分根交替滴灌对管栽黄瓜光合作用及水分利用效率的影响

【目的】探讨分根交替滴灌对管栽黄瓜光合作用及水分利用效率的影响机理。【方法】以津优3号黄瓜为试材,设分根交替滴灌(alternate partial root-zone drip irrigation,APDI)、 固定1/2根区滴灌(fixed partial root-zone drip irrigation,FPDI)和传统滴灌(conventional drip irrigation,CDI)3个处理,随机区组排列,研究了不同滴灌方式对黄瓜生长、 光合作用及水分利用效率的影响。【结果】分根交替滴灌(APDI)作物根区的干湿交替能够刺激根系的补偿生长,提高植物的根系活力。固定1/2根区滴灌(FPDI)黄瓜叶片相对含水量、 水势和渗透势都显著低于传统滴灌(CDI),而细胞汁液浓度显著高于其他两个处理,说明FPDI在一定程度上影响了黄瓜对水分的正常吸收和转运,抑制其正常生长。与CDI相比,APDI显著降低了黄瓜叶片净光合速率和蒸腾速率,却显著提高了水分利用效率。APDI处理的PSⅡ有效光化学量子产量(Fv/Fm)与CDI相比差异不显著,但较FPDI显著升高。FPDI处理的非光化学猝灭系数(NPQ)显著高于其他两个处理,说明固定一侧根系的干旱胁迫导致PSⅡ吸收的光能用于光化学反应的份额显著减少,从而使得光反应的能力和效率降低,过剩光能的热耗散显著增加。另外,APDI和FPDI虽然都不同程度地减少了耗水量和渗漏量,但FPDI黄瓜生长和光合作用均受到严重抑制,因此不适用于设施黄瓜的节水灌溉,而APDI处理在节水的同时能保证黄瓜正常生长及适宜的光合作用。【结论】分根交替滴灌(APDI)可作为设施节水高效灌溉的一种灌溉模式,具有广阔的应用前景。     

根系分区交替灌溉与生物质炭对土壤养分动态及设施甜椒产量和品质的影响

土壤水分和养分是决定温室栽培中作物产量和品质的关键因素,对于提高资源利用效率具有重要影响。研究了根系分区交替灌溉与生物质炭对土壤速效养分和甜椒产量及品质的影响。在日光温室地表覆膜条件下,试验设置4个处理,分别为常规滴灌(D)、根系分区交替灌溉(PRD)、2%生物质炭+常规滴灌(BD)和2%生物质炭+根系分区交替灌溉(BPRD)。试验结果表明:(1)与不施炭处理(D与PRD)相比,施用2%生物质炭处理(BD与BPRD)能够显著提高土壤速效钾含量(P0.05),在甜椒初花期和盛花期能够显著提高土壤速效磷含量(P0.05),但对土壤碱解氮无显著影响;(2)与其他三个处理相比较,BPRD处理能够在不降低产量的情况下增加甜椒果实维生素C含量,减少甜椒果实可滴定酸浓度;(3)与普通灌溉相比,PRD处理能够提高灌溉水分利用效率,但BPRD处理节水效果并不显著。因此,在日光温室地表覆膜条件下,根系分区交替灌溉(PRD)技术可以实现节水并维持产量,而生物质炭与根系分区交替灌溉联合技术(BPRD)是否可作为一种新型农业技术进行推广应用还有待进一步验证。     

