亏缺灌溉对马铃薯生长产量及水分利用的影响

为了解析马铃薯不同品种对水分亏缺的响应,探讨不同品种对水分需求量的差异,该研究在大田遮雨棚滴灌下,以马铃薯品种‘青薯9号’和‘大西洋’为材料,参考西北区和本试验区的年平均降雨量,设置5个水分处理,将参考试验区年平均降雨量的值划分为正常灌水(A),逐级调亏灌水量的值划分为轻度(B)、中度(C)、重度(D)和特重度(E)亏缺灌水处理,研究灌水量对不同品种马铃薯植株生长(株高、茎粗、叶面积)、生物量与分配、叶片相对含水量、产量与构成因素、水分利用的影响。结果表明:正常灌水下,‘青薯9号’株高增长速度大于‘大西洋’,且测定期内持续增高,但‘大西洋’叶面积快速扩增期的扩增速度大于‘青薯9号’;2个品种各器官干质量变化趋势不一致,‘大西洋’各器官干质量呈增长趋势,‘青薯9号’茎叶和根干质量呈前期增长后期下降、块茎干质量呈显著增加趋势(P0.05),且‘青薯9号’块茎生物量分配比例最高值为57.96%,仅是‘大西洋’最高值的67.43%;2个品种叶片相对含水量均呈先升高后降低的变化趋势;‘大西洋’单株结薯数、单株产量、公顷产量、商品薯率高于或显著高于亏缺灌溉(P0.05),‘青薯9号’仅商品薯率和大薯率高于或显著高于亏缺灌溉(P0.05),其他指标则显著低于轻度亏缺灌溉(P0.05),水分利用效率和灌水效率分别为152.62kg/(hm~2·mm)和130.70%。亏缺灌溉下,随水分亏缺度加重,‘大西洋’株高、茎粗和叶面积扩增的抑制大于‘青薯9号’,2个品种叶片相对含水量降低、生物量积累的增速和绝对值降低、产量和大薯率显著下降(P0.05),且‘青薯9号’上述指标的降幅小于‘大西洋’,其中轻度亏缺灌溉下,‘青薯9号’单株结薯数和公顷产量具有补偿效应,较正常灌水分别增加22.79%和11.71%,水分利用效率提高41.48%、灌水效率提高60.05%,抗旱系数为1.12。因此,‘青薯9号’轻度亏缺灌溉,可控制其地上部旺盛生长,利于块茎形成和膨大,‘大西洋’应保证充足水分供给,不宜亏缺灌溉。     

施氮对亏缺灌溉措施下棉花生长、养分吸收及产量的影响

研究节水灌溉措施结合氮肥管理对棉花干物质积累、生理响应、养分吸收和产量的影响,为干旱区棉花增产和水肥高效利用的农艺实践提供理论依据。以棉花‘新陆早72’为试验材料,研究了在2种灌溉处理下(正常灌溉,W1;亏缺灌溉,W2)不同施氮量(210 kg·hm-2,N1;300 kg·hm-2,N2;390 kg·hm-2,N3)对棉花干物质积累、光合生理特性、养分吸收、抗氧化防御、渗透调节及产量的影响。结果表明:与正常灌溉相比,亏缺灌溉通过降低干物质积累、净光合速率、抗氧化酶活性以及养分吸收降低了籽棉产量。与亏缺灌溉下进行适量施氮相比(W2N2),增加施氮量处理(W2N3)的净光合速率和叶面积指数分别提高12.5%和10.9%,抗氧化酶活性、渗透调节物质分别提高13.6%、42.6%,这些过程减轻了亏缺灌溉对棉花生长造成的伤害,促进养分吸收和干物质积累,最终籽棉产量提高5.6%。此外,与正常水肥管理处理(W1N2)相比,亏缺灌溉后增加施氮量(W2N3)并没有降低籽棉产量,反而通过改善冠层光合能力、抗氧化防御及渗透调节能力延长了干物质持续积累时间,使植株提前3～4 d结束生育进程。综上所述,在干旱区开展棉花节水灌溉措施时,建议在常规施氮量的基础上再增加30%,该施氮量可以在保证棉花不减产的同时节约更多的灌溉水,并且该措施对干旱区滴灌棉花生产中的节水增效和可持续生产具有重要意义。     

