滴灌条件下马铃薯耗水规律及需水量的研究

通过田间试验,用水量平衡法和蒸渗仪实测了不同滴灌灌水控制方式下的马铃薯耗水量。结果发现,在滴灌条件下,马铃薯水分腾发量(ET)受土壤基质势下限的影响要比灌水频率大。在土壤基质势高于-25kPa时,ET主要受气象因素的影响;土壤基质势降低时,会导致马铃薯腾发量的下降;当土壤基质势低于-45kPa时,马铃薯就会受到明显的水分胁迫,引起腾发量大幅度下降。大于或等于1次/4d滴灌灌水频率对马铃薯的腾发量影响不明显;但当滴灌灌水频率为1次/6d或1次/8d时,由蒸渗仪测得的马铃薯腾发量明显低于更高频率处理。可以用-25kPa水势处理下的腾发量作为滴灌马铃薯的参照腾发量。研究表明,20cm蒸发皿的蒸发量与马铃薯腾发量之间有非常好的相关性,用20-cm蒸发皿的蒸发量作为灌溉计划的参考量是可行的。     

膜下滴灌条件下土壤基质势对辣椒产量和水分利用效率的影响

为了提高西北干旱地区作物的水分利用效率,研究了膜下滴灌条件下,不同土壤基质势对辣椒产量、耗水和水分利用效率的影响。试验根据滴头下25 cm深处土壤的基质势设置5个控水下限:-10、-20、-30、-40kPa和-50 kPa,测量指标主要有气象要素、土壤水分特性曲线、土壤基质势、土壤水分、辣椒产量和单果重等。试验结果表明,基质势下限控制在-10～-40 kPa之间对产量影响较小,但是当基质势下限降至-50 kPa时会导致严重减产,灌水量与辣椒腾发量一般随着基质势控制下限的降低而逐渐减少,水分利用效率随着基质势控制下限的降低呈现先升高再降低的趋势。土壤基质势下限控制在-30～-40 kPa时辣椒产量和水分利用效率均较高,因此建议在西北干旱地区膜下滴灌条件下辣椒的基质势控制下限宜为-30～-40 kPa。     

干旱区盐碱地覆膜滴灌条件下土壤基质势对糯玉米生长和灌溉水利用效率的影响

利用埋在滴头正下方0．2m深度的真空表负压计，通过控制土壤基质势下限（-5，-10，-15，-20，-25kPa），研究盐碱地覆膜滴灌条件下土壤基质势对糯玉米（中糯1号）的生长、产量形成过程和灌溉水利用效率的影响。2005和2006年的试验结果表明：糯玉米的株高、茎粗、叶面积指数、地上部分干物质积累量、叶绿素含量等都随着土壤基质势的升高而增加，土壤基质势越高，糯玉米鲜食果穗产量越高，果穗性状也越好；土壤基质势在-5kPa时，糯玉米产量最高；土壤基质势在-10～-15kPa时，灌溉水利用效率最高。     

华北平原滴灌条件下土壤水势对萝卜生长的影响

通过控制滴灌滴头下20cm深处土壤水势下限(-15kPa,N1;-25kPa,N2;-35kPa,N3;-45kPa,N4;-55kPa,N5),研究了不同处理土壤水势随时间和空间的变化规律,以及不同土壤水势处理对萝卜叶面积指数、叶绿素含量、周径膨大、干重积累等生长参数的影响,并对各处理间产量、水分利用效率进行了比较,发现在华北平原下半年降雨较多的情况下种植秋萝卜:(1)不同土壤水势处理对萝卜的生长发育没有明显影响;(2)不同处理水分利用效率不同:N5>N4>N3>N2>N1;(3)滴灌条件下,不同土壤水势处理萝卜的平均重量和产量都高于地面灌溉。     

