不同局部根区供水对棉花生长与水分利用过程的调控效应

 【目的】为了阐明根系分区交替灌溉对主根系作物生长和水分利用的调控机制。【方法】以温室盆栽棉花为试验材料，研究了全部根区均匀灌溉（BRI）、根系分区交替灌溉（APRI）、固定部分根区灌溉（FPRI）3种灌水模式对棉花生长发育和水分利用过程的影响。【结果】结果表明，根系分区交替灌溉可诱发棉花叶片的水分保护机制，在不明显降低光合速率的条件下降低植株叶片的奢侈蒸腾耗水，提高水分利用效率；根系分区交替灌溉可增强棉花的渗透调节能力，使叶片保持较高的膨压。【结论】根系分区交替灌溉能够调整作物营养生长与生殖生长的关系，有效控制作物生长冗余，调节光合产物在根冠间的比例和分配，棉花应用根系分区交替灌溉技术可优化根冠比，刺激根系生长和吸收功能的补偿效应。     

局部根区灌溉下氮形态对番茄光合作用的动态调节

为探讨局部根区灌溉下氮形态对番茄光合作用的动态调节,设置番茄分根培养试验,研究不同灌水方式(正常灌溉、交替根区灌溉、固定根区灌溉)下不同氮形态(铵态氮、硝态氮)对苗期番茄光合指标、叶绿素含量、生物量和水分利用效率的影响。结果表明:局部根区灌溉下,相较于硝态氮,铵态氮可显著增强苗期番茄的光合速率,提高植株的水分利用效率。一个交替周期内,与正常灌溉相比,交替灌溉仍可维持较高的光合速率和生物量,而蒸腾速率显著降低,从而提高了水分利用效率;番茄的净光合速率和叶绿素含量不断降低。因此,综合考虑生物量、光合速率、蒸腾速率和水分利用效率,则灌溉方式为交替灌溉,供应铵态氮处理更有益于番茄的苗期生长,提高苗期番茄的水分利用效率。     

分根交替不同灌水量对苹果生长和叶片生理特性的影响

 【目的】在确保苹果树体正常生长情况下,探讨不同根区体积灌水及灌溉量对树体生长和叶片生理特性的影响,以期提高水分利用效率,节约灌溉水。【方法】以3年生盆栽分根皇家嘎拉苹果为试材,研究根系分区交替灌溉不同水量对苹果树体生长和叶片生理特性的影响。【结果】1/4和2/4根区体积灌水显著抑制了苹果新梢和干周生长,随灌溉体积增加抑制作用逐渐解除,减少灌水量也显著抑制了新梢生长。根系分区交替灌水显著影响苹果叶片水势和气孔阻力,1/4和2/4根区体积灌水处理叶片水势显著低于3/4和4/4处理,气孔阻力随灌水体积增加显著降低。减少根区灌水部位降低了苹果叶光合速率、蒸腾作用和气孔导度,并且蒸腾作用降低的幅度显著大于光合作用的,从而提高了叶片水分利用效率。但减少灌水量对苹果叶片各项生理指标均没有影响。不同生长期根区交替灌水处理对叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度和水分利用效率的影响一致,以春梢停长期各生理特性指标最高。【结论】灌水量是影响新梢伸长生长和主干加粗生长的主要因子,叶片生理特性主要受灌水部位调控。通过调控灌水量和根区灌水部位可以调控树体生长,并能节约灌水量。本试验中,在没有考虑自然降水的情况下,为保证植株的正常生长,根区灌溉体积不能小于50％。     

果树根系水分吸收与传导研究进展

掌握果树根系的组织结构和形态特征,对研究果树根系水分吸收与传导、阐明果树抗旱机理和促进水资源的高效利用具有重要意义。通过对果树根系结构、根系分布特征以及土壤水分对果树根系水分吸收与传导的影响进行综合分析,探讨了水分胁迫下根系水分吸收与传导的机理,以及分区交替灌溉对果树根区水分的影响。     

