加气灌溉下土壤呼吸与环境因子相关性研究

为探明加气灌溉技术对土壤呼吸速率的影响及调控机制,完善加气灌溉技术下土壤呼吸排放机理,以国家土壤质量湛江观测实验站为平台开展为期3年（2019—2021年）的定位试验,每年开展2次试验观测,研究加气灌溉（Aerated irrigation,AI）和不加气灌溉（CK）两种处理对土壤呼吸速率、土壤温度、含水率、含氧量、土壤细菌生物量及根系生物量的影响,采用偏最小二乘回归分析（Partial least square regression analysis,PLSR）方法建立两种处理下土壤呼吸速率与土壤温度、含水率、含氧量、土壤细菌生物量及根系生物量的回归方程,筛选出加气灌溉技术下影响土壤呼吸速率变化的主要土壤环境因子。研究结果表明,AI处理后土壤呼吸速率和土壤含氧量分别提高12.30%~20.54%和19.90%~25.70%,同时植株根系生物量和土壤细菌生物量分别提高15.30%~22.67%和35.10%~69.17%,土壤含水率降低3.36%~14.30%,不同处理对土壤温度影响不显著。回归拟合结果表明,两种处理下土壤呼吸速率与土壤温度、土壤含水率均呈二次多项式负相关关系,与土壤含氧量呈线性正相关,与根系生物量呈幂函数正相关,与土壤细菌生物量呈指数正相关。PLSR模型的变量重要性投影（Variable importance for projection,VIP）值表明土壤温度（VIP值为1.48）、土壤含氧量（VIP值为1.40）、根系生物量（VIP值为1.25）和细菌生物量（VIP值为1.09）是影响土壤呼吸速率变化的主要影响因子,加气灌溉技术可以通过改变土壤含氧量、根系生物量及细菌生物量对土壤呼吸速率产生驱动作用。研究结果可为完善加气灌溉下土壤呼吸速率变化响应机理、合理制定有效的土壤碳排放调控管理措施提供理论依据。     

不同灌溉方式对侧柏人工林土壤呼吸的影响

为探究不同灌溉方式对半干旱区人工林土壤呼吸的影响，以侧柏人工林为研究对象，采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定3种灌溉方式下林地的土壤呼吸速率，分析土壤呼吸变化特征及其对温度和水分的响应机制。结果表明：3种灌溉方式下侧柏人工林的土壤呼吸速率日变化均呈现先升高后降低的单峰变化，不同月份的月均值表现为漫灌[2.07μmol/(m²·s)]>穴灌[1.65μmol/(m²·s)]>喷灌[1.36μmol/(m²·s)]。地表温度、5 cm土壤温度和10 cm土壤含水率与喷灌林地土壤呼吸速率均呈现极显著相关关系(p<0.01)。温度敏感性系数Q₁₀在1.54～2.34之间，喷灌林地土壤呼吸速率对温度的敏感性高于另外2种灌溉方式。研究结果可为半干旱区人工林调控土壤碳排放，选择适宜的灌溉方式提供参考依据。     

不同水分条件下温室番茄土壤呼吸变异性分析

利用日光温室田间试验的方法,研究了不同时期不同土壤相对含水率对樱桃番茄土壤呼吸的影响。结果表明,土壤含水率为90％～100％田持时,番茄在生长季大部分时间的土壤呼吸速率较高,当土壤温度下降到20℃后,水分处理土壤呼吸速率差异不显著;变水处理对土壤呼吸存在后效应,高水变低水处理的土壤呼吸速率与恒水处理和低水变高水处理差异...     

膜下滴灌棉田土壤呼吸特征及其影响因素

为探讨膜下滴灌条件下棉田土壤呼吸的动态变化及其影响因子,在棉花生长期采用Li-8100A土壤碳通量自动测定仪连续观测垄上、垄间和裸地土壤呼吸速率及环境因子.结果表明:3种样地的土壤呼吸速率日变化均表现为单峰型曲线,峰值出现在14:30;月变化呈现先升高后降低的趋势,7月中下旬土壤呼吸速率最高.3种样地的土壤呼吸速率和土壤有机碳质量比差异性显著,由高到低依次为垄上、垄间、裸地,且垄上的土壤呼吸总量最大,是垄间和裸地的1.5倍和2.8倍,而土壤温度的差异性由大到小依次为裸地、垄上、垄间.采用相关分析法研究表明,土壤呼吸速率与土壤含水率的相关性较弱,与土壤有机碳质量比呈显著正相关.土壤温度能够解释土壤呼吸速率变异性的75.1%~84.4%,两者表现出较高的指数正相关关系;3种样地的土壤呼吸对温度的敏感系数差异显著,敏感系数由大到小依次为垄上(2.208)、垄间(2.160)、裸地(1.675).     

