干旱盐渍化地区控释肥水氮耦合效应与制度优化

为探索盐渍化地区控释肥水氮耦合效应及优化组合方案,提高水氮利用效率,减少硝态氮流失,2019年和2020年在河套灌区开展了控释肥施用农田不同水氮配比试验,研究了盐渍化地区向日葵产量和水氮利用效率对控释肥与传统肥料的响应差异,以及控释肥不同水氮配比对向日葵产量和水氮利用效率的影响,构建了向日葵经济效益与水氮交互作用的数学回归模型,并优化了水氮组合方案。结果表明：与传统肥料相比,控释肥处理产量、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和灌溉水生产效率平均增加了13.89%、46.42%、13.61%和13.62%（P<0.05）,收获指数差异不显著（P>0.05）。控释肥施用条件下,不同水氮处理交互作用明显,控水灌溉限制了氮素利用,充分灌溉条件下向日葵产量、氮肥农学利用效率和氮肥偏生产力平均增长了21.87%、80.89%和21.53%;低氮同样降低了水分利用效率,从低氮到中氮,向日葵产量和灌溉水生产效率平均增长了14.83%和15.35%,从中氮到高氮平均增长了3.86%和3.43%。2年最高产量均为高水高氮处理,分别为3.9435、3.7887kg/hm2。控释肥施用条件下,灌水量、施氮量与向日葵经济效益之间符合二元二次回归模型,2年预测经济效益与实际经济效益决定系数R2均为0.99,通过主因素分析,经济效益随施氮量的增加先增加后减小,通过模拟寻优及综合各项指标分析,控释肥充分灌溉条件下中氮水平经济效益在18000~21000元/hm2之间,是本试验最优处理,在增产的同时可以减少氮素流失。研究可为河套灌区向日葵种植、减少农田面源污染提供技术参考。     

基于SHAW模型的内蒙古河套灌区秋浇节水灌溉制度

根据内蒙古河套灌区秋浇节水与土壤盐渍化防治的需要,利用SHAW模型模拟确定了不同盐渍化土壤合理的秋浇节水灌溉制度。结果表明：对于轻度盐渍化土壤,秋浇定额一般为142～183 mm,秋浇时间为9月28日－10月23日;对于中度盐渍化土壤,定额应该为180～200 mm,时间在10月14日－18日;对于重度盐渍化土壤,一般不种小麦,而种葵花等耐盐作物,定额为200～225 mm。因此,对于该灌区应该根据不同的土壤盐渍化程度,合理地安排秋浇。     

集雨补灌区谷子种植方式对产量及水分利用效率的影响

在黄土高原半干旱区,采用不同的种植方式,分析了旱地谷子水分供需特征及耗水规律,旨在通过改善土壤供水能力、土壤温度和降雨空间分配,提高灌水效率和水分利用效率,最终达到稳产高产的目的。通过2年的试验研究,结果表明:不论枯水年或丰水年,覆膜坐水+膜上灌水1次的处理增产效果最好,较对照增产130%左右,采用农田微集水技术的沟植垄盖处理具有提高作物水分利用效率的能力和较强的气候适应性,较对照增产67.5%～105%。     

节水改造前后土壤盐分剖面特征及其空间分布——以内蒙古河套灌区中游临河区为例

综合运用地质统计学、聚类分析、描述性统计和表聚系数,系统研究并对比总结了节水改造前后内蒙古河套灌区中游临河区土壤剖面盐分特征和空间分布规律。结果表明：节水改造前后灌区土壤剖面盐分均可分为均布型和表聚型2类。根据不同土层的相似性,灌区0～100 cm的采样层可分为0～20 cm和20～100 cm两个层次;从整个研究区来看,节水改造前,土壤含盐量有从西部和东部向中部逐渐降低的趋势。节水改造后,有由西向东逐渐增加的趋势。节水改造措施的实施,使得研究区土壤剖面盐分类型向均布型发展,且整体上土壤盐分有所降低。该研究结果为河套灌区节水改造后土壤盐渍化的改良、土地利用分区和灌溉制度的建立提供理论基础和实践依据。     

