不同潜水埋深再生水灌溉夏玉米土壤氮素运移研究

通过再生水灌溉田间试验,探讨了不同潜水埋深条件下(2 m、3 m、4 m),再生水灌溉对土壤中NO3--N、NH4 -N及地下水中NO3--N的影响。试验结果表明:再生水灌溉后,土壤中NO3--N含量均显著增加;不同潜水埋深再生水灌溉对土壤中NH4 -N含量影响不明显。灌水水平为900 m3·hm-2,不同潜水埋深(2 m、3 m、4 m)地下水NO3--N浓度分别增加34.67%、24.94%、20.88%,灌水水平为1 200 m3·hm-2不同潜水埋深地下水NO3--N浓度分别增加58.42%、38.98%、27.21%,潜水埋深越深地下水硝态氮浓度增加越小。表明潜水埋深越浅因淋溶和硝化作用产生的NO3--N造成浅层地下水污染的风险越大。     

土壤水盐与玉米产量对地下水埋深及灌溉响应模拟

引黄水量的削减将进一步加剧宁夏银北灌区农业用水短缺问题,合理应用地下水进行灌溉对保障作物产量具有重要意义。为探究地下水灌溉条件下土壤水盐与作物生长的互馈机制,该研究修正了HYDRUS-1D的土壤蒸发模块,并嵌入可模拟作物生长与产量的EPIC模块,以此提高该模型在农田水文过程模拟中的适用性。采用2008年银北灌区不同水质灌水处理的玉米田间试验数据对模型进行了率定与验证。进一步应用该模型探寻地下水灌溉条件下,土壤水盐动态及玉米产量对地下水埋深变动及灌溉的响应规律。结果表明,玉米产量随地下水埋深增大呈现先增后减趋势,为保障玉米产量应将地下水适宜埋深控制在140~155 cm,且灌水量不宜低于现状灌水量,即玉米生育期内灌3水,每次900 m3/hm2。该研究对干旱银北灌区农业生产具有重要意义。     

不同地下水埋深与灌水量对玉米生长效应及产量的影响

为探究不同地下水埋深与灌水量对玉米生长效应调控及产量的影响,在河套灌区开展了2年的田间试验。试验通过设置地下埋深1.4 m(S1)、1.8 m(S2)、2.2 m(S3)和灌水量90 mm(W1)、110 mm(W2)、135 mm(W3)2个因素,共9种处理,对玉米生长指标、产量及水分利用效率等进行分析。结果表明,玉米株高和茎粗在生育期前期增速最快,拔节期株高较苗期平均提高近3倍,茎粗增加31.5%～46.8%;叶面积指数在整个生育期呈快速增长到相对平缓、再到衰减的趋势,各处理间差异显著（P<0.05）;S2W2处理整体效果较好,水分利用效率提高8.9%～34.4%,增产7.8%～26.4%;通径分析表明,百粒质量是玉米产量的主要决策因子,茎粗是限制因子,地下水埋深与灌水量通过增加叶面积指数、促进光合作用从而提高百粒质量促使玉米增产,并基于地下水埋深与灌水量对水分利用效率和玉米产量影响的分析,建议河套灌区玉米生育期平均地下水埋深控制在1.75～1.85 m之间,灌水量为107.3～116.5 mm。研究成果可为河套灌区及类似地区不同地下水埋深条件下节水灌溉和提高作物产量提供科学...     

地下水作用下微咸水灌溉对土壤及作物的影响

随着微咸水灌溉面积逐年增加,不合理的灌溉对土壤环境造成了不同程度的污染。该文采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉夏玉米对土壤-作物系统环境因子的影响。研究结果表明：在地下水水位低于3 m地区进行微咸水灌溉,0～100 cm的土层内不会形成严重的积盐现象。当灌水水质为4 g/L时,灌水水质对土壤盐分环境的影响大于地下水埋深对其的影响。地下水埋深越深,夏玉米叶面积指数、株高及产量越小,且随灌溉水盐分水平的增加而减小,地下水埋深对夏玉米形态指标的影响大于盐分水平对其的影响。     

