.3 kg•kg-1N。较固定施氮和交替施氮,氮素吸收量平均提高了4.3%和2.5%;产量平均提高了8.5%和4.4%;氮素利用效率平均提高了4.1%和1.9%。【结论】均匀施氮在监测生育期内维持了较大根量,植株左右两侧根系分布最均匀;固定施氮下,根系在植株左右两侧分布差异明显;交替施氮表现介于均匀施氮和固定施氮之间。在维持玉米根系的生长和产量形成方面,均匀施氮表现最好,交替施氮次之,固定施氮最差。常规沟灌条件下,氮肥均匀撒施在两侧沟内为较好的施氮方式。     

膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长及产量的影响

【目的】明确等灌溉量膜下滴灌与细流沟灌对玉米生长、产量及水分利用效率的影响。【方法】以郑单958为研究对象,于2015—2021年进行田间试验,通过管式水分仪测定窄行、根区和宽行下0—50 cm土层水分含量,研究膜下滴灌与细流沟灌对土壤水分分布状况及其对玉米株高、叶面积指数、叶绿素含量、生物量、产量、水分利用效率等的影响。【结果】膜下滴灌优先补充窄行和根区的土壤水分,而细流沟灌优先补充宽行表层的土壤水分。而玉米耗水主要集中在0—30 cm土层范围内,膜下滴灌的窄行和根区0—30 cm土层水分含量均高于细流沟灌;随着土层深度增加灌溉对土壤含水量的影响减小,40—50 cm土层水分动态受灌溉方式影响较小。膜下滴灌较细流沟灌可显著促进玉米在开花期和成熟期的生长,提高叶面积指数。开花期膜下滴灌玉米的株高和叶面积指数较细流沟灌平均增加4.3%和8.3%,成熟期平均增加4.9%和15.1%。开花期和成熟期玉米总生物量均为膜下滴灌>细流沟灌处理,开花期增加12.2%,成熟期增加11.5%。膜下滴灌处理的玉米干物质转移量、干物质转移率和干物质转移量对籽粒贡献率均显著高于细流沟灌处理,分别增加17...     

膜下滴灌不同灌溉定额对土壤水盐分布和春玉米产量的影响

【目的】研究膜下滴灌条件下,不同灌溉定额对土壤水盐时空分布特征、春玉米产量和水分利用效率的影响。【方法】在石羊河流域中游,通过2014-2015两年的灌溉试验,对春玉米生育期设置不同灌溉定额（4 800、4 200和3 600 m³·hm^-2）,测定0-100 cm土层内,土壤水盐时空分布特征,春玉米播种前和收获后土壤全盐量在年内和年际间的变化,春玉米产量及其构成要素。【结果】随灌水定额的增加,0-60 cm土层土壤含水率增加明显,当灌水定额从420 m³·hm^-2增加到480 m³·hm^-2时,春玉米吐丝扬花期0-60 cm土层平均含水率可保持在24.52%以上。在作物需水关键期,当灌水定额为480 m³·hm^-2时,能明显增加深层土壤的蓄水量。当灌溉定额低于360 m³·hm^-2时,灌水量严重不足,土壤水分亏缺明显。在非灌溉期,土壤盐分随水分蒸发在表层耕作土壤中积聚。垂直方向上,在0-40 cm土层发生积盐现象,80-100 cm土层发生脱盐现象。在灌溉期,在垂直方向上,随着灌溉定额的增加,土壤淋洗深度呈增加的趋势。不同灌溉定额条件下,0-20 cm土层土壤发生脱盐现象,40-100 cm土层发生积盐现象。但0-100 cm土层内,土壤全盐量盈亏量总体基本平衡。在水平方向上,土壤盐分以滴头为中心向滴灌带两侧运移,滴头间土壤水分的交汇作用将原耕层的部分盐分迁移到滴灌带的湿润锋边缘处。各处理土壤含盐量均表现为滴灌带间较滴头间增加明显。不同灌溉定额对春玉米穗长、穗行数、行粒数影响不显著,对穗粗、秃尖长、百粒重影响显著。降低灌溉定额可增加春玉米的穗粗和百粒重,但对作物增产无显著作用。【结论】膜下滴灌条件下,春玉米耗水量受灌水量影响,适度水分亏缺能提高水分利用效率（WUE）,但使春玉米产量降低4.45%-20.99%。春玉米全生育期灌水10次,灌水定额为420 m³·hm^-2,灌溉定额为4 200 m³·hm^-2的灌溉制度节水、压盐、增产效益最优。     

