水氮运筹影响高留残茬黑土稻田碳收支机理分析

为探明水氮运筹对稻田生态系统碳收支的影响,开展大田试验,设置浅湿干灌溉（D）和淹水灌溉（F）两种灌溉模式,及110kg/hm2（当地施肥标准,N1）、99kg/hm2（减氮10%,N2）和88kg/hm2（减氮20%,N3）3个施肥水平,观测高留残茬稻田水稻收获后不同器官的干物质量及碳含量,同时监测稻田CO2和CH4排放通量,计算水稻净初级生产力（NPP）和稻田净生态系统初级生产力（NECB）。结果表明：水氮运筹会影响稻株各器官干物质及碳含量,所有处理中DN2处理NPP最大（8918.02kg/hm2）,浅湿干灌溉模式各处理NPP均大于淹水灌溉模式,分别增加12.13%、36.73%、8.01%;浅湿干灌溉模式增加了稻田土壤呼吸的CO2排放通量,减施氮肥则降低了CO2排放通量,浅湿干灌溉减施氮肥降低了CH4排放通量;两种灌溉模式下各处理CO2和CH4排放总量均随氮肥施用量减少而降低,淹水灌溉模式下各处理CH4排放总量均显著高于浅湿干灌溉模式（P＜0.05）;各处理稻田生态系碳净收支均为正值,黑土区高留残茬稻田生态系统表现为碳“汇”,其中DN2处理NECB最高,为1950.96kg/hm2。综合来看,浅湿干灌溉模式+减氮10%处理的稻田生态系统碳“汇”最强。研究可为寒地黑土保护提供理论参考和技术支撑。     

新疆棉田地下滴灌土壤水盐运移规律的初步研究

为探讨新疆棉田地下滴灌条件下土壤水盐运移的规律,在棉花各个生育阶段运用TDR和取样从水平方向和垂直方向测定棉田距滴灌带不同位置的土壤水分和盐分,研究分析后认为地下滴灌条件下棉花整个生育期土壤中盐分运移规律为:苗期较高,花铃期较低,吐絮期又较高。盐分经过长时间的水平和垂直运移,水平方向在距滴灌带较远的地方含盐量较高,最后在滴灌带中间位置积聚;垂直方向在耕作层的盐分含量有所降低,耕作层处于脱盐过程,盐分主要向深层运移,在80 cm以下的土层处于积盐过程。     

新疆棉田滴灌供水系统自动化节水控制的设计与研究

新疆棉田属干旱区的农业生产,对棉田滴灌供水系统进行节水、节能控制具有十分重要的应用价值。针对新疆棉田滴灌供水系统的利用现状,基于PLC技术与变频技术,设计了棉田滴灌自动化节水控制系统;根据设计内容,在实验田的供水控制基础上实现了自动化节水控制升级。对系统的调试试验表明:控制系统设计合理,可靠性强,达到了滴灌带供水管道水压与水流量的均衡控制;在供水管道高压力时节约了多余用水,10h共节约37.9km3的用水量。对供水自动化控制系统的节能进行对比试验,结果表明:在10h内,采用自动化供水控制,共节约57.08kW·h的电量,具有明显的节能效果。     

干旱绿洲区膜下滴灌棉田土壤盐分时空变化特征研究

基于Penman-Monteith公式设计一定梯度的灌水定额和灌水次数双因素组合试验,通过2012—2014年连续3a免冬、春灌膜下滴灌棉花田间定位试验研究,测定分析土壤盐分时空变化规律及其对棉花产量的影响。结果表明:膜下滴灌棉花生育期0~30 cm土壤盐分变幅大于40~100 cm,较小的灌水定额和灌水次数使0~30 cm盐分变幅增大,棉花苗期和花铃期变幅最为明显。灌水定额对土壤剖面盐分变异程度影响弱于灌水次数。增加灌水定额有利于减小棉花各生育阶段0~30 cm土壤盐分含量。土壤剖面盐分呈C形分布,0~40 cm土壤盐分含量灌水12次比灌水16次大1.74%,50~80 cm土层土壤盐分含量灌水16次比灌水12次大1.71%,灌水次数对90~100 cm土层土壤盐分影响不明显。同一灌水次数下,460 mm灌溉定额籽棉产量最高,适宜灌溉定额下,16次灌水次数籽棉产量高于灌水12次籽棉产量。灌溉水利用效率随灌水定额的降低和灌水次数的增加而提高,在南疆水资源短缺情况下高频次小定额灌溉可获得最大的灌溉水利用效率。当0~30 cm初始土壤含盐量(2.03 g/kg)小于3.0 g/kg时,棉花生育期460 mm灌溉定额、16次灌水次数,不会产生土壤盐分累积情况,可作为南疆干旱区免冬、春灌适宜棉花灌溉制度。     

