不同矿化度咸水膜下滴灌棉花土壤盐分累积规律及其数值模拟

咸水膜下滴灌技术是缓解干旱区灌溉水资源短缺的有效途径之一。该研究基于3 a不同梯度矿化度(2、3、4、5、6 g/L)水源膜下滴灌棉花测坑试验,分析棉花全生育期时段内不同土层盐分累积规律,并基于土壤水分及溶质运动理论构建了咸水滴灌棉田土壤盐分HYDRUS-2D数值模拟模型,分析数值模拟不同咸水矿化度下土壤盐分分布与运移累积特征的可行性。结果表明:1)3、4 g/L矿化度处理下盐分在时间水平上积累量少,且棉花株高、叶绿素、籽棉产量高于5、6 g/L矿化度处理,4 g/L为灌溉水源盐分阈值。2)土壤电导率随灌溉生育期整体呈现出逐渐累加的趋势,至吐絮期达到峰值;滴头位置处电导率随土层深度的增加均呈先增后减趋势,在60～70cm土层达到峰值,该土层各不同矿化度处理土壤电导率分别为3.04、3.18、3.15、3.00、3.12dS/m;3)盐分累积过程中呈锯齿型波动,灌溉水源矿化度越高累积趋势越显著;各土层盐分累积模拟精度以30 cm土层最高、10 cm土层最低,50 cm土层居中,不同土层实测值与模拟值的平均绝对误差小于等于0.168、平均相对误差小于等于15.321、均方根误差小于0.2、决定系数大于0.79,土壤盐分实测值与模拟值具有很好的一致性,说明数值模拟的可行性。研究结果可为干旱区不同矿化度水源膜下滴灌棉花土壤盐分运移机理研究提供依据。     

膜下滴灌水源矿化度对棉花生长的影响及AquaCrop模拟

利用微咸水灌溉是缓解干旱区灌溉淡水资源短缺的有效途径。为探讨膜下滴灌水源矿化度对棉花植株体内盐分累积、生长及产量的影响,该研究开展了2 a(2020-2021年)测坑试验,共设置6个灌溉水矿化度,分别为1、2、3、4、5和6 g/L,分析了棉花生育期内不同土层盐分累积规律,构建了不同矿化度水源膜下滴灌棉花的AquaCrop作物生长模型。结果表明：1）不同矿化度水源膜下滴灌棉花土壤盐分在40～60 cm土层积累量达到峰值,80～100 cm土层盐分积累较少。不同矿化度水源膜下滴灌棉花2 a末40～60 cm土层盐分分别累积44.29%、42.68%、43.40%、34.92%、35.69%、39.32%。2）灌溉水源矿化度为3～4 g/L时棉花生长指标和产量优于其他处理,且不会造成盐分累积过高,灌溉水源矿化度为4 g/L与1 g/L相比棉花各生长指标和产量受到影响较小,综合考虑棉花适宜灌溉水源为3～4 g/L之间。3）通过构建AquaCrop作物生长模型模拟冠层覆盖度、地上干物质量模拟值与实测值的决定系数大于等于0.812,标准均方根误差不大于24.1,一致性指数不小于0.984,模拟效...     

Cotton growth and the fate of N fertilizer as affected by saline water irrigation and N fertigation in a drip-irrigated field

