控制性分根区灌溉对玉米根区水氮迁移和利用的影响

为探索灌水方式对根区水氮迁移和利用的影响,对盆栽玉米采用3种灌水方式（常规、交替、固定）和4个氮素水平,研究了不同根区湿润方式对玉米根区水氮迁移动态和利用的影响。结果表明：施氮后盆内土壤硝态氮含量和施氮量呈正相关,交替灌溉根区两侧土壤硝态氮分布均匀,固定灌溉根区干燥侧土壤硝态氮累积量明显大于湿润侧。交替灌溉上层土壤硝态氮残留量和常规灌溉同一层次上的残留量相当,下层的残留量比常规灌溉的大。交替灌溉的根冠比最大,固定灌溉的次之,常规灌溉的最小。交替灌溉的水分利用效率是常规灌溉的0.99～1.11倍,而灌水量是常规灌溉的0.75倍,节水效果明显。同一氮肥水平下,交替灌溉的单位干物质全氮吸收量最大,固定灌溉的次之,常规灌溉的最小。     

亏缺灌溉和施氮对小桐子根区硝态氮分布及水分利用的影响

为研究亏缺灌溉和施氮对小桐子幼树根区土壤硝态氮分布及水分利用的影响。采用4种供水水平(W1:100%ET(ET为蒸散量);W2:80%W1;W3:60%W1;W4:40%W1)和3种施氮水平(N0:0;N1:0.4g;N2:0.8g)。结果表明:在W1、W2和W3处理中表土层5cm处的土壤硝态氮质量分数均低于表土层10和15cm处,而W4处理中表土层5cm处的土壤硝态氮质量分数均高于表土层10和15cm处;W2处理的平均土壤硝态氮质量分数均低于W1、W3和W4处理。与W1N2相比,节约灌溉量达10.7%时,W2N2处理的平均土壤含水率和硝态氮质量分数及蒸散量分别显著降低22.8%、12.1%和9.6%。而茎粗/株高和壮苗指数分别显著增加24.7%和27.6%,根系、冠层和总干物质质量分别显著增加22.3%、18.3%和19.2%,因此,W2N2处理的灌溉水利用效率和总水分利用效率分别显著增加36.6%和35.0%。可见,在节约灌溉用水的同时,采用W2N2处理提高了小桐子的干物质质量、茎粗/株高和根冠比,而降低了土壤硝态氮质量分数和蒸散量,从而使得壮苗指数和水分利用效率显著提高。     

玉米对土壤深层标记硝态氮的利用

采用将15N标记的硝态氮注射于土壤剖面110cm处的田间微区试验法,在施氮和不施氮两种条件下研究玉米对深层累积硝态氮的利用程度。结果表明,对于试验土壤在施氮和不施氮的条件下,玉米对注射于土壤剖面110cm处15N标记的硝态氮的回收率分别为11.9％和6.7％;土壤耕层施用氮肥促进了玉米中下层根系的发育,提高了对深层标记NO3--N的回收率;在偏旱气候年份,土壤深层110cm处标记的硝态氮没有发生明显向下迁移,仅以标记区域为中心向上和向下扩散了20cm左右。研究结果还表明,通过植物利用土壤深层累积NO3--N,避免硝态氮进一步向浅层地下水迁移具有一定的可行性。     

灌溉量对冬小麦产量和土壤硝态氮含量的影响

研究了池栽条件下灌溉量对冬小麦籽粒产量和土壤硝态氮含量的影响。结果表明:与对照相比,灌溉增加了籽粒产量,显著提高蛋白质含量和蛋白质产量。试验还表明:灌溉处理0～80cm土层的土壤硝态氮含量显著低于对照,而在80～200cm土层的土壤硝态氮含量显著高于对照。在成熟期,两次灌溉总量为180m(m每次灌90mm)的处理W6硝态氮含量在160～200cm显著高于其他处理,向深层运移幅度最大。本试验中,两次灌溉总量为90m(m每次灌45mm)的处理W3的籽粒产量、蛋白质含量、蛋白质产量和收获指数均较高,且土壤硝态氮损失少,为最佳灌溉量。     

水氮处理对玉米根区水氮迁移和利用的影响

为研究灌水和施氮位置对玉米根区水氮迁移和利用的影响,通过春玉米水氮同区、异区隔沟灌溉试验,研究了不同水氮处理根区土壤水氮迁移和水氮利用规律。结果表明同区低水处理和异区高水处理收获时根区土壤硝态氮残留量较大,同区高水处理更容易导致硝态氮的淋失。异区高氮低水处理的籽粒产量最大为9953kg/hm2,并且水分利用效率也最高,为6.70kg/m3,比同区高氮高水处理的水分利用效率提高72.68%。高水处理的水分利用效率小于低水处理的水分利用效率;高氮处理玉米的氮素累积总量大于低氮处理的氮素累积总量,作物的氮素累积总量和施氮量呈正相关;其中异区高氮低水的氮素累积总量最大,同区低氮高水处理的最小。最佳的水氮耦合处理是异区高氮低水。     

