垄沟灌溉施氮土壤水氮分布特征试验研究

为了指导垄沟间(套)作种植田间灌水技术和灌溉系统合理设计,通过长方体土槽模拟垄沟灌溉施氮二维土壤入渗试验,探究4种土壤质地的入渗量随时间变化规律,分析肥液入渗湿润体特征,研究土壤水分、硝态氮和铵态氮空间分布特征.结果表明,随着土壤黏粒含量的增多,土壤比表面积增大,在相同灌水时间内入渗量则小;入渗量累积曲线上升趋势因土壤质地不同存在显著差异.含3参数的Horton入渗模型计算的肥液入渗量精度高,其稳定入渗率参数实用性强,对灌水流量设计有重要的参考价值.随着土壤砂粒含量的增多,同等入渗条件下,湿润锋运移距离越远,且垂向运移距离均大于水平侧渗距离.水平侧渗距离与入渗时间呈指数函数关系,垂向湿润锋运移距离与入渗时间的1/2次方呈线性函数关系.垄沟灌溉施氮方式下,硝态氮在湿润锋边缘累积,铵态氮峰值出现在灌水沟附近.在质地重的土壤下应用垄沟灌溉施肥技术好.     

渐次解冻土壤粒级沉降分选及碳氮盐分布特征

[目的] 将解冻逐层剥离过程与粒级沉降模拟相结合,探究融雪径流情景下坡面土壤逐层解冻过程中泥沙粒级分选规律及伴随的碳氮盐分布特性,为深入揭示东北坡面土层冻融侵蚀机理及伴生的微环境效应提供依据。[方法] 以东北坡面黑土为例,开展了土柱冻融试验,主要包括非冻融、全冻全融与冻结后渐次解冻(土柱置于浸水环境,由外至内分融化出T₁—T₃ 3层)处理,借助沉降管对各处理的土壤进行粒级沉降分选试验,对各分选粒级电导率(EC)、pH值、有机碳(SOC)、氮(TN)等进行了测定分析。[结果] ①土壤经全冻全融后,沉降分选所得＞500 μm和≤125 μm的颗粒含量减少,125～500 μm的颗粒增加;土壤EC在大粒级中较高;SOC和TN在大粒级中(＞500 μm)含量降低,在较小粒级(≤125 μm)含量增加。②渐次分层解冻土壤经沉降后,外层(T₁)≤63 μm颗粒偏少,内层(T₃)125～500 μm颗粒偏多;盐分和有机碳氮在外层大粒级中含量较高。③全冻全融土壤沉降后,盐分流失率达64.8%,SOC和TN流失率相对较低,为4.08%和2.72%;渐次解冻沉降处理内层(T₃)土壤盐分和有机质流失程度大于外层(T₁)。[结论] 冻融沉降后,外层土壤破碎程度大,坡面土壤颗粒趋向均质化;有机质含量在粒级间差异明显,其在小粒级土壤中分布更加稳定;盐分和有机质在冻融沉降过程中会从土壤内层向外层迁移而造成流失。     

两种轮作模式下秸秆还田对土壤呼吸及其温度敏感性的影响

通过分析不同作物轮作模式下秸秆还田对土壤呼吸及其温度敏感性的影响,为深入探究关中地区农田生态系统碳循环提供理论依据。试验设置于陕西省杨凌地区,在2012年10月至2014年9月期间以冬小麦-夏玉米轮作模式和冬小麦-夏大豆轮作模式作为研究对象,分别设置秸秆还田(SM)和秸秆不还田(NS)两个处理,测定分析不同处理下土壤呼吸、土壤温度及土壤含水量的变化趋势和差异,并估算土壤呼吸的温度敏感性(Q_(10))。结果表明:土壤呼吸存在明显的季节变化,在作物生育期大部分时间内,SM处理的土壤呼吸速率均显著高于NS处理(P0.05),且SM处理的作物生育期土壤呼吸平均速率及土壤呼吸累计排放量也极显著高于NS处理(P0.01);不同作物生育期土壤呼吸平均速率依次为夏玉米夏大豆冬小麦,土壤呼吸总量表现为冬小麦夏玉米夏大豆、冬小麦-夏玉米轮作冬小麦-夏大豆轮作。冬小麦-夏玉米轮作与冬小麦-大豆轮作的土壤温度间存在差异;其中,在冬小麦生育前期,冬小麦-夏玉米轮作的土壤温度显著高于冬小麦-大豆轮作;第2季夏玉米生育期内5 cm深度的土壤温度显著低于同季的夏大豆;相比NS处理,SM处理能提高冬季土壤的温度,并降低春季和夏季的土壤温度;在高温少雨的时期内,SM处理能够提高0~30 cm土壤的平均含水量,不同的前茬作物引起两种轮作模式中冬小麦耕作层土壤含水量间明显的差异,夏玉米耕作层土壤含水量显著高于夏大豆。相关分析表明,土壤呼吸与5 cm和10 cm土壤温度均存在极显著的正相关性,且与5 cm土壤温度的相关性更好;但土壤呼吸与0~30 cm的土壤平均含水量无显著相关性。5 cm和10 cm土壤温度变化能够分别解释土壤呼吸变化的64.6%~67.3%和51.5%~59.6%。整个研究周期内,温度敏感性(Q_(10))为1.70~2.01,冬小麦-夏玉米轮作的温度敏感性显著高于冬小麦-大豆轮作,且同一轮作模式下SM处理的温度敏感性显著低于NS处理。因此,秸秆还田能够提高农田的土壤呼吸作用,降低土壤呼吸的温度敏感性,同时能够调节土壤的水热状况。     