滴灌密植枣林细根及土壤水分分布特征

为明确黄土丘陵区滴灌密植枣林（Ziziphus jujube Mill.)细根（直径＜2 mm）及土壤水分的空间分布特征,以无滴灌稀植枣林为对照,利用根钻法（洛阳铲）分别获得12 a生密植枣林地0～5.4 m和12 a生稀植枣林地0～10.4 m土层的细根干重密度,及0～10.4 m的土壤水分。结果表明：枣林细根干重密度随土层深度的增加而减少,50%以上的细根集中分布在0～0.8 m的土层中,该土层为根系密集层。密植枣林的细根干重密度较稀植枣林高,而细根最大分布深度却相反,密植枣林细根最大分布深度为5 m,稀植枣林为10 m。密植枣林土壤水分低值区的土层达3.0 m,稀植枣林延伸到4.6 m。该研究表明滴灌密植对枣林根系分布及土壤水分有显著影响,滴灌可减短枣林细根最大分布深度,滴灌条件下密植枣林整体根系较浅,有利于减轻深层土壤水分消耗。     

分根交替膜下滴灌条件下南疆棉花耗水特性与生长特征

该文以棉花为供试材料,研究了2种不同膜下滴灌（分根交替膜下滴灌和全根区均匀膜下滴灌）在3种不同灌水量（3750、4500、5250 m3/hm2）条件下南疆膜下滴灌棉花的耗水特性、生长状况（株高、根长等）以及水分利用效率。结果表明,分根交替膜下滴灌在中等灌水量（4500 m3/hm2）下干旱区棉田土壤水分的垂向最大湿润深度达50 cm多,土壤水分水平最大湿润半径为40 cm左右,其中覆膜中间点土壤含水率最大,其次是覆膜边缘,而在棵间裸地中间点土壤含水率最小。土壤平均含水率在棉花全生育期内有着上升的趋势,在2种滴灌模式下,棉花株高和根长随灌水量的增加而增高。当灌水量一定时,不同灌水模式对株高和根长的影响不明显,棉花株高和根长在分根交替膜下滴灌模式下其生长量受灌水量的影响要大于全根均匀膜下滴灌模式。相比全根均匀膜下滴灌,分根交替膜下滴灌抑制了棉花蒸腾速率,即分根交替膜下滴灌通过减少棵间蒸发和作物蒸腾耗水来提高了棉花的水分利用效率,这对实现干旱区滴灌棉田节水高产高效具有重要意义。     

秸秆覆盖对滴灌棉花土壤水盐运移及根系分布的影响

干旱区棉田残膜污染日益严重, 秸秆覆盖能从根本上杜绝农田残膜增量。为探索秸秆覆盖代替塑料薄膜与滴灌结合的可行性, 需了解秸秆覆盖对滴灌棉田土壤水盐分布及棉花根系的影响特点, 同时探索耕作层以下30 cm处埋设一层秸秆进行深层秸秆覆盖与滴灌结合的效果。本文采用测坑试验研究了3种秸秆覆盖方式(表层覆盖、30 cm深层覆盖和无覆盖)与滴灌结合在2种土壤条件下(非盐碱土和盐碱土), 棉花根系分布稳定后的絮期土壤水盐运移及棉花根系分布特征。结果表明: 表层覆盖对于土壤整体保水性较好, 能有效抑制耕层水分散失和盐分聚集; 30 cm深层覆盖整体保水性优于无覆盖, 相对表层覆盖仅在秸秆层以下靠近滴灌带的有限范围内具有优势, 并显著提高耕层以下土壤水分含量, 但在棉花絮期对于盐分抑制作用不明显。秸秆覆盖通过对水盐运动的影响而显著影响棉花根系分布, 尤其对深层根系分布影响更大。非盐碱土条件下, 0~28 cm土层, 无覆盖处理根长密度、根重密度、根长密度比重均最大, 表层覆盖根长密度最小, 但根重比重最大, 30 cm深层覆盖根重密度最小; 在28~70 cm土层, 30 cm深层覆盖根长密度最大, 表层覆盖根长密度最小, 但根长密度比重最大, 无覆盖根长密度比重最小, 其中在28~56 cm土层30 cm深层覆盖根重密度和根重比重均最大。盐碱土条件下, 0~28 cm土层, 表层覆盖与30 cm深层覆盖根长密度和根长比重均高于无覆盖处理, 同时表层覆盖根重密度最高, 30 cm深层覆盖根重密度和根重比重均最低; 在28~70 cm土层情况相反, 30 cm深层覆盖处理根重比重最大, 但根重密度最小。说明表层覆盖可促进非盐碱土及盐碱土耕作层根系发育, 30 cm深层覆盖限制上层根系发育, 但促进30 cm以下土层根系发育, 在盐碱逆境下秸秆覆盖可促进根系向更细更长方面发育。秸秆覆盖与滴灌结合在干旱区具有良好应用前景。     

