滴灌条件下液体地膜覆盖土壤保温保湿效应及棉花生长响应

为解决干旱区棉田日益严重的"白色污染"问题,从根本上杜绝农田残膜增加,采用桶栽试验研究了5种处理方式:液体地膜1 900 kg/hm~2(LFD1),液体地膜2 200 kg/hm~2(LFD2),液体地膜2 500 kg/hm~2(LFD3),塑膜滴灌(PFD),裸地对照(NFD)对土壤的保温保湿效应及棉花生长响应,探讨了滴灌条件下液体地膜代替塑料地膜的可行性。结果表明:液体地膜覆盖可提高土壤温度,降低土壤水分蒸发量,增强棉株根系吸收与合成能力,加快滴灌棉花前期生长速度,适度抑制后期旺长,增产效果显著。液体地膜覆盖滴灌棉花对土壤环境无不良影响,在干旱区滴灌棉田具有重要研究价值和应用前景。     

膜下滴灌棉田土壤水盐运移简化模型

滴灌农田土壤盐分积累是关系到这一方式是否可持续的重要问题,数值模拟是研究这一问题的重要手段,然而目前缺乏针对这一问题的可用模型。该文构建了一个滴灌土壤水盐运移简化模型,通过将膜下滴灌土体划分为若干单元格,通过滴灌入渗饱和湿润体形成、毛管扩散运移2个过程实现滴灌土壤水盐运移模拟,该模型包含有降水再分配、根系吸水、土壤蒸发等水文过程。于2010年在新疆石河子大学灌溉试验站微咸水滴灌试验,对构建的模型进行校正和验证,结果显示,该模型较好地模拟了膜下滴灌土壤水分与盐分运移过程以及土壤盐分积累特征,研究结果可为膜下滴灌条件下棉田土壤盐分积累及其影响因子研究提供基础。     

西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型

为了定量计算微咸水膜下滴灌对土壤水盐和西葫芦产量的影响,根据微咸水膜下滴灌土壤水盐运移特点和西葫芦生长试验,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移模型和水盐生产函数,并将二者联立,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型。利用西葫芦微咸水膜下滴灌水盐试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的西葫芦微咸水膜下滴灌土壤含水率和土壤含盐量与实测土壤含水率和土壤含盐量的变化趋势一致,模型计算土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的均方根误差分别为0.049 cm~3/cm~3、0.065 g/kg和3.83 t/hm~2,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均相对误差分别为5.17%、7.42%和5.84%,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均绝对误差分别为0.047 cm~3/cm~3、0.062 g/kg和3.95 t/hm~2。所建的模型具有较高的模拟精度,可用于模拟西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐动态和西葫芦产量。     

沙穴种植对盐碱土壤水盐运移和番茄生长特性的影响

为了探讨在滴灌条件下沙土及复配生物炭对盐碱土水盐运移和番茄生长特性的影响规律。通过田间小区试验,设计对照组(CK)、沙穴(T1)和沙穴复配生物炭(T2)3个处理,分析在滴灌条件下沙穴对盐碱土壤水分、盐分分布及番茄生长特性等方面的影响。结果表明:不同处理土壤剖面水分、盐分分布极不均匀,在沙区内各处理平均含水率和EC值均表现为CK>T2>T1,土壤盐分主要向植株与植株之间的地表裸露区定向迁移,呈现出EC的高值区,且高值区位置不同。在滴灌带下方的剖面内,T1、T2处理在0-80 cm土壤内均脱盐,CK处理在0-40 cm土壤内积盐,在40-80 cm土层脱盐。T2处理下的根系体积是CK处理的3.00倍,且各处理表现为T2>T1>CK。T2处理下的产量最高,为57.37 t/hm^2,比CK处理增加80.78%,各处理产量表现为T2>T1>CK,且沙穴对番茄的品质有显著影响。综上所述,T2处理使得土壤入渗性能得到显著改善,抑制土壤返盐,改善土壤水盐状况,促进作物生长,为盐碱地的农业开发利用提供理论依据。     

