高邮灌区“集水期灌”稻田水平衡模型及期灌制度改进

本研究基于田间实测土壤水分与水层数据,借助水量平衡模型对作物系数K_(ci)、饱和水力传导度K_0、拟合参数a和b以及经验常数α等变量进行了率定,并采用率定模型推求了"集水期灌"稻田"456"和"467"灌溉制度。通过对比两种灌溉制度的效果,可以发现:与传统"456"灌溉制度相比,"467"灌溉制度在各个水平年灌水次数减少了2次,灌溉定额降低了499.5~700.5 m~3/hm~2,降雨利用效率提高了1.2%~6.5%,在实现节水的同时,保证了土壤水层和含水率均维持在作物适宜生长的范围内。总体上,改进后的灌溉制度"467"具有灌水次数少、灌溉定额小、降雨利用率高等特点,这对于高邮灌区"集水期灌"灌溉制度的优化调整具有重要的指导意义。     

稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉的响应

为了揭示水稻控制灌溉对稻田CH4和N2O综合排放的影响,该文采用静态暗箱-气相色谱法对控制灌溉稻田CH4和N2O排放进行原位观测,分析稻田CH4和N2O综合排放对控制灌溉水分调控的动态响应。结果表明,控制灌溉稻田CH4排放通量多低于常规灌溉稻田,且主要集中在水稻分蘖前期,峰值出现在土壤脱水后第1～2d,排放总量较常规灌溉稻田减少81.2%～82.8%;N2O排放通量多高于常规灌溉稻田,峰值出现在肥后且土壤脱水后3～4d,排放总量较常规灌溉稻田增加了121.8%～144.3%。控制灌溉稻田CH4和N2O的综合全球增温潜势较常规灌溉稻田显著减少(p<0.05),减少幅度为15.0%～34.8%。控制灌溉显著降低了稻田CH4和N2O的综合温室效应。     

控制灌溉模式对稻田土壤-植物系统镉和铬累积的影响

为了揭示不同灌溉模式Cd、Cr灌溉输入量差异及对Cd、Cr在稻田土植系统总累积的影响,基于田间试验开展了不同灌溉模式稻田土-植系统Cd、Cr含量观测。结果表明,控制灌溉与淹水灌溉相比在水稻全生育期可分别减少Cd、Cr灌溉输入量60.8%和59.8%。灌溉模式的改变显著影响了重金属Cd、Cr在植株地上部分的累积。与淹水灌溉相比,控制灌溉植株地上部分Cd、Cr累积量分别增加了29.5%和5.4%。植株吸收的Cd、Cr大部分储存在根部,只有少量向地上部分迁移,控灌植株根部Cd、Cr吸收富集系数大于淹灌处理。控制灌溉增强了Cd、Cr向水稻植株的迁移能力,以及Cd、Cr向地上部分迁移。因此控制灌溉减少了稻田重金属Cd、Cr的输入风险和土壤累积风险,但会导致水稻植株吸收Cd的增加,需要有针对性地进一步开展相关修复和防治研究。     

参考作物蒸发蒸腾量计算方法的应用比较

应用国家"863"节水农业重大专项子课题示范现场的气象资料,对4种分属于不同类型的参考作物蒸发蒸腾量ET0计算公式进行了日ET0值的验证计算。结果显示,在时间序列上,随气象因素变化各方法计算的日ET0值呈相同的变化趋势,但计算值有较大的差异;选取FAO56Penman-Monteith公式计算结果为标准,Priestley-Taylor(1972)方法结果与之最为接近,其余依次是Irmark-Allen拟合法和Hargreaves-Samani(1985)法;不同天气类型条件下,Priestley-Taylor(1972)结果与FAO56Penman-Monteith有较高的一致性,而其他2种方法随n/N的减小,误差急剧增加,尤其是Hargreaves-Samani(1985)方法。     

节水灌溉水稻叶片胞间CO2浓度及气孔与非气孔限制

为了揭示节水灌溉水稻叶片光合作用的气孔与非气孔限制特征,在研究节水控制灌溉水稻叶片胞间CO2浓度的动态变化规律基础上,进一步探讨了气孔限制与非气孔限制情况。结果表明：水稻叶片胞间CO2浓度呈现v型的日变化规律,在12:00－14:00达到最低值,非气孔限制指标Ci/C与气孔限制值Ls变化规律相反;节水灌溉条件下未出现重度水分亏缺,没有改变胞间CO2浓度与光合作用速率的关系;较低的土壤含水率情况下,控制灌溉水稻的叶片气孔限制值Ls出现增加,非气孔限制没有增加,光合速率没有出现明显降低;气孔限制值增大、光合速率增加的现象表明Ls夸大了叶片光合作用的气孔限制情况。与常规灌溉相比,节水灌溉水稻叶片胞间CO2浓度的变化及其与影响因子间的关系并未发生变化,节水灌溉水稻叶片光合作用的气孔限制有所增加,但光合速率未出现明显降低。     

水稻控制灌溉模式及其环境多功能性

水稻是我国的主要粮食作物，也是耗水量最大的作物，实行水稻控制灌溉可以实现高产与节水的统一。而稻田灌溉系统具有环境多功能性，包括补充地下水减小地面沉降、防洪、净化水质、净化空气、调节气温、保护生物多样化等几个方面。与传统淹水灌溉相比，实行控制灌溉后，稻田无水层的田间水分管理必将带来其灌溉系统环境多功能性的变化，探讨这些变化对水稻控制灌溉乃至节水灌溉的进一步推广应用有一定的指导意义。     