分根区交替灌溉对膜下滴灌加工番茄根系特征及产量的影响

为探究分根区交替灌溉对新疆干旱区膜下滴灌加工番茄根系特征及产量的影响,利用盆栽试验研究3种灌溉方式,即分根区交替灌溉(APRI)、固定灌溉(FPRI)和常规灌溉(CDI)分别与滴灌覆膜结合,在3个灌水水平(常规灌溉5 850 m3·hm-2、中度亏水4 500 m3·hm-2和重度亏水3 150 m3·hm-2,交替灌溉和固定灌溉的灌溉定额为常规灌溉的三分之二)下加工番茄生育期末根系特征和产量变化。结果表明,加工番茄根系集中分布于表层(0~20 cm),分根区交替灌溉对加工番茄根系的影响主要表现在位于表层(0~20 cm)且直径≤2 mm的细小根系上。加工番茄根质量、根长、根表面积、根体积及平均直径受灌水方式和灌水水平交互作用的影响显著,且与产量成显著线性正相关,增大灌水量,有利于根系生长壮大。分根区交替灌溉显著提高了根系的各项特征参数值,在常规灌水水平下达到最大值,且产量最高,与常规灌溉相比,增产18.84%。分根区交替灌溉同时也提高了根系对N、P、K养分的吸收水平,且在中度亏水下根系活力最高,分别显著高于常规灌溉和固定灌溉处理6.12%、11.60%。综上,分根区交替灌溉能够有效刺激复水区根系生长的补偿效应,促进根系吸收养分、生长壮大并提高产量。本研究结果为当地加工番茄高产高效的种植模式提供了理论依据。     

微根管法监测膜下滴灌棉花根系生长动态

为了精细监测膜下滴灌条件下棉花(Gossypium hirsutum L.)细根生长形态,于2014年在巴州灌溉试验站开展大田试验,采用微根管法原位监测棉花根系生长,并与传统网格法作对比。分析棉花根系生长动态,构建微根管法测定的形态参数与网格法所测定形态参数的回归模型。结果表明:花期到吐絮期,利用微根管监测10~20 cm处根系生长得到的棉花根长更新速率为1.844 mm/d,期间棉花老根不断死亡和分解。微根管法与网格法测得的根系深度为50 cm,根长密度随着深度增加先增大后减少,根长密度在20~30 cm处最大。两种方法监测得的根长密度具有较好的线性相关,由微根管法测得的剖面根长密度,可通过线性回归方程换算得到实际的体积根长密度。利用微根管法能可靠地监测棉花根系的生长动态变化,今后的研究可进一步加大微根管监测范围和频率,精细监测细根生长全过程,通过构建根系生长模型分析膜下滴灌条件下棉花根系生长时空动态。     

再生水灌溉方式对重金属在土壤中残留累积的影响

不同灌溉技术（沟灌、地下滴灌）和灌水方式（充分灌溉、分根交替灌溉）下再生水灌溉对重金属在土壤中残留影响的田间试验表明：其他条件相同时,收获后充分灌水小区土壤重金属Cd含量高于分根交替灌水小区;再生水（二级处理污水）地下滴灌小区高于二级处理污水加氯地下滴灌小区;二级处理污水沟灌小区高于清水灌溉小区;充分灌溉下二级处理污水滴灌小区低于沟灌小区,而分根交替灌溉下沟灌低于滴灌。土壤Pb含量的变化规律与Cd基本相似,除滴灌下二级处理污水区低于二级处理污水加氯小区,无论充分灌溉还是分根交替灌溉均为滴灌低于沟灌。不同处理收获后土壤Pb含量均有不同程度降低;而二级处理污水灌溉小区土壤cd含量较试验前增加0．62％～7．78％,其他处理均有不同程度减小。试验结果为再生水资源的农业安全利用提供了技术依据。     