秋灌对冻融期土壤水盐热时空变化规律影响及灌水效果评价

为探究河套灌区秋灌条件下冻融期土壤水盐热变化规律及其灌水效果,采用田间试验的方法,对秋灌前至土壤冻融结束期间温度变化下水盐运移规律及玉米播种前的土壤水盐热条件进行了研究分析。结果表明:冻融期各层土壤温度在各时段具有相同的变化趋势,土壤温度的变化直接影响到水盐的运移过程;冻结期在温度梯度作用下非冻结区水分向冻结区运移使得冻结区土壤含水率增加,平均增幅4.02%~18.18%;进入消融期后上层土壤出现返浆现象,0~10 cm土壤含水率平均较冻结期增加11.54%~111.15%;随着温度的升高,在水势梯度的作用下盐随水向表层运移出现春季返盐现象;秋灌后土壤盐分被淋洗到作物根系层以下,但还存在于田间,所以冻结期随着水分的上移,根系层以下盐分又被带到上层土壤中,各土层含盐量平均增幅11.19%~50.19%;消融结束后下层土壤由于消融水下渗,盐分随之向下运移,20~100 cm土层含盐量平均降幅15.71%~44.95%,呈现脱盐趋势。研究表明秋灌灌水定额为1 500 m3·hm-2播前土壤水、盐、热状况较适宜于灌区玉米覆膜沟灌种植模式。     

基于Bayes判别理论的地下水化学分类的分析方法

将Bayes判别分析方法应用于地下水化学类型判别与分类中,建立了地下水化学类型综合评判的Bayes判别分析模型。模型选用Na++K+、Ca2+、Mg2+、HCO-3、Cl-、SO42-等6个指标作为判别因子;将地下水化学类型分为3种,作为Bayes判别分析的3个正态总体;以内蒙古河套灌区地下水实测数据作为训练样本,建立Bayes线性判别函数;以Bayes线性判别函数计算待判样品的Bayes判别函数值,以最大值对应的总体作为样品所归属的总体;最后以刀切法对判别准则进行评价以检验模型的优良性。结果表明,Bayes判别分析模型误判率低,识别正确率达82.5%,输出结果正确率达86.6%。与传统分类方法相比,Bayes判别分析模型提供的判别分类结果,具有更明晰、易懂的水化学类型信息。     

水氮限量供给对盐渍化农田玉米光能利用与产量的影响

为确定河套灌区畦灌条件下盐渍化农田玉米适宜的灌溉和施氮量,田间试验设置了3个灌溉水平150、225、300mm（分别记为W1、W2和W3）和3个施氮水平172.5、258.8、345kg/hm2（分别记为N1、N2和N3）,研究限量水氮对盐渍化农田玉米生殖生长阶段土壤水盐状况、光截获率、光能利用效率（RUE）及产量的影响,并基于通径分析方法探讨了产量形成机制。结果表明：相同施氮量下,W3和W2在玉米抽雄-灌浆期的光截获率显著高于W1（P＜0.05）,W3与W2差异不显著;水、氮及交互效应显著影响RUE,特别在灌浆期,RUE与灌溉量和施氮量在一定范围内呈正相关,而过量灌溉或施氮对RUE有抑制作用,适度减氮控水能显著提高RUE;W2N2的产量分别较W3N3、W3N2增产4.01%、3.91%（P＞0.05）,适度节水节氮不会显著影响产量;产量与灌浆期叶面积指数（LAI）、光合势、光截获率呈显著正相关,RUE对产量的直接贡献最大,生物累积量、LAI、光合势和光截获率均通过RUE对产量的间接贡献较大;W2N2相比其他处理明显改善了玉米生长后期土壤水盐状况,有利于促进冠层发育和提高光合生产力,其较小平均叶倾角和较大LAI有利于提高光截获量和光合作用面积,特别是其灌浆后期LAI和光合势较其他处理提高7.15%~42.24%和5.95%~37.60%,LAI下降速率分别较W3N3、W3N2减缓37.35%、53.49%,具有更加合理的冠层结构,表现出较高的光合性能,显著促进了生物量的累积（P＜0.05）,灌浆期RUE较其他处理显著提高18.61%~66.93%,在本试验条件下产量最高。W2N2处理具有节水、节肥、稳产及高光效的优势,可作为河套灌区盐渍化农田玉米适宜水氮模式。     