绿洲棉田长期连作下残膜分布及对棉花生长的影响

通过田间调查和长期连作定点微区试验相结合,研究了长期连作棉田,集中连续使用地膜后,地膜在土壤中的累积、空间分布和形态变化,及其残膜对土壤物理性状、棉花根系生长及产量的影响。结果表明：随着地膜使用年限增加土壤中残膜平均每年以11.2 kg·hm^-2速率增加,长期连作棉田残膜主要分布在0-30 cm土层,占到了85%,在耕作层（0-30 cm）以下随着根层深度的增加,残膜量减少;大于50 cm^2残膜在土壤中平均占30%,10-50 cm^2占36.5%,小于10 cm^2占33.4%,随连作年限增加,在0-15 cm土层残膜量减少,15-30 cm土层残膜量逐渐增加,残膜破碎度提高。土壤孔隙度、田间持水量随着地膜残留量增加而增加,而土壤容重下降。棉田中残膜阻碍棉花主根垂直生长,使根系形态呈现鸡爪型和丛生型等畸形,但对棉花产量未造成影响。     

河套灌区不同覆膜方式膜下滴灌土壤盐分运移研究

随着灌溉面积的增加和引黄水量的减少,河套灌区土壤盐渍化和水资源紧缺的问题日益突出,为保持农田水土环境的良性发展,以内蒙古河套灌区曙光试验站为研究对象,开展不同覆膜方式膜下滴灌土壤水盐运移规律研究。试验设置全膜覆盖(PQ)和半膜覆盖(PB)2个处理,采用5TE土壤水盐监测探头测定剖面土壤含水率和电导率。结果表明:膜下滴灌过程中剖面土壤盐分发生再分布,滴头下方30cm附近形成主要脱盐区,盐分逐渐向湿润区外缘积聚。半膜覆盖处理土壤盐分在膜间表层聚集,全膜覆盖处理保水抑蒸效果明显,起到了较好的压盐效果。表层土壤电导率值具有距滴头水平位移50cm20cm0cm的特点,膜间电导率值波动较大。不同水平位置处土壤电导率曲线变化规律相同,随土层深度增加振幅变小。全生育期内0—70cm深度土层不同覆盖方式均起到了一定的脱盐效果,半膜覆盖2个生长季内盐分变化(SA)分别为4.71mg/hm~2和9.24mg/hm~2,全膜覆盖处理SA分别为12.22mg/hm~2和21.55mg/hm~2。全膜覆盖处理可以有效抑制土壤水分蒸发,减弱盐分随水向上运动趋势,创造适宜作物生长的淡盐环境。可为河套灌区膜下滴灌种植模式下田间水盐管理提供理论依据。     

棉田膜下滴灌年限对土壤盐分累积的影响研究

针对新疆土壤盐碱化开发利用和防治土壤次生盐渍化的问题,以新疆121团不同滴灌年限棉田作为研究对象,通过试验得出棉田在膜下滴灌条件下土壤盐分累积规律.结果表明:滴灌条件下,土壤垂直方向上60～80 cm土壤表现积盐.灌后地表0-5 cm土壤容易返盐;水平方向上土壤盐分随着距滴头距离的增加而增加.土壤盐分在生育期的变化遵循"盐随水动"的规律,膜内土壤与膜间土壤的盐分变化具有明显差别,生育期结束时,膜间0-20 cm土层盐分累积显著.随着膜下滴灌年限的延长,土壤盐分在灌前累积的层次逐渐向地表迁移,吐絮期时土壤垂直剖面各个层次之间盐分差异极显著,呈现表层和底端盐分含量大,中间盐分小的分布特征,滴灌年限相差6～7 a的棉田0-100 cm深度内盐分总量差异达到显著水平,并且土壤盐分随膜下滴灌年限延长呈逐渐累积的趋势.     

