不同水分条件对东北风沙土花生生长发育及水分利用率的影响

研究不同水分条件对东北风沙土花生各生长期植株形态、生理指标、产量及水分利用率的影响。采用盆栽的方式对花生各生长期的土壤水分进行调控,对上述指标进行测定。结果表明,风沙土栽培花生苗期适当干旱对花生生长发育没有显著影响;花针期对水分要求明显增高,土壤含水量为田间持水量的60%为宜;结荚期必须提供充足的水分,否则严重影响荚果生长,导致减产。在各组处理中全生育期土壤含水量下限控制在田间持水量60%时,水分利用率最高,达到1.53 g/kg,产量92.9 g/盆也达到了较高的水平,该指标可用来指导东北风沙土花生补水灌溉。     

两种材质灌水器负压供水压力对菠菜水分利用效率及养分吸收的影响

【目的】 进行不同材质灌水器和不同供水压力的双因素试验,以期为菠菜生长选择适宜材质的灌水器和供水水平提供技术参数。 【方法】 以常规浇水为对照 (CK),负压灌溉灌水器采用陶瓷头 (T) 和PVFM (P),并分别设置了–4 kPa (W1)、–8 kPa (W2)、–12 kPa (W3) 3个供水压力水平,共7个处理。在遮雨网室内以盆栽的方式研究了不同处理对菠菜耗水量和土壤含水量的动态变化、菠菜的生长发育指标、干物质量 、产量及其养分吸收的影响。 【结果】 在菠菜的整个生育期,耗水速率呈先慢后快的趋势,相同灌水器菠菜累计供水量和土壤含水量随着供水压力的减小而减小,不同负压处理土壤含水量不同且都比CK高,供水压力在设定的–12～–4 kPa范围内,土壤含水量可以控制在18.6%～27.4%之间,变异系数范围0.039～0.052,属于弱变异,而CK变异系数为0.103,属于中等变异。在相同供水负压下,PVFM材料处理的菠菜累计耗水量均高于陶瓷头。供水压力在–8～–4 kPa之间的负压灌溉处理土壤含水量较高,菠菜生长良好,叶片数适中,叶面积较大,比–12 kPa和CK处理有利于菠菜生长。两种材质灌水器比较则是PVMF更有利于菠菜生长发育,–8 kPa处理PVFM比陶瓷头的干物质量显著增加了36.2%。菠菜保持产量、生物量较高的情况下,最优水分利用效率的处理为W2P,与CK相比,该处理下菠菜产量提高了59.9%,耗水量降低了35.9%,水分利用效率提高了88.3%。随着供水压力的减小,菠菜氮磷钾吸收量先增大后减小,但均高于CK的吸收量。供水压力为–8 kPa的氮磷钾吸收量最高,相同供水压力不同灌水器下,氮磷钾的吸收量均以PVFM的较高。所有处理菠菜吸收K₂O最多,N次之,P₂O₅最少。 【结论】 本试验中,采用PVFM作为灌水器材质,控制灌溉水压在–8 kPa (W2P处理) 时较有利于菠菜的生长,也更有利于菠菜水分利用效率、产量和养分吸收量的提高。      

保水剂对风沙土水分垂直入渗和含水量的影响

使用保水剂是有效利用和改良风沙土的重要途径。通过研究垂直入渗率、累积入渗量、渗吸持续时间、渗透系数4项入渗特征量以说明在5-7cm深度处层施保水剂对于风沙土水分垂直入渗的影响,测定入渗结束后土壤各层含水量以研究受试体系的水分垂直分布。结果表明,试验处理可使垂直入渗率在各时间点有不同程度减小,有3种保水剂处理累积入渗量均增加了42%左右(1%处理),渗吸持续时间增长了134%~390%,渗透系数减小了65%~85%,且4种变化趋势均随保水剂用量的增加而加剧。入渗结束后土壤水分垂直分布也发生明显变化：保水剂-土壤混合层含水量上升52%~178%,上层土壤含水量明显增加但下层土壤略微降低。研究表明,保水剂对风沙土水分垂直入渗和含水量影响十分明显。     