分根交替灌溉技术的研究进展与展望

综述了交替灌溉技术产生的背景、操作方式、应用效果和节水机理,并对该技术在未来的研究重点进行了展望。交替灌溉技术具有提高作物水分利用效率、改善产品品质的作用;有利于创造提高作物水分利用效率的根系系统,在光合速率降低很小的情况下显著降低蒸腾速率,可通过挖掘作物的生化调节机能提高抗旱性和水分利用效率;有利于提高水分补偿效应和养分利用效率、降低无效蒸发和渗漏。该技术未来的重点研究方向包括交替灌溉对作物生育进程的调控作用和机理、交替灌溉在间套复合群体、密植类作物中的集成应用和机理等。     

根系分区交替滴灌对棉花产量和水分利用效率的影响

 为了探讨旱区农业节水新途径，在甘肃省石羊河流域下游荒漠绿洲区采用常规滴灌和分根区交替滴灌方式研究不同灌溉方式对大田棉花生长发育、产量、水分利用效率以及土壤水分分布的影响。结果表明，交替滴灌处理棉花叶片气孔开度减小，减少了奢侈的蒸腾损失，灌溉定额较小时根系分区交替滴灌对棉花的株高抑制作用较明显，灌水定额较大时限制作用不显著。根系分区交替滴灌技术在大田条件下可使籽棉产量比常规滴灌处理提高21.1%，总水分利用效率和灌溉水利用效率分别提高17.9%和20.9%。同等产量水平下与常规滴灌相比，交替滴灌可节省30.8%的灌水量。本研究表明根系分区交替滴灌是一种切实可行的节水灌溉技术，可在干旱缺水的棉花生产地区进一步研究和推广应用。     

分根交替灌溉对辣椒产量及水分需求的影响

分根区交替灌溉已被证实是一种有效节水灌溉技术【1】。目前研究分根区交替灌溉对一般农作物影响的有很多,但是在辣椒生长过程及其水分利用的影响还不是很清楚。本实验采用垄作沟灌的耕作方式,以辣椒“航椒4号”为材料通过研究交替灌溉对辣椒株高,茎粗,叶面积,分枝数和产量的影响。通过田间试验证实了分根区交替灌溉对辣椒根区进行适度交替干旱,不仅能够节水,而且可以促进辣椒生长,从而提高辣椒产量。     

上部根区水分胁迫对玉米幼苗根系及地上部生长的影响

以郑单958为材料,采用营养液培养的方法,研究了玉米幼苗上部根系(以玉米幼苗节根发生部位为上端,0～3.5cm为上部根系,3.5cm以下为下部根系)在不同的水分胁迫下[(露置在空气中,模拟水分胁迫(W1);露置在空气中与浸没于营养液中循环进行,模拟干湿交替(W2);浸没于营养液中,模拟正常水分供应(CK)]对玉米不同根区的根系及其地上部生长发育的影响。结果表明:玉米幼苗上部根区持续性的水分胁迫或周期性的水分胁迫可以明显促进其根系生长及功能的提高。在根系干质量、初生根长度、次生根长度和根系活力上,各处理均表现为W1>W2>CK,其中W1处理分别比CK增加了120.6%、76.1%、35.8%、13.6%,W2处理分别比CK增加了47.4%、32.9%、14.2%、8.1%。而地上部干质量和整株干质量各处理之间则表现为W1相似文献   

部分根区干旱对不同砧木嫁接玛瓦斯亚葡萄生长的影响

 【目的】研究部分根区干旱对不同抗旱水平砧木嫁接同一葡萄品种植株生长的影响，为推广使用抗砧和交替灌溉提供生物学依据。【方法】利用自制木箱对砧木3309C、420A和110R嫁接的玛瓦斯亚葡萄（Vitis vinifera cv. Malvasia）进行分区交替和固定灌溉，落叶后对植株进行解剖测定。【结果】与充分灌溉相比，交替灌溉显著促进了根系生长，3种组合新根重量增加了7.8％～22.2％，新梢生长主要是节间的伸长受到轻微抑制，根冠比由平均1.1增加到1.46；固定灌溉显著降低砧木嫁接植株的新根生长量和节间长度，M/3309C分别减少37.9％和36.9％，M/110R分别减少18.4％和22.5％，植株总生物量三者降幅为19.2％～34.3％。【结论】不同砧木组合适应水分逆境的能力主要取决于砧木，110R强于420A和3309C，交替灌溉有利于增加葡萄的根系生长，提高御旱能力。     

