不同灌水下限设施番茄土壤CO2排放特征及其影响因素研究

【目的】探讨不同灌水下限设施土壤CO2排放特征及其影响因素,为调控设施土壤水分和碳排放提供理论依据。【方法】在番茄生育期内采用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪观测不同灌水下限[20 kPa(D20)、30 kPa(D30)、40 kPa(D40)]下的土壤CO2排放速率,并分析其影响因素。【结果】在番茄生育期内,不同灌水下限设施土壤CO2排放速率变化趋势基本一致,D20处理最高,平均速率为2.759μmol/(m2·s),其次是D30处理,为2.601μmol/(m2·s),D40处理最低,为2.559μmol/(m2·s)。在土壤CO2累积排放量方面,D20处理显著高于其他2个处理,而D30和D40处理之间无显著差异。就单因素模型而言,不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤温度呈指数回归关系,且均达显著水平(P<0.05);不同灌水下限处理的土壤CO2排放速率与15 cm土壤含水率均呈显著二次回归关系(P<0.05);与单因素模型相比,土壤温度和土壤含水率的双因素复合模型(68.5%~83.8%)可以更好地解释土壤CO2排放的变化。土壤温度敏感系数Q10值在1.442~1.498之间,其中D20处理最敏感,D40处理最不敏感。相关分析结果表明,土壤CO2累积排放量与0~20 cm土层土壤有机质量、pH值、全氮量、速效磷量、速效钾量、碱解氮量和微生物量碳呈显著相关关系。采用PCA分析提取出的2个主成分累积贡献率为85.79%。【结论】灌水下限影响设施土壤CO2的排放,其中D20处理促进了设施土壤CO2的排放。     

水分非均匀分布条件下土壤CO_2的排放特征

为了研究水分非均匀分布条件下旱地土壤CO2的排放特征,采用静态箱-气相色谱法测定了SI、SDI12、SDI15及SDI18共4个处理的CO2排放通量。结果表明:总体上CO2排放通量平均值表现为SISDI12SDI15SDI18,但仅SI处理与SDI18之间的差异具有显著性;2次灌水后SDI处理土壤CO2排放较高的WFPS范围分别是25.9%~33.8%和31.5%~33.0%,低于SI处理出现高峰排放的WFPS分别为47%和34.1%;由于温度的影响第2次灌水后CO2排放通量总体上高于第1次灌水后,但第1次灌水后CO2排放通量与温度具有较强的相关性,而第2次灌水后两者之间相关关系不显著,可能存在过高温度下的土壤呼吸抑制。此外降雨发生时空气湿度的增加对微生物的呼吸有刺激作用,各处理降雨后出现了短期的CO2排放通量的小高峰。     

温室番茄滴灌灌水指标试验研究

研究了日光温室中番茄的需水量、需水规律、产量与耗水量的关系。对日光温室番茄进行了滴灌灌水制度的研究。根据番茄不同生育期的生理特性及其需水特性确定其相应适宜的土壤含水率范围（占田间持水量的百分比）为：苗期45％～55％，开花坐果期55～75％，坐果期65-85％。不同生育期的灌水定额为：苗期10～15mm，开花坐果期15-25mm，结果期20-30mm。     