施用生物炭对 土微生物量碳、氮及酶活性的影响

【目的】研究不同用量生物炭对土微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）及酶活性的影响,为生物炭提升土壤质量提供科学依据。【方法】采用大田试验,将果树树干、枝条生物炭（450℃、限氧条件下裂解）以不同用量（0、20、40、60、80 t·hm^-2分别记作B0、B20、B40、B60、B80）施入土,与耕层（0-20 cm）混匀。经过2年的夏玉米和冬小麦轮作后,分3层测定0-30 cm土层的土壤生物活性及理化性质,采用主成分分析研究施用生物炭后土酶活性及微生物量碳、氮的变化特征。【结果】（1）在0-20 cm土层,SMBC和SMBN均是在生物炭用量为40或60 t·hm^-2时达到最大,而在20-30 cm土层,SMBC和SMBN均在生物炭用量为80 t·hm^-2时达到最大,且在整个测试土层,施炭处理均比对照（B0）含量高。（2）随生物炭施用量的增加,6种土壤酶活性总体上表现为先增加后降低的趋势。施用生物炭显著增加了土壤酶指数（SEI）,在0-10 cm土层,施炭处理较B0显著增加1.6-2.7倍;在10-20 cm和20-30 cm土层,施炭处理较B0分别显著增加26.6%-39.5%和18.7%-21.7%,但用量达到80 t·hm^-2时,SEI则又显著下降。（3）通过主成分分析可以将本研究的8个指标归纳为土壤活性因子和土壤强度因子,其综合得分在不同土层总体上表现为0-10 cm土层＞10-20 cm土层＞20-30 cm土层;在0-10 cm和10-20 cm土层,不同处理综合得分为B60＞B40＞B20＞B80＞B0,在20-30 cm土层,综合得分为B60＞B80＞B40＞B20＞B0。【结论】生物炭的施用增加了土土壤微生物量,提高了土壤酶活性,改善了土壤生物环境。总体而言,60 t·hm^-2的生物炭施用量综合表现最优。     

南疆绿洲灌区调控沟灌条件下棉花生育期土壤盐分变化研究

[目的]研究调控沟灌条件下棉田沟、垄0～60cm深度土壤盐分变化。[方法]以南疆绿洲灌区棉花为研究对象,采用常规沟灌、调控沟灌和固定隔沟灌3种灌水方式,设3900、3600和3300 m3/hm23个灌水量。[结果]在相同水量（3900 m3/hm2）控制条件下,灌水前后各处理在0～60cm深度的盐分降低都较明显,其中常规沟灌比调控沟灌和固定隔沟灌的脱盐率低;在相同灌水方式下,在不同水量控制下,0～60cm深度上调控沟灌3600 m3/hm2的沟、垄灌后较灌前盐分都明显降低,且整个深度上的脱盐率均大于其他处理。[结论]从棉花生长综合效果来看,调控沟灌优于常规沟灌和固定隔沟灌。调控沟灌3600 m3/hm2的盐分变化更有利于棉花的生长,适合在当地推广。     