调亏灌溉对荒漠绿洲膜下滴灌马铃薯生长、产量及水分利用的影响

以马铃薯品种青薯168为研究材料,研究了膜下滴灌条件下不同生育期土壤水分亏缺对马铃薯生长、薯块产量与水分利用等指标的影响。在不同生育阶段设置了8个水分亏缺处理(RD1~RD8)和1个充分灌水处理(CK)。结果表明:膜下滴灌调亏灌溉马铃薯产量、收获指数、水分利用效率、灌溉水利用效率等指标受水分亏缺影响显著,块茎形成期轻度水分亏缺RD1效果最佳,产量略有下降,但其水分利用效率、灌溉水利用效率与收获指数分别较其他处理及对照高8.10%~41.57%、3.57%~42.62%、10.16%~34.38%;水分亏缺影响马铃薯各生育阶段耗水量,且亏缺程度越大,生育阶段消耗的水量减少越明显;全生育期马铃薯光合势和叶面积指数变化趋势基本一致,即生育前期缓慢上升,中期快速上升,后期缓慢下降,总体呈现单峰曲线。因此,适度水分亏缺有利于提高膜下滴灌马铃薯产量、水分利用效率、灌溉水利用效率,促进马铃薯生长并改善其水分利用状况。     

利用HYDRUS-2D模拟膜下滴灌玉米农田深层土壤水分动态与根系吸水

河套灌区农田地下水埋深普遍较浅且年内波动较大,明确不同膜下滴灌条件下深层土壤水分对根区的补给作用及作物根系吸水的响应差异有利于膜下滴灌技术的完善和推广。本研究开展了连续2 a(2017—2018年)的春玉米田间试验,设置3个膜下滴灌灌溉水平,分别控制土壤基质势下限为-10 kPa(S1)、-30 kPa(S3)和-50 kPa(S5)。利用HYDRUS-2D模型模拟0～120 cm深度土壤含水量、根层下边界(100 cm深度处)水分通量和作物根系吸水速率。结果表明,经过率定后的HYDRUS-2D模型对0～120 cm深度土壤含水量模拟结果的根均方差(RMSE)和决定系数(R~2)分别为0.039～0.042 cm~3·cm~(-3)和0.78～0.73,模拟结果可靠。膜下滴灌农田100 cm和120 cm深度处土壤含水量较高且处理间差异不大,说明不同滴灌条件对于100 cm以下深层土壤含水量影响较小;但不同处理显著影响根区下边界的水分通量和根系吸水速率。基质势下限控制水平越低,深层土壤水分对于根区的补给量(毛管上升)越大,S1、S3、S5生育期内累积补给量在31.9～49.6 mm之间。S5处理根系吸水速率较低,根系吸水受到显著抑制,从而造成作物生长指标和产量显著低于S1和S3处理(P0.05);而S1和S3之间籽粒产量差异不显著。综上,在本研究所设置的3个滴灌处理中,S3生育期内灌溉定额为240～300 mm,既较S1显著减少灌水量、提高水分利用效率,又具有较好的根系活力,有效利用深层土壤水分,因此建议该地区春玉米膜下滴灌的灌水下限为-30 kPa。     

旱作区环保型材料覆盖对马铃薯生长的影响及其降解特性

2015年在宁夏南部旱作区进行了垄上覆盖普通地膜结合内覆盖不同材料(普通地膜、玉米秸秆、生物降解膜、麻地膜及液体地膜)的降解特性及其土壤水温效应对马铃薯生长的影响研究。结果表明,不同覆盖材料对马铃薯生育期土壤水温状况的调节作用表现为:生物降解膜覆盖处理0~25 cm土层平均土壤温度较不覆盖处理(对照)提高1.4℃,而秸秆和液态地膜覆盖处理在整个生育期分别低于对照1.5℃和0.7℃;地膜和秸秆覆盖处理在马铃薯生育期具有较强保墒作用,地膜、秸秆、生物降解膜、麻地膜覆盖处理下0~200 cm土层平均土壤贮水量较对照分别增加5.1%、6.2%、3.7%、3.1%;在生育前期,地膜、生物降解膜和秸秆覆盖处理植株株高及茎粗显著高于对照,而生育中后期麻地膜和秸秆覆盖处理显著高于对照,在整个生育期液体地膜覆盖处理马铃薯生长与不覆盖无差异。地膜、秸秆和麻地膜覆盖处理下马铃薯增产显著,分别较对照增产34.3%、56.1%、11.3%;秸秆、地膜和液态膜覆盖处理商品薯率分别较对照提高4.7%、3.4%、3.0%,以秸秆覆盖处理的纯收益最高(19 676.1元·hm-2)。在马铃薯收获期液态地膜可完全降解,70%以上麻地膜发生降解,生物降解膜次之。覆盖秸秆措施通过调节土壤水温状况可实现增产增收,是宁南旱区马铃薯覆盖栽培的有效措施。     