灌溉水盐分和灌水量对温室气体排放与玉米生长的影响

为揭示地下水与微咸水灌溉条件下灌水量对土壤CO2、N2O排放和春玉米生长的影响,设置2种灌溉水含盐量（1.1、5.0g/L）和3种灌水量（210、255、300mm）,于2019年4—9月在内蒙古自治区河套灌区进行了春玉米田间试验。结果表明,不同灌水量下,微咸水（含盐量5.0g/L）灌溉比地下水（含盐量1.1g/L）灌溉土壤N2O累积排放量提高了19.86%~44.21%,但利用微咸水灌溉并不会影响土壤CO2累积排放量与全球增温潜势。在相同的灌溉水盐分条件下,灌水量为300mm时土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势均最大,灌水量为210mm和255mm时并不会对土壤CO2、N2O的累积排放量和全球增温潜势产生显著影响。相关性分析表明,土壤含水率和无机氮含量是影响土壤CO2、N2O排放的重要因素,灌溉水盐分通过促进土壤的硝化作用促进土壤N2O排放。在微咸水灌溉条件下,春玉米产量较地下水灌溉减少了30.88%~37.32%。随着灌水量的增大,春玉米产量呈增加趋势,但255mm和300mm灌水量条件下的春玉米产量差异不显著。在地下水与微咸水灌溉条件下,灌水量为255mm时,土壤盐分累积较小,春玉米产量较高,土壤CO2、N2O累积排放量和全球增温潜势相对较小,是灌区适宜采用的灌溉定额。     

施肥对河套灌区土壤CO_2和N_2O排放的影响

以河套灌区草甸碱化土为研究对象,设缓控肥(HK)、颗粒有机肥(F)、微生物菌肥(W)和农民习惯施肥(CK)4个处理,于2015年5—10月,利用静态箱-气相色谱法监测玉米整个生育期土壤CO_2和N_2O的排放量,并对玉米季农田温室气体排放量和产生的综合温室效应进行测算,研究了农田表层土壤温室气体的排放量和增温潜势。结果表明,(1)各处理N_2O的排放峰值均出现在施肥10 d后。玉米整个生育期HK处理的单位时间排放量最少(0.25 mg/(m2?h)),F处理的排放量最多(0.67 mg/(m2?h)),F处理N_2O累计排放量比CK高出62.40%;CK分别比W、HK处理N_2O排放量高出19.71%、54.26%。(2)各处理间CO_2排放差异显著(P0.05)。玉米整个生育期,W处理累积排放量最少(14 639.26 kg/hm2),F处理的排放量最多(18 603.4 kg/hm2),CK比W处理CO_2排放量高16.75%。(3)各施肥处理综合增温效应表现为HK处理W处理CKF处理。HK处理温室气体排放强度(GHGI)值最低,比CK低96%,同时保持了较高的产量水平;F处理氮肥量最大,且有较高的GHGI值,达到CK的1.70倍,同时产量较CK无显著变化;W处理氮肥量次之,且GHGI值较高,可产量较低。大量施用颗粒有机肥(F)会产生较多的温室气体,同时也会导致较强的温室效应。缓控肥(HK)处理氮肥量最小,作物产量增加,GHGI值最低,对农田温室气体减排具有较好的应用前景。     

沼液灌溉麦地土壤CO_2和N_2O排放通量变化特征

为揭示奶牛场沼液灌溉后麦地CO2和N2O排放通量的变化特征及与相关环境因子相互关系,采用静态箱-气相色谱法对奶牛场沼液灌溉后第1d土壤CO2和N2O排放通量连续进行24h观测,同时观测灌前1d、灌后第2d、第4d和第7d排放通量。结果表明,沼液灌溉(SI)、习惯施肥(CF)、不施肥(CK)处理灌后第1d土壤CO2与N2O日排放通量范围分别为115.55~253.44、66.97~114.17、62.86~125.96mg/(m2·h)与115.79~401.1、4.15~21.04、1.44~28.32μg/(m2·h),日峰值和日谷值均出现在14:00和5:00;除CK外,各处理排放通量与地表及距地表5cm处地温显著相关(P0.05)。灌溉前后CK和CF处理CO2和N2O排放通量变化较小。灌溉后SI处理土壤CO2和N2O排放通量迅速升高且分别在灌后第1d和第2d达到排放峰值,此时CO2和N2O排放通量分别较SI处理灌溉前分别升高111.9%和890.0%,随后SI处理CO2和N2O排放通量开始下降,灌溉后第7d分别与CK和CF处理相比无显著差异。灌溉后7d内SI处理的CO2和N2O累积排放量均显著高于CK和CF处理。     