亏缺灌溉对温室番茄产量与水分利用效率的影响

为了探讨西北旱区日光温室番茄节水高效灌溉模式,2008年进行了不同生育阶段水分亏缺对膜下沟灌番茄产量与水分利用效率的影响研究。结果表明,在番茄果实成熟与采收期亏水虽然可使果实早熟,增加收获期和市场高价位时期的重合度,但由于产量降低幅度较大,总体经济效益低,为不合理灌溉方案。相反,在对照处理灌水定额21 mm的基础上,苗期减少2/3灌水量、开花和果实膨大期减少1/3灌水量、果实成熟与采收期正常灌溉,是西北旱区日光温室番茄较适用的灌溉模式。即在番茄全生育期内灌水11～12次,灌溉定额为200～210 mm时,可实现市场产量170～180 t/hm2,毛效益31～34万元/hm2,水分利用效率和单方耗水毛效益分别为64～69 kg/m3和120～125元/m3,同时节约灌水量40～50 mm。     

亏缺灌溉与有机肥结合对夏玉米水分及产量影响

为了解减少灌水量和尿素对夏玉米产量和水分的影响。通过田间试验,以夏玉米为研究对象,选取课题组研发的有机质含量高、保水性能强的有机肥,结合2个水平的灌溉(充分灌溉W1和亏缺灌溉W2),采用等氮的原则,对有机肥与无机肥混施(F1:100%无机化肥;F2:24%有机肥+76%无机化肥;F3:48%有机肥+52%无机化肥),研究灌水量与有机无机肥对夏玉米水分利用效率和产量的影响。结果表明:与F1处理相比,在充分灌溉(W1)条件下,F2和F3处理的籽粒产量提高4.8%~6.3%;亏缺灌溉(W2)条件下,有机肥处理的籽粒产量提高1.8%~2.3%。在相同灌溉水平下,有机肥处理显著提高收获时土壤贮水量,为冬小麦发芽和生长提供一定的湿度。施有机肥处理对三叶期和小喇叭口期株高有显著影响,而对其他生育期株高影响不显著。亏缺灌溉(W2)和施有机肥(F2)的处理产量较好,是夏玉米种植管理中的一个有效方案。这种灌溉施肥管理可为关中平原及环境相似地区提供科学依据。     

补充灌溉对半干旱区马铃薯产量和水分利用效率的影响

采用随机区组设计,研究了陇中半干旱区不同补灌时期及补水量对马铃薯产量形成和水分利用效率的影响。结果表明,苗期补水、现蕾期补水和膨大期补水较对照均能显著提高马铃薯产量;补水处理水分利用效率（WUE）均高于不补水处理（对照）;其中,现蕾期补水3kg/穴处理产量和水分利用效率增幅最高,产量和WUE分别达19 178.57kg/hm2（较对照处理高21.77%）和52.75kg/（hm2.mm）;与对照相比,各补水处理普遍优化了马铃薯各产量构成性状,有利于大薯率和中薯率的提高,单株结薯数和单株薯产量也较高。因此,现蕾期为旱地马铃薯需水关键期,对水分的变化敏感;现蕾期补水3kg/穴,可以作为半旱区马铃薯适宜的抗干旱节水高产种植模式。     