基于不同滴灌方式的苹果幼树根系生长的三维可视化模拟

为研究不同滴灌方式下大田苹果幼树的根系生长行为,提出一种用Otsu方法对根系图像进行分割后统计分析根系空间分布的方法,利用图像处理库通过Python语言编程实现了获取空间分布统计矩阵,以Lynch的根构型模型为结构原型,结合功能模型建立不同滴灌方式下的大田苹果幼树根系生长行为结构功能模型,最后利用OpenAlea对该模型进行三维可视化模拟。以大田苹果幼树为试验对象进行验证,同时依据形态特征的相似度以及仿真数据与实测数据的相关性两个参考指标将模拟结果与实物进行对比,验证了所采用算法的有效性。结果表明,Otsu算法可有效分割苹果幼树根系图像数据,结合常规功能结构参数和空间分布统计矩阵建立的大田苹果幼树根系结构功能模型可科学地模拟不同滴灌方式对苹果幼树根系空间拓扑的影响,大田苹果幼树根系结构功能模型模拟可以可视化不同滴灌方式下的根系生长空间变化行为。可视化模拟结果表明,分根区交替灌溉的苹果幼树根系在根区两侧分布比较均匀,根密度较大,有利于提高根系对水肥的吸收利用效率。研究结果可为分根区交替灌溉在果园的应用提供参考。     

三峡地区阔叶林地植物根系分布特征与优先路径关系分析

优先路径研究是研究地下水分运动的重要环节。本文通过亮蓝染色示踪试验法直接观测并区分林地土壤基质和土壤优先路径,分别对染色区和未染色区观测到的土壤优先路径、植物根系根长密度和根重密度进行分析,研究发生土壤优先流过程中植物根系的作用及由植物根系形成的优先路径的联通情况。研究发现,降雨强度越大,优先路径染色区的表层呈现越加明显的宽区域聚集分布。雨强为25 mm/d时,样地土壤染色区域表层大区域优先路径聚集分布厚度平均为50 cm。根径 > 5 mm的根系根长密度的大小对土壤孔隙的大小影响显著,根径 < 5 mm的根系根长密度的大小对于土壤孔隙的联通有明显作用。此外,土壤中植物根重密度的大小与优先路径数量和联通程度正相关,根重密度越大越有利于构成优先路径,有利于形成优先流。不同样地两区域植物根重密度在土壤10—20 cm和30—40 cm深度范围内具有极显著差异（P < 0.05）,而优先路径在30 cm深骤然减少。此方法在一定程度上可为优先路径的研究提供新的借鉴和参考。     

干旱区咸水滴灌土壤盐分的分布与积累特征

通过三年咸水灌溉田间试验,探讨了新疆干旱区膜下滴灌条件下,咸水灌溉后土壤中盐分的分布及积累特征。研究结果表明:膜下滴灌棉田持续利用咸水进行灌溉,土壤中盐分逐年增加,积盐程度随灌溉水盐度的增加而加重。地表滴灌土壤盐分的表聚明显;而地下滴灌在滴灌管上部土层盐分含量较高。与地表滴灌相比,地下滴灌的盐分会被淋洗到更深的土层。两种滴灌方式下,0￣100cm土壤平均盐度均逐年增加,且积累程度随灌溉水盐度增加而加重。在干旱区连续进行咸水灌溉,盐分的累积效应非常明显,如果不采取必要的洗盐措施,土壤中盐分最终会累积到危害作物生长的程度。     