残膜对土壤氮排放和氮肥利用效率的影响

[目的]为探明不同残膜量对氮素利用效率及损失的影响。[方法]试验设置5个不同残膜量(0,180,360,720,1 440 kg/hm²)和2种残膜类型(聚乙烯和生物降解残膜),通过盆栽试验,研究不同残膜含量对土壤全氮、氮素气态损失、氮肥利用效率及番茄生长等指标的影响。[结果]随着残膜含量的增加,土壤氨气和氧化亚氮的累积排放量呈先增大后减小的趋势,当残膜含量达到720 kg/hm²时,氨气累积挥发量显著减少11.31%～13.70%,氧化亚氮累积排放量减少4.74%～5.13%;土壤中氮素残留量无显著差异。当残膜含量低于180 kg/hm²时,地膜残留促进番茄的生长;当残膜含量高于180 kg/hm²时,地膜残留抑制番茄的生长。低残膜含量对氮肥利用效率无显著影响,当含量高于360 kg/hm²时,氮肥利用效率与残膜含量呈负相关关系。通过综合分析,土壤残膜含量应控制在180 kg/hm²内才不会对作物生长造成不利影响。此外,由于可降解地膜的降解特性,其对植株...     

滴灌方式及定额对北疆冬灌棉田土壤水盐分布及次年棉花生长的影响

为探寻解决干旱区棉田冬季灌水问题,明晰北疆棉田不同冬灌方式及灌水定额对土壤水分、盐分分布以及翌年棉花生长及产量的影响,采用大田试验方法,以未冬灌大田作为对照(CK),设置滴灌和漫灌2种灌水方式下4个梯度的灌水定额(1 800、2 400、3 000、3 600、3600 m3/hm2)共9个处理进行冬灌试验,分析了冬灌灌水后到播种前0~300 cm土层的水分、盐分的动态变化以及翌年各处理棉花的出苗率、群体生理指标(群体光合势、群体净同化率、叶面积指数)和产量数据。结果表明,冬灌对次年播前土壤水盐分布及含量的大小均具有一定的影响,无论漫灌还是滴灌方式进行冬灌,随灌水定额增加土壤水分和盐分的影响深度也随之加深,灌水定额达到3 000和3 600 m3/hm2时,冬灌对土壤水盐影响深度可达300 cm。冬灌可显著改变次年播前土壤盐分的自然分布状态,有效淋洗并降低上层土壤盐分含量;相对漫灌方式而言,滴灌冬灌方式土壤水分入渗更加均匀且规律明显。冬灌对次年滴灌棉花的生长发育及产量均具有重要影响,冬灌后次年棉花群体指标与未冬灌处理的差异随冬灌灌水定额的增加愈加显著,灌水定额3 000 m3/hm2滴灌冬灌处理的次年棉花群体光合势与叶面积指数较未冬灌处理分别提升34.30%和42.60%;冬灌有利于次年棉花产量的提高,滴灌冬灌灌水定额3 000、3 600 m3/hm2处理时的棉花产量相对未冬灌处理分别增产10.66%和12.36%。综合考虑冬灌方式及灌水定额对次年土壤水盐分布及棉花生长和产量的影响,研究认为滴灌条件下灌水定额3 000 m3/hm2的冬灌在试验条件下比较适宜,既可淋洗盐分至耕层以下300 cm处,亦可获得6 107.75 kg/hm2的较高产量。     