加气灌溉对番茄植株生长、产量和果实品质的影响

试验设置了作物-皿系数kcp为0.6(W1)和1.0(W2)2个灌水水平、15 cm(D1)和25 cm(D2)2种滴头埋深和加气灌溉(O)、地下滴灌(S,不加气灌溉作为对照)2种灌水方式,采用3因素完全随机设计,共8个处理,以揭示加气灌溉不同灌水水平和滴头埋深对温室番茄根区土壤通气性、植株生长发育、产量和果实品质的影响。结果表明:加气灌溉有效改善了土壤通气性,与不加气地下滴灌相比,土壤氧气含量增大了6.42%(P0.05),0~40 cm土层土壤体积含水率下降了5.29%。同时,加气灌溉下番茄植株茎粗和叶面积分别显著增大了4.55%和16.21%,开花日期推后了2 d左右,开花时长存在延长的趋势,果实干质量显著增大了23.57%,单株产量、单果质量和水分利用效率分别显著增大了29.04%、23.93%和28.11%。加气灌溉下番茄果实中番茄红素、维生素C、可溶性糖的含量和糖酸比分别显著增大了37.73%、31.43%、32.30%和45.64%。因此,加气灌溉在促进植株生长发育、提高番茄产量的同时有效提高了果实品质,改善了果实风味。灌水水平由0.6增大到1.0也明显促进了番茄植株的生长发育、提高了果实产量,虽然随果实中番茄红素、可溶性糖含量的下降,果实品质有所降低,但灌水水平对果实品质的影响效应低于加气灌溉,且灌水水平的提高和加气灌溉对番茄产量产生显著的交叉影响效应。因此考虑各处理对番茄生长发育、产量和果实品质的综合影响,kcp为1.0灌水水平下加气灌溉是本试验条件下较优的加气灌溉模式。     

沼液施用对设施土壤饱和导水率的影响

为探求沼液灌溉对土壤饱和导水率的影响。系统研究了不同沼液配比及灌溉量对番茄根区不同深度土壤的pH值、容重、总孔隙度、颗粒机械组成、含水率和有机质的变化规律,进而分析对土壤饱和导水率的影响。灌施沼液能一定程度降低土壤pH值,降幅为1.25%～3.75%;施用沼液可以降低土壤容重,降低幅度在2.13%～8.97%之间;灌施沼液可以降低土壤砂粒含量,增加土壤粉粒及黏粒含量;随着沼液灌溉配比增大以及沼液灌溉量的增加,不同土层深度的总孔隙度均呈现增加的趋势;土壤含水率与沼液配比无关与沼液灌溉量呈正相关,土壤含水率随土层深度呈抛物线变化;垂直剖面上,沼液灌溉处理土壤剖面的饱和导水率都随土壤深度的增加而下降;有机质对土壤饱和导水率的影响阈值为18.51 g/kg。多元逐步回归分析表明土壤容重、黏粒含量以及土壤有机质含量是影响土壤饱和导水率的主要因子,建议沼液合理的配比及灌溉量应控制为T2处理,但是其长期施用效果还有待于进一步验证。     

生物炭施用和灌溉模式对稻田土壤呼吸日变化的影响

为了揭示生物炭施用和灌溉模式对稻田土壤呼吸日变化的影响,基于田间试验,分析了不同生物炭施用量下节水灌溉(无水层灌溉)稻田土壤呼吸速率日变化特征,同时还分析了相同生物炭施用量下不同灌溉模式稻田土壤呼吸速率日变化特征。结果表明:分蘖期、拔节孕穗期、乳熟期稻田土壤呼吸速率日变化趋势均呈现多峰型特征;节水灌溉稻田土壤呼吸速率随着水稻生育期的推进表现出先增加后降低的特征。生物炭施用可以促进节水灌溉稻田土壤呼吸速率,高量生物炭的促进作用更明显。与对照相比,施用中量生物炭的节水灌溉稻田土壤呼吸速率日均值增大了2.85%～17.80%,施用高量生物炭的节水灌溉稻田土壤呼吸速率日均值增大了9.36%～30.58%。除了生物炭施用,灌溉模式对稻田土壤呼吸日变化也有一定影响。与淹灌模式相比,控灌模式促进了稻田土壤呼吸速率。控灌稻田土壤呼吸速率日均值较淹灌稻田增大了2.03%～62.61%。另外,各生育期控灌稻田土壤呼吸速率日变化幅度均大于淹灌稻田。研究结果旨在丰富水稻节水灌溉理论,同时为进一步实现稻田生态系统的固碳减排提供理论依据。     