保水剂、氮肥及其交互作用对马铃薯生长和产量的效应

在陕北半干旱地区对马铃薯(Solanum tuberosumL.)进行保水剂及保水剂配施氮肥田间应用试验，苗期保水剂采用两种用法(沟施、穴施)、两个深度(5cm、10～15cm)处理，现蕾期追施氮肥形成保水剂及保水剂配施和氮肥交互组合处理，研究保水剂及保水剂配施氮肥的增产效应。结果表明：在苗期，保水剂使马铃薯的冠幅面积增加11．8％～54．8％；保水剂结合氮肥，可以提高不同阶段马铃薯叶片的光合速率，增加花期生物积累量46．7％～98．8％，延长马铃薯茎叶生育期14～15d，增加马铃薯块茎产量75．0％～108．3％，特别是直径较大商品薯的产量。不同方式施用保水剂都能促进马铃薯生长，增加块茎产量，其中以保水剂开沟深施10～15cm结合氮肥效果最佳。     

用负压计拟定滴灌马铃薯灌溉计划的方法研究

对马铃薯进行了6个灌水频率处理和5个水势处理的田间滴灌试验。发现在灌水频率为1次/d,土壤水势为-25kPa时,马铃薯的产量最高。试验进一步分析了各处理的土壤水分变化特点,并结合马铃薯的根系分布特征,得出了用以拟定滴灌马铃薯灌溉计划的负压计的埋设方法,提出了用负压计拟定滴灌马铃薯灌溉计划的具体方案。     

滴灌施肥对内蒙古沙地马铃薯生长和水肥利用的影响

针对内蒙古沙地马铃薯滴灌水肥管理的需求,本研究以养分平衡法估计的施肥量作为推荐值,布置了5个施肥量比例的滴灌施肥灌溉试验,2012年分别为推荐施肥量的10%(10%NPK)、30%(30%NPK)、50%(50%NPK)、70%(70%NPK)和90%(90%NPK),2013年分别为推荐施肥量的10%(10%NPK)、35%(35%NPK)、60%(60%NPK)、85%(85%NPK)和110%(110%NPK)。通过控制滴头正下方20 cm处的土壤水基质势下限在-25 kPa时进行滴灌施肥灌溉。结果表明,采用负压计指导滴灌施肥灌溉时,土壤水分状况良好,N、K的施肥时期与马铃薯植株对N、K的吸收时期基本一致。2012年和2013年马铃薯的株高、茎粗、叶面积指数、鲜生物量和产量随着施肥量的增加呈先增加后下降的趋势,当施肥量比例为70%~85%时达到最大值,并且收获指数相对较低,有效延长了地上部养分向块茎转移的时间,促进更多养分向块茎积累。当施肥量比例为60%~70%时,灌溉水利用效率最高。马铃薯的产量在2012年和2013年分别以70%NPK和85%NPK时产量最高,与当地马铃薯生产企业的产量持平,但节约肥料30%~40%,平均节肥N 157 kg·hm~(-2)、P_2O_552 kg·hm~(-2)和K_2O 187 kg·hm~(-2)。因此,内蒙古沙地滴灌施肥灌溉条件下,当滴头正下方20 cm处的土壤水基质势下限在-25 kPa时进行施肥灌溉,且施肥总量为当地推荐施肥量的85%左右时,既能获得马铃薯高产,又可保证较高的水肥利用效率。     

土壤水分调亏处理膜下滴灌马铃薯耗水特征及生长动态

以青薯"168"为试验材料,通过大田试验,研究了膜下滴灌调亏对河西绿洲马铃薯土壤水分动态、耗水特征、生长动态及产量的影响。试验设5个水分调亏处理,即块茎形成期和块茎膨大期分别进行轻度(55%~65%田间持水量,FC)和重度(45%~55%FC)调亏,淀粉积累期轻度(55%~65%FC)调亏,以全生育期充分供水(65%~75%FC)为对照。结果表明:受水分调亏影响,上层0~40 cm土壤水分变化较下层40~60 cm明显,马铃薯块茎膨大期经受轻度和中度水分亏缺土壤贮水量显著(P0.05)低于充分供水8.1%和18.7%,耗水强度则显著降低60.0%和73.0%。块茎形成期进行不同程度水分调亏后复水,其叶面积指数(LAI)、光合势(LAD)、相对生长率(RGR)均表现出补偿效应,而块茎膨大期进行轻度和中度水分调亏以及淀粉积累期轻度水分调亏LAI、LAD及RGR均呈下降趋势,其薯块产量与全生育期充分供水相比分别降低22.3%、26.5%、38.7%。因此,马铃薯生长后期应注重供水以延长绿叶面积,对作物产量的形成有利。     