亏缺灌溉对新疆不同品种春小麦产量和氮素利用的影响

目的在水肥一体化条件下,研究不同生育期不同亏缺灌溉水平对春小麦产量和氮素利用的影响,为优化新疆春小麦水肥管理、提高小麦生产水肥效益提供技术支撑。方法于2022、2023年在石河子大学农学院实验站进行了管栽试验和小区试验,灌溉方式为滴灌。采用裂区设计,主区为干旱敏感品种新春22号(XC22)和耐旱品种新春6号(XC6);副区为灌溉处理,设置全生育期充分灌溉对照[CK,土壤湿度为田间持水量(FC)的75%～80%];分蘖期轻度亏缺(T1,60%～65% FC)、中度亏缺(T2,45%～50% FC);拔节期轻度亏缺(J1,60%～65% FC)、中度亏缺(J2,45%～50% FC) 5个处理。调查了开花前后春小麦茎鞘、叶、穗及籽粒干物重、氮素含量,及成熟期小麦产量和产量构成因素;计算了花前氮素积累与转运、花后氮素吸收量及氮素利用率。结果两品种小麦成熟期植株氮素积累量(166.15～238.87 kg/hm²)、成熟期营养器官氮素分配率、各器官花前氮素转运量(21.76～57.66 kg/hm²)及其贡献率(14.15%～31.66%)、植株花前氮素转运量(78.67～147.66 kg/hm²)及贡献率(51.58%～81.11%)均表现为T2、J2处理低于T1、J1,而T2、J2处理下籽粒氮素分配率、植株花后氮素吸收量及贡献率则高于T1、J1。亏缺灌溉处理下,品种XC6各器官氮素积累与分配、各器官花前氮素转运量及贡献率、产量及产量构成因素总体上高于干旱敏感品种XC22。与CK处理相比,T1处理下耐旱品种(XC6)成熟期植株氮素积累量显著提高了9.98%,茎鞘花前氮素转运量及贡献率分别提高了24.06%、18.91%,植株花前氮素转运量及贡献率分别显著提高了19.21%、12.53%,产量显著提高了12.17%,氮素利用率提高了2.25%,氮肥生产效率显著提高了12.16%,氮素收获指数提高了3.71%。而干旱敏感品种XC22的各项指标在4个亏缺灌溉处理下均低于CK。结论在新疆灌溉绿洲农业区,分蘖期轻度亏缺灌溉(60%～65% FC)可显著提高耐旱型春小麦花前氮素的积累量和向籽粒的转运,提高氮素利用率和氮素收获指数,并有效提高产量,进而达到节水高产的效果;而干旱敏感型品种不适宜于任何时期的亏缺灌溉。     

亏缺灌溉下异根嫁接提高黄瓜产量和水分利用效率

为了研究异根嫁接黄瓜对适度亏缺灌溉的响应,该试验以中农26号黄瓜(Cucumis sativas L.)为材料,以自根嫁接黄瓜适宜水分管理(每次20m3/667m2)为对照,研究异根嫁接黄瓜的根系、产量、品质和水分利用效率等指标对适度亏缺灌溉(每次12m3/667m2)的响应。结果表明:与对照比较,亏缺灌溉条件下,异根嫁接可明显促进根系生长,提高了水分利用效率,果实品质也有所改善,根系表面积、根干质量和水分利用效率分别提高8.0%、14.2%、和42.1%～53.9%。这一结果明确了通过异根嫁接可以提高黄瓜水分利用效率,同时也证明异根嫁接可以作为设施黄瓜农艺节水的最重要措施之一。     

调亏灌溉对棉花生长、生理及产量的影响

通过盆栽试验在棉花不同生育时期进行不同程度的调亏灌溉试验。结果表明,调亏灌溉对棉花株高、蕾铃脱落、成桃数等影响较显著;苗期和吐絮期重度水分亏缺、蕾铃期中度水分亏缺均有利于棉花产量的形成。棉花的光合速率和气孔阻力随土壤含水量变化的阈值约在14％土壤含水量水平,该阈值相当于田间持水量的60％～65％。合理的棉花调亏灌溉制度是苗期控制水分供应,土壤含水量维持在田间持水量的55％～60％;蕾期和花铃期是棉花的需水关键期,土壤含水量应分别保持在田间持水量的65％和70％左右;吐絮期应控制水分供应,土壤含水量维持在田间持水量的50％～55％。     

亏缺灌溉时期对番茄果实品质和产量的影响

实验研究了亏缺灌溉不同开始时期对番茄品质、产量形成和水分利用率影响。不同时期开始亏缺灌溉果实的营养品质明显不同,亏缺灌溉开始的越早,果实的硬度和密度越大,可溶性固形物含量(B rix)、滴定酸度、维生素C的含量越高,但糖酸比变化不大;随着亏缺灌溉开始时间的提前,单果重逐步减少,结果数变化不大,产量降低的幅度也越大;膨大期和座果期开始亏缺灌溉水分利用率提高,开花期开始亏缺灌溉水分利用率下降。生产中应选择膨大期开始亏缺灌溉,既可以提高品质,又可以减少产量降低带来的负面影响。     

亏缺灌溉时期对番茄果实品质和产量的影响

实验研究了亏缺灌溉不同开始时期对番茄品质、产量形成和水分利用率影响。不同时期开始亏缺灌溉果实的营养品质明显不同,亏缺灌溉开始的越早,果实的硬度和密度越大,可溶性固形物含量(Brix)、滴定酸度、维生素C的含量越高,但糖酸比变化不大;随着亏缺灌溉开始时间的提前,单果重逐步减少,结果数变化不大,产量降低的幅度也越大;膨大期和座果期开始亏缺灌溉水分利用率提高,开花期开始亏缺灌溉水分利用率下降。生产中应选择膨大期开始亏缺灌溉,既可以提高品质,又可以减少产量降低带来的负面影响。     