The objective of this two-year field experiment was to study the effects of irrigation amount, N rate, and irrigation water salinity on cotton growth and the fate of N fertilizer. The movement of N through the plant-soil system was traced using ¹⁵N-labeled urea. The study consisted of twelve treatments, including two irrigation amounts (405 and 540?mm, I405 and I540, respectively); two N application rates (240 and 360?kg?N/ha, N240 and N360, respectively); and three irrigation water salinity levels [0.35, 4.61 and 8.04?dS/m, representing fresh water (FW), brackish water (BW), and saline water (SW), respectively]. A randomized complete block design was used with three replications. The results showed that cotton biomass, N uptake, and yield increased as irrigation amount and N amount increased; however, all three variables were significantly less in SW than in FW and BW. Plant ¹⁵N recovery rates were greater (i) in the I540 treatments than in the I405 treatments and (ii) in the N360 treatments than in the N240 treatments. Plant ¹⁵N recovery rates in BW were 7.98% and 30.01% greater than those in FW and SW, respectively. Residual soil ¹⁵N increased as N fertilizer amount increased but declined as irrigation amount increased. Residual soil ¹⁵N in BW and SW was 6.02% and 21.44% greater, respectively, than in FW. Total ¹⁵N recovery was significant greater in BW than in FW and SW. The ¹⁵N leaching losses increased significantly with increases in irrigation amount, irrigation water salinity, and N rate. Our study suggests that if appropriate amounts of irrigation water and N fertilizer are used, then brackish irrigation water (4.61?dS/m) will not affect cotton growth, yield and N recovery. In contrast, saline irrigation water (EC?>?8?dS/m) reduces cotton growth, yield, and N use efficiency.     

滴灌条件下盐分对棉花养分及盐离子吸收的影响

在温室条件下,通过盆栽试验研究了滴灌条件下不同土壤盐度对棉花养分、盐离子吸收的影响。结果表明,棉花干物质生产受土壤盐分影响显著,高盐度条件下棉花生育进程滞后,生殖生长与营养生长不协调,造成脱落率增加,经济产量下降。土壤盐度显著影响棉花对N、P和K养分的吸收和分配;N、P和K的积累总量以及在籽棉和铃壳中的吸收量随土壤盐度增加显著降低,而茎秆和叶片受影响较小。棉花植株体内的盐分离子（Ca2+、Na+与Cl-）含量随土壤盐度的增加显著增加;吸收的盐分离子主要积累在茎叶,尤其以叶片中的盐分离子含量为最高,而籽棉的盐分离子含量较少。     

不同滴灌形式对棉田土壤理化性状的影响

为研究长期滴灌对土壤性质的影响,采用田间抽样调查的方法,对新疆棉田膜下滴灌和地下滴灌进行了对比分析,研究了滴灌形式对棉田土壤理化性状的影响.结果表明,采用滴灌8年后,膜下滴灌在10 cm处土壤体积质量相对较高,而地下滴灌的高体积质量土壤下移至60 cm上下.土壤盐分的分布规律与之相反,地下滴灌表层(0～20 cm)土壤的含盐量略高于膜下滴灌,而在20～100 cm土层,膜下滴灌的土壤含盐量明显高于地下滴灌:0～ 100 cm土体土壤平均电导率(EC值)膜下滴灌比地下滴灌高出19.2％.与膜下滴灌相比,地下滴灌条件下20 cm以上土层土壤PH值较低,0～100 cm土体土壤碱解氮的残留量也较少,而不同滴灌方式间土壤有效磷和有效钾的质量分数差异不明显.     

灌溉水盐度和施氮量对棉花产量和水氮利用的影响

淡水资源不足和盐渍化是干旱半干旱地区农业生产的重要限制因素,因此提高水、 肥利用效率和作物产量,减少根区盐分积累和地下水污染风险是这些地区水分养分优化管理的重要目标。通过田间试验研究了滴灌条件下灌溉水盐度和施氮量对棉花产量和水、 氮利用率的影响。试验设置灌溉水盐度和施氮量两个因素,灌溉水盐度（电导率,EC）设3个水平,为0.35（淡水）、 4.61（微咸水）和 8.04（咸水）dS/m,分别用SF、 SM和SH表示;施氮（N）量设4个水平,为0、 240、 360和480 kg/hm2,分别以N0、 N1、 N2和N3表示。研究结果表明,棉花干物质重、 氮素吸收量和氮肥利用率受灌溉水盐度、 施氮量及二者交互作用的影响显著。咸水灌溉处理（SH）棉花干物质重、 氮素吸收量、 产量和氮肥表观利用率均显著降低,而微咸水灌溉（SM）对棉花氮素吸收量和氮肥表观利用率影响不大,但干物质重和产量有所降低。施氮肥可显著促进棉花生长,增加干物质重、 氮素吸收量和产量,但随着灌溉水盐度的增加,其促进效应明显受到抑制。微咸水和咸水灌溉会导致水分渗漏增加、 蒸散量降低,增施氮肥则可显著降低水分渗漏、 增加蒸散量。微咸水灌溉水分利用率最高,其次是淡水灌溉,咸水灌溉最低;增施氮肥则可显著提高水分利用率。因此滴灌条件下,高盐度的咸水不宜用于灌溉。而短期的微咸水灌溉不会对棉花产量和水、 氮利用率产生严重的负面影响;同时,合理的配施氮肥也有助于促进棉花生长,提高棉花产量和水分利用率。     