不同潜水埋深条件下微咸水灌溉的水盐运移规律及模拟研究

采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水(咸水)灌溉对土壤水盐的影响,在此基础上,建立了BP神经网络水盐耦合模型。研究结果表明:土壤中盐分含量随地下水埋深的增加而减小,随灌溉水盐分水平的增加而增大。在地下水埋深为2 m,3 m,4 m的地区,采用矿化度小于4 g/L的水进行灌溉,在夏玉米整个生长周期的0~100 cm土层内不会形成积盐现象;拓扑结构为8∶2∶2的BP网络模型,能模拟不同地下水埋深条件下微咸水(咸水)灌溉的水盐运移,且精度较高。     

再生水灌溉对冬小麦根冠发育及产量的影响

以冬小麦为研究对象,研究了再生水灌溉对冬小麦株高、叶面积、根系发育和产量的影响,试验设置清水处理1(T1)、再生水处理2(T2)、先用再生水后用清水的处理3(T3)和先用清水后用再生水的处理4(T4),结果表明:在p=0.05时,T1、T2和T4间拔节期后的冬小麦株高和单株总叶面积无显著性差异.收获时不同处理冬小麦的根长密度、根重密度和单位体积土壤内的根表面积均随着土层深度的增加而减小,在p=0.05时,1 m深土层内不同处理间的上述指标无显著性差异.再生水灌溉并未影响收获时冬小麦根系的主要分布深度,各处理0～70 cm土层范围内根系占根系总量的95%左右,且0～20 cm土层是冬小麦根系的主要分布层.冬小麦产量受到灌水量、灌水水质状况等多种因素的共同影响,除2001～2002年再生水比清水处理增产22.3%外,其余试验结果均表明,再生水灌溉对冬小麦产量无显著性影响.     

江苏沿海垦区暗管排水对冬小麦产量的影响模拟

江苏沿海垦区农田地下水位埋深较浅,冬小麦生长易受到渍害的影响;为探究不同暗管排水条件影响下冬小麦产量的变化,该研究根据在江苏东台试验站实测的气象、土壤、地下水埋深等数据,联合运用田间水文模型DRAINMOD和作物模型AquaCrop模拟不同暗管排水条件对冬小麦产量的影响。结果显示：DRAINMOD模型可准确模拟研究区地下水埋深变化,与作物模型 AquaCrop联合使用,可以更好地预测不同水文年排水条件对冬小麦生长情况的影响;一般年份及湿润年内,涝渍胁迫是影响研究区冬小麦产量的主要因素;在冬小麦生长季降渍保证率达到85%的条件下,排水暗管的最优布局为埋深1.5 m、间距20 m左右,以此可实现研究区较为理想的小麦生产目标。研究可为当地暗管排水系统建设及农业生产提供理论依据和技术支持。     

不同潜水埋深条件下微咸水灌溉的水盐运移规律及模拟研究

采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水（咸水）灌溉对土壤水盐的影响,在此基础上,建立了BP神经网络水盐耦合模型。研究结果表明：土壤中盐分含量随地下水埋深的增加而减小,随灌溉水盐分水平的增加而增大。在地下水埋深为2 m,3 m,4 m的地区,采用矿化度小于4 g/L的水进行灌溉,在夏玉米整个生长周期的0～100 cm土层内不会形成积盐现象;拓扑结构为8∶2∶2的BP网络模型,能模拟不同地下水埋深条件下微咸水（咸水）灌溉的水盐运移,且精度较高。     