The role of lysimeters in the development of our understanding of soil water and nutrient dynamics in ecosystems

This paper considers the development of lysimeters and their role in the evolution of our understanding of the dynamics of water and plant nutrients in ecosystems. Lysimeters are delineated volumes of soil. They can be divided into those filled with repacked soil, and those enclosing an undisturbed monolith. The original repacked lysimeter was developed to investigate the concept that all life stems from water, and is considered to be the first quantitative experiment in history. It focussed on the growth of a willow tree and how much of the increment was derived from the soil solids. From this start some 360 years ago lysimeters quickly contributed to the quantification of the transpiration stream and the differentiation of water loss by evaporation from the soil from loss via the leaves of plants. Chronologically, further development began about 210 years ago with the exploration of whether precipitation could account for all the water moving from the land to the oceans, and was the origin of springs. In part, this required a careful quantification of soil evaporation, runoff and deep drainage. This in turn led to the quantification of the soil water balance. As a result, we are able to predict indices, such as crop water use efficiency, drainage and irrigation requirements, contributions to stream flow, groundwater recharge and nutrient loss by leaching. Recognition that the quantification of drainage and leaching required soils of natural structure and profile integrity resulted in the building of the first monolith lysimeter and the development of ‘pan’ or ‘Ebermayer’ lysimeters. Improved technology allowed a better understanding of the role of soil in the regional water balance through the development of small diameter lysimeters that could be transported to a central location subject to the same climatic variables. In contrast, other technological changes allowed the impact of typical soil management operations carried out using regular machinery to be applied on field‐scale lysimeters. The contribution of the different types of lysimeter to the development of our understanding of soil use and management is considered.     

Combined Effect of Poultry Manure and Soil Mulching on Soil Properties,Physiological Responses,Yields and Water-use Efficiencies of Sorghum Plants under Water Stress

ABSTRACT

The present investigation was planned to determine the effect of deficit irrigation, mulching and poultry manure application on sorghum grain, forage yield and water-use efficiencies. Two field experiments were conducted during 2016 and 2017 growing seasons at Demo farm, Fayoum, Egypt. Eighteen treatments comprising of two rates of rice straw as soil mulching (SM; zero and 10 ton per hectare), three irrigation treatments (I_100% = 100%, I_85% = 85% and I_70% = 70% of crop evapotranspiration (ETc) and three poultry manure (PM) levels (0, 24 and 36 ton per hectare) were studied under controlled surface irrigation system. Sorghum growth attributes (plant height, stem diameter, leave area), grain and forage yield, water-use efficiencies (G-WUE and F-WUE) were significantly (p < .05) affected by irrigation quantity and both soil mulch and poultry manure application. Poultry manure resulted in a significant decrease in soil bulk density, electrical conductivity (ECe), soil pH, hydraulic conductivity and total porosity, useful pores, and water holding pores were increased. The results showed that underwater scarcity, application of (I₈₅ × PM₃₆× SM₁₀) treatment was found to be favorable to save 15% of the applied irrigation water as compared to I₁₀₀, at the time produced the same sorghum yields.     

兰州地区农田土壤速效磷与速效钾含量的变化特征

以兰州地区3县5区不同利用方式农田为研究对象,从作物种类、土地利用强度和耕作方式3个角度采集80个样点表层土壤样品(0—20cm),对其pH值、电导率、速效磷和速效钾进行了分析。结果表明:(1)兰州地区农田土壤pH值为8.59,蔬菜地pH值低于其它作物农田,但差异不显著。重度利用农田土壤pH值低于轻度和中度农田,日光温室农田pH值低于大田和砂田,但差异不显著。(2)土壤电导率具有较大的变异,变异系数高达107.31%,不同作物种类、利用强度及耕作方式下土壤电导率不具有显著差异性。(3)研究区土壤速效钾含量具有一致性,平均含量为362.65mg/kg,变异系数为48.81%,不同作物种类、不同土地利用强度和耕作方式土壤速效钾不具有显著差异性。(4)速效磷平均含量为14.07mg/kg,不同种类作物农田土壤中,蔬菜地速效磷高于其它种类作物;不同利用强度下,重度利用农田土壤速效磷高于中度和轻度农田;从耕作措施分析,日光温室农田土壤速效磷显著大于砂田和大田。研究表明,基于作物种类差异的不同土地利用方式及耕作措施对土壤酸碱性及速效磷含量具有不同程度的影响,集约型农业管理措施是导致速效磷含量增加的主要原因之一,且重度农田土壤有酸化的趋势。     