半干旱区沟垄集雨种植谷子的肥料效应及其增产贡献

研究沟垄集雨种植施肥水平对谷子生长的影响及其对产量的贡献, 为完善集雨种植技术理论体系及半干旱区谷子的合理施肥提供科学依据。在宁南旱农区进行了2个年型的二因素大田试验, 研究了沟垄半覆膜集雨(R)和传统裸地平作(T) 2种种植模式下4个施肥水平(高量N 270 kg hm ^-2 + P₂O₅ 180 kg hm ^-2, H; 中量N 180 kg hm ^-2 + P₂O₅120 kg hm ^-2, M; 低量N 90 kg hm ^-2 + P₂O₅ 60 kg hm ^-2, L; 不施肥对照, CK)对谷子株高、叶面积、光合指标、干物质积累量和水肥利用效率的影响, 并分析了集雨模式下的增产贡献来源。结果表明: (1)集雨模式有效促进了边行谷子光合生理和生长, 在各施肥水平下谷子株高、顶三叶叶面积、P_n (净光合速率)、T_r (蒸腾速率)和生物量较平作模式分别提高7.1%~23.5%、1.7%~22.7%、10.4%~20.3%、8.0%~55.9%和9.8%~30.0%; 中行各指标较平作模式均下降不显著。(2)集雨种植模式显著提高了谷子的水肥利用效率, 配施氮磷肥水分利用效率显著增加, 在丰水年高肥处理显著高于中、低肥处理, 欠水年中肥处理最高且显著高于高肥处理, 与低肥处理差异不显著; 肥料利用效率随着施肥量的增加而下降, 在丰水年低肥处理的肥料利用率显著大于高肥和中肥处理, 欠水年各施肥水平间差异显著。(3)施肥对谷子的增产贡献大于种植模式。施肥对产量的贡献率在丰水年随施肥量的增加而增加, 高、中、低施肥处理间差异显著, 达27.8%~49.3%, 欠水年各施肥处理间差异不显著(19.2%~23.7%); 种植模式贡献率在2年中各施肥处理间差异均不显著。综合考虑, 集雨模式在丰水年施高肥、欠水年施中肥可实现谷子高产高效生产。     

新疆滴灌施肥棉花生长和产量的水肥耦合效应

在新疆石河子棉花种植区,研究了滴灌施肥棉花生长和产量的水肥耦合效应.试验设置3个灌水水平和5个NPK施肥水平.结果表明,滴灌施肥条件下,灌水量对株高、有效铃数、百铃质量、籽棉产量、水分利用效率和灌溉水利用效率影响均在0.05水平下具有统计学意义,对和叶面积指数的影响在0.01水平下具有统计学意义,其变化随着灌水量的增加而增加;施肥对株高、叶面积指数、有效铃数、百铃质量和籽棉产量影响在0.01水平下具有统计学意义,水肥交互作用对单株有效铃数、百铃质量和籽棉产量影响在0.01水平下具有统计学意义.施肥过高对作物生长有一定的抑制作用.灌水量为60%ET_c,施肥量为300 kg/hm²∶120 kg/hm²∶60 kg/hm²(ω_N∶ω_P2O5∶ω_K2O)时氮、磷、钾的利用效率均最高,灌水量为100%ET_c,施肥量为150 kg/hm²:60 kg/hm²∶30 kg/hm²(ω_N∶ω_P2O5∶ω_K2O)时氮、磷、钾养分回收率最高.从产量、水分利用效率和肥料偏生产力等角度综合考虑,灌水量100%ET_c、300 kg/hm²∶120 kg/hm²∶60 kg/hm²(ω_N∶ω_P2O5∶ω_K2O)为最佳滴灌施肥策略.     

基于样本流量偏差率的微灌灌水均匀度评价方法

为了探索一种简便有效评价大田微灌系统灌水均匀度的新方法,定义了样本流量偏差率.基于灌水器流量服从正态分布的假设,建立了样本流量偏差率与现有灌水均匀度评价指标之间的关系,推导了抽样误差的计算公式,提出了合理的样本容量和样本分组数.建立了基于样本流量偏差率的灌水均匀度评价标准,最终提出了基于样本流量偏差率评价大田微灌灌水均匀度的新方法.案例应用表明:相比图解法,新方法根据数值计算结果评价灌水均匀度,可避免人为画线误差,提高评价结果的可靠度;相比传统数值法,新方法计算量少,可作为快速评价大田微灌系统灌水均匀度的有效方法.     