春玉米灌浆成熟期土壤呼吸动态变化及其影响因素

以北京郊区春玉米为研究对象,采用LI-8150土壤CO2通量连续测定系统研究玉米灌浆—成熟期的土壤呼吸速率。研究表明,土壤呼吸速率在晴天呈变化幅度较大的单峰型曲线,最大值4.43μmol m2/s;阴天呈变化幅度较平缓的单峰型曲线,最大值2.90μmol m2/s;雨天土壤呼吸速率为震荡曲线,最大值2.48μmol m2/s,最小值0.41μmol m2/s。土壤呼吸速率的日际变化规律为连续的"单峰型"曲线。土壤呼吸速率与土壤温度呈指数关系,与土壤含水率呈幂函数关系,土壤温度和含水率综合因素与土壤呼吸速率函数为指数形式,相关性较显著。     

施氮和加气灌溉对黄瓜根区土壤环境及产量的影响

为了揭示施氮和加气灌溉对根区土壤环境及黄瓜产量的影响,以期为加气灌溉条件下黄瓜合理施肥、土壤环境改善和作物增产提供一定的理论基础与科学依据。本试验以黄瓜为供试作物,设置0、240、360 kg/hm~2 3个施氮水平和加气、不加气两种灌水模式,共6个处理。结果表明,与不加气地下滴灌相比,加气灌溉下土壤O_2含量提高2.0%,土壤温度和充气孔隙度略有增大,土壤呼吸显著提高了25.2%(P0.05),黄瓜的水分利用效率也有所提高,改善了黄瓜根区土壤环境。此外,在施氮量为240 kg/hm~2时进行加气灌溉,为作物根区土壤提供了充足的氮肥供应和良好的水气配合,使土壤中水、肥、气、热达到相对最优平衡状态,对黄瓜土壤呼吸、土壤温度以及水分利用效率的促进作用更为明显,黄瓜产量达到72266 kg/hm~2,显著高于其他处理(P0.05)。     

加气灌溉对土壤中主要微生物数量的影响

加气灌溉利用地下滴灌技术,通过文丘里加气设备将空气溶解在加压灌溉水中以水气混合液和微型气泡的形式随灌溉水输送到作物根区土壤。试验采用Mazzei287型文丘里加气设备,以全生育期不加气(CK)为对照,分别在番茄不同生育期和不同灌水水平下进行加气(苗期加气(O1)、开花坐果期加气(O2)、果实膨大期加气(O3)、成熟期加气(O4)、全生育期/中水水平下加气(O5/W1)、高水水平下加气(W3)和低水水平下加气(W2))分析加气灌溉对番茄根区土壤中细菌、真菌和放线菌数量的影响。结果表明,相比于不加气灌溉(地下滴灌),在各生育期加气时对应生育期的细菌、真菌数量均明显提高。高水水平和中水水平下加气灌溉处理的细菌、真菌、放线菌的数量也显著高于对照。由此可知,加气灌溉下的土壤环境更适宜土壤微生物的生命活动。     

加氧灌溉对菠萝根区土壤呼吸和生理特性的影响

通过大田试验,研究了加氧灌溉对菠萝根区土壤呼吸作用、生理特性、生物量积累、果实产量、品质和水分利用效率的影响.采用Mazeei（空气注射器）给地下灌溉系统加入空气,设计了加氧和不加氧灌溉2种处理方式,7次重复.设计滴头埋深10 cm.研究表明,与对照相比,菠萝根区30 cm以内土壤水分质量分数和CO2质量分数没有明显差异,但是加氧灌溉使得土壤呼吸增加了100%;菠萝的果实鲜重、生物量鲜重、干物质重和收获指数明显增大,差异有统计学意义（p≤0.05）;加氧灌溉提高了菠萝的水分生产率,与对照相比增加了17.2%;同时,加氧灌溉明显改善了菠萝单果尺寸和重量,使得单果重量增加了17.3%,田间产量增加了4.3%,增加了果实的糖质量分数,减少了果实的透明物.研究结果为加氧灌溉技术的推广应用提供了理论依据.     

