垄作覆膜种植对夏玉米生长和土壤水分动态的影响

旨在探索垄作覆膜对夏玉米动态生长过程、作物产量和水分利用效率及土壤水分运移规律的影响。试验设置垄作覆膜(RM)和平作不覆膜(NM)处理,在试验数据分析的基础上,采用Logistic方程及其修正方程分别拟合株高和叶面积指数生长动态,结合数值模型HYDRUS-2D模拟典型降雨过程的土壤水分动态。结果表明:Logistic方程拟合下,垄作覆膜与平作未覆膜处理夏玉米株高最大增长速率及其出现时间分别为5.1,5.2cm/d和播种后39,41天(3年均值),同时垄作覆膜夏玉米叶面积指数最大增长率较平作未覆膜提高了14.6%,增长速率最大值出现时间提前了2天;垄作覆膜夏玉米穗长、穗粒数、百粒重、产量及水分利用效率较平作未覆膜分别增加了7.8%,15.4%,1.3%,6.0%和3.1%(3年均值)。HYDRUS-2D模型对典型降雨后土壤剖面水分变化的模拟结果表明,垄作覆膜能增加降雨入渗,增大0—20cm土层和0—200cm剖面平均含水量。垄作覆膜种植具有增产保墒效应,但其增产效应与生育期气象条件有关,生育季降雨过多或过少都会影响其增产效应。     

基于CERES-Wheat模型的水氮管理对冬小麦品质的影响

评估CERES-Wheat对不同水氮管理的响应,模拟不同水氮管理对冬小麦品质和产量的影响,筛选优质高产的水氮管理,优化冬小麦农田管理措施。首先利用关中地区2014-2016年2季冬小麦试验数据,对CERES-Wheat进行校准和验证,并评估其模拟籽粒蛋白质浓度和产量的精度。应用CERES-Wheat模拟51 a(1966-2016)历史气象数据下不同水氮管理的冬小麦生长情况,以籽粒蛋白质浓度和产量为主要筛选目标优化水氮管理。结果表明,CERES-Wheat能够较为精确地模拟冬小麦的生长过程,但籽粒和地上部生物量在严重氮胁迫条件下被低估,籽粒蛋白质浓度在低氮胁迫条件下被高估。籽粒蛋白质浓度和产量对不同的水氮处理具有不同的响应,但可以通过调整灌溉定额、灌溉次数、灌溉时期和施氮量之间的耦合作用达到小麦提质增效的目的。越冬期灌溉120 mm,施氮量262.5 kg/hm~2的水氮管理最适合关中地区的气候条件,可以同时实现优质、高产、稳产的目的。     

关中地区大蒜临界氮浓度稀释曲线及验证

过量施氮是关中地区大蒜生产的突出问题。构建针对关中地区主栽大蒜品种的临界氮浓度稀释曲线模型,进行氮素营养诊断和调控,对大蒜减氮稳产十分必要。基于2 a的大田试验,选用关中地区2个代表性主栽大蒜品种(苍山和改良蒜),设置施氮水平0(N0)、60(N60)、120(N120)、180(N180)、240(N240)、300(N300)kg/hm2(基追比4:4:2),分析不同施氮水平对地上部干物质和植株氮浓度的影响,分别构建了2个品种大蒜的临界氮浓度稀释曲线模型。结果表明:关中大蒜地上部临界氮浓度与最大干物质符合幂函数关系。使用基于临界氮浓度稀释曲线模型构建的氮营养指数模型对各处理氮素营养状况进行诊断,N240处理的氮营养指数接近于1,且可以获得最大的地上部干物质和相对产量。同时,氮营养指数与相对地上部干物质、相对产量的相关性均达到极显著水平。因此,240 kg/hm2可以作为关中地区大蒜施氮量的重要参考,该研究构建的大蒜临界氮浓度稀释曲线模型和氮营养指数模型对于大蒜的氮素营养诊断和精确施氮具有重要的意义。     

硬水灌溉陶瓷灌水器堵塞特性研究

受水资源短缺的限制,我国仍有较多地区采用硬水进行灌溉。硬水易引发灌水器堵塞,为探明硬水灌溉下水的硬度对陶瓷灌水器堵塞的规律及堵塞机理,选取砂基陶瓷灌水器,使用杨凌自来水和配制的3种不同总硬度的硬水进行灌溉实验,观察其在55 d内流量变化过程,观察灌水器内堵塞物质形态,并借助X射线衍射仪检测堵塞物成分、含量。结果表明:硬水会造成灌水器堵塞,且水质越硬,堵塞越严重;硬水灌溉条件下,陶瓷灌水器流量随时间的变化过程分为"波动阶段"和"下降阶段",且水质越硬,流量下降越明显;堵塞物质分析表明CaCO_3沉淀是灌水器堵塞的主要原因。堵塞物影像表明,运行时间越长,水质越硬,堵塞物沉积越严重。研究结果为陶瓷灌水器在水质较硬地区的推广提供了参考。     