农田硝态氮淋溶规律对不同水氮运筹模式的响应

为探明不同水氮运筹对淋溶水中NO_3~--N时空分布特征以及施氮量和灌水定额对NO_3~--N淋失量的影响,进而制定安全有效的水氮运筹模式。试验采用裂区设计,主区为灌水定额,设置3个水平,分别为525(W1),750(W2),975(W3)m~3/hm~2。副区为施氮量,设置5个水平,分别为0(N0),80(N1),160(N2),240(N3),320(N4)kg/hm~2。每个灌水定额下有5种施氮量处理,共15个处理。并于2014—2015年连续2年进行田间试验。采用多孔PVC法和土钻法采集水样和土样,测定淋溶水中NO_3~--N浓度并计算NO_3~--N淋失量。结果表明,0—40cm埋深内,对比第1次灌水前后NO_3~--N浓度发现,随着施氮量的增加,W1水平下NO_3~--N浓度2年的平均增幅远低于W2和W3水平下NO_3~--N浓度2年的平均增幅。随着灌水定额的增加,N1、N2水平下的NO_3~--N浓度平均增幅远低于N3、N4水平下的NO_3~--N浓度平均增幅。NO_3~--N浓度平均增幅最大的为52.5%的W3N3。NO_3~--N浓度平均值最高的为8.29mg/L的W3N4。与0—40cm埋深内的各处理相比,40—80cm埋深的各处理NO_3~--N浓度整体下降,但整个生育期内淋溶水中NO_3~--N浓度的变化趋势与0—40cm埋深内相一致。80—120cm埋深内,施氮量、灌水定额以及两者的交互作用对NO_3~--N淋失量的影响呈极显著。当灌水定额一定时,2014年、2015年2年的NO_3~--N淋失量随着施氮量增加而递增,淋失率随着施氮量的增加而减少;当施氮量一定时,NO_3~--N淋失量及淋失率均随着灌水定额的增加而递增。鉴于根层内需要充足的NO_3~--N以被作物吸收,并保证NO_3~--N淋失量对地下水的污染在可控安全范围内,故推荐W2N3为适用于当地的水氮运筹模式。     

基于WIN ISAREG模型的辣椒沟灌灌溉制度优化研究

为研究河套灌区经济作物辣椒的节水灌溉制度,进行了连续两年的田间灌溉试验。根据辣椒"水涝易死秧"的特点,采用沟灌对辣椒的灌溉制度进行研究。在田间试验的基础上,利用ISAREG模型对实际灌溉制度进行了评价,并模拟了多种组合方案,得到了受黄河来水时间约束和井渠结合不受来水限制的优选方案。优化结果表明辣椒生育期内共灌水4次,总灌水量在220mm左右,产量下降率为5%左右。在不严重减产条件下水分利用率提高了12.73%。因此制定合理的灌溉制度,有利于为当地充分和有效的利用水资源提供依据。     

水肥对土壤盐分影响及增产效应

为了内蒙古河套灌区盐渍化土壤的肥料高效利用,采用田间试验的方法,将不同种类肥料和灌溉定额进行组合,研究其对土壤盐分的动态影响及增产效应.结果表明:小麦收获后,除尿素处理外,有机肥、控释肥和缓释肥处理在常规及节水灌溉条件下耕层和剖面土壤电导率(EC)均值较试验初都有不同程度的降低.有机肥处理在常规灌水条件下(灌水定额为1 005 m³/hm²),控盐效果略显优势;缓释、控释肥在节水灌溉条件下(灌水定额为750 m³/hm²),控盐效果更明显,剖面土壤EC均值较试验前分别下降16.4%,14.3%;尿素处理在常规灌水条件下,耕层及剖面土壤EC均值较播前分别增加3.6%,2.7%,积盐程度略高于节水处理.4种肥料处理的小麦产量较对照处理增产效果显著;缓释肥处理在常规及节水灌溉条件下均表现出显著的增产优势.综合考虑节水、增产、土壤脱盐等效应,获得优化灌水施肥模式为:缓释肥配二铵基施,生育期内不进行追肥,缓释肥为800.4 kg/hm²,二铵为350.6 kg/hm²,灌水定额为750 m³/hm²,产量为8 374.5 kg/hm², 较当地农民习惯灌水施肥处理可增产2.14%、节水25%,作物耕层EC值和剖面土壤EC均值较播前分别下降18.6%,16.4%.