外加铵态氮对不同年限茶园土壤N2O排放的影响

以3种不同年限的茶园土壤为研究对象,设置室内培养试验,研究了外加铵态氮对高龄（50年以上）茶园土壤、中龄（20～25年）茶园土壤和低龄（8～10年）茶园土壤N₂O排放的影响。试验设置4种处理:对照（CK）、低氮（LN）、中氮（MN）、高氮（HN）。结果表明,较酸且有机碳含量较高的50年以上茶园土壤各处理N₂O排放均高于20～25年茶园土壤和8～10年茶园土壤。与对照相比,单施氮肥促进了3种茶园土壤的N₂O排放,20～25年茶园土壤与8～10年茶园土壤高氮（HN）处理N₂O排放最高,而50年以上茶园土壤MN处理N₂O排放最高。施用外源铵态氮促进了土壤pH值下降,其中50年以上茶园土壤和20～25年茶园土壤ΔpH变化为MN>HN>LN>CK,8～10年茶园土壤ΔpH变化为HN>MN>LN>CK。施用外源铵态氮对茶园土壤酸化有显著影响,外加铵态氮显著降低土壤pH值并提高土壤N₂O排放。      

生物炭和灌水量对土壤保水性及温室番茄生理特性的影响

为了探究生物炭用量和灌水量对土壤物理性质及作物生长生理特性的影响,采用田间对比试验,以温室番茄为试验对象,设置了3个生物炭施用量处理B0,B1,B2(施用量分别为0,2.5,5.0 kg/m²);在每个生物炭处理下设置3个不同灌水量水平T1,T2,T3(分别为1.4Ep,1.2Ep,1.0Ep;Ep为累计水面蒸发量);观测并分析土壤物理性质、番茄生长及光合作用对生物炭施用量和灌水量的响应关系.结果表明,土壤中适当添加生物炭可以有效地增加土壤的保水性,处理B1和B2相对B0增大土壤最大体积含水率为21.9%和32.1%,处理B1有益于土壤的长期持水能力;降低了土壤容重2.5%~16.6%,增加了土壤孔隙度1.9%~10.5%.生物炭施用量在充分灌溉和中度亏缺的处理下均可以有效提高番茄的气孔导度和光合速率,处理B1和B2分别提高番茄叶片的光合速率为11.4%和54.8%;而在重度亏缺的条件下,处理B1和B2抑制了番茄叶片的光合速率16.7%和50.6%.     

不同灌水量和灌水频率对番茄植株生长、光合与荧光特性的影响

针对水资源短缺且用水浪费的问题,本研究设置4个灌水量和2个灌水频率,4个灌水量按生育期进行调整,完全随机设计试验,旨在研究不同灌水量和灌水频率对番茄植株生长、荧光和光合参数的影响。研究结果表明:番茄株高、茎粗、光合参数以及荧光参数Fo、Fm、Fv等和均随着灌水量的增加呈增加的变化趋势,其中株高、茎粗和叶绿素随着频率的增加也增加,苗期L1P1的NPQ显著高于L2P2 17.6%;而荧光参数Fv/Fm苗期和开花坐果期时随着灌水量的增加呈先上升后下降的变化趋势,盛果期上升后无下降趋势,开花坐果期时L3P2比L2P2显著高出6.2%;qP和ETR在盛花期和盛果期随着灌水量的增加呈先增加后降低的变化趋势;利用隶属函数综合各指标分析得出:苗期至开花坐果期灌水量以100 m L/(株·d),开花坐果期至结果初期以250 m L/(株·d),盛果期至采收以灌水量450m L/(株·d)番茄产量保证且节约灌水,灌水频率为一天2次时对番茄生长有促进作用。     