不同粘粒含量浑水对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响

为了揭示不同粘粒含量浑水对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响与作用机理,笔者研究了粘粒含量不同的泥沙和粘土(2 g/L)对微孔陶瓷灌水器堵塞的影响,并利用XRD分析灌水器内沉积物成分。研究结果表明:泥沙沉积是导致微孔陶瓷灌水器物理堵塞的主要原因。灌溉前期(0～216 h),浑水中泥沙粘粒含量对微孔陶瓷灌水器平均相对流量影响较大,泥沙粘粒含量越高,影响越大,灌水器越易发生堵塞。但是,灌溉后期(216 h后),灌水器平均相对流量均稳定在72%附近,泥沙粘粒含量对灌水器平均相对流量影响较小。进入微孔陶瓷灌水器内的泥沙全部沉积在灌水器内壁,形成一层泥沙膜,泥沙颗粒不会进入灌水器陶瓷微孔中。     

冬小麦叶片形状系数的变异性

研究了2014-10—2015-06生长季内6个不同熟性冬小麦品种全生育期内叶片形状系数的变化规律,将小麦生育期划分为出苗、返青、拔节、抽穗、开花、成熟等6个不同生长阶段,依次采样计算各个阶段的α均值,同时考虑α值在单个植株不同叶片之间的差异,以及不同冬小麦品种之间的差异。结果表明:α值总体在0.59到0.71之间,随冬小麦生育期的变化而变化,自苗期到开花期波动增大,开花后缓慢下降;在单个植株之内,α值变异性较大,开花期最为稳定,开花后变异性增加;不同熟性冬小麦品种之间,α值在拔节、抽穗和开花期表现出显著差异,而在出苗、返青和成熟期,差异不显著。因此,建议最好在不同的作物生长阶段采用不同的叶片性状系数,以提高叶面积模拟和预测精度。对全生育期3种熟性6个冬小麦品种的1 485个叶片的面积和长宽乘积进行线性回归分析,可知总体的冬小麦叶片形状系数值约为0.66。以叶面积模型LA=0.66×L×W来估算冬小麦叶片面积,其总体的相对均方根误差(RRMSE)约为4.40%,绝对相对误差(absolute relative error,ARE)约为13.05%,在5种不同叶面积估算模型中精度最高,因此推荐该模型用于估算田间小麦叶片面积。     

日光温室甜瓜根系生长及单果重的水氮耦合效应

【目的】研究不同灌水量和施氮量对温室甜瓜根系生长及单果重的影响,探讨根系生长与单果重和水氮供应的关系,为温室甜瓜的水氮管理提供科学依据。【方法】根据日光温室内光温湿等环境参数,以‘一品天下208’甜瓜为试验材料,试验设灌水量（W）和施氮量（N）2个因素,采用Penman-Monteith修正公式确定灌水量,设置0.7ET_c、1.0ET_c和1.3ET_c3个水分水平;施氮量在常规施氮量N₂（130 kg N·hm^-2）的基础上设置了一个下限施氮量N₁（70 kg N·hm^-2）和一个上限施氮量N₃（180 kg N·hm^-2）3个氮素水平,共9个处理。应用完全随机区组试验设计,研究不同水氮处理组合对温室甜瓜根系生长分布及单果重的影响。【结果】甜瓜根系在0-30 cm土层内,随着土层深度的加深,根长增加幅度变缓;在相同水处理条件下,甜瓜总根长、单果重、水分利用效率均随施氮量的增加,呈现先增加后减小的趋势,在中水中氮（W₂N₂）条件下,根系总长和单果重达到最大值,分别为6 625.48 cm和818.94 g;在相同氮处理条件下,甜瓜根系总长和单果重随灌水量的增加,呈现先增加后减小的趋势,水分利用效率随灌水量的增加逐渐降低,氮肥偏生产力随施氮量的增加而减小。细根根长、根系干质量与产量显著相关,根系越发达,甜瓜产量增加越明显。表明合理的灌水量和施氮量可以促进根系对水分和养分的吸收,进而提高产量。甜瓜根系总长在垂直方向上的分布变化规律可以采用方程：y=A(1-B^x)进行模拟,模型决定系数R²达到0.9以上。采用主成分分析法对甜瓜根系生长状况进行综合评价,结果表明综合主成分能够反映出全部根系信息的92.727%,综合评价最高的处理为中水中氮（W₂N₂）。不合理的灌水和施氮导致甜瓜单果重、根系各项特征参数、水分利用效率和氮肥偏生产力明显降低。【结论】在本试验条件下,滴灌施肥的施氮量和灌水量控制在N₂（130 kg N·hm^-2）和W₂（1.0ET_c）时,有利于促进根系生长,进而提高甜瓜单果重以及水氮利用效率,是试验地区膜下滴灌条件下温室甜瓜生产中适宜的水氮组合。     