根区局部灌溉和有机无机氮比例对玉米水分利用和土壤氮磷含量的影响

根区局部灌溉(PRI)是新的高效节水技术,由于创造了一个土壤水分分布不均匀的环境,从而影响土壤水分养分利用。通过盆栽试验,研究了PRI和有机无机氮(N)比例对玉米干物质积累和水分利用以及拔节期、大喇叭口期和灌浆期土壤N、磷(P)含量的影响。试验设3种灌溉方式,即常规灌溉(CI),分根区交替灌溉(APRI),固定部分根区灌溉(FPRI)和3种有机无机N比例,即100%无机N(F1),70%无机N+30%有机N(F2),40%无机N+60%有机N(F3)。与CI相比,PRI玉米耗水量减少7.7%～17.1%,水分利用效率(WUE)提高2.4%～14.1%;玉米生长后期PRI湿润区土壤速效N和P含量较低,而PRI干燥区则较高。3种灌溉处理时,与F1相比,F2和F3时玉米总干物质质量和耗水量有所增加,从而玉米WUE分别提高5.5%～10.8%和0.5%～7.9%。这表明PRI和适当有机N比例可以有效提高玉米水分利用效率,且FPRI较APRI易造成干湿区域土壤速效N和P含量的差异明显。     

分根区交替灌溉对玉米水分利用和土壤微生物量碳的影响

分根区交替灌溉由于创造了一个土壤水分分布不均匀的环境,从而影响土壤中微生物活性,作物水分和养分利用。为探明这种影响,该文通过盆栽试验,研究了在2种灌水水平(正常灌水W1,70%～80%田间持水率;轻度缺水W2,60%～70%田间持水率)和2种有机无机氮比例(100%无机氮,70%无机氮+30%有机氮)条件下,常规灌溉和不同生育期分根区交替灌溉(分别在苗期～灌浆初期、苗期～拔节期以及拔节期～抽雄期进行分根区交替灌溉(AI),即AI1、AI2和AI3)对玉米干物质积累、水分利用以及拔节期、抽雄期和灌浆初期土壤微生物量碳(MBC),可溶性碳(DOC)含量以及基础呼吸和诱导呼吸CO2释放量等的影响。结果表明,与常规灌溉相比,轻度缺水时,拔节期～抽雄期分根区交替灌溉总干物质质量增加23.2%～27.4%,水分利用效率提高23.3%～26.7%;相同施肥和灌水水平条件下,抽雄期时拔节期～抽雄期分根区交替灌溉土壤MBC增加,但是土壤诱导呼吸CO2释放量降低。与单施无机氮相比,有机、无机氮配施增加玉米干物质质量,在某些水分条件下(W1CI、W1AI1和W1AI2)还提高灌浆初期基础呼吸和诱导呼吸CO2释放量。因此,轻度缺水时拔节期～抽雄期进行分根区交替灌溉可以提高玉米总干物质质量、水分利用效率和微生物量碳。     

土壤剖面不同土层硝态氮植物利用及运移规律研究

采用外源标记15NO-3--N微注射技术的田间微区试验,研究了我国北方灌溉农作体系中,由于氮肥的高量投入导致作物收获后土壤剖面大量残留NO-3--N对后作的氮素供应潜力及其去向。结果表明,在本试验水氮管理条件下,菠菜（Spinacia oleracea L.）对土壤剖面15、45、75 cm位置标记氮的利用率分别为28.2%、22.3%、16.3%; 冬小麦（Triticum aestivum L.）小偃54对相应位置标记氮的利用率分别为21.8%、17.4%、11.5%,而京411为21.8%、11.6%、7.4%。菠菜对土壤不同层次残留氮的利用率显著大于小麦,小偃54显著高于京411。菠菜的根长密度低于小麦,土壤剖面多数层次两个小麦品种的根长密度差异不显著,小麦的根长密度与相应土层标记硝态氮的利用率呈显著的正相关关系; 根干重在土壤剖面多数层次呈现小偃54＞京411＞菠菜的趋势。生长季结束标记氮发生了向下移动,3个标记处理分别在土壤剖面60—80、60—80、80—100 cm出现积累峰; 但菠菜15 cm位置收获后整个剖面的%Ndff值均很低,标记氮在剖面中几乎没有积累峰; 不同标记位置的残留氮均发生向上运移,上移距离分别为15、45、35 cm,残留氮标记的层次越深,其在土壤中再分布能力愈弱,残留越集中。     