局部根区灌溉水肥耦合效应的研究进展

综述了局部根区灌溉水肥耦合效应的研究背景、研究进展。局部根区灌溉水肥耦合在节水条件下可以提高作物对水分、养分的利用率,稳定作物产量,提高品质;有利于降低硝态氮的淋洗,增加耕层残留,增加被作物吸收利用的机会;有利于减少土壤气态氮挥发,防止对大气环境的污染。同时,该方式可以增加土壤微生物数量,提高土壤酶活性等。     

局部根区灌溉对棉花主要生理生态特性的影响

 【目的】探讨局部根区不同灌溉模式对棉花主要生理生态特性的影响。【方法】以盆栽棉花为试验材料,比较分根交替灌溉（APRI）、分根固定灌溉（FPRI）和常规灌溉（CK）下,棉花的生长、光合产物分配及相关生理响应。【结果】当灌溉量减少50%时,APRI处理的总生物量仅比CK降低10%左右,而FPRI则降低23%。不同处理的根系总量虽无差别,但APRI和CK处理的吸收根干重明显高于FPRI;APRI的根系分布与CK基本一致,FPRI处理未灌溉一侧的吸收根数量则显著低于灌溉一侧。分根灌溉条件下,棉株的叶片与木质部汁液ABA浓度大幅增加,调控气孔运动,减少蒸腾耗水。【结论】分根交替灌水能刺激棉株吸收根生长,有效调节同化产物在根冠间的比例和分配,是一种切实可行的节水灌溉方式。     

水氮耦合对棉花幼苗根冠生长和水分利用效率的影响

为明确节水灌溉条件下配施氮肥提高水分利用效率(WUE)的可行性,采用分根交替灌溉(APRI)和常规供水(NI)的方式分别培养棉花幼苗,同时配施不同水平氮素(高氮200 kg/hm~2、中氮120 kg/hm~2、低氮80 kg/hm~2),研究了干旱胁迫后棉花幼苗生长、光合作用、根系形态、根冠生物量、瞬时和生物量水分利用效率(WUEi和WUEb)等的变化。结果表明:干旱胁迫显著降低了棉花幼苗的株高、叶面积、光合作用参数[净光合作用速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)]、蒸腾耗水量和根冠生物量,但显著增加了棉花幼苗的根冠比、根系长度(总根长和直径2 mm的细根长度)和根系表面积;同时干旱处理也显著增大了WUEi和WUEb。与正常施氮(中氮处理)相比,增施氮肥促进了棉花幼苗株高、茎粗、叶面积、Pn、Tr、Gs、蒸腾耗水量以及根冠生物量、总根长、根系表面积等的增大,显著降低了WUEi但未改变NI处理的WUEb;减施氮肥则加大了干旱对棉花幼苗生长、光合作用能力和根冠生物量积累的抑制程度,但在干旱条件下提高了WUEi和WUEb。与NI处理相比,APRI处理的棉花幼苗株高、茎粗、叶面积、Pn、Tr、Gs、根冠生物量、总根长和根系表面积增加,蒸腾耗水量减少,WUEi和WUEb增加。综上,APRI配施氮肥处理可以减轻干旱对棉花幼苗生长和根系形态的抑制程度,并提高WUE;虽然在干旱条件下APRI配施低氮处理具有最大的WUE,但APRI配施高氮处理棉花幼苗的根冠生长最好。     

Alternate partial root-zone irrigation with high irrigation frequency improves root growth and reduces unproductive water loss by apple trees in arid north-west China

Alternate partial root-zone irrigation (APRI) can improve water use efficiency in arid areas. However, the effectiveness and outcomes of different frequencies of APRI on water uptake capacity and physiological water use have not been reported. A two-year field experiment was conducted with two irrigation amounts (400 and 500 mm) and three irrigation methods (conventional irrigation, APRI with high and low frequencies). Root length density, stomatal conductance, photosynthetic rate, transpiration rate, leaf water use efficiency, midday stem and leaf water potentials were measured. The results show that in comparison with conventional irrigation, APRI with high frequency significantly increased root length density and decreased water potentials and stomatal conductance. No differences in the above indicators between the two APRI frequencies were detected. A significantly positive relationship between stomatal conductance and root length density was found under APRI. Overall, alternate partial root-zone irrigation with high frequency has a great potential to promote root growth, expand water uptake capacity and reduce unproductive water loss in the arid apple production area.     