滴灌施肥水肥耦合对温室番茄产量、品质和水氮利用的影响

【目的】水肥是限制作物增产的两大因子,不合理的灌溉与施氮不仅难于增加产量,还会增加土壤剖面硝态氮累积、降低作物品质及水氮利用效率。针对西北半干旱地区温室蔬菜灌水和施肥存在的问题,通过滴灌施肥水肥耦合对温室番茄产量品质和水氮利用的影响,研究滴灌施肥条件下温室番茄高产优质高效的灌水施肥制度。【方法】通过温室番茄小区试验,设常规沟灌施肥（100%ET₀,N240-P₂O₅120-K₂O150 kg·hm^-2）以及3个滴灌水量（高水W₁：100%ET₀、中水W₂：75%ET₀、低水W₃：50%ET₀）和3个施肥水平（高肥F₁：N240-P₂O₅120-K₂O150 kg·hm^-2、中肥F₂：N180-P₂O₅90-K₂O112.5 kg·hm^-2、低肥F₃：N120-P₂O₅60-K₂O75 kg·hm^-2）,共10个处理,分析番茄生长产量、品质、土壤硝态氮分布以及水氮吸收利用对不同灌水量和施肥量的响应规律。【结果】与常规沟灌施肥相比,滴灌施肥增加番茄产量31.04 t·hm^-2、干物质量3 208 kg·hm^-2和总氮吸收量73.13 kg·hm^-2,增幅分别为46.9%、54.0%和82.4%,同时增加果实中维生素C（Vc）含量61.8%;降低土壤中硝态氮含量;水分利用效率（WUE）和氮肥利用率（NUE）分别增加46.4%和76.5%。滴灌施肥条件下,W₁F₂处理总干物质量最大（9 248 kg·hm^-2）,产量和植株氮素吸收量均与灌水量和施肥量正相关,增加施肥量带来的增产效应大于灌水,且W₁F₂处理产量和氮素吸收量增加幅度最大。增加灌水量,降低施肥量,WUE逐渐下降,NUE逐渐上升,W₃F₁处理WUE最大（47.7 kg·m^-3）,W₁F₃处理NUE最大（65.6%）,且W₃F₂处理的WUE和W₁F₂处理的NUE增加幅度明显大于其他处理。土壤中硝态氮含量受灌水、施肥以及水肥交互效应影响显著,随灌水量的增加呈先增大后降低的趋势,随施肥量的增加逐渐增大,在滴头正下方没有明显累积,在湿润土体的横向边缘产生累积,W₁F₂处理土壤中硝态氮含量较小,分布更均匀。增大灌水量显著降低番茄Vc、番茄红素和可溶性糖含量以及营养累积量;增大施肥量,品质含量以及营养累积量呈先增大后降低的趋势;W₃F₂处理获得最大的Vc和番茄红素含量及营养累积量,最大的可溶性糖含量及较大的营养累积量。【结论】温室番茄滴灌施肥技术能够达到高产优质和高效的目的,当追求产量和氮肥利用率时,高水中肥（W₁F₂：100%ET₀,N180-P₂O₅90-K₂O112.5 kg·hm^-2）处理能获得较高的产量和NUE以及较低的土壤硝态氮含量;当追求品质和水分利用效率时,低水中肥（W₃F₂：50%ET₀,N180-P₂O₅90-K₂O112.5 kg·hm^-2）处理获得最大的维生素C、可溶性糖和番茄红素含量以及较高的水分利用效率。     