基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动模拟

为研究负压微润灌不同技术参数组合下的土壤水分运动过程,以土箱试验实测含水率为依据,构建并验证了基于HYDRUS-2D的负压微润灌土壤水分运动反演模型,并结合反演模型对负压微润灌多种组合情景的土壤湿润体模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,探究适宜于不同设施作物的负压微润灌技术参数组合。结果表明：采用HYDRUS-2D反演模型能够较好地模拟负压微润灌不同供水水头条件下的土壤湿润体特征,土壤湿润距离（水平距离、垂直向上距离和垂直向下距离）、含水率及累积入渗量模拟值与实测结果之间的决定系数和NSE分别达到0.98和0.77以上。试验及模拟结果均表明,负压微润灌条件下供水水头与土壤含水率、累积入渗量及不同方向的湿润距离均呈负相关关系。此外,基于反演模型对负压微润灌不同湿润体的情景模拟结果和典型设施作物根系分布特征及需水规律,拟定了不同设施作物适宜的负压微润灌技术参数范围。本研究对农业生产中负压微润灌技术参数的选择及新型节水微润灌技术的推广具有指导意义。     

微咸水灌溉下冬小麦光合作用与光响应曲线模拟

为揭示微咸水灌溉下冬小麦的光合生理响应机理,在黄河三角洲地区的典型引黄灌区开展了冬小麦微咸水灌溉大田试验,研究了两种灌溉处理（淡水处理（矿化度0g/L）和微咸水处理（矿化度3g/L））条件下,冬小麦抽穗期（2016年5月1日和2017年5月1日）和开花期（2016年5月10日和2017年5月12日）蒸腾速率、净光合速率、气孔限制值及光响应曲线模拟特征参数等指标变化规律。结果表明,与淡水处理相比,2016、2017年微咸水灌溉导致浅层（0~40cm）土壤含盐量显著增加了37.8%、64.3%;抑制了抽穗开花期冬小麦的蒸腾作用,2016、2017年微咸水灌溉处理冬小麦抽穗期蒸腾速率降低了19.1%、31.4%,开花期降低了11.6%、11.0%;午前净光合速率的下降主要受到气孔因素和非气孔因素共同影响,午后由于非气孔因素的改善,微咸水处理冬小麦净光合速率超过淡水处理,却伴随着较高的气孔限制值。引入直角双曲线修正模型进行光合特征参数拟合发现,微咸水灌溉有利于增强抽穗开花期冬小麦对于强光和高温的适应能力并且可以提升冬小麦利用弱光的能力,暗呼吸速率的下降可以保证较快的干物质累积。因此,微咸水灌溉并未对冬小麦抽穗开花期叶片光合作用产生负面影响,反而一定程度上促进了冬小麦利用光能的潜力。     

加气灌溉模式下稻田土壤水溶解氧的变化规律

基于小区试验资料研究了加气控制灌溉模式下稻田土壤水溶解氧的变化规律,结果表明:加气灌溉均能够提高不同灌溉稻田土壤的水溶解氧(DO),灌水后根区较高的土壤水溶解氧含量一般能够持续5 d左右,72 h内控灌+高加气量处理的土壤水溶解氧均值与其他处理差异明显;稻田土壤水溶解氧含量随土壤深度的增加而减少,表明加气灌溉对0~20 cm土层土壤水溶解氧含量影响显著,对深层土壤影响较小。因此可知,制定合理的水稻加气控制灌溉制度,可为水稻生长提供有利的根区供氧条件,对促进水稻生长、提高水稻产量有重要意义。     

控制地下水位减少节水灌溉稻田氮素淋失

为探讨高效的稻田灌排管理模式,降低稻田氮素淋失风险,该文利用装配有地下水位自动控制系统的蒸渗仪,研究地下水位调控对节水灌溉稻田氮素淋失的影响。结果表明,稻田排水控制限的提高可减少控制灌溉稻田地下排水量,控制地下水位处理1稻田地下排水量为179.4mm,分别较控制地下水位处理2(195.9mm)和控制地下水位处理3(285.8mm)稻田减少8.4%和37.2%。随稻田排水控制限的提高,控制灌溉稻田地下排水中铵态氮(NH4+–N)浓度增加,硝态氮(NO3-–N)浓度下降。与控制地下水位处理2和控制地下水位处理3稻田相比,控制地下水位处理1稻田地下排水中NH4+–N质量浓度均值分别增加9.3%和27.3%,地下排水中NO3-–N质量浓度均值分别减少32.6%和1.8%。稻田排水控制限的提高显著减少了控制灌溉稻田NO3-–N淋失量(P0.05),控制地下水位处理1稻田NO3-–N淋失量为0.27kg/hm2,分别较控制地下水位处理2(0.43kg/hm2)和控制地下水位处理3(0.88kg/hm2)稻田显著减少0.16和0.61kg/hm2(P0.05),控制地下水位处理2稻田NO3-–N淋失量较控制地下水位处理3稻田显著减少0.45kg/hm2(P0.05)。采用控制排水技术,适当提高控制灌溉稻田的排水控制限,可有效降低稻田NO3-–N淋失对地下水污染的风险。该研究可为制定满足控污减排需求的稻田灌排管理模式提供指导。