滴灌模式对棉花根系分布和水分利用效率的影响

理解膜下滴灌参数对土壤盐分运移和作物生长的影响是制定科学滴灌制度、合理利用水资源的重要环节。毛管布置方式和滴灌水质是膜下滴灌的重要参数,为研究其对土壤盐分变化、棉花根系分布及水分利用效率的影响,设计了2种毛管布置方式（一管四行（Ms）和一管两行（Md））和3个滴灌水质水平（淡水0.24?dS/m、微咸水4.68?dS/m、咸水7.42?dS/m）。结果表明,滴管布置方式对土壤盐分变化和根系分布有显著影响。在相同滴灌水质条件下,Ms处理有利于降低棉花根区土壤含盐量。所有处理根系主要分布于0～40?cm土层内,矿质水滴灌时Md中根系受抑制程度明显高于Ms,但其主要影响根系密度δR＞0.5?kg/m3区域的分布范围,对δR＞0.2?kg/m3区域范围分布无明显影响。生育期内棉花总耗水量随滴灌水矿化度的上升而降低,与滴管布置无关。相对淡水滴灌而言,矿质水滴灌时Ms处理产量有所降低,但其水分利用效率随灌水矿化度上升而升高;而Md处理产量和水分利用效率均随灌水矿化度上升而下降。     

滨海重度盐碱地微咸水滴灌水盐调控及月季根系生长响应研究

滨海盐碱地是滨海地区重要的土地资源,随着滨海地区城镇化进程及生态文明建设的发展,迫切需要低成本、快速、可持续的滨海盐碱地原土植被构建技术。针对滨海盐碱地原土建植与咸水/微咸水资源的利用,该研究以月季(Rosa chinensis)为例,采用微咸水滴灌技术进行滨海盐碱地水盐调控植被构建。试验在渤海湾曹妃甸区吹沙造田形成的典型沙质滨海盐渍土上进行,设计了灌溉水电导率(ECiw)为0.8、3.1、4.7、6.3、7.8 dS/m的5个处理,研究滴灌水盐调控对土壤盐分淋洗及月季根系生长和分布特征的影响。结果表明:在渤海湾滨海地区气候条件下,先进行淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗灌溉,随后采用7.8 dS/m的微咸水滴灌,0～100 cm土层土壤盐分得到了有效的淋洗,尤其是根层0～40 cm土壤盐分经过一个月左右,由初始28.33 dS/m降低到均小于4 dS/m,一个低盐适生的土壤环境得到快速营造;随着ECiw的增加,0～40 cm土层土壤最终趋于稳定的盐分呈增加趋势,土壤脱盐过程可以被logistic方程描述,脱盐过程可划分为快速脱盐、缓慢脱盐和盐分趋于稳定3个阶段;94%以上的月季根系主要分布在0～20cm的表层土壤中,随着ECiw的增加,根系生物量显著降低,根系受盐分胁迫生理干旱影响向土壤深处生长以扩大水分空间。研究认为,采用短期淡水滴灌盐分强化淋洗和缓苗淡水滴灌、随后进行微咸水滴灌的方法,可以实现土壤盐分的快速淋洗并维持在较低水平,但受盐分对根系生长的影响会作用于植物地上部分生长及植物存活,因此需要结合植物耐盐性及生产目标(产量、景观)确定适宜灌溉水矿化度阈值。     

Soil Salinity Dynamics under Drip Irrigation and Mulch Film and Their Effects on Cotton Root Length