基于SHAW模型的北疆地区不同滴灌年限棉田冻融期土壤水热盐动态模拟研究

为探究SHAW(Simultaneous heat and water)模型在北疆地区长期膜下滴灌棉田冻融期土壤水热盐动态模拟的适用性,本研究选用滴灌起始年限为1998年(21 a)的棉田土壤水热盐实测数据对SHAW模型进行率定,以滴灌起始年限为2006年(13 a)、2008年(11 a)、2012年(7 a)和荒地(0 a)的水热盐实测数据进行验证。模型率定结果表明,随土壤深度增加土壤温度的模拟效果越好;土壤水盐的模拟效果先增强后减弱。模拟土壤温度Nash系数(NSE)、均方根误差(RMSE)和R²分别为0.713 ~ 0.993、0.209 ~ 2.498 ℃ 和0.911 ~ 0.994;模拟土壤水分NSE和RMSE分别为0.824 ~ 0.967和0.009% ~ 0.032%;模拟土壤盐分NSE和RMSE分别为0.609 ~ 0.844和0.001 ~ 0.012 g/kg。模型验证结果表明,随滴灌年限增加模拟效果越好,模拟除荒地20 ~ 60 cm土层土壤温度NSE小于0.600,滴灌7、11和13 a地块各层土壤温度NSE均大于0.600,RMSE介于0.143 ~ 3.213 ℃;滴灌0、7、11和13 a地块模拟的各层土壤水分NSE均大于0.670,RMSE为0.009% ~ 0.057%;滴灌0、7、11和13 a地块模拟的除120~140 cm土层土壤盐分NSE小于0.600,其他各层土壤盐分NSE均大于0.616,RMSE为0.000 ~ 0.016 g/kg。总体而言,SHAW模型适用于北疆地区冻融期长期膜下滴灌棉田的一维土壤水热盐模拟。     

微咸水滴灌对绿洲棉田水盐运移特征及棉花产量的影响

在南疆绿洲棉田,以河水为对照(CK),利用咸水与河水混合方式,设置矿化度为3,5g/L的微咸水,研究微咸水滴灌对棉田水盐运移特征及棉花产量的影响。结果表明:矿化度为3,5g/L处理的土壤含水量、含盐量在整个生育期呈上升趋势,且随矿化度增加而增大,盛花期(7月21日)前土壤含水量差异不显著,CK的土壤含盐量最高,盛花期后土壤含盐量5g/L3g/LCK,差异显著(p0.05)。垂直方向,土壤深度增加土壤含水量增大,且随着微咸水矿化度增加土壤含水量呈增大趋势,不同处理在盛花期以后差异显著;随土壤深度的增加土壤含盐量呈下降趋势,滴灌次数越多处理间差异越大,至盛铃期(8月4日)达显著水平。水平方向,距离滴头越远土壤含水量越小,且随着矿化度增加土壤含水量逐渐增大;3,5g/L土壤含盐量在盛花期前低于CK,盛花期后距离滴头越远土壤含盐量下降越小,且与矿化度呈正相关。与CK相比,3g/L皮棉产量下降2.1%,差异不显著,5g/L则下降9.6%,差异显著,产量下降主要原因是单株结铃数和单铃重显著下降,而对衣分影响不显著。因此,棉花盛花期前可利用微咸水进行滴灌,且微咸水矿化度不宜超过3g/L。     

不同秸秆还田方式对滨海盐渍土水盐运动的影响

为了探究不同秸秆还田方式对滨海盐渍土水盐调控机制,设置4种处理方式:秸秆覆盖（P）,秸秆深埋（S）,秸秆覆盖+深埋（T）,常规耕作（CK）,以CK为对照,通过大田试验研究不同处理下冬小麦生育期内土壤水盐运动及其对冬小麦产量的影响。结果表明:秸秆还田增加了土壤储水量,P,S和T处理0-70 cm土层生育期储水量均值高于CK处理8.28 mm,6.86 mm和13.76 mm;冬小麦前中期对0-30 cm土层保墒效果明显,随生育期的推移各处理间差异及土壤含水率均逐渐减小。秸秆还田抑制了土壤盐分表聚,T处理可显著降低0-50 cm土层土壤含盐量,生育期含盐量均值低于P,S和CK处理41.24%,32.08%和52.77%,淡化土壤耕层效果明显;S处理对0-30 cm土层脱盐效果优于P处理。秸秆还田改善土壤水盐状况,显著增加了冬小麦产量,产量表现出T > P > S > CK的顺序。T处理改善土壤水盐状况和提高产量表现较优,为试验的最佳处理方式。     