灌水下限与毛管埋深对温室番茄生长的影响

为探明番茄根系生长与水分分布之间的互反馈机制,通过日光温室地下滴灌试验,设置了4种毛管埋深(0 cm、10 cm、20 cm和30 cm)和3种灌水下限(保持土壤含水量为50%、60%和75%田间持水量),研究了不同灌水下限与毛管埋深对番茄根系生长及干物质分配的影响。研究结果表明,轻度、中轻度水分亏缺(灌水下限为75%和60%田间持水量)时,毛管埋深对番茄耗水量有显著影响,10~20 cm毛管埋深提高番茄耗水量。毛管埋深增加会减少0~20 cm土层根系分布,促进20~60 cm土层根系生长;毛管埋深对0~10 cm、20~30 cm、30~40 cm土层根系生长影响显著,对50~60 cm土层根系生长无显著影响。灌水下限对细根(d1 mm)、粗根(d1mm)的根长与根表面积影响显著,毛管埋深对细根的根长与根表面积有显著影响;轻度水分亏缺及20 cm毛管埋深有利于细根根长和根表面积生长,减少粗根比例。本研究结果表明,轻度水分亏缺及毛管埋深为20 cm更有利于全株干物质积累,灌水下限为75%田间持水量能够增加根系干物质分配比例,而20 cm毛管埋深则能促进干物质向茎叶转移且减少根系干物质的分配比例。     

基于土壤水分空间变异的变量灌溉作物产量及节水效果

提高整个田块作物生长指标和产量的均匀性是实施变量灌溉水分管理的目标之一。该研究基于土壤可利用水量(available water holding capacity,AWC)将试验区划分为4个水分管理区,利用相同的灌水控制指标(0.45AWC)进行分区变量灌溉水分管理;作为对照,基于最小AWC区的土壤水分进行均一灌溉水分管理。对比变量灌溉和均一灌溉条件下冬小麦、夏玉米生长指标(株高、叶面积指数、地上部分干物质质量)、叶片相对叶绿素含量、产量及其均匀性,分析AWC对作物生长和产量的影响。结果表明,与均一灌溉相比,夏玉米变量灌溉节水14.1%,冬小麦灌水量相同。与均一灌溉相比,变量灌溉对冬小麦、夏玉米生长指标、叶片相对叶绿素含量和产量的影响均未达到显著水平,而不同AWC管理区之间作物生长指标和产量的差异均达到了显著水平。为获得更高的作物产量,建议不同AWC管理区内采用不同的灌水控制指标。研究可为大型喷灌机变量灌溉水分管理决策提供依据。     

华北平原灌溉农田的土壤水量平衡和水分利用效率

华北平原农业面临的主要问题是水资源短缺,地下水位持续下降。通过一维土壤水量平衡模型模拟了华北平原不同灌溉方式下农田耗水量和土壤水分深层渗漏的变化,并分析了作物的产量和水分利用效率。结果显示在正常的灌溉条件下,冬小麦季地下水的采补差额超过了200mm,某生育期一定程度的水分亏缺(返青期、拔节期或灌浆期)能明显减少冬小麦的耗水量,但没有明显减少作物的产量。因此,在一定程度上减少灌溉是可行的,但仍不能达到地下水资源的采补平衡。从长远来看,华北平原维持可持续的地下水灌溉开采,应减少冬小麦的种植面积、增加低耗水经济作物的比例。     

华北平原地下水压采区冬小麦种植综合效应探讨

华北平原冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式为维护国家粮食安全发挥了重要作用。但冬小麦生长期正处于华北平原降水较少的干旱季节,实现高产依赖于灌溉,是华北平原地下水超采的主导因素之一。随着国家地下水限采政策的实施,在地下水超采区如何稳定冬小麦的种植面积和产量是面临的一个重要问题。本文通过综述以往研究并结合典型地点田间试验结果,从冬小麦种植可减少休闲期土壤蒸发损失、具有的深根系系统可充分利用土壤储水、可利用微咸水替代淡水灌溉、通过限水灌溉发展优质麦生产、冬春形成覆盖层美化和防沙尘效应等方面论述了华北平原种植冬小麦的优势,提出华北平原冬小麦生产需要转变传统高耗水高产量理念,充分发挥冬小麦抗旱、耐盐能力强的特点,在不实施大规模压缩冬小麦种植面积条件下,通过冬小麦限水灌溉和微咸水利用满足对地下水压采需求,充分发挥华北平原冬小麦种植冬春防风沙、美化环境的生态功能,同时满足区域口粮安全的保障功能。     

基于APSIM模型小麦-玉米不同灌溉制度作物产量和水分利用效率分析

针对海河平原地下水位持续下降和维持小麦—玉米两熟较高产量之间的矛盾,对不同降水年型小麦—玉米不同灌溉制度下产量和水分利用效率(WUE)进行模拟分析,结果对平衡该区域地下水可持续利用与粮食生产提供重要科学决策依据.利用研究区域站点长时间序列气象数据,以小麦不同水分处理地上部生物量、叶面积和周年土壤水分动态田间试验数据为基...     