不同灌溉水平对夏玉米地土壤CO_2排放的影响

灌溉影响土壤微生物活动和作物根系生长,进而影响土壤CO_2的产生和排放。为揭示亏缺灌溉夏玉米地土壤CO_2的排放特征,于2015年6-10月在西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院农田水分转化试验场,采用静态暗箱-气相色谱法对夏玉米地土壤CO_2排放进行了原位观测。试验设置3个处理,分别为充分灌溉(CK),亏水20%(T1)和亏水40%(T2)。结果表明:夏玉米地土壤CO_2排放通量在播种后达到峰值并急剧下降至低谷,直到在灌水后出现短暂的次高峰期,随后一直维持在较低排放水平直到玉米收获。在灌水后,土壤CO_2的排放通量表现为CKT1T2,且CK与T2,T1与T2处理间有显著差异(P0.05)。不同灌溉水平下,夏玉米地土壤CO_2排放通量与土壤充水孔隙率呈指数正相关关系,相关性达显著水平(P0.05)。亏缺灌溉在一定程度上抑制了土壤CO_2的排放,土壤充水孔隙率低于50%时,CO_2排放通量维持在较低水平,但当土壤充水孔隙率高于50%时,CO_2排放通量随着土壤充水孔隙率的增加而有大幅度增加。该研究结果可为农田的节水减排提供参考。     

加气灌溉不同施肥水平对温室番茄影响效应研究

为探索加气灌溉下作物适宜的施肥量,试验设计了高氮、中氮、低氮3个施肥水平,加气和不加气(作为对照)两种灌水方式,采用两因素三水平完全随机区组设计,共6个处理。研究了加气和不加气两种灌溉方式下,不同施肥水平对温室番茄株高、茎粗、干物质量和品质的影响。结果表明:加气灌溉下,作物株高、茎粗较不加气处理分别显著增大了6.2%、11%,干物质量显著增大了11.7%,单株产量、维C、可溶性糖、有机酸、糖酸比较不加气处理分别显著增大了6.7%、11.6%、11.3%、7.5%、4.1%。因此加气灌溉在促进植株生长发育的同时,也有效提高了作物产量和品质。同时,加气灌溉不同施肥水平试验结果表明,中氮施肥水平下,植株茎粗、干物质量、果实产量、品质较高氮和低氮处理均有显著增大,且施肥水平和加气灌溉对番茄株高、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、产量品质的综合影响,加气灌溉中氮施肥水平是较优的灌溉施肥模式。     

灌溉方法对保护地番茄需水特点的影响

用温室小区栽培番茄的试验方法,研究渗灌、滴灌、沟灌及其灌水技术参数与番茄生育期内耗水量及产量的累积状况,对每一灌溉方法的增产和节水效果进行评价;由于这一温室小区试验是在以相同方案、于同一地块上连续8年进行节水灌溉试验研究基础上完成的,因此,通过测定土壤水吸力变化、水分利用效率并比较其在灌水处理间的异同,探讨了不同灌溉方法在保护地应用的番茄需水特点。     

温室番茄不同灌水方式试验研究

采用Φ20标准蒸发皿的水面蒸发量为控制灌溉参数,研究不同灌水方式(覆膜滴灌、覆膜沟灌和覆膜小畦田灌)对温室环境和番茄生长和灌溉水利用系数的影响。试验结果表明:在秋冬茬口的日光温室内,与膜下沟灌和传统覆膜畦田灌溉比较,覆膜滴灌一定程度降低了温室湿度,保持了土壤水分一直处于较高的水势范围,使番茄产量和灌溉水利用效率达到最高。另外,采用覆膜滴灌时,灌水周期为3d,蒸发皿系数取1.0时,产量和灌溉水利用效率最高,推荐作为该茬口的灌溉制度技术指标。     