西北旱区葡萄园水碳通量耦合的初步研究

利用涡度相关系统,对我国西北旱区某葡萄园进行了一个生长季度的观测,得到了日尺度水碳通量耦合的初步关系,表明葡萄园水碳通量的变化白天存在较高的一致性,且二者均呈双峰型曲线;在一定时间范围内,二者存在较明显的比例关系,即葡萄园毎平方米毎秒固定1 mgCO2,同时会蒸腾2.2×10-9mm水汽。该研究为揭示葡萄园水碳耦合关系提供了一定的参考依据。     

膜下滴灌条件下绿洲棉田土壤水分运动数值模拟

应用非饱和土壤水运动理论,建立膜下滴灌条件下土壤水分运动二维数值模拟模型,研究了田间层状土壤在膜下滴灌条件下土壤水分运动特征.应用不同小区不同灌水处理的实测值与模拟值进行对比,同时对模型做了精度分析,结果表明符合精度要求,这说明所建立的模型能客观地反映实际土壤条件下的水分运动情况.研究结果表明:土壤剖面30～40 cm粘土层使土壤水分运动具有很大的差异,0～30 cm变化明显,而40 cm以下土壤水分运动的变化较小. 膜下滴灌应该采取灌水量小,频度大的灌溉模式.     

北疆常年膜下滴灌棉田土壤盐分积累特征研究

根据6块北疆常年膜下滴灌棉田生育期内4a的土壤盐分监测资料,分析了不同膜下滴灌年限棉田土壤盐分的积累特征。结果表明,膜下滴灌棉田各层土壤盐分随着种植年限的增加先减少后增加。膜下滴灌前6a,棉田各层土壤初始含盐量较高,随着膜下滴灌年限的增加,表层土壤盐分受滴灌淋洗作用不断减小,各层土壤呈脱盐趋势;膜下滴灌种植6a后,由于灌水量的限制,膜下滴灌不具有深层淋洗作用,积盐区土壤盐分随着膜下滴灌年限的增加不断向上扩大,很容易受到温度、灌水制度、地下水位抬升、蒸发等影响,从而在耕作层附件形成多个积盐区,造成土壤返盐,威胁作物生长发育,使作物死亡或减产,甚至造成土壤次生盐碱化。因此,对种植年限6a的棉田要及时进行漫灌,对于膜下滴灌年限更久的棉田要增加漫灌次数或缩短漫灌周期。如果没有漫灌条件,可以尝试在每年生育期末进行1次或2次穿插灌水,从而抑制盐分上移。     

覆膜棉田土壤温度变化特征与地表温度估算

为了明确河北低平原区覆膜植棉农田土壤温度分布特征,采用小区试验,研究了微咸水(5 g/L)灌溉条件下覆膜棉田不同土层深度和不同点位土壤温度的变化特征,并估算了裸露行和覆膜行的地表温度。结果表明,棉花生育期间不同深度处土壤温度都呈现了先增大后减小的趋势;随着土层深度的增加,土壤温度的变化趋于平缓,棉花生育期内0、10、20、40、60、100 cm深度处日均土壤温度的变异系数分别为24.13%、19.79%、18.25%、15.20%、13.10%、11.65%。覆膜具有增温作用,增温效果随棉花生育进程推进和土层深度增加而有所减弱;覆膜行和裸露行距离植株远处的土壤温度均大于其近处。采用能量平衡原理可以较好地估算地表温度,裸露行和覆膜行估算结果的符合指数(d)分别为0.986 9和0.985 5,Nash-Sutcliffe系数(NSE)分别为0.947 7和0.941 0。研究结果可为丰富棉花栽培技术体系提供理论支撑。     

绿洲滴灌棉田土壤水盐动态变化研究

采用田间试验对盐渍化棉田不同生育时期、不同深层土壤盐分的动态变化进行了研究,结果表明:膜下滴灌在连续的滴水作用下可在一定时间内降低土壤盐分,并不能从根本上减少土壤盐分;滴水开始后,水平方向上距离滴头越近土壤盐分积累越少,垂直方向盐分的积累主要在40~60 cm土层,60~100 cm土层盐分积累受膜下滴灌影响较小;不同土壤深层间、不同生育期间土壤盐分变化都达到了极显著水平。     

基于双作物系数法的新疆覆膜滴灌夏玉米蒸散量估算

为评估双作物系数法计算干旱区部分覆膜滴灌条件下夏玉米蒸散量的可靠性,于2016—2017年在新疆阿克苏地区开展了夏玉米蒸散量测坑试验研究,试验根据定灌水周期（W1、W2、W3）和变灌水周期（W4、W5）共设置5个处理,并分别采用稳定碳同位素法和水量平衡法,对双作物系数模型计算的夏玉米蒸腾量和蒸散量进行了验证。结果表明,双作物系数法计算的蒸散量与水量平衡法测定的蒸散量呈现出较好的相关性,全生育期蒸散量模拟值与实测值的均方根误差在10mm左右。双作物系数法计算的蒸腾量与稳定碳同位素法测得的耗水量亦呈现出较好相关性,模拟值与实测值的均方根误差在20mm左右。通过回归系数（b）、一致性指数（d）及均方根误差〖JP3〗（RMSE）的分析,认为双作物系数法可以估算并区分局部覆膜滴灌条件下干旱区夏玉米蒸散量,且2016年和2017年夏玉米全生育期内估算土壤蒸发量分别占蒸散量的21.33%和23.97%,作物蒸腾量分别占蒸散量的78.67%和76.03%。     