膜下滴灌不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征的影响

【目的】灌溉是设施土壤水分的主要来源,也是影响土壤结构稳定性的重要因子。探究不同灌水控制下限对设施土壤团聚体分布特征和稳定性的影响,为设施农业合理水分调控、促进设施土壤结构改善提供理论依据。【方法】选用6年膜下滴灌试验地为对象,供试作物为番茄(Lycopersicon esculentum Mill.),种植模式为沟垄覆膜。设置了3个灌水控制下限,其土壤水吸力值分别为20、30及40 k Pa(分别记为D20、D30、D40),灌水控制上限均为6 k Pa。各小区以埋设深度30 cm的张力计指示土壤水分变化,确定灌水时间和灌水量。通过干筛法和湿筛法测定了土壤团聚体的组成,0.25 mm团聚体含量(R0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)、以及土壤结构破坏率(RDS)和不稳定团粒指数(El T)。【结果】在0—30 cm土层,D40处理的土壤电导率(EC)、阳离子交换量(CEC)和容重都显著低于D20和D30处理(D40D30D20);D20处理的p H显著低于D30和D40处理(D40D30D20)(P0.05)。通过干筛法和湿筛法对团聚体数量和大小的测定发现,在0—30 cm土层,土壤机械稳定性团聚体主要集中在2和1—0.25 mm粒级(23.01%—39.98%),而水稳性团聚体主要集中在1—0.25和0.25—0.053 mm粒级(31.08—47.27%)。在0—20 cm土层,D30处理的R0.25、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均高于D20和D40处理;但在20—30 cm土层,D20处理的水稳性团聚体的含量高于D30和D40处理。不同灌水控制下限下的土壤结构破坏率(RDS)和不稳定团粒指数(El T)随土壤深度增加而增加,且RDS与El T的变化规律相似。在0—20 cm土层,D30处理的土壤结构破坏率(RDS)和不稳定团粒指数(El T)显著低于D20和D40处理(P0.05)。但在20—30 cm土层,D20处理的土壤结构破坏率(RDS)比D30和D40处理分别低了12.2%和16.8%。干筛下在10—20 cm土层内,D20、D30、D40处理的分形维数最小,分别是2.13、2.08、2.19;湿筛下在10—20 cm土层内,D40、D30、D40处理的分形维数最小,分别是2.31、1.99、2.12。结果表现出,与D20和D40处理相比,D30处理显著降低了团聚体中的分形维数(D)。【结论】在保证设施番茄产量和节约用水的条件下,将土壤水吸力30 k Pa作为膜下滴灌灌水控制下限,有利于土壤结构的形成和稳定。     

滴灌冬小麦不同滴灌量土壤水分时空分布及冠层特征响应

【目的】研究滴灌冬小麦不同滴灌量土壤水分时空分布及冠层特征响应,为北疆滴灌小麦灌溉制度、滴灌参考指标提供科学理论依据。【方法】采用大田试验,设不同滴灌量处理,研究滴灌后土壤含水量时空扩散特征,离滴灌带不同距离麦行土壤含水量在不同生育期动态变化特征及冬小麦冠层特征响应。【结果】在不同时段0～20 cm表土层土壤水分变化最为剧烈,且随滴灌量的增加而趋于缓和;滴灌方式20～80 cm土层为主要储水层;滴灌量为2 475 m³/hm²滴灌后远离滴灌带麦行土壤水分补充极少,该趋势在表土层更加明显;通过增加滴灌量使水分更早向远管麦行扩散;滴灌量低于3 750 m³/hm²进入扬花期后0～60 cm土层土壤含水量低于15.0%,滴灌量低于3 150 m³/hm²进入灌浆期后0～60 cm土层土壤含水量接近10%,不利于籽粒灌浆和产量形成;总叶面积指数近管麦行较远管麦行高水处理增加9.50%,中水处理增加7.40%,低水处理增加5.72%;不同处理冬小麦倒三节茎粗近管麦行＞远管麦行位置,高水近管麦行为0.210 cm,低水远管麦行为0.182 cm。【结论】北疆冬麦区随滴灌量降低土壤水分明显下降,影响了小麦叶面积、株高、穗长、茎粗等个体生长发育;冬小麦返青后滴灌量3 750 m³/hm²缩小近管麦行、远管麦行位置土壤水分差异,减少远离滴管带麦行土壤水分亏缺对小麦生长发育的影响;滴灌量低于3 150 m³/hm²北疆冬小麦种植区扬花期后0～60 cm土层会出现水分亏缺,显著影响小麦籽粒灌浆和产量形成。     

基于正交试验的玉米最优产量渗灌技术组合分析

【目的】研究不同作物渗灌土壤水分状况与产量效应,为渗灌推广应用提供技术参考。【方法】基于正交试验设计,以渗灌玉米产量为敏感性分析指标,研究渗灌灌溉下播种深度、渗灌埋深、灌水频次和灌水定额对玉米产量影响的敏感性,观测不同处理下土壤水分状况。【结果】渗灌与膜下滴灌土壤水分分布有所不同。渗灌耕作层土壤含水率低,中下层土壤含水率渐增;膜下滴灌耕作层土壤含水率较高,中层土壤有所下降,下层含水率增高。4 200 m³/hm²渗灌定额玉米产量达9 905.56 kg/hm²。渗灌玉米平均产量9 485.10 kg/hm²,比膜下滴灌高出12.7%。【结论】对渗灌玉米产量影响最为显著的是播种深度,其次为灌水频次、渗灌埋深,影响最小的是灌水定额。播种深度20 cm,渗灌埋深30 cm,灌水定额600 m³/hm²,灌水频次7次为渗灌玉米高产最优参数组合。