不同水氮水平对马铃薯产量和水氮利用效率的影响

为了给马铃薯生产提供科学合理的水氮管理依据,以品种"大西洋"脱毒组培苗为材料,通过3个水分水平(90%,70%和50%的土壤田间持水量)和3个氮肥水平(不施氮,施N 0.2 g·kg~(-1),施N 0.4 g·kg~(-1))完全组合的盆栽试验研究了不同水氮水平对马铃薯产量和水氮利用效率的影响。结果显示:在同一水分水平下,中氮处理的块茎产量、整株生物量和水氮利用效率明显高于低氮和高氮处理;在同一施氮量下,随着土壤含水量的增加,马铃薯的块茎产量、整株生物量和氮肥利用率明显提高。在9种水氮组合方式下,正常水分和中氮处理下的块茎产量、整株生物量、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力最高,分别为273 g·株~(-1)、359 g·株~(-1)、52.5 g·g~(-1)和143.9 g·g~(-1)。这说明90%的田间持水量和0.2 g·kg~(-1)土有利于马铃薯植株获得较高的产量和水氮利用效率。此外,中氮下较高的整株生物量和较低的收获指数说明:适量施用氮肥增加产量主要是因为其增加了整个植株同化物的积累,而非增加了同化物向块茎的分配。     

保水剂对土壤的物理性质与水分入渗的动态影响

保水剂在农业上的应用对于缓解干旱具有重要的意义,但其应用后会发生降解而最终失去保水作用,因此了解其在降解过程中引起的土壤物理性质的动态变化及水分运动的机理,是其能否正确应用的关键,本试验以保水剂在农业应用中的典型用量为基础,研究了保水剂对土壤的物理性质动态影响及一维土壤水分。结果表明,保水剂施入土壤后其性能不断衰减是导致土壤物理性质不断变化的最根本原因;土壤中施用保水剂后土壤的质量饱和含水率明显增加,饱和导水率降低,但随着保水剂性能的逐渐衰减,饱和含水率呈现下降趋势,饱和导水率呈现上升趋势;施入保水剂后土壤的扩散率是一个曲面,并且随着保水剂自身性能的衰减,呈现逐渐扩展的趋势;施用保水剂后土壤入渗的湿润锋前进速度下降,这主要是由于施用保水剂土壤的饱和含水量增加和保水剂膨胀堵塞土壤孔隙造成的;通过对施用保水剂土壤的扩散率和导水率的分时段研究,最终建立施用保水剂土壤的一维水分运动方程,试验证明其可行,且精度在允许的范围内。     

保水剂施用方式对马铃薯产量和水分利用效率的影响

采用盆栽试验,比较深施、浅施、侧施、全施和不施(对照)等保水剂应用方法在充分供水和水分亏缺两种供水条件下,马铃薯(Solanum tuberosum L)生长、产量和水分利用效率(WUE)效应.结果表明,除浅施处理外其它方式施用保水剂处理都能促进马铃薯株高,水分胁迫下能促进马铃薯根系发育.在充分供水和水分胁迫下,深施保水剂使马铃薯产量较对照提高9.4%和16.6%,WUE提高12.82%和54.73%,侧施保水剂使马铃薯产量较对照提高39.4%和21.5%,WUE提高58.79%和59.46%;在水分胁迫下,全施保水剂使马铃薯产量和WUE较对照分别提高15.4%,56.76%.     