不同生长阶段水分胁迫对旱区冬小麦生长发育和产量的影响

【目的】为了探究不同生长阶段水分胁迫对旱区冬小麦生长发育和产量形成的影响,通过2012-2013和2013-2014两个生长季在遮雨棚人工控水试验,对比分析不同分段受旱条件下冬小麦的株高、叶面积指数、生物量、物候期和产量等生理生态指标的动态变化过程。【方法】试验将冬小麦整个生育期划分为越冬、返青、拔节、抽穗和灌浆5个主要生长阶段,每相邻两个生长阶段连续受旱,形成4个不同的受旱时段水平（D1-D4）,根据小麦生育期的需水量,设置灌水定额分别为40和80 mm两个水平（I1和I2）,共形成8个处理,每处理3次重复,在遮雨棚内采用裂区试验布置,此外在旁边设置1个各生育期全灌水的对照处理。【结果】在冬小麦营养生长阶段进行连续水分胁迫时,明显影响小麦的正常生长发育,越冬期和返青期受旱时冬小麦的株高和叶面积指数都最小,但是拔节后受旱对小麦植株生长影响不明显,且拔节期后冬小麦株高和叶面指数的平均生长速率均为拔节前的10倍;拔节期前各处理小麦的生物量都没有明显的差异,但是拔节后各处理差异明显,越冬期和返青期受旱处理的生物量明显低于其他各处理,并且后期复水也不能弥补生物量的严重损失;干旱胁迫能缩短冬小麦的生育期,在同一灌溉水平下,受旱阶段D1、D2、D3、D4的抽穗期和开花期比对照处理延迟1-3 d,且受旱时期越早、胁迫程度越大,则生育期越提前,成熟期最多可提前5 d;相同灌溉水平下,若抽穗和灌浆期受旱（即越冬、返青、拔节期灌水）可获得较高的有效穗数和穗粒数,但千粒重较低;而抽穗和灌浆期灌水,可以提高冬小麦千粒重,但穗数和穗粒数较低;在I1和I2水平下,越冬期和返青期受旱处理的产量最低,仅为对照处理产量的42%左右,但I1水平下拔节期和抽穗期受旱的处理产量最高,约为对照处理的63%,I2水平下返青期和拔节期受旱的处理产量最高,约为对照处理的75%。【结论】灌水定额和受旱阶段具有明显的交互作用,返青期和灌浆期为旱区冬小麦田间水分管理的关键时期,生产中需加强这两个生长阶段的田间水分管理以确保高产。     

水氮供应对滴灌施肥条件下黄瓜生长及水分利用的影响

【目的】针对西北半干旱地区温室蔬菜灌水施肥不合理等问题,通过研究不同水氮供应对温室黄瓜生长、产量、产量构成因素、灌溉水利用效率及水分利用效率的影响,以期科学地对水肥进行调控,为实际生产提供参考依据。【方法】利用温室小区试验,以‘博耐9-1’黄瓜为试材,设置3个灌水水平：低水W₁（60%ET₀）、中水W₂（80% ET₀）和高水W₃（100% ET₀）,全生育期灌水量分别为126、152和177 mm;4个施氮水平：无氮N₀（0）、低氮N₁（180 kg·hm^-2）、中氮N₂（360 kg·hm^-2）和高氮N₃（540 kg·hm^-2）,共12个处理。在生育期内对黄瓜的各生长指标进行观测,并统计产量及产量构成因素。【结果】除茎粗外,灌水量与施氮量对黄瓜株高、叶面积指数、干物质量、产量、产量构成因素、灌溉水利用效率（irrigation water use efficiency,IWUE）及水分利用效率（Water use efficiency,WUE）都有显著影响。灌水量与黄瓜株高、叶面积指数、瓜条数、单果重及产量有显著正相关作用,而施氮量对黄瓜生长及产量的影响则因施氮量的不同表现出不同变化趋势。其株高、叶面积指数随施氮量的增加表现为先增大后降低,并在N₂处理中获得最大值。干物质量变化趋势略有不同,表现为在W₁水平下,干物质量在N₂处理中获得最大值,而在N₃水平下略有下降,且N₂与N₃之间差异不显著,其余灌水水平下则随着施氮量的增加表现为不同程度的增加。黄瓜产量随施氮量的增加而增加,当施氮量增加到N₂水平时,继续增加施氮量,其增产效果在不同灌水水平下表现为不同趋势,即在W₁、W₂水平下,施氮量增加至N₂水平后继续增加时,产量之间无显著性差异;而在W₃处理下,N₃比N₂水平增产8.4%,差异显著。灌水量对IWUE有显著负相关作用,在W₁水平下获得最大值,为41.33 kg·m^-2,而灌水量对WUE的影响则表现为先增加后减少的趋势,在W₂水平下获得最大值,为55.82 kg·m^-2。施氮量对IWUE表现为正相关作用,而对于WUE则因施氮量不同表现出不同的变化趋势,在W₁和W₂水平下,WUE随施氮量增加表现为先增加后降低的趋势,并在N₂水平获得最大值,分别为52.34 kg·m^-2、55.82 kg·m^-2;W₃水平下,WUE则随施氮量的增加显著增加。其中,在W₃N₃处理下获得最大产量,但其水分利用效率和灌溉水利用效率明显低于W₂水平,且W₂N₂相比于W₃N₃灌水量减少16.7%,施氮量减少33%,而产量仅减少11.3%,且IWUE提高6.5%,WUE提高11.1%。通过产量与生长指标（株高、茎粗、叶面积指数、干物质量）间的通径分析可知,干物质量和叶面积指数对黄瓜产量的增加具有重要作用,可分别作为黄瓜高产的第一指标和第二指标。【结论】合理的减少灌水量与施氮量不仅能维持黄瓜较好的生长特性,而且能获得较大的经济效益。综合产量与节水节肥因素,W₂N₂处理（80% ET₀,360 kg N·hm^-2）可作为较适宜的水氮组合。