地膜覆盖对滴灌土壤湿润区及棉花耗水与生长的影响

土壤湿润范围是滴灌技术设计中必须考虑的指标。以田间试验为基础,通过测定、分析和对比膜下滴灌和无膜滴灌条件下土壤含水率田间分布、土壤耗水量田间分布、棉花生长状态(株高、叶面积指数、产量等)以及产量的差异等指标,对膜下滴灌土壤湿润区的特征进行了研究。研究结果表明：地膜覆盖条件下,整个土壤覆盖面积均被湿润,其土壤湿润比高于无膜滴灌下的土壤湿润比。地膜阻碍了地表积水区向膜外土壤扩展,导致膜外土壤含水率低,单根滴灌毛管控制面积内的土壤耗水量比无膜滴灌条件的耗水量低,土壤水利用率明显高于无膜滴灌条件。但是,这却造成生     

长期膜下滴灌棉田土壤盐分变化特征

为阐明膜下滴灌技术对土壤化学性质的影响,选择典型绿洲区(新疆石河子市下野地灌区)进行膜下滴灌1~6 a的棉田,于2009—2013年对其土壤盐分离子变化进行定点监测分析。结果表明,绿洲盐碱区棉田土壤中盐分、Na+、Ca2+、Mg2+、SO2-4以及Cl-随滴灌应用年限延长呈负指数幂函数曲线降低,在膜下滴灌技术使用初期,棉田盐分、离子下降较快,随后降幅减小;滴灌第1年土壤为盐土,滴灌第5年转为轻度盐化土;滴灌第6年后棉花成活率为76.39%,产量为4 515.48 kg/hm2。同时随着滴灌年限延长钠吸附比和Cl-/SO2-4当量比降低,土壤中阴阳离子组成亦在逐年发生变化,长期应用膜下滴灌技术后盐碱土类型将可能由氯化物-硫酸盐盐土转化为硫酸盐盐土。结果表明,绿洲盐碱灌区现行灌溉制度下膜下滴灌棉田土壤盐分向着有利于棉花生长的方向发展。研究可为规模化推广膜下滴灌技术提供一定的理论支持。     

不同土质下灌水盐度对滴灌棉花生理及产量品质的影响

在干旱、半干旱地区利用微咸水进行灌溉可以缓解淡水资源供需矛盾,但其灌溉效果与土壤质地是否相关有待研究。该研究旨在探讨灌水矿化度对不同土壤质地滴灌棉花生长发育和籽棉产量、纤维品质的影响。2022 年进行桶栽试验, 设置 2 种玛纳斯河流域常见的棉田土壤质地（砂壤土 T1、砂土 T2）和 4 个灌水矿化度（0.85（S0）、2.00（S1）、 5.00（S2）、8.00g/L（S3））,共 8 个试验处理,研究不同处理下棉花光合指标、株高、茎粗、产量及品质。结果表明： 随灌水矿化度增大,在砂土中棉花苗期后株高、茎粗、净光合速率、蒸腾速率、单铃质量、单株铃数、产量、灌溉水利 用效率和断裂比强度均呈现减小趋势,S3 处理的蒸腾速率在蕾期较 S0 降低 10.61%;而在砂壤土条件下,各指标呈先增 后减趋势,S1 处理净光合速率较 S0 增加 8.40%。随灌水矿化度升高,2 种土壤质地下棉花的最大荧光呈现减小趋势, 非光化学淬灭呈现增加趋势。通过回归分析可知,砂土棉田棉花产量与灌水矿化度呈负相关关系,而在砂壤土棉田中, 用小于 3.69 g/L 的灌溉水不会降低棉花产量。利用通径分析可知,在砂壤土条件下,棉花茎粗、蒸腾速率是影响产量的主要因素,株高是影响马克隆值的主要因素。在砂土条件下,非光化学淬灭系数、蒸腾速率是影响产量的 主要因素,株高、蒸腾速率是影响马克隆值的主要因素。该研究可为玛纳斯河流域不同土质棉田合理利用微咸水资源提供理论依据与技术支撑。     

棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度的研究

为寻求微咸水膜下滴灌的最优灌溉制度,利用2008和2009年田间试验结果,从棉花生长和产量的角度出发,分析11种灌溉处理各生育期的变化情况。测定了叶面积、干物质质量、棉花产量、土壤盐分等指标。结果表明：灌溉水量越大,棉花营养生长部分生长越快,生长时间越长;灌水盐分越高,盐分胁迫使生殖生长部分所占比例越大,越易衰老;试验区内灌溉定额3 750 m3/hm2（微咸水80%,淡水20%）的轮灌处理,2008年棉花产量达到5 190 kg/hm2,接近仅灌淡水5 250 m3/hm2处理（5 205 kg/hm2）,该轮灌处理2008年总盐为负增长（-0.95 g/kg）,2009年试验结果有力验证了该灌溉制度的节水增产、保护土壤环境的优越性。     

微咸水滴灌对黄瓜产量及灌溉水利用效率的影响

试验主要研究了华北半湿润地区微咸水滴灌条件下,滴头正下方0.2 m深度土壤基质势分别控制在－10～－50 kPa时,不同盐分浓度微咸水(2.2～4.9 dS/m)对黄瓜产量、灌水量及灌溉水利用效率(IWUE)的影响。研究发现当灌溉水电导率(EC)大于1.1 dS/m时,黄瓜的产量随着EC的增大而降低。当滴头下0.2 m深度土壤基质势控制在－25～－35 kPa时,黄瓜表现出来的耐盐性最强,EC每升高1 dS/m产量大约降低3%。总的趋势是土壤基质势控制越高(－10 kPa)处理的灌溉量越多,IWUE越低,而土壤基质势控制越低(－50 kPa)处理的灌溉量越少,IWUE越高。通过研究,在年降雨量大约为600 mm的半湿润地区,当没有足够的淡水用于作物灌溉时,可以在采用一系列灌溉与栽培管理措施条件下,利用2.2～4.9 dS/m的微咸水来灌溉黄瓜等对盐分中等敏感的作物。     

层状土壤质地对地下滴灌水氮分布的影响

以均质砂土（S）、均质壤土（L）和上砂下壤层状土壤（SL）为对象,采用室内土箱试验,研究了土壤质地及其层状结构和地下滴灌灌水器流量对水分、硝态氮和铵态氮分布的影响。结果表明,SL层状土壤中,砂-壤界面增加了水分的横向扩散而限制了水分的垂向运动,致使界面下部形成水分和硝态氮积聚区。土壤硝态氮分布还受肥料溶液浓度和土壤初始硝态氮浓度影响,对试验采用的土壤初始硝态氮浓度较低而肥料溶液硝态氮浓度较高的情况而言,灌水器周围的硝态氮浓度与肥料溶液的硝态氮浓度相近,随着离开灌水器距离的增加,土壤硝态氮浓度减小。灌水器周围的土壤含水率和硝态氮浓度随灌水器流量的增大而增大。施肥灌溉使灌水器周围5～10 cm范围内的铵态氮浓度出现峰值,而土壤质地和灌水器流量对铵态氮浓度分布没有明显影响。因此地下滴灌水氮管理措施的制定应综合考虑土壤质地及其结构、初始土壤水氮状况、灌水器埋深及流量、灌水量、肥液浓度等因素。     