保水剂与氮肥混施对土壤持水特性的影响

测定聚丙烯酰胺(PAM)、凹凸棒/聚丙烯酸(WT)和聚丙烯酸钠(HM)3种保水剂在浓度分别为2‰、5‰8、‰的NaCl、MgCl2、CaCl2、FeCl3、尿素、硝酸钾、氯化铵等7种溶液中的吸水倍率;用离心机法测定保水剂与氮肥混施条件下土壤的持水特性。结果表明:与去离子水比较,保水剂在盐溶液中的吸水倍率显著下降,且随着溶液浓度升高,保水剂的吸水倍率明显下降,对于同一盐溶液浓度,离子类型对保水剂吸水倍率的影响表现为:Na+Mg2+Ca2+Fe3+,WT保水剂表现出较强的抗离子特性;保水剂在不同氮肥溶液中的吸水倍率有较大差异,氮肥类型对保水剂吸水倍率的影响表现为:尿素硝酸钾氯化铵;保水剂与氮肥混合施入土壤能提高土壤的持水能力,但施入氮肥降低了保水剂的性能;推荐保水剂与氮肥混合使用时,施氮量不超过0.50 gN/kg干土,保水剂用量不超过6‰。     

不同粒径保水剂吸水特性及其对土壤物理性能的影响

通过室内试验,对大粒径（2.0~3.2 mm）、中粒径（1.0~2.0 mm）和小粒径（0.5~1 mm）3种粒径保水剂的吸水特性进行了测定,同时对施加不同粒径保水剂前后的沙质土壤的理化性质进行对比分析。结果表明：① 保水剂的吸水倍率与其粒径大小呈负相关关系;② 保水剂对土壤水分蒸发有明显的抑制效应,能显著提高土壤的水分含量;③ 保水剂会使土壤pH和电导率升高,降低土壤渗透性,土壤中液相比例增加的同时气相比例会相应减少。综合考虑3种不同粒径保水剂对土壤理化性质的影响,中粒径保水剂改善效果最好,在施用量为0.1%时,对土壤的改良效果最为明显,亦不会产生明显副作用。     

PAM与SAP交并施用对旱区坡耕地氮素淋溶的影响

通过在旱区坡耕地上模拟降雨试验，研究在降雨强度40 mm·h^-1和历时为3 h的条件下，7种线性水溶性高分子聚合物（PAM）和新型节水保水材料（SAP）交并施用方式对径流和氮素淋溶的影响。结果表明：与对照处理（不施用PAM和SAP）相比较，施加PAM和SAP有效减少了径流量和氮素淋溶量，减少的地表径流量达93.29%，相应地降低水中总氮淋溶量达25.58%，保水作用SAP强于PAM；同时，减少的土壤侵蚀量达91.85%，相应地降低泥沙中总氮淋溶量达37.96%；由降雨后土壤剖面养分分布可知，0~15 cm深度土壤的含氮量比对照组高50.24%。说明施加PAM和SAP增加了根系层的持水和保肥能力，降低了土壤养分随水的深层渗漏，且保土作用PAM强于SAP。在坡耕地施加PAM和SAP不但可以减少水土流失，而且能降低土壤氮素的流失，防止肥料对地下水的污染。     

Efficiency of Subsurface Drip Irrigation for Potato Production Under Different Dry Stress Conditions

Efficient water delivery systems such as drip irrigation can contribute towards increasing crop yield potential, improving crop water and fertilizer use efficiency. However, critical management considerations such as subsurface drip irrigation are necessary to attain improved irrigation efficiencies and production benefits particularly under arid regions. The objective of this study was to determine the effect of two irrigation methods, surface and subsurface drip irrigation combined with four irrigation levels, 100, 80, 60 and 40% of crop evapotranspiration on yield and yield components of potato grown on sandy soil. The field experiments were conducted in the years 2008 and 2009. In terms of soil water availability to plants, subsurface drip provided more favorable growth conditions for plant growth and maintained higher soil water content at the root zone, which resulted in a significant higher potato yield compared to surface drip irrigation. The difference between the two irrigation methods on yield components was concentrated on the mean tuber weight per plant, while no significant difference was found on the tuber number per plant. Reducing the amounts of applied water significantly decreased total potato yield and its components. Under subsurface drip irrigation, reducing amounts of applied water to 80% ETc gave comparable yield and yield components to surface drip at full irrigation supply, indicating that 20% irrigation water can be saved without affecting the potato yield. At all irrigation levels, subsurface drip recorded higher water use efficiency (WUE) over surface drip. Maximum value was observed at 40% ETc. Fertilizer use efficiency (FUE) was also higher under subsurface drip and reduced significantly under both irrigation methods with increasing water deficit. These results suggested that subsurface drip offers the potential of better water management with respect to saving and distribution of water in the root zone and to obtain maximum yield accompanied by highest water and FUE.