耕作和灌水处理对冬小麦-夏玉米水分利用及产量的影响

为探索华北平原冬小麦-夏玉米复种连作合理耕层构建的技术途径和技术指标,于2015―2016年在河南新乡实施了深松(ST)、深松+秸秆还田(ST+RS)和常规旋耕(RT)3种耕作方式,在不同耕作方式中根据土壤湿润层有效含水量各设置3种灌水控制下限,高灌水控制下限为60%(H)、中灌水控制下限为50%(M)和低灌水控制下限为40%(L),通过对土壤和作物生长指标及产量的测定,分析各处理作物产量和水分利用效率的变化规律。结果表明,ST和ST+RS处理均能降低土壤容重,增加土壤孔隙度、田间持水量和饱和含水量,且以深松+秸秆还田处理效果最佳;与RT相比,ST和ST+RS处理0～40 cm平均土壤容重降低5.0%和6.0%,土壤孔隙度增加6.9%和8.0%,田间持水量增加6.2%和12.8%,饱和含水量增加6.2%和5.7%。耕作方式与灌水处理互作显著增加了冬小麦-夏玉米复种连作周年0～100 cm土层的储水量。ST和ST+RS处理0～100 cm土层储水量较RT分别增加11.0%和15.8%,高水分、中水分处理较低水分处理分别增加18.1%和11.1%。耕作方式对冬小麦、夏玉米产量和水分利用效率(WUE)影响显著,其中,ST和ST+RS处理周年产量较RT分别平均增加9.2%和15.5%,WUE平均提高11.2%和15.3%;灌水处理同样对冬小麦、夏玉米的产量和水分利用效率(WUE)影响显著,产量随灌水控制下限的增加而增加,即高水分中水分低水分,而WUE则以中水分处理最高。因此在该地区土壤和气候条件下,深松秸秆还田辅以适宜灌水控制下限是较为理想的栽培措施,有利于土壤耕层合理构建,并提高水分利用效率和作物产量。     

宽窄行种植对东北风沙土区玉米水分利用及产量的影响

为了研究宽窄行种植模式对东北风沙土区玉米水分利用和产量的影响,通过2010年和2012年在吉林省梨树县田间实测的降水资料、土壤水分、生物量、叶面积指数和产量,分析了宽窄行种植对玉米水分利用和生长发育及产量的影响。结果表明,在当地常用种植密度(6万株hm-2)下,在玉米拔节期和抽雄吐丝期的日耗水强度分别显著高于等行距种植14%和27%,而在灌浆~成熟期显著低于等行距种植24%。宽窄行种植显著提高了玉米苗期地上部生物量,但对其它生育期的生物量,各生育期叶面积指数、全生育期耗水量,产量和水分利用效率都无显著影响。由于降雨年型的不同,2012年相比2010年具有较高的生物量、叶面积指数产量和水分利用效率。因此,在本试验种植密度等条件下,与等行距种植模式相比,宽窄行种植模式没有显著提高玉米产量和水分利用效率。     

不同渗灌灌水对土壤酶活性的影响

Various environmental conditions determine soil enzyme activities, which are important indicators for changes of soil microbial activity, soil fertility, and land quality. The effect of subsurface irrigation scheduling on activities of three soil enzymes （phosphatase, urease, and catalase） was studied at five depths （0-10, 10-20, 20-30, 30-40, and 40-60 cm） of a tomato greenhouse soil. Irrigation was scheduled when soil water condition reached the maximum allowable depletion （MAD） designed for different treatments （-10, -16, -25, -40, and -63 kPa）. Results showed that soil enzyme activities had significant responses to the irrigation scheduling during the period of subsurface irrigation. The neutral phosphatase activity and the catalase activity were found to generally increase with more frequent irrigation （MAD of -10 and -16 kPa）. This suggested that a higher level of water content favored an increase in activity of these two enzymes. In contrast, the urease activity decreased under irrigation, with less effect for MAD of -40 and -63 kPa. This implied that relatively wet soil conditions were conducive to retention of urea N, but relatively dry soil conditions could result in increasing loss of urea N. Further, this study revealed that soil enzyme activities could be alternative natural bio-sensors for the effect of irrigation on soil biochemical reactions and could help optimize irrigation management of greenhouse crop production.     