膜下滴灌系统不同应用年限棉田根区盐分变化及适耕性

盐碱地长期膜下滴灌作物根区土壤盐分是否累积及适宜耕作问题引起很多学者关注和思考,并成为制约干旱区农业生产、影响绿洲生态稳定和膜下滴灌可持续应用的重要因素。该文通过对新疆典型灌区5块不同膜下滴灌应用年限农田进行连续4a的定点监测,尝试揭示长期膜下滴灌农田根区土壤盐分演变趋势。结果表明,在现行灌溉制度条件下,新疆干旱区绿洲膜下滴灌棉田0～60 cm膜内根区盐分随滴灌年限呈降低趋势,在滴灌1～4年根区总盐变化幅度及降低幅度均较大,滴灌5～7a盐分继续小幅降低,根区平均含盐量均低于5 g/kg,棉花根系生境合适,基本满足耕种条件,棉苗存活率在60%以上,产量在5 250 kg/hm2以上;滴灌8～15 a盐分趋于稳定,根区平均含盐量均低于3 g/kg,且Cl-含量低于0.12 g/kg时,棉花成活率及产量较高且稳定,棉苗存活率在90%以上,产量在6000 kg/hm2以上,根区土壤盐分中Na+与Cl-随滴灌年限降低趋势明显。当地的灌溉制度是造成根区盐分降低的主要原因,坚持现行的灌水制度有利于膜下滴灌长期可持续应用,但应适当减少花铃后期及吐絮期的灌水定额以节约水资源。     

基于HYDRUS-2D模型的膜下滴灌暗管排水棉田土壤盐分变化

为研究膜下滴灌暗管排水条件下棉田土壤盐分变化规律,该研究基于新疆122团盐碱地暗管排水试验,通过膜下滴灌淋洗,监测0～200 cm土层土壤盐分变化,并应用HYDRUS-2D数值模型,模拟分析了暗管排水条件下,盐渍化棉田在2013和2014年生育周期内和秋季返盐阶段土壤盐分变化情况。结果表明:模拟值与实测值之间吻合度较高,模型可用于预测盐碱地土壤层剖面盐分含量变化。模拟结果显示,棉花生育期内滴灌条件下,盐分持续下降;棉花收获后土壤表层开始返盐;2013和2014年棉花吐絮期土壤含盐量与初始含盐量相比,在膜下,0～80cm土层平均脱盐率分别达到了41.11%和55.56%;膜下及膜间,0～80 cm土层平均脱盐率分别达到了14.05%和17.88%;棉花收获后,土壤表层返盐明显,但与初始含盐量相比仍较低,0～80 cm土体盐分分别平均下降了5.55%和10.15%,0～200 cm土体盐分分别平均下降了2.58%和4.96%,说明暗管控制条件下,使用滴灌淋洗和暗管排盐的模式,土体内的盐分总量呈现降低趋势。研究可为西北内陆干旱区暗管排盐技术和膜下滴灌的推广和应用提供理论支撑和科学指导。     

华北半湿润地区微咸水滴灌对番茄生长和产量的影响

为了安全有效地开发和利用微咸水资源,必须了解微咸水灌溉对作物和土壤安全性的影响.该研究连续3a(2003～2005年)在华北半湿润地区就滴灌条件下不同盐分浓度微咸水和土壤基质势对番茄地下、地上部分生长和产量的影响进行了研究.试验结果发现不同盐分浓度微咸水(1.1～4.9 dS/m)和土壤基质势(滴头正下方0.2 m深度土壤基质势下限控制在-10～-50 kPa)处理对番茄根千质量密度、根长密度、最大叶面积指数、总叶绿素含量和产量等都没有明显的影响,且不同盐分浓度和土壤基质势处理间没有显著的交瓦影响.因此,华北半湿润地区滴灌条件下,番茄缓苗阶段后用EC<5 dS/m的微咸水灌溉,对番茄的生长和产量是安全的.     