交替根区灌溉对葡萄幼树生长及干物质分配的影响

为探究分根交替灌溉对葡萄幼树生长和干物质分配的影响,在避雨栽培下,以2年生盆栽葡萄幼树为试材,设置了3种灌溉模式：根区均匀灌溉(CI),单侧根区固定滴灌、1/2灌水量(FDI),双侧根区交替滴灌、1/2灌水量(ADI),研究了不同根区灌溉模式对葡萄幼树生长、干物质分配及叶片光合生理的影响。结果表明：与CI相比,FDI和ADI处理降低了葡萄幼树新梢生长量,ADI处理提高了新梢粗度,叶面积未显著降低。ADI和FDI处理葡萄树修剪量较CI显著降低15.8%和12.2%。叶片净光合速率（Pn）在果实膨大期以ADI处理略高于CI,在着色期略低于CI,FDI处理Pn显著低于ADI和CI,ADI和FDI处理的蒸腾速率（Tr）和气孔导度（Gs）显著低于CI,叶片水分瞬间利用效率（WUE）以ADI处理最高,其中在果实着色期,ADI的叶片WUE比CI提高64.9%。不同灌水模式下葡萄幼树的干物质量表现为ADI＞CI＞FDI,ADI处理总须根和果实干物质量显著高于CI处理,显著提高了根冠比。综上所述,交替根区滴灌处理在减少约50%灌水量的条件下降低了树体冗余生长量,维持了葡萄叶片的净光合速率,提高了叶片水分利用率,增加了干物质向须根和果实的分配量。     

Improving water use efficiency in grain production of winter wheat and summer maize in the North China Plain: a review

Reducing irrigation water use by improving water use efficiency (WUE) in grain production is critical for the development of sustainable agriculture in the North China Plain (NCP). This article summarizes the research progresses in WUE improvement carried out at the Luancheng station located in the Northern part of NCP for the past three decades. Progresses in four aspects of yield and WUE improvement are presented, including yield and WUE improvement associated with cultivar selection, irrigation management for improving yield and WUE under limited water supply, managing root system for efficient soil water use and reducing soil evaporation by straw mulch. The results showed that annual average increase of 0.014 kg·m^-3 for winter wheat and 0.02 kg·m^-3 in WUE were observed for the past three decades, and this increase was largely associated with the improvement in harvest index related to cultivar renewal and an increase in chemical fertilizer use and soil fertility. The results also indicated that deficit irrigation for winter wheat could significantly reduce the irrigation water use, whereas the seasonal yield showed a smaller reduction rate and WUE was significantly improved. Straw mulching of summer maize using the straw from winter wheat could reduce seasonal soil evaporation by 30–40 mm. With new cultivars and improved management practices it was possible to further increase grain production without much increase in water use. Future strategies to further improve WUE are also discussed.     

灌水量对日光温室黄瓜水分分配及硝态氮运移的影响

为了揭示灌水量对日光温室黄瓜水分分配及硝态氮运移的影响,以津育5号黄瓜(Cucumis sativus L.)为试材,研究了常规灌溉、常规灌溉量下浮25%和50%3个灌水量条件下,灌溉水的去向、硝态氮淋洗、根层土壤硝态氮运移、根系分布及产量和水分利用效率。结果表明:减少灌水量使水分深层渗漏、土面蒸发及土壤储水量下降,而植株蒸腾量和含水量不同处理差异不显著;在本试验设定的灌水量范围内,灌水量减少有增产趋势,下浮25%和50%分别比常规灌溉增产10.5%和15.4%,水分利用效率提高10.9%和22.0%;并减少了硝态氮的淋洗量,促使养分更多的分布于根层,对节水和保护地下水环境具有重要意义。     