地下滴灌条件下棉花土壤水分运移田间试验研究

在棉花大田实地测量的基础上,对地下滴灌条件下棉花不同生育期内土壤含水量进行分析,同时对实际应用效果进行监测,结果表明:地下滴灌影响土壤水分变化深度主要为20~60 cm,棉花根系主要集中在15~50 cm。通过对棉花常规地面沟灌、膜下滴灌和地下滴灌土壤水分变化试验研究分析和应用效果监测,棉花地下滴灌节水增产效果显著。     

绿洲区长期膜下滴灌棉田土壤盐分离子分布

通过比较典型绿洲灌区(新疆石河子市下野地灌区)6个不同膜下滴灌年限棉田总盐、盐分离子分布,尝试揭示长期应用膜下滴灌技术对土壤化学性质的影响,结果表明,受干旱气候条件影响绿洲区膜下滴灌棉田土壤中总盐及Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO~(2-)_4和Cl~-在垂直方向均呈现出"浅集表聚"的分布特征。以膜下滴灌年限为横坐标的水平方向表现出,总盐和盐分离子随膜下滴灌年限的延长逐渐降低。但由于棉田土壤中盐分离子本底含量以及化学性质的差异,5种离子年平均降低速率有所不同。结果表明绿洲区现行灌溉制度下膜下滴灌棉田盐胁迫作用逐年减轻的同时棉田土壤化学性质也在发生变化。研究拟为膜下滴灌技术的可持续推广提供一定的理论支持。     

新疆棉花叶片光合与蒸腾特性对膜下滴灌的响应

利用PTM-48光合作用测定仪研究了新疆棉花不同生长期叶片光合、蒸腾特性及其对膜下滴灌的响应机理。结果表明,膜下滴灌条件下不同生长期棉花叶片净光合速率日变化为单峰型曲线,峰值出现在12:00~16:00之间,生长期间没有出现光合午休现象;而蒸腾速率并非单峰曲线,有波动变化;苗期、蕾期叶片净光合速率及蒸腾速率大于其它生育时期;随着棉花的生长发育,光饱和点和光补偿点均呈先升后降的变化趋势,开花期光饱和点及光补偿点最高;表观量子效率基本呈下降趋势,但在铃期较开花期出现小幅增加;叶片水分利用效率日变化呈现多样化,早晚各出现一个峰值;日平均水分利用效率呈先升后降趋势,蕾期日平均水分利用效率最高;暗呼吸速率在开花期最高,吐絮期最低。     

利用气象资料指导膜下滴灌棉花灌溉的试验研究

利用气象资料指导膜下滴灌棉花灌溉的试验于2007年5~10月份在新疆生产建设兵团灌溉中心试验站的试验基地进行。试验共设置7个处理,分别按生育期ET0的不同比例进行灌水。试验结果表明,为了获得经济合理的产量,膜下滴灌棉花全生育期耗水量应控制在360~405 mm之间。用实时气象资料指导膜下滴灌棉花的灌溉具有很好的可行性,蕾期和花铃后期10 d灌1次水,灌水定额为60%ET0;花铃前期7 d灌1次水,灌水定额为75%ET0,是一种适宜北疆地区膜下滴灌棉花的灌水模式。     

灌溉量及滴灌管埋深对无膜地下滴灌棉花产量的影响

通过设置灌溉量和滴灌管埋深的二因素三水平田间小区试验,研究灌溉量和滴灌管埋深对无膜地下滴灌棉花产量的影响,以明确在无膜条件下地下滴灌棉田灌溉量和滴灌管埋深的最优指标。结果表明,无膜灌溉量为4 200m3/hm2,滴灌管埋深5cm时,产量最高,为最佳无膜覆盖滴灌量和滴灌管埋深设置,当灌溉量较低时,滴灌管要深埋,反之,则要浅埋。仅从经济效益来看棉花种植采用地膜覆盖更好,但无膜覆盖具有较好的社会效益和生态效益。     

膜下滴灌土壤水分监测合理采样数目的初步研究

采用网格法和随机法2种取样方式对新疆农八师石河子148团的土壤水分进行了取样分析,分别测定了0～20,20～40、40～60 cm三个深度的土壤水分,并运用传统统计学方法进行了分析.以此为基础提出了取样数目的确定及取样点的布置方法,并且对各种取样方式及取样数目下的土壤含水率的相对误差进行了分析.为建立合理的膜下滴灌土壤...