利用15N揭示滴灌区盐旱胁迫对土壤氮素分布与棉花生长的影响

为了探究盐旱胁迫对土壤中氮素分布和棉花生长的影响,通过测坑试验研究滴灌区不同盐分、干旱条件下土壤全氮、硝氮、氨氮的分布和棉花生长情况。试验设置3种盐分梯度的土壤（电导率,EC）：3,6,9 dS/m,分别用T1、T2、T3表示;3个灌水量：2 700,3 600,4 500 m³/hm²,分别用W1、W2、W3表示（4 500 m³/hm²为当地推荐灌水量）。结果表明：当土壤盐分梯度> 3 dS/m时土壤全氮累积量显著高于低盐土壤（P<0.05）,且土壤盐分对棉花花期生长影响较大。土壤的氨氮挥发量和土壤盐分梯度成正比。土壤硝态氮的淋失与灌水量呈正比,与正常灌水量的硝态氮淋失相比,水分胁迫对棉花产量的影响更为严重（P<0.01）。随土层深度的增加,土壤碱解氮以每20 cm土层8%的速度减少。各处理土壤¹⁵N残留率为11%~40%,随土壤盐度增加而增加,随灌水量增加而减少,与土壤全氮含量呈正比,与棉花产量呈反比。综上所述,T1W3处理更有利于棉花对氮肥的利用和产量的提高,推荐滴灌区棉花土壤盐度<3 dS/m,灌水量4 500 m³/hm²,可在花期适当提高施肥量以稳定产量。     

磁化水膜下滴灌对棉田水盐分布特征及棉花生长特性的影响

通过田间小区磁化水滴灌试验,研究了磁化水膜下滴灌对土壤水盐分布特征、棉花生长特性及产量的影响。结果表明:磁化水灌溉可以提高土壤含水量,促进棉花根系对水分的吸收,0—100 cm土层内磁化强度为3 000 Gs时的土壤含水量最大,保水效果最好。磁化水灌溉可以有效降低土壤盐分含量,加快土壤盐分的淋洗,0—100 cm土层内各磁化水处理土壤平均含盐量表现为3 000 Gs4 000 Gs1 000 Gs5 000 Gs0 Gs,磁化淡水处理的土壤脱盐率为2.7%～28.2%,3 000 Gs磁化处理的土壤脱盐率最高;磁化微咸水处理的土壤积盐率为21.7%～33.9%。磁化水滴灌可以促进棉花生物量及产量的增长,淡水、微咸水磁化处理的产量较未磁化处理增加了8.98%～31.4%,3 000 Gs磁化处理下的棉花产量最高。从棉花生长特征、产量、水分利用效率等方面综合考虑,3 000 Gs为最佳磁化强度处理。     

PBAT生物降解膜覆盖对绿洲滴灌棉花土壤水热及产量的影响

为应对农田残膜污染,探明基于聚己二酸丁二醇酯-对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)材料的完全生物降解地膜代替普通塑料地膜与滴灌结合在棉花滴灌上应用效果,于2015-2016年在新疆石河子大学节水灌溉试验站,分别设置4种不同厚度和降解诱导期生物降解地膜和普通塑料地膜共5种不同处理,研究不同覆盖对滴灌棉花土壤温度、水分及产量的影响,并对可降解膜降解性能和经济效益对比分析.2a试验结果表明,覆膜60～80 d开始出现降解,至覆盖180 d后出现均匀细纹并未完全降解,0.012mm可降解地膜覆膜180 d仅仅出现裂纹,降解速度较慢.0.010mm和0.012mm厚完全生物可降解地膜处理棉花苗期土壤0～25 cm平均温度较对照分别低0.94℃和1.34℃(P＜0.05),但随着作物生长两者差异逐渐减小.4种类型可降解膜覆盖在棉花生长前期均能提高土壤土壤水分,但随地膜降解和棉花生长后期则显著降低,与普通塑料地膜相比土壤水分显著降低1％～3％.总体而言,覆盖完全生物可降解地膜处理2a平均产量较CK减少2％～3％,水分利用效率减少4％左右(P＜0.05),净收入少1 858.5元/hm2 (10.2％),4种类型可降解地膜产投比相比,厚度较薄0.010mm处理应用经济效果较好.可见,目前全生物降解地膜若要代替普通地膜,解决残膜污染,仍需进行较大的改善.     