根区局部灌溉对烤烟不同部位烟叶理化性状的影响

[目的]研究根区局部灌溉对烤烟不同部位烟叶理化性状的影响,为我国烟田节水灌溉提供依据。[方法]利用盆栽试验对烤烟根区实行分区域灌溉,将盆栽土分为3层,对每层分别进行灌溉,在水分分布不平均的条件下观察研究还苗期至团棵期烟株理化性状及其根系分布情况。[结果]在表层土灌溉处理下烟株根系活力处于最高,但底层土灌溉处理下烟株长势和产量最大,这主要由于干旱胁迫对烟株长势起到一定作用,且底层灌溉很好地避免了微生物的繁殖和发育。[结论]局部灌溉有利于烟株生长,可以达到节水的目的。     

Effects of nitrogen application rates and irrigation regimes on grain yield and water use efficiency of maize under alternate partial root-zone irrigation

Faced with the scarcity of water resources and irrational fertilizer use, it is critical to supply plants with water and fertilizer in a coordinated pattern to improve yield with high water use efficiency (WUE). One such method, alternate partial root-zone irrigation (APRI), has been practiced worldwide, but there is limited information on the performance of different irrigation regimes and nitrogen (N) rates under APRI. The objectives of this study were to investigate the effects of varying irrigation regimes and N rates on shoot growth, grain yield and WUE of maize (Zea mays L.) grown under APRI in the Hexi Corridor area of Northwest China in 2014 and 2015. The three N rates were 100, 200 and 300 kg N ha⁻¹, designated N₁, N₂ and N₃, respectively. The three irrigation regimes of 45–50%, 60–65% and 75–80% field capacity (FC) throughout the maize growing season, designated W₁, W₂ and W₃, respectively, were applied in combination with each N rate. The results showed that W₂ and W₃ significantly increased the plant height, stem diameter, crop growth rate, chlorophyll SPAD value, net photosynthetic rate (P_n), biomass, grain yield, ears per ha, kernels per cob, 1 000-kernel weight, harvest index, evapotranspiration and leaf area index (LAI) compared to W₁ at each N rate. The N₂ and N₃ treatments increased those parameters compared to N₁ in each irrigation treatment. Increasing the N rate from the N₂ to N₃ resulted in increased biomass and grain yield under W₃ while it had no impact on those under the W₁ and W₂ treatments. The W₃N₃ and W₂N₂ and W₂N₃ treatments achieved the greatest and the second-greatest biomass and grain yield, respectively. Increasing the N rate significantly enhanced the maximum LAI (LAI at the silking stage) and P_n under W₃, suggesting that the interaction of irrigation and fertilizer N management can effectively improve leaf growth and development, and consequently provide high biomass and grain yield of maize. The W₂N₂, W₂N₃ and W₃N₃ treatments attained the greatest WUE among all the treatments. Thus, either 60–65% FC coupled with 200–300 kg N ha⁻¹ or 75–80% FC coupled with 300 kg N ha⁻¹ is proposed as a better pattern of irrigation and nitrogen application with positive regulative effects on grain yield and WUE of maize under APRI in the Hexi Corridor area of Northwest China and other regions with similar environments. These results can provide a basis for in-depth understanding of the mechanisms of grain yield and WUE to supply levels of water and nitrogen.     

膜下滴灌条件下水氮供应对棉花根系及叶片衰老特性的调节

【目的】探讨膜下滴灌条件下,水氮运筹对棉花产量形成期根系及叶片衰老特性、产量和水分利用效率的调节效应,为调控滴灌棉花早衰和提高棉花产量提供依据。【方法】在土柱栽培条件下,采用膜下滴灌技术控制水氮的供应量及分配比例,共设置4个水分、2个氮肥运筹共8个处理,研究水氮供应方式对膜下滴灌棉花根系生长、根系活力、根系及叶片保护性酶活性、产量和水分利用效率的影响。【结果】与其它水氮供应方式相比,播前灌条件下盛花期前限量滴灌后恢复充分滴灌配合重施花铃肥的水氮供应方式显著促进了棉花深层根系生长、增强了根系活力,根系及叶片SOD活性较高、MDA含量较低,延缓了植株衰老进程,提高光合产物向生殖器官分配的比例、增加铃重,从而获得了较高的产量和水分利用效率。【结论】播前灌溉条件下,适当减少盛花前水氮供应、增加生育中后期水氮的分配比例是提高膜下滴灌棉花产量和水分利用效率的有效水氮运筹方式。