再生水灌溉对冬小麦和夏玉米产量及品质的影响

食作物是利用再生水灌溉的主要农作物之一,产量和品质是决定其再生水灌溉可行性的重要因素,该文系统研究了再生水灌溉对典型粮食作物——冬小麦、夏玉米产量与品质的影响规律,为粮食作物再生水安全灌溉提供科技支撑。通过田间试验得出：再生水灌溉处理与清水处理相比,冬小麦和夏玉米平均增产6.49%和5.42%,再生水灌溉对冬小麦和夏玉米产量没有显著影响（α＝0.05）;再生水灌溉对冬小麦和夏玉米籽粒中的粗蛋白、可溶性总糖、粗灰分、粗淀粉和还原型Vc含量等主要品质指标无显著性影响（α＝0.05）;再生水灌溉处理的冬小麦籽粒中全氮质量分数平均增加10.2%、夏玉米籽粒中全氮、全磷质量分数平均增加10.40%和16.40%,冬小麦籽粒中全磷、全钾含量和夏玉米籽粒中的全钾含量没有明显变化。该研究成果对于推动再生水灌溉利用具有积极意义。     

Strategy for long term use of saline drainage water for irrigation in semi-arid regions

In arid and semi-arid regions, effluent from subsurface drainage is often saline and in the absence of a natural outlet, its disposal is a serious environmental threat. A field experiment was conducted for 7 years using drainage water of different salinity levels (EC_iw=6, 9, 12 and 18.8 dS/m) for irrigation of wheat during the dry winter season. The objective was to find whether crop production would still be feasible and soil salinity would not be increased unacceptably by this practice. The experimental crop was wheat during the winter season and pearl-millet and sorghum in the rainy season, grown on a sandy loam soil provided with subsurface drainage system. All crops were given a pre-plant irrigation with non-saline canal water and subsequently, saline drainage water of different salinity levels was used for the irrigation of wheat as per the treatment. On an average, the mean yield reduction in wheat yield at different EC_iw was 4.2% at 6, 9.7% at 9, 16.3% at 12 and 22.2% at 18.8 dS/m. Pearl-millet and sorghum yields decreased significantly only where 12 dS/m or higher salinity water was applied to previous wheat crop. The high salinity and sodicity of the drainage water increased the soil salinity and sodicity in the soil profile during the winter season, but these hazards were eliminated by the subsurface drainage during the ensuing monsoon periods. The results obtained provide a promising option for the use of poor quality drainage water for the irrigation of winter wheat without undue yield reduction and soil degradation.     

环渤海低平原农田多水源高效利用机理和技术研究

淡水资源严重匮乏是影响环渤海低平原粮食生产可持续发展的重要限制因素。本文针对该区粮食生产中水分利用效率低、提升潜力巨大,同时该区浅层微咸水资源和降水资源较丰富的现状,以中国科学院南皮生态农业试验站最近3年试验研究结果为基础,综述了在挖掘咸水利用潜力、提高雨水和灌溉水利用效率方面研究工作进展。针对冬小麦夏玉米一年两作种植,研究结果显示品种间产量和水分利用效率(WUE)差异显著,最高和最低品种差异达20%左右,通过选用节水高产品种可显著提升产量和WUE;冬小麦通过拔节期灌溉关键水,在促进地上部生物量积累同时,显著促进地下根系生长,使冬小麦充分利用土壤储水,实现限水灌溉下稳产高效;夏玉米通过缩小行距增大株距的缩行匀播,可提升夏玉米苗期单株作物根系所占土壤体积空间,增加水分养分对作物的有效性,提高夏玉米成苗率和苗期所截获辐射量,比常规种植产量提高10%左右;冬小麦在拔节期利用含盐量不大于4 g×L~(-1)的浅层微咸水替代淡水灌溉,产量与淡水灌溉相同;浅层微咸水替代淡水灌溉并配套土壤有机质提升技术和利用夏季降水淋盐,可实现微咸水灌溉下周年土壤盐分平衡。通过上述措施实施,实现以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用,在不影响作物产量条件下可节约深层淡水资源,促进区域灌溉农业可持续发展。     