Yield, water-use efficiencies and root distribution of soybean, chickpea and pumpkin under different subsurface drip irrigation depths and oxygation treatments in vertisols

Most trickle irrigation in the world is surface drip yet subsurface drip irrigation (SDI) can substantially improve irrigation water use efficiency (IWUE) by minimizing evaporative loss and maximizing capture of in-season rainfall by the soil profile. However, SDI emitters are placed at depths, and in many soil types sustained wetting fronts are created that lead to hypoxia of the rhizosphere, which is detrimental to effective plant functioning. Oxygation (aerated irrigation water) can ameliorate hypoxia of SDI crops and realize the full benefit of SDI systems. Oxygation effects on yield, WUE and rooting patterns of soybean, chickpeas, and pumpkin in glasshouse and field trials with SDI at different emitter depths (5, 15, 25, and 35 cm) were evaluated. The effect of oxygation was prominent with increasing emitter depths due to the alleviation of hypoxia. The effect of oxygation on yield in the shallow-rooted crop vegetable soybean was greatest (+43%), and moderate on medium (chickpea +11%) and deep-rooted crops (pumpkin +15%). Oxygation invariably increased season-long WUE (WUE_sl) for fruit and biomass yield and instantaneous leaf transpiration rate. In general, the beneficial effects of oxygation at greater SDI depth on a heavy clay soil were mediated through greater root activity, as observed by general increase in root weight, root length density, and soil respiration in the trialed species. Our data show increased moisture content at depth with a lower soil oxygen concentration causing hypoxia. Oxygation offsets to a degree the negative effect of deep emitter placement on yield and WUE of SDI crops.     

加气灌溉对麦秸秆还田后土壤还原性与水稻生长的影响

为揭示添加微纳米气泡的加气灌溉对秸秆还田条件下稻麦轮作区水稻生长的影响,并提出合理进气量的加气灌溉方式,设置6个处理（无秸秆还田不加气灌溉（CK）、小麦秸秆还田不加气灌溉（ST）、小麦秸秆还田+进气量0.3L/min加气灌溉（SO1）、小麦秸秆还田+进气量0.5L/min加气灌溉（SO2）、小麦秸秆还田+进气量0.7L/min加气灌溉（SO3）和小麦秸秆还田+进气量0.9L/min加气灌溉（SO4））开展水稻盆栽试验,观测不同处理下的土壤还原性状况以及水稻生长规律。结果表明：秸秆还田会显著增强土壤的还原性状况,微纳米加气灌溉可以改善土壤还原性,且随着进气量的增加改善效果逐渐增强,当进气量为0.9L/min时,土壤活性还原性物质含量、Fe2+含量、Mn2+含量最高可降低48.66%、56.11%和42.76%;进气量在0.5~0.7L/min时的加气灌溉能够促进水稻的生长发育,缓解秸秆还田带来的水稻生长前期生长受到抑制的问题,促进水稻根系良好生长,利于水稻光合作用的有效性,促进干物质积累,从而提高水稻产量,微纳米加气灌溉处理较无秸秆还田以及秸秆还田不加气灌溉处理最高可增产19.7%。综合考虑添加微纳米气泡的加气灌溉对于改善秸秆还田后土壤的还原性以及对水稻生长发育的影响,推荐使用溶解氧质量浓度为8.06mg/L的微纳米气泡水（SO3处理）对稻麦轮作区秸秆还田后的水稻进行灌溉。     