不同灌水条件下分层施肥对冬小麦产量和水分利用效率的影响

为了明确分层施肥在不同灌水条件下对冬小麦产量、耗水特性和水分利用效率的影响,为黄淮海地区小麦高产高效生产实践提供理论依据。结合当地冬小麦灌溉制度采用水肥2因素裂区试验,水分为主区,施肥方式为副区,设置3个灌溉处理:春季不灌水(W_0)、春季拔节期灌水(W_1)、春季拔节期灌水+开花期灌水(W_2),灌水量90 mm/次;2种施肥方式处理:常规施肥处理(F_1)和分层施肥处理(F_2),分析了不同灌水与施肥模式下冬小麦产量、耗水特性和水分利用效率的特点。结果表明:与F_1相比,F_2处理40—120 cm土层土壤贮水消耗量、冬小麦拔节期—开花期耗水强度和农田耗水量显著增加,其中以W_2F_2处理农田耗水量最高。分层施肥处理冬小麦水分利用效率较常规施肥提升14.2%～3.0%,其中以W_1F_2处理水分利用效率最高。在3种灌水条件下,分层施肥处理较常规施肥显者增加了冬小麦的单位面积穗数,产量增加19.8%～6.4%,其中W_(2 )F_2产量最高。因此,建议在水分充足地区,采取小麦春季灌溉拔节水和开花水结合底肥分层施用的管理方式;在水资源短缺地区,采取小麦春季灌溉拔节水结合底肥分层施用的管理方式。     

不同生态修复技术长期应用对风沙土土壤养分的影响

通过田间试验,对比分析了不同沙地生态修复技术长期应用对风沙土土壤pH值和有机质、氮、磷、钾等土壤养分的影响,结果表明,在长期生态修复作用下,风沙土土壤pH值和全钾含量变化较小,土壤有机质、氮、磷和速效钾含量均有不同程度的增加。人工种植作物的修复方式有利于有机质、氮、磷和速效钾含量的增加,其中:人工种植甘草土壤有机质、全氮和速效磷含量增长最多,10年后分别可达到11.42 g/kg、0.110 9 g/kg和25.46 mg/kg;人工种植花生土壤碱解氮、全磷和速效钾含量最高,10年后分别可达到55.04 mg/kg、0.127 2 g/kg和145.80 mg/kg;生物网方格固沙、林草复合培育和草场培育等主要依靠自然修复的修复技术,土壤养分含量增长缓慢。     

红壤粒径肥料浓度和灌溉方式对不同灌水器堵塞的影响

为探究水肥一体化灌溉过程中造成灌水器堵塞的影响因素,采用3个肥料浓度、3个红壤粒径段和2种灌溉方式,进行3种灌水器的堵塞试验,测定有效灌水次数。结果表明:1)红壤粒径越大越易造成流量可调灌水器堵塞。存在造成内镶贴片式滴灌带堵塞的敏感粒径段,范围0.0385~0.074 mm的红壤粒径容易造成灌水器堵塞;2)肥料浓度≤0.6 g/L时,肥料浓度加速灌水器堵塞显著。肥料浓度0.6 g/L,肥料浓度加速灌水器堵塞的效果较小;3)8孔流量可调灌水器在根区渗灌条件下更容易发生堵塞;而灌溉方式对于2孔流量可调灌水器和内镶贴片式滴灌带堵塞的影响差异不明显。4)浑水施肥条件下,内镶贴片式滴灌带的抗堵塞性能最好,其次是2孔流量可调灌水器,8孔流量可调灌水器的抗堵塞性能最差。该文为水肥一体化技术在云南红壤土中的应用提供理论依据。     