基于地下水埋深的江汉平原冬小麦防涝渍排水指标确定

2014—2015年在测坑(筒)分别开展孕穗期、灌浆期冬小麦遭受浅地下水埋深和先涝后渍胁迫试验,研究江汉平原冬小麦关键生育期适宜的地下水埋深。同时,构建不同排水标准计算方法,量化作物相对产量,提出先涝后渍胁迫下的排水指标。结果表明,孕穗期0、20和40 cm地下水位(持续受渍18 d)分别使小麦减产44.78%、17.31%和10.44%,而灌浆期相应减产67.72%、33.70%和10.34%。导致小麦减产的主要原因可能是穗粒数减少和千粒质量降低,建议江汉平原小麦田孕穗期和灌浆期地下水位维持在50 cm左右。先涝后渍过程中涝害使小麦减产幅度大于渍害,可以考虑以受涝历时和降渍历时为控制指标的排水模型、按时间划分涝害和渍害的排水模型,以及涝渍综合水深指标作为江汉平原小麦花后排除涝渍的排水模型。若允许小麦减产15%(即相对产量为85%)作为排水控制标准,建议小麦花后涝渍综合水深指标控制在275.6~283.6 cm·d。     

考虑盐分累积及冬小麦产量品质的井渠结合灌溉模式优选

为探究井渠结合灌区地表水与地下水适时适量灌溉模式,以田间小区为研究尺度,探索不同渠井灌水比例(0、33%、67%、100%)、不同灌水定额(600、900、1 200 m3/hm2)对2013-2016年冬小麦产量、品质及根层土壤盐分动态变化特征的影响。结果表明:1)不同灌溉定额对纯渠水灌溉模式下冬小麦产量的影响较纯井水灌溉模式大。高定额纯渠水(灌水定额为1 200 m3/hm2,渠井灌水比例为100%)灌溉模式下的冬小麦产量最大,2015年为9 195 kg/hm2。2)增大灌水定额有利于冬小麦容重、湿面筋和稳定时间的增加,而对蛋白质含量的影响不明显。井水有利于蛋白质含量、湿面筋和稳定时间的增加,有利于弱化度的降低。在地表水资源相对充足且追求产量最大化的情况下,可选择高定额纯渠水灌溉模式;在地表水资源不充足的情况下,可选择中、高定额"井水+渠水+渠水"灌溉模式。3)连续4 a年灌溉后冬小麦根层土壤盐分有小幅增加趋势,纯渠水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最小,其次是井水+渠水+渠水灌溉模式,纯井水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最大。在地表水量相对充足且以产量最大化为目标的情况下,可选取高定额纯渠水灌溉模式。地表水资源不充足的地区,可选择高定额"井水+渠水+渠水"灌溉模式,而在水资源紧缺地区,可选择中定额"井水+渠水+渠水"灌溉模式。     

夏闲期降水对黄土旱塬冬小麦水氮利用效率的影响

黄土旱塬冬小麦生长所需的水分主要来源于大气降水,分析夏闲期降水对土壤水分的补给对于发展田间水分管理措施和补充灌溉技术具有重要意义。该文利用不同的水肥耦合处理试验,研究了不同水肥耦合处理下夏闲期降水对土壤水分补给量以及对翌年作物耗水量、水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量的影响。结果表明,夏闲期降水量对土壤水分的补给量有极显著的影响(P0.01);冬小麦生育期不同的水肥耦合处理对夏闲期土壤水分补给有显著的影响(P0.05)。收获期土壤水分亏缺度在43.68%~52.63%之间时土壤水分的补给系数较高(51.84%~67.42%),且二者存在良好的幂函数关系;翌年冬小麦生育期耗水量的贡献率、水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量均与土壤水分补给系数呈幂函数关系,且在土壤水分补给系数为25%~40%时冬小麦水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量分别达到最大值。研究可为旱塬农田水分管理提供参考。