牛场肥水灌溉对冬小麦产量与氮利用效率及土壤硝态氮的影响

【目的】本研究利用田间小区试验,研究牛场肥水灌溉对冬小麦产量、 氮利用效率及土壤硝态氮的影响,以期为提高灌溉肥水中氮利用效率,降低养殖肥水灌溉的氮损失提供理论依据。【方法】通过田间小区定位试验,以华北平原典型冬小麦种植系统为研究对象,定量研究牛场肥水灌溉对冬小麦产量、 氮素积累、 氮效率及土壤硝态氮的影响。试验共设5个处理,分别为: 不施肥、 小麦各生育期进行清水灌溉(CK); 在冬小麦生育期内进行2次牛场肥水灌溉(越冬期和灌浆期,肥水灌溉带入氮量为160 kg/hm2),其他生育期清水灌溉(T1); 在冬小麦生育期内进行3次牛场肥水灌溉(越冬期、 拔节期、 灌浆期,肥水灌溉带入氮量为240 kg/hm2),其他生育期清水灌溉(T2); 在冬小麦生育期进行4次牛场肥水灌溉(越冬期、 拔节期、 抽穗期和灌浆期,肥水灌溉带入氮量为320 kg/hm2),不进行清水灌溉(T3); 农民习惯施肥,冬小麦播种时施复合肥(15-21-6)375 kg/hm2、 拔节期追肥尿素600 kg/hm2(氮投入量为332 kg/hm2),全生育期灌溉清水(CF)。每个处理重复3次,冬小麦全生育期灌水4次,灌水定额为830 m3/hm2,灌水量用超声波流量计计量。【结果】牛场肥水灌溉对冬小麦产量和氮的影响主要有以下几个方面: 1)连续三年冬小麦产量均随牛场肥水灌溉次数的增加表现为先增加后降低的趋势,肥水灌溉带入氮为240 kg/hm2(灌溉3次)时,冬小麦产量最高。2)牛场肥水灌溉显著增加冬小麦植株地上部氮积累量。2011年和2012年肥水灌溉的三个处理之间及与习惯施肥处理之间差异不显著,2013年T2和T3处理植株氮吸收量显著高于T1处理和习惯施肥处理。3)冬小麦肥水氮利用率和农学效率随肥水灌溉带入氮量的增加而降低。三年均以T1最高,分别为48.57%和37.15 kg/kg。4)每季冬小麦收获后,随着灌溉带入氮量的增加,0100 cm土层NO-3-N积累量增加。肥水灌溉带入氮为320 kg/hm2时,0100 cm剖面NO-3-N积累量显著高于肥水灌溉带入氮为160~240 kg/hm2处理。【结论】牛场肥水灌溉显著增加冬小麦产量,随肥水灌溉带入氮的增加冬小麦产量呈先增加后降低的趋势。冬小麦肥水氮表观利用率和农学效率均随肥水灌溉带入氮量的增加而降低,肥水灌溉带入氮为320 kg/hm2,80100 cm土层有大量NO-3-N累积,且有向下淋溶的趋势。本试验条件下,综合产量、 冬小麦植株氮积累量及氮效率等方面考虑,牛场肥水灌溉冬小麦适宜氮带入量为160~240 kg/hm2。     

分根区交替灌溉对盆栽甜玉米水分及氮素利用的影响

分根区交替灌溉(APRI)是高效节水新技术,该文通过盆栽试验,研究了不同水肥条件下,3种不同灌溉方式对甜玉米干物质积累、水分和氮素利用的影响。结果表明：在施肥和充分供水条件下,与常规灌溉(CI)相比,分根区交替灌溉节水29.1%,总干物质量和冠干物质量仅分别减少6.3%和5.6%,而水分利用效率和氮肥表观利用率分别提高24.3%和16.4%,这表明分根区交替灌溉的节水节肥效应要与合理施肥和适宜的灌水量相结合才能发挥更好的作用。而部分根干燥灌溉(PRD)由于总干物质量下降太多,水分利用效率和氮肥表观利用率都没有得到提高。     