不同整地方式对风沙土玉米地土壤紧实度的影响

为了探明不同耕作方式对风沙土土壤紧实度的作用与影响,在大庆市泰康科技园区设置了破垄种、原垄卡种、旋耕原垄卡种、免耕4个玉米种植的耕作处理试验,并在玉米播前、播后、收获三个阶段分别测定了0—40cm范围内每隔5cm土层的土壤紧实度的变异情况。结果表明:旋耕能使表层土壤相对较为疏松,但35cm以下土层由于受机械镇压作用,土壤紧实度明显地高于表层,破垄种使得土体紧实化的现象表现得较为明显,使得土壤质量具有不可持续的基本观点。旋耕原垄卡种具有明显改善20cm以下土壤紧实度,而0—20cm土壤紧实度和其它耕作措施差异不大的效果,这保证了土壤表层不受风蚀而根系层20—40cm变得疏松,是值得推广和应用的一种耕作措施。     

供水条件对温室番茄根系分布及产量影响

通过田间试验,分析了不同生育期供水条件对番茄灌水量、光合作用、根系分布、产量和水分利用效率的影响。结果表明：番茄开花坐果期控制灌水下限为60%f_C(田间持水量),结果盛期控制灌水下限为75%f_C,控制灌水上限为90%f_C,番茄产量最高,达到91.7 t/hm²,水分利用效率达到27.51 kg/m³,整根的根长、根表面积、根体积、根干重都明显增加。叶片净光和速率在75%f_C条件下最高,有利于光合产物的形成。随土层深度的增加,根长密度呈指数下降。不同土壤水分条件对番茄根系生长影响主要体现在直径小于1 mm的根系上,而且直径小于1 mm的根长和产量之间存在很好的相关关系。     

不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响

通过中科院栾城农业生态试验站3种不同降水年型的田间灌水试验,研究了不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响,旨在为华北地区冬小麦建立优化灌溉制度,提高水分利用效率,达到节水增产目的提供理论依据。试验结果表明,冬小麦根系主要集中分布在80 cm以上土层,随土层深度的增加,根长密度呈指数下降;综合分析根系对不同土层的水分吸收、作物耗水组成及产量、水分利用效率与总耗水的关系,提出华北地区冬小麦最佳灌水方式是：丰水年灌0水、平水年灌1水(拔节水)、枯水年灌2水(拔节水和抽穗水),次灌水量60～75 mm,具有明显的节水增产效益。     

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。     

土壤微生物膜对风沙土固沙保水特性的影响

土壤微生物膜胞外聚合物具有较强的黏结性,为增强风沙土抗蚀性,提高风沙土保水性提供了新途径。鉴于此,该研究采用室内控制试验设置6个微生物菌剂施用水平(0、1、3、5、7和10 g/kg),以期阐明土壤微生物膜对风沙土特性的影响。研究结果表明:1)施用微生物菌剂可产生土壤微生物膜,并胶结风沙土颗粒。2)试验结束时(第49 d),与对照组相比,不同菌剂施用处理的土壤容重降低0.54%～8.88%,孔隙度提高0.39%～3.91%,含水率显著提高0.11%～0.25%(P0.05),大团聚体质量分数增加5.59%～25.01%,土壤pH值由7.16显著增加至8.32～9.23(P0.05)。3)土壤多糖含量对土壤特性的解释率为47%,是影响土壤特性的关键因素。土壤微生物膜能够有效改善风沙土特性,增强风沙土抗蚀性,提高风沙土保水性,但较高的微生物菌剂施用量会增加土壤pH值,造成土壤盐碱化,建议微生物菌剂施用水平为1～5 g/kg。研究成果有利于深入理解微生物膜固沙保水机制,并可为沙化土地防治新技术研发提供重要理论依据和科技支撑。     