滴灌对农田N2O排放影响的研究进展

灌溉作为调控土壤水分状况的重要措施,直接影响农田温室气体的排放过程。滴灌是一种高效节水灌溉技术,其对温室气体排放的影响受到广泛关注。通过查阅大量文献,综合分析了滴灌对农田土壤N2O排放影响的研究进展与发展趋势。文献资料显示,滴灌通过调控土壤湿度和温度环境,改变土壤微生物菌群和土壤中气体传输速度,进而影响土壤N2O的产生以及排放速率;与其他灌溉方式相比,滴灌不破坏土壤结构,土壤内部水、肥、气、热条件稳定,适宜于作物生长,有利于土壤有机氮的矿化。但目前滴灌条件下温室气体排放的空间异质性和多种温室气体的同步定量研究等方面仍存在一些不足(例如:滴灌条件下土壤干燥区和湿润区N2O排放通量间差异研究和不同种类温室气体的同期影响研究)。今后,要加强监测滴灌下多种温室气体同期排放和不同土壤区域N2O排放差异,加强从分子水平探究滴灌模式下土壤微生物对N2O气体产生过程的作用机理等方面的研究,为构建环境友好型农业模式提供科学依据。     

不同灌溉水温对日光温室番茄幼苗生长影响

以日光温室番茄幼苗为试验材料,研究不同灌溉温度幼苗生长的影响,探讨促进番茄幼苗生长的最佳灌溉水温。结果表明：25-45℃的水温灌溉范围内均在不同程度上促进番茄幼苗生长,提高生长势。用35℃温水灌溉处理效果最佳,与对照相比,茎高、茎粗、叶面积、根系数、叶绿素含量、叶片含氮量、单位鲜重的干物质量、根冠比和壮苗指数分别提高了23．09％、44．74％、35．15％、96．64％、11．36％、8．04％、60．00％、92．31％和189．32％,效果明显。     

温室微润灌秋冬茬番茄适宜灌溉制度研究

通过田间小区试验研究了温室微润灌条件下秋冬茬番茄种植中土壤水分对番茄的产量、品质的影响。并基于试验数据采用主成分分析法对日光温室番茄的产量、水分利用效率、VC品质进行综合分析,初步确定了微润灌形式下番茄的适宜灌溉制度。结果表明:灌溉定额为336mm。在苗期灌水2次,灌水定额为18mm;在开花着果期灌水4次,灌水定额30mm;在结果盛期,灌水3次,灌水定额为35mm;在结果后期,灌水3次,灌水定额为25mm。     

水稻适雨灌溉对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用静态暗箱-气相色谱法,观测分析了水稻适雨灌溉和常规灌溉2种模式下稻田CH_4和N_2O的季节排放情况,评估了水稻适雨灌溉对稻田CH_4和N_2O排放的影响。结果表明,适雨灌溉稻田CH_4、N_2O排放峰值分别出现在分蘖期和拔节孕穗期,整个生育期CH_4、N_2O平均排放通量分别为16.77 mg/(m~2·h)、6.64μg/(m~2·h),适雨灌溉稻田CH_4、N_2O排放量较常规灌溉显著下降(p0.05),分别下降了74.47%和67.06%。水稻适雨灌溉通过合理利用雨水资源,减少灌溉次数及灌水量,显著降低了稻田CH_4和N_2O的排放。     

不同灌水下限与底肥施用对温室番茄光合特性、产量和品质的影响

采用温室内桶栽土培法,研究了不同灌水下限与底肥施用对番茄复水前后光合特性、产量、品质及其干物质构成的影响。结果表明,番茄灌水下限越低,复水后光合速率增加越多,显示出良好的补偿生长效应;同一灌水下限条件下,叶片水分利用效率最大值均出现在高肥处理,复水前叶片水分利用效率大于复水后;番茄产量和水分利用效率均以高水中肥处理最高,单株果实数以低水高肥处理最多,单果质量与果实平均直径以高水高肥处理最大;高灌水下限条件下番茄含蛋白质量较高,中灌水下限条件下番茄含可溶性糖量较高,低灌水下限条件下番茄含可滴定酸与Vc量较高;番茄根、茎、叶干物质最大值均出现在高灌水下限处理中,而最小值均在低水低肥处理,当番茄根冠比为0.15时产量最高。高水中肥条件下番茄产量最高,中低灌水下限条件下番茄品质最优,通过复合肥施用和分生育期不同灌水下限运筹可以达到提高产量和改善品质的目的。