灌水量及灌水频率对玉米生长和水分利用的影响

利用遮雨棚蒸渗桶栽试验,研究灌水量和灌水频率对夏玉米生长、产量和水分利用的影响.试验以“郑单958”为研究材料,设置3个灌水量水平W1(120%ETc),W2(100%ETc)和W3(80%ETc)和3个灌水频率D1(3 d),D2(6 d)和D3(9 d)共9个处理,在生育期内对桶栽玉米的各项生长指标进行观测,分析不同处理对玉米的影响.结果表明:玉米的株高、叶面积、干物质量和产量随着灌水量的增大,均呈现出增加趋势;随着灌水频率的增大,均呈现出下降趋势.显著性分析表明,灌水量对夏玉米生长特性和产量的影响程度大于灌水频率.单株玉米产量在W₁D3处理下达到最大值,在W₃D1处理下玉米产量最小,差异具有统计学意义.水分利用效率和灌溉水利用效率则随灌水量的增大呈现先增大后减小趋势,且随灌水频率的增加逐渐降低.W₂D3处理的水分利用效率和灌溉水利用率最高,分别为1.83和1.61 kg/m3.基于各处理水分利用效率和产量变化,W₁D3(120%ETc,9 d)可作为基于试验条件下较适宜的灌水技术.     

滴灌压差施肥系统灌水与施肥均匀性综合评价

为优化滴灌压差施肥系统的设计与运行,通过田间试验综合评价了施肥罐两端压差(0.05、0.10、0.15、0.20和0.25 MPa)和管道布置方式(纵向一端、纵向中间、横向一端和横向中间供水)对系统灌水与施肥均匀性的影响。结果表明,施肥罐两端压差与管网布置方式对灌水均匀性的影响均不显著,但管道布置方式对灌水均匀性的影响强于施肥罐两端压差。对于纵向一端和纵向中间供水,施肥罐两端压差对施肥均匀性的影响达到显著水平(P0.05),而横向一段和横向中间供水时施肥罐两端压差对施肥均匀性影响不显著。总体而言,滴灌压差施肥系统灌水均匀性优于施肥均匀性,横向供水方式均匀性高于纵向供水方式。为了同时保证滴灌压差施肥系统灌水与施肥的均匀性,建议优先采用横向供水管道布置方式,同时尽量降低施肥罐两端差压,延长系统施肥时间。     

水氮供应对温室黄瓜叶绿素含量及光合速率的影响

利用温室小区试验,以黄瓜"博耐9-1"为供试品种,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 mm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,研究了不同水氮供应对温室黄瓜叶绿素含量和光合速率的影响。结果表明:黄瓜叶绿素含量随着生育期的推进呈现先增加后降低的趋势,在盛果期取得最大值。在同一施氮水平条件下,灌水量的提高对叶绿素含量的提高均起到了促进作用。其中叶绿素总含量在W3N3处理下取得最大值,为12.32 mg·g-1,且与W2N2处理之间无显著差异。在各水氮供应条件下,黄瓜叶片的净光合速率日变化呈现单峰曲线,不施氮肥或严重亏水均会显著影响作物的净光合速率,而适量的节水节肥不仅能节约农业成本,且相比于充分灌水施肥,作物也能达到较好的净光合速率。在光照较强较稳定的情况下,W2处理下黄瓜叶片净光合速率达到最大值。从总体变化趋势看,W2N2处理(80%ET0,N 360 kg·hm-2)可认为是基于本试验条件下较适宜的水氮组合。     

关中平原冬小麦临界氮稀释曲线建模

临界氮稀释曲线可诊断植株氮营养状况，针对国内目前普遍存在的建模品种单一，可能造成模型普适性偏差的问题，以陕西关中平原主栽的6个冬小麦品种为研究对象，分别设置4个（0、105、210 kg·hm^-2和315 kg·hm^-2）施氮量水平，以两季4个冬小麦品种田间数据，建立了冬小麦花期前地上部干物质临界氮稀释曲线，曲线服从负幂指数函数；进一步通过另外2个冬小麦品种共计两季数据对模型进行了验证，验证结果表明，采用临界氮稀释曲线可以较好地区分独立样本中的氮营养亏缺和氮营养过剩数据。依据临界氮稀释曲线建立的氮营养指数和累计氮亏缺模型，可分别用于诊断植株的氮营养状况和量化氮素盈亏量，诊断结果表明施氮量为0 kg·hm^-2和105 kg·hm^-2条件下植株氮营养亏缺，210 kg·hm^-2和315 kg·hm^-2条件下小麦氮营养盈余，0~315 kg·hm^-2施氮量下的累计氮亏缺量-33.2~50.9 kg·hm^-2。通过建立氮营养指数与施氮量之间的线性关系，得出关中平原冬小麦适宜施氮量约为162 kg·hm^-2。