不同毛管配置对水氮分布和机采棉根系生长的影响

通过田间试验,研究不同滴灌配置对机采棉根系生长、水氮运移和氮肥利用率的影响。设置3种滴灌毛管配置方式:(1)内嵌式滴灌毛管+夹管(EB);(2)内嵌式毛管+侧管(ES);(3)迷宫式毛管+侧管(LS);施氮(N)量均为300 kg/hm~2;同时,以ES处理不施氮肥为对照(CK)。结果表明:滴灌施肥24 h后,土壤水分及硝态氮均主要分布在0—40 cm土层。LS和EB处理水分和硝态氮在作物行下方的根区含量高,ES处理硝态氮分布向宽行偏移。90%以上棉花根系分布在0—30 cm土层,但EB处理根系分布更浅,其超过80%根系分布在15 cm以内土层;ES处理与LS、EB处理相比,根干物质量分别显著降低31.7%和25.5%;ES处理根长密度、根表面积、根体积显著高于LS和EB处理。LS处理显著增加产量和氮肥利用率,较ES处理分别增加9.4%和18.0%;EB处理产量和氮肥利用率也较ES处理分别增加6.5%和8.5%。机采棉使用迷宫式滴灌毛管并在侧管铺设毛管,水分和硝态氮分布与根系分布相匹配,能显著促进棉花根系生长,增加氮吸收量并提高产量和水氮利用效率。     

咸水结冰灌溉下覆膜时间对滨海盐土水盐运移的影响

连续三年对滨海盐土进行咸水结冰灌溉和地膜覆盖基础上的水盐动态监测,并针对不同地膜覆盖时期,设置了结冰灌溉条件下融冰入渗后覆膜(MI)、播种覆膜(SI)和不覆膜(NI),以及灌前秋季覆膜(不结冰灌溉AN）和对照（不结冰灌溉不覆膜CK）五个处理,以研究咸水结冰灌溉条件下土壤水盐动态规律,以及覆膜时期对土壤水盐动态和棉花生长的影响。结果表明：咸水结冰灌溉后,随着咸水冰层的融化,地表冰层含盐量和SAR（钠吸附比）均逐渐降低,含盐量和SAR由最初的12.15g?L-1和18.7降低到入渗完成后时0.03g?L-1和1.07。三年咸水结冰灌溉和地膜覆盖的地块在相同时期和土壤深度（0-20cm）的土壤含盐量逐年降低,2006-2008年冬季灌前土壤表层盐分含量分别为19.8g?kg-1、15.4g?kg-1和12.4g?kg-1。融水入渗后土壤返盐迅速,在入渗后9天前进行地膜覆盖效果较好。咸水结冰灌溉下融冰入渗后进行地膜覆盖依然是效果最好,其棉花出苗率和籽棉产量也最高,为63.78%和3226.2kg?hm-2,其次为秋季覆膜、播种覆膜、不覆膜和对照。在三年进行结冰灌溉的基础上,尽管第四年没有进行结冰灌溉,秋季进行覆膜依然可获得较高的产量,其棉花出苗率和产量为59.63%和2695.65 kg?hm-2。即使连续进行了三年的结冰灌溉,如果没有覆膜措施或覆膜较晚的地块,依然不能获得理想的产量。