小麦不同滴灌年限小尺度土壤剖面盐分空间分布特征

以1、5年的滴灌不覆膜密植作物冬小麦农田土壤为研究对象,通过采集小尺度土壤剖面(0~10、10~20、20~30、30~40、40~60 cm)样品,结合连续性定位监测、描述性统计和地统计分析,探索新疆奇台县不同滴灌年限小尺度土壤盐分积累时空变异规律。研究结果表明,各土层土壤盐分符合对数正态分布。滴灌1年土壤盐分含量平均值随土层深度的增加呈底聚特征,滴灌5年呈抛物线特征。滴灌1年变异系数大部分为弱变异,滴灌5年部分为中等程度变异。半方差函数表明,滴灌1年土壤盐分含量符合球状模型和高斯模型,R~2≥0.76;滴灌5年土壤盐分含量符合高斯模型、球状模型和指数模型,R~2≥0.75。土壤盐分块金系数C_0/(C_0+C)为中等和强烈的空间自相关性,表明土壤盐分受结构性因素和随机性因素共同作用。研究结果可为科学管理和合理利用改良盐渍化土壤提供理论依据和数据参考。     

滴灌棉田根系与土壤氮磷钾养分的分布特征

为了解滴灌棉田根系与土壤养分的分布特征,选择壤土和砂壤土两种质地土壤,定期调查滴灌棉田不同生育时期的棉花根系与土壤氮磷钾养分在水平和垂直方向的分布规律。结果表明:第一次滴灌水前棉花根系体系构建完成,棉花根系水平分布均匀,在3~20 cm土层垂直分布较多,疏松土壤中可深入到40 cm土层;根系分布与基肥分布吻合,基肥能被有效利用。各生育期棉田养分垂直方向分布总体规律是0~30 cm土层中有效氮磷钾养分分布一致且较高;30~40 cm土层中养分略低,是过渡层;40 cm以下土层中养分较低。0~30 cm土层与40~60 cm土层养分间差异显著。棉田在垂直滴灌带的水平方向土壤养分含量差异不显著;滴肥后0~30 cm土层氮磷钾养分增加明显,及时提供了棉花生长的养分,维持了土层中养分水平。     

膜下滴灌棉花产量和品质与作物缺水指标的关系研究

通过田间试验,研究了膜下滴灌棉花的作物产量、品质和作物缺水指标(CWSI)定量关系。确定了充分供水条件下作物各生育阶段缺水指标下基线的特定表达形式,建立了作物缺水指标(CWSI)和空气饱和差(VPD)的定量关系,并提出了用CWSI诊断作物水分状况的适用性及最佳观测时间。对不同水分处理棉花的CWSI在生育期内进行了定期观测,得到了各处理棉花CWSI的平均值以及与棉花耗水量、皮棉产量、水分利用效率、绒长、衣分率及单铃重的关系。结果表明,除衣分率外,其余指标最优值对应的CWSI值在0.4左右。因此,可利用作物缺水指标对膜下滴灌棉花进行高效的水分管理。     

棉花膜下滴灌水氮耦合效应研究

在南疆气候条件下,研究了膜下滴灌棉花水氮耦合效应。结果表明,在膜下滴灌条件下,水氮存在明显的互作效应,水分胁迫极大地抑制肥效发挥,而水分适宜时,不同氮肥处理棉花产量差异显著;氮肥也促进了水分效应的发挥,但是水分是棉花产量的主效应因子。试验中最优水氮组合为每公顷灌水505.mm、氮肥225.kg。高产棉花冠层指标分别为:株高66.9.cm、叶龄15.6个、果枝13.1台、成铃数8.9个。水氮胁迫缩短了棉花生育期,这可能是不同水氮处理棉花产量差异的主要原因。     

滴灌条件下种植年限对大田土壤盐分及pH值的影响

为研究滴灌技术改良盐碱地的可持续性,该文采用田间定位试验和时空转换相结合的方法,研究了在盐碱地上应用滴灌技术种植糯玉米第1、2、3、4年后,土壤含盐量及pH值的变化。结果表明：在玉米生长季内,不同种植年限的地块土壤盐分都得到不同程度地淋洗,土壤含盐量降低幅度在24.7%～43.9%之间,其中在新开垦的地块上降低幅度尤为明显;随着种植年限增加,土壤剖面上的含盐量呈下降趋势,0～60 cm土壤含盐量下降速度快,而60～150 cm下降慢。同时,土壤剖面上pH值也随种植年限的增加呈降低的趋势。总之,在采用滴灌技术1～4 a后,盐碱地土壤含盐量和土壤pH值呈降低趋势。