不同增氧滴灌方式对蔬菜生长生理指标的影响

为了研究不同增氧方式对盆栽小白菜生长生理指标的影响,以小白菜为供试作物,采用盆栽地下滴灌的方式,以普通地下滴灌作为对照(CK),设置循环曝气(MAI)、双氧水(H₂O₂)、纯氧扩散器曝气(OC)及射流振荡器曝气(FO)4个增氧灌溉处理.结果表明,增氧地下滴灌显著提高了土壤呼吸速率,处理MAI,OC和FO较对照处理分别增大了65.87%,66.79%和111.62%.增氧地下滴灌促进了小白菜的根系生长、光合作用、蒸腾速率和气孔导度,进而提高了小白菜的物质量积累和产量.与对照相比,处理MAI的地下部鲜质量增大了42.03%,地下部干质量增大了79.85%;处理MAI,H₂O₂,OC和FO的光合速率分别增大了868.62%,794.14%,778.67%和650.19%;处理MAI,H₂O₂和OC的气孔导度较CK增大了157.14%,128.57%和85.71%,蒸腾速率增大了55.61%,32.38%和19.58%;处理MAI和H₂O₂的产量分别增大了56.36%和38.72%.综上,增氧地下滴灌可增强小白菜根区的土壤呼吸作用,改善光合作用、蒸腾速率和气孔导度,提高了产量及水分利用效率.其中,循环曝气处理的改善效果最为显著.     

不同保墒条件下土壤温度日变化效应研究

通过田间试验监测和分析,研究了不同保墒条件下土壤温度日变化,结果表明,一日内不同处理的0~15cm处地温均可拟合为时间的正弦函数,其相关系数大小分别为:CK>PAM处理>地膜覆盖>秸秆覆盖。研究确定了保墒灌溉条件下不同深度土壤温度的日表征时刻,分析了各表征时刻土壤温度沿深度变化的关系,发现任何处理的剖面土壤温度最大日变幅均有随土壤深度增加呈指数递减的趋势。研究结果显示,不同保墒条件下土壤温度日变化可以通过相同的方法进行预测。     

增氧灌溉系统的优化设计

氧气在植物的生长过程中必不可少,但由于旱涝灾害、地下灌溉时暂时性根部缺氧及地表温度较高等原因,导致植物根系水氧矛盾日益突出,进而影响植物的生长发育,导致品质及产量下降。为了探索增氧灌溉对土壤呼吸作用、氧气含量、土壤温度与充气孔隙度的影响,拟采用空气泵给地下灌溉系统加入氧气的方法,设计了一种增氧灌溉系统,以期达到促进作物与根系生长的目的,并使作物产量显著增加。     

夹心结构水盐运移及分布规律

为探究滴灌条件下地膜覆盖—耕作层—犁底层形成的夹心结构水盐运移及时空分布特征,采用土柱试验,设计耕作层深度为30 cm,设置入渗和蒸发条件下3个灌水量处理(SW1:2 L,SW2:3 L,SW3:5 L)和相同灌水量下3种土体构型处理(SW3:夹心结构;LW3:不覆膜有犁底层;CK:均质土壤).结果表明:入渗过程中,采...     

不同灌水量对南疆棉花墒情及长势的影响研究

通过棉花膜下滴灌大田试验,研究了不同灌水量情况下作物长势与产量影响及土壤墒情变化与分布规律的影响。试验共设了3 300、3 000、2 700、2 400m3/hm2等不同灌溉定额的处理,在各处理试验小区内装土壤墒情传感,并其传感器探头埋在地下10、20、40cm处实时监测不同层面土壤含水量和温度变化,以及同时在相应处取土样采用烘干法测土壤含水率和田间持水量。结果表明:3 300、3 000m3/hm2灌溉定额下,作物长势、土壤含水率和温度变化规律比较好,并与产量的相关性显著最佳状态,灌溉定额对土壤水分与温度灌水前后和灌水周期内变化的影响有明显显著。     

不同灌水定额条件下土壤水分空间变化特征研究

通过时域反射仪,对不同灌水定额下土壤含水率的变化进行了试验研究,分析了不同灌水定额下的土壤含水率随深度变化的曲线特征。因灌水量不同,土壤水分曲线从"3"型到"7"型再到"2"型曲线,规律性地揭示了灌水量对不同深度土壤水分变化曲线的渐变影响。同时研究了土壤水分运移的时间效应和垂直分布特征,通过图表规律的汇总将0~180 cm土层按其土壤水分运移规律进行划分。土壤湿度的垂直变化可分为4层:活跃层(0~30 cm);贮水层(30~60 cm);缓变层(60~100 cm);均稳层(100~180 cm)。利用克立格法对各试验小区在N-S方向上进行了空间插值分析。采用多项式拟合与峰值拟合探讨这2种拟合方程在土壤含水率垂直分布上的应用。