分根区交替灌溉对马铃薯水氮利用效率的影响（简报）

分根区交替灌溉已被证实是一种有效节水灌溉技术同时保持作物产量,但有关分根区交替灌溉提高作物氮素利用效率、降低对水土环境的影响机理还不是很清楚。为了探明地下滴灌条件下充分灌溉及分根区交替灌溉（APRI）对马铃薯水氮利用效率的影响,通过田间小区试验,对各处理马铃薯全生育期灌水量、植株体氮素残留、土壤氮素残留及水氮利用效率进行了比较分析。研究结果表明：收获后,APRI处理（E、I、K）与充分灌水处理产量（F、J、L）差异不大,但APRI处理灌溉水利用效率显著高于充分灌水处理（p=0.05）;充分灌水处理不同土层（0～ 30 cm和30～60 cm）土壤中残留硝态氮、矿物质氮较APRI处理高;APRI处理（I、K）作物氮利用效率及农田氮利用效率显著高于充分灌水处理（J、L）（p=0.05）。因此,APRI处理不仅能够显著提高作物的水分利用效率,而且还能显著提高土壤矿质氮的活性,有利于作物对土壤氮素的吸收利用。     

根区局部灌溉和有机无机氮比例对种植玉米土壤酶活性的影响

本文通过盆栽试验,研究了根区局部灌溉(PRI)和有机无机氮(N)比例对玉米拔节期、大喇叭口期和灌浆期土壤过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶和转化酶活性的影响。试验设3种灌溉方式,即常规灌溉(CI)、分根区交替灌溉(APRI)、固定部分根区灌溉(FPRI)和3种有机无机氮比例,即100%无机氮(F1)、70%无机氮+30%有机氮(F2)、40%无机氮+60%有机氮(F3)。结果表明,3个玉米生长时期土壤过氧化氢酶、脲酶和酸性磷酸酶最大值均出现在土壤含水量较高的PRI湿润区域,但转化酶较大值出现在土壤含水量较低的PRI干燥区域。有机氮比例较高的F3处理,玉米拔节期在APRI干、湿区域的土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶活性均高于CI区;从拔节期到灌浆期,根区局部灌溉的土壤酸性磷酸酶活性低于常规灌溉。土壤过氧化氢酶、脲酶及转化酶活性均随着有机氮肥比例的增加而增加,酸性磷酸酶活性则在F2较大。研究表明,APRI处理在其湿润区能提高土壤过氧化氢酶、脲酶及转化酶活性,且有机氮肥在提高土壤酶活性上起着重要的作用。     

部分根区干燥灌溉条件下土壤温度和玉米N吸收改善研究

Soil temperature is a major effective factor on the soil and plant biological properties. Irrigation can affect soil temperature and thereby induces a temperature effect on plant growth, which may result in an economic increase due to higher yield and plant nutrition. A field experiment was carried out to investigate the effects of three irrigation strategies including full irrigation (FI), partial root-zone drying (PRD) and deficit irrigation (DI) on soil temperature and the consequent results on the grain yield and N uptake of maize (Zea May L.). Soil temperature was measured by time domain reflectometry (TDR) sensors during the 2010 growing season. Irrigation treatments were applied from 55 to 107 d after planting. The PRD treatment caused soil temperature to be in a favorable domain for a longer period (for over 60% of the measuring dates) as a consequent result of water movement to deeper soil layers compared with the other treatments; the PRD treatment also reduced soil temperature at deeper soil depths to below the maximum favorable soil temperature for maize root growth, which resulted in deeper root penetration due to both water availability and favorable soil temperature. Compared to the FI treatment, the PRD treatment increased root water uptake by 50% and caused no significant reduction in total N uptake, while this was not observed in the DI treatment partially due to the negative temperature effect of DI on plant growth, which consequently affected the water and nutrient uptake. A longer vegetation period in the PRD treatment was observed due to higher leaf N concentrations and no significant reduction in maize grain yield occurred in the PRD treatment, compared with those in the FI treatment. Based on the results, having 15.2% water saving during the whole growing season, the PRD irrigation would positively affect soil temperature and the water and nutrient uptake as a consequent, which thereby would prevent significant reduction in maize grain yield.     