Field performance of three real-time moisture sensors in sandy loam and clay loam soils

The study was conducted to evaluate HydraProbe (HyP), Campbell Time Domain Reflectometry (TDR) and Watermarks (WM) moisture sensors for their ability to estimate water content based on calibrated neutron probe (NP) measurements. The three sensors were in-situ tested under natural weather conditions over a 3-yr period in a sandy loam and clay loam soils planted to grass. The HyP, TDR and WM sensors were evaluated for their ability to estimate soil moisture contents by comparing their outputs with those of NP measurements. Results showed that HyP, TDR and WM provided different estimates of soil moisture contents in both soils. Nevertheless, our work suggests that soil moisture sensors including those used in this study can be made suitable for irrigation scheduling without in-situ calibrations by simply setting the upper and lower irrigation trigger limits for each sensor and each soil type. The upper trigger point occurs directly after irrigation event (near field capacity) and the lower trigger point is based on about 50% depletion of available water in the crop rootzone and is occurs prior to irrigation refill. This approach can significantly help irrigators to achieve their irrigation scheduling and productivity goals without consuming any time onsite or soil specific calibrations.     

不同水分条件下分层施磷对冬小麦根系分布及产量的影响

研究不同水分条件下分层施磷对冬小麦根长分布、水分利用效率(water use efficiency,WUE)及产量的影响,旨在找出旱地农业最佳水肥处理方式。试验设不施磷(CK)、表施磷(surface P,SP)、深施磷(deep P,DP)和侧深施磷(deep-band P,DBP)4种处理,每个施磷水平下设补充灌溉(W1)和干旱(整个生育期无补充灌溉)(W2)2种水分处理。结果表明,施磷位置及补充灌溉显著(P0.05)影响冬小麦孕穗期根长分布、WUE及产量,同时会改变根系空间分布。干旱胁迫使冬小麦0~30 cm土层根长密度下降,降低17.5%,却促进了30 cm以下土层根长发育,增加13.3%,促进对土壤水分和磷素的吸收,从而提高产量。无论灌溉与否,施磷处理0~30 cm土层根长密度、吸磷量、WUE及产量均显著高于CK(P0.05)。施磷位置对冬小麦WUE和产量的影响随土壤水分而异,无补充灌溉时,与磷肥表施相比,磷肥深施显著增加WUE和产量(P0.05),分别平均增加28.5%和16.0%,且深层根长(30~100 cm)与吸磷量、WUE和产量的变化趋势一致;而在补充灌溉时,与磷肥表施相比,磷肥深施却显著降低WUE(P0.05),平均降低13.3%,且深层根长与WUE、产量的关系缺乏规律性。该试验结果表明,土壤水分供应不足时,磷肥深施有利于促进冬小麦深层土壤根系生长发育,提高对土壤水分吸收利用能力,从而利于形成高产。该研究可为理解作物生长及产量对水分养分空间耦合的响应提供理论依据。     