A field experiment based on a monolith method using flooding irrigation under mulch film (FI) as a control was conducted to investigate soil salinity dynamics under drip irrigation with mulch film (DI) and its effects on cotton root length. The average soil salinity increased with duration of irrigation, but salt distribution in the soil profile was uneven and showed strong accumulation in the soil between adjacent mulch films. With advancing growth of cotton plants, the area of salt accumulation gradually expanded, especially from 110 to 125 days after sowing (DAS), when salinity distinctly increased in the 0- to 40-cm soil depth and at distances 30–70 cm from drip lines; the electrical conductivity (EC) under DI in all soil samples was at least 3 mS cm^?1 and in some cases exceeded 5 mS cm^?1. Root length declined significantly by 18.1% from 110 to 125 DAS under DI. The soil area showing the greatest decline in root length under DI coincided with the main site of salt accumulation. Correlation analysis of soil EC and root length density indicated the root length declined when soil salt content exceeded 2.8 mS cm^?1. However, under FI salt accumulation barely exceeded 2.8 mS cm^?1 and no reduction in root length was observed. The results indicated that the main reason for decreased root length in cotton under DI was localized accumulation of salinity.     

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。     

不同灌溉量膜下微咸水滴灌土壤盐分分布与积累特征

于2010年在新疆石河子大学节水灌溉实验站进行膜下微咸水滴灌试验。灌溉水矿化度为3.32 g L-1,三个灌溉定额处理(Q36:3 150 m3 hm-2、Q48:4 200 m3 hm-2、Q60:5 250 m3 hm-2),并分析了土壤盐分分布及其积累特征。在灌溉周期内土壤盐分运移特征为:根区土壤盐分基本表现趋势为湿润体形成阶段降低,再分布阶段聚集;根底土壤盐分表现趋势为湿润体形成阶段增加,再分布阶段降低。秋后土壤盐分剖面与盐量平衡结果显示:Q36、Q48处理中灌溉输入土壤的盐分基本上存于120 cm土壤以内,Q60处理在120 cm以下土壤盐分显著增加。灌前灌后土壤水分入渗剖面显示,三个处理滴灌后36 h土壤水分湿润深度分别达到80、90、120 cm。滴头部位水分携带盐分向深层迁移,在滴灌中起着深层淋溶作用,这对于减缓上层土壤盐分积累具有积极意义。     

微咸水膜下滴灌不同灌水下限对盐碱地土壤水盐运移及玉米产量的影响

为了研究盐碱地上微咸水膜下滴灌不同灌水下限对土壤水盐运移和玉米产量的影响,在长胜试验站开展了微咸水膜下滴灌玉米的大田试验。试验采用负压计指导灌溉,控制滴头下20cm深处的土壤基质势下限分别为-10,-20,-30,-40kPa,每个处理重复3次,按随机区组布置。结果表明:膜下滴灌湿润体形状在垂直于滴灌带的滴头所在竖直剖面上近似为半椭圆形,随着灌水下限的增大,湿润层土体含水率增大;玉米根部附近均出现盐分低值区,膜外表层均出现盐分高值区;-20kPa和-30kPa灌水下限适中,既能较充分淋洗膜内表层土壤盐分,又不会造成微咸水中的盐分滞留累积;在玉米生育期内,膜内、膜外地下100cm土体均积盐;-10kPa和-20kPa下限处理对应的湿润体垂直深度约为60cm;玉米收获后,地下100cm土体均积盐,需要进行秋浇或春汇,大量淋洗土壤盐分,保证耕地盐分不逐年累积;试验条件下,玉米产量随着灌水下限的降低而减少。     

地下滴灌夏玉米的初步试验研究

通过观测地下滴灌夏玉米全生育期不同生长阶段的土壤水分、根系的生长发育状况及其生物量、产量等，研究分析了地下滴灌不同的土壤水分处理条件下的土壤水分运移与分布规律，以及其对夏玉米的根系、产量和生物量的影响关系，建立了根系吸水模型，并研究其节水机理。阶段试验结果表明：地下滴灌可以高效地控制灌溉用水量，对作物的根系、产量及生物量产生直接影响；有可能通过土壤水分调控来影响作物能量的协调、平衡关系，达到最优根冠比，合理提高水的利用率和利用效率。