不同根区交替滴灌方式对赤霞珠葡萄幼苗根冠生长的影响

为探讨不同根区交替滴灌供水模式对赤霞珠葡萄幼苗生长的影响,筛选出适合中国干旱区酿酒葡萄生产的最佳滴灌供水模式和方法。该研究以酿酒葡萄品种赤霞珠(Vitis vinifera L.‘Cabernet Sauvignon’)为试验材料,分别测定左侧地下穴贮滴灌,右侧地表滴灌(SDI-DI)、两侧地下穴贮滴灌(SDI-SDI)、左侧地表滴灌,右侧地下穴贮滴灌(DI-SDI)、两侧地表滴灌(DI-DI)4种根区交替滴灌处理对赤霞珠葡萄幼苗根冠生物量、根系分布、根系活力及叶片生理功能的影响。结果表明:同一灌水条件下SDI-SDI、DI-SDI、SDI-DI能保持根冠比在较适宜水平(1~1.3),DI-DI所受胁迫较大,根冠比增加,植株正常生长受到限制;根系水平分布上DI-SDI与SDI-DI根区左侧与根区右侧根量指标差异较大,DI-DI与SDI-SDI根区左右两侧根量指标差异较小,其中DI-SDI根区右侧根量指标分别比根区左侧高13.3%、10.5%、14.0%、22.1%;根系垂直分布上一侧为SDI的根区交替滴灌能促进根系下扎,提高土层深度20~60 cm处根系的根系活力,其中根区右侧SDI-SDI与DI-SDI处理根表面积、根体积在土层深度20~40 cm处分布最多,根表面积分别占右侧根总表面积的48.8%、49.2%,根体积分别占右侧根总体积的47.5%、46.3%;灌水量一定的条件下,灌水侧为SDI的根区交替滴灌能有效维持同一灌水周期内地上部叶片光合性能的稳定,保持叶片瞬时水分利用效率在较高水平,适宜降低表层根量增加深层根量可提高植株叶片的净光合速率和蒸腾速率。综合生产成本、田间实际操作与植株根冠生长差异,该试验条件下采用一侧地表滴灌、一侧地下穴贮滴灌的根区交替滴灌供水模式为最佳处理。     

番茄果实及茎秆微变化对分根区交替灌溉的响应

研究日光温室番茄果实直径以及茎秆直径微变化在不同天气状况的变化规律以及其与分根区交替灌溉(alternate partial rootzone irrigation,APRI)以及固定部分根区滴灌(fixed root-zone drip irrigation,FDI)条件下不同根区土壤含水量的关系,可为根据茎秆直径和果实直径微变化指导部分根区灌溉决策提供理论依据。该研究利用LPS-05MD植物生理监测系统对日光温室APRI和FDI处理下盛果期的果实直径与茎秆直径的微变化进行了连续观测。结果表明:晴天番茄果实直径以及茎秆直径微变化幅度较阴天显著(P0.05)。在盛果期,番茄果实直径日增长量(maximum daily increase of fruit diameter,MDIFD)与土壤水分含量关系不密切(R2=0.30,P=0.164),然而MDIFD随着日平均太阳辐射强度的增加而显著增大(R2=0.64,P=0.018);盛果期APRI和FDI处理下茎秆直径日最大收缩量(maximum daily stem shrinkage,MDS)与参考作物蒸发蒸腾量(ET0)存在显著线性正相关(R2=0.38,P0.0001);APRI处理MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着根区平均土壤含水量的增加而线性增加,并且MDS/ET0与干燥侧(R2=0.59,P0.01)以及湿润侧土壤含水量(R2=0.88,P0.001)均呈现极显著线性相关关系(P0.01),且以湿润侧的关系极显著(P0.001);FDI处理下,MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着湿润侧根区平均土壤含水量的增加而显著线性增加(R2=0.61,P0.001),而MDS/ET0与干燥侧土壤含水量无显著线性相关关系(R2=0.02,P=0.64)。该研究揭示了APRI以及FDI处理下日光温室条件下果实直径和茎秆直径微变化的机制,可为该灌溉方式下科学灌溉制度的建立提供依据。     

限水灌溉下施氮量对冬小麦产量、氮素利用及氮平衡的影响

2008~2009年通过大田试验,研究了限水灌溉条件下,不同施氮量对冬小麦产量、氮素利用、土壤硝态氮动态变化及氮素平衡的影响。结果表明,施用氮肥显著增加小麦穗数和穗粒数,对千粒重无显著影响。作物产量、吸氮量与施氮量均呈抛物线关系,施氮量超过N240 kg/hm2,产量和吸氮量随施氮量增加略有降低。小麦起身期后,0—100 cm土层都有硝态氮分布,且随土层深度增加而减少;相同土层则随施氮量的增加而增加。土壤硝态氮积累量随生育期推进而降低,N0和N120处理分别在拔节期和开花期后表现出氮素亏缺;成熟期,土壤表观盈余以残留为主,表观损失量占小部分。氮肥表观利用率、农学利用率随施氮量增加呈降低趋势,而氮素残留率随施氮量增加呈增加趋势。在本试验条件下,施氮量在N 180~220 kg/hm2水平可以达到产量、氮素表观利用率、氮素残留率的较好结合,是限水灌溉下兼顾经济效益与环境效益的适宜施氮量。