Neutron radiography and tomography of water distribution in the root zone

Water uptake by roots and resulting water redistribution along the soil profile depend on soil hydraulic properties and root distribution, as well as on the physical, chemical, and biological soil–plant interactions that occur in the root zone. The hydraulic properties of the soil in the root zone are difficult to investigate in situ at the needed high spatial resolution, and they still present important open questions. For instance, is there more or less water at the root–soil interface compared to the bulk soil? Neutron radiography (2‐D) and tomography (3‐D) are efficient methods to answer such questions, providing the possibility to image simultaneously water distributions and root structure in situ at high spatial resolution. We planted a lupin and a maize in rectangular boxes filled with sandy soils. The plants were grown for 3 weeks at controlled conditions. Infiltrated water and subsequent water redistribution were imaged for 5 d at regular intervals by means of neutron radiography and tomography. Soil water‐content distributions were quantified from the radiographs after correcting for neutron scattering. The radiographs showed that the water content in the root zone was higher than in the bulk soil both during and after infiltration. Similarly, the tomograms showed localized regions of high water content around some locations of the roots, in particular near the tips of the lupin. Local regions of water depletion, which are expected as a consequence of water uptake, were visible along the main root where laterals branched. These results reflect the complexity of soil–plant–water relations, showing the different properties of bulk soil and root zone, as well as the varying moisture gradients along the root system.     

不同灌溉制度对玉米根系生长及水分利用效率的影响

为了探讨不同灌溉制度对玉米根系生长和水分利用效率的影响及基因型间差异,在大型活动防雨棚和棚外田间条件下,利用一组玉米遗传材料杂交种户单四号、父本803和母本天四进行了研究。结果发现玉米杂交种在根系生长、分布和水分利用效率上表现出显著的杂种优势。在充分灌溉条件下,玉米杂交种在浅层的根长密度大于亲本,但在水分亏缺条件下,玉米杂交种根长密度在整个剖面上都显著大于亲本;同一玉米基因型在不同的灌溉制度下根长密度在土壤剖面的分布也不同,拔节期不灌溉条件下玉米根系在深层土壤中的分布较充分灌溉条件下大,保证了玉米对深层土壤水分的充分吸收,而后期灌水延缓了表层根系生长的衰退,产生明显的补偿效应;拔节期干旱而抽雄期和灌浆期灌水显著提高了3种基因型玉米的水分利用效率。通过合理灌溉优化玉米根系分布特性以提高玉米吸水能力和水分利用效率,是节水栽培上的可行途径。     

沙坡头区直插式根灌条件下土壤水分变化分析

为提高沙坡头地区造林过程中的水分利用效率,制定最优化的灌溉制度,在宁夏中卫沙坡头自然保护区,两年生固沙梭梭(Haloxy lonammodendron)林展开直插式根灌节水试验,分析和模拟直插式根灌过程中土壤水分入渗和消退规律。结果表明:1)直插式根灌过程中,土壤含水量随灌水时间的变化符合Logistic曲线变化;停灌后,土壤水分消退规律符合幂函数模型变化。2)本试验条件下,不同土层土壤水分最大入渗速率依次为60 cm40 cm80 cm100 cm20 cm,达到最大入渗速率的时间40 cm土层最短,平均为1.22 h,100 cm土层最长,平均为4.57 h;1 m深土层土壤水分最大入渗速率平均为1.65%·h-1,达到最大入渗速率的时间平均为2.16 h。3)根据模拟结果,建议沙坡头区梭梭林直插式根灌灌溉周期为4 d左右,单次灌水时间以6~10 h为宜。4)停灌2 h后,各土层土壤含水量消退速率随土层深度增加而增大,停灌后48 h,各土层土壤水分消退速率基本为零;梭梭全生长期,1 m深土层土壤水分消退速率在结实期最大,为2.20%·h-1,休眠期最小,为1.31%·h-1。5)直插式根灌对20 cm土层土壤水分的影响最小,对60 cm土层土壤水分影响最大;灌溉过程中,土壤水分等值线以60 cm土层等值线为中心,向表层和深层土壤辐射状分布,灌后各土层平均土壤含水量,20 cm和60 cm土层与其他各土层之间差异显著(P0.05)。研究表明,直插式根灌的土壤水分入渗规律符合Logistic曲线变化,消退规律符合幂函数曲线变化,直插式根灌对20 cm土层土壤水分的影响最小,对60 cm土层土壤水分影响最大,沙坡头区梭梭林直插式根灌灌溉周期为4 d左右,单次灌水时间以6~10 h为宜。