Agrotool — A system for crop simulation

A system for simulation of crop dynamics is described. It includes a dynamic crop model for several cultures and a model shell. The model permits to simulate crop dynamics on the second level of plant productivity. The model shell serves for organization and implementation of series of computer experiments in dialogue regime. As it is known, soil and climatic conditions in the majority of Russia's regions differ from that in West Europe in a principal way. It especially concerns the continental Russia regions where deep droughts regularly occur, or Northwest regions, which are subjected to excess of water. So a special attention in model development was paid on account of the influence of water stress on plant production process.     

晋南旱垣种植制度及土壤耕作方式对麦田周年土壤水分动态和水分利用效率的影响

为了高效贮蓄利用夏季降水资源,明确不同种植制度及土壤耕作方式的麦田周年土壤水分动态变化规律,在山西临汾采用大区对比方法研究了麦茬复播谷子、休闲期土壤耕作方式对麦田周年土壤水分动态及水分利用效率的影响。结果表明:在夏季降雨较少年型,在小麦播种期0—200cm土层贮水量为休闲制少耕休闲制传统耕作休闲制免耕麦茬复播谷子,麦茬复播谷子全生育期0—200cm土层的耗水量高于休闲制的3个不同土壤耕作方式。在小麦生育期降水较多年型,0—200cm贮水量在小麦返青期和拔节期谷子茬口低于休闲茬口少耕和传统耕作,灌浆期和成熟期高于休闲茬口少耕和传统耕作。播种—返青阶段,谷子茬口各土层的耗水量均小于休闲茬口少耕和传统耕作;返青—拔节阶段谷子茬口、休闲茬口少耕和传统耕作在100—200cm土层水分由积蓄变化为拔节—灌浆阶段、灌浆—成熟阶段的亏缺;在播种—成熟全阶段0—200cm土层的总耗水量为休闲茬口传统耕作休闲茬口少耕谷子茬口。周年0—100cm土层土壤水分谷子茬口、休闲茬口少耕和传统耕作均有不同程度的积蓄,100—200,0—200cm土层谷子茬口水分积蓄,而休闲茬口少耕和传统耕作水分均为亏缺。水分利用效率为谷子茬口休闲茬口少耕休闲茬口传统耕作。研究结果为该区域正确选择种植制度及夏季休闲制土壤耕作方式提供了理论和技术支撑。     

Errors in the estimation of soil water properties and their propagation through a hydrological model

Abstract. The Agricultural Catchments Research Unit model (ACRU) includes a decision support system (DSS) for estimating the water content of soil at field capacity (θ _fc ) and wilting point (θ _wp ) when these characteristics are not directly measurable. Three methods of estimation are proposed: (a) based on silt and clay content and bulk density, (b) based on clay content only, and (c) based on soil series. These three pedotransfer functions are compared with respect to both the estimation of θ _fc and θ _wp and the propagation of errors when the actual evapotranspiration of a wheat crop (E) is predicted over the growing season by the ACRU model.
The standard error of estimation was between 0.066 and 0.082 m³/m³ for θ _fc , between 0.056 and 0.069 m³/m³ for θ _wp and between 29.9 and 34.8 mm of water for E. The method based on silt and clay contents and bulk density predicted θ _fc and θ _wp for non-swelling soils most precisely. The method based on soil series was better than other methods for swelling soils. It also performed better for estimating available water capacity and consequently for predicting E from a conceptual soil water model. The propagated error of estimating θ _fc and θ _wp using the DSS reached 15–18% of the simulated E. The error in the prediction of E can reach 26–30% when spatial variation in soil properties is also estimated.     

微观尺度分析挠力河流域耕地利用水土资源匹配时空动态

该文基于供给与需求视角,构建了微观尺度下的水土资源匹配指数测算模型,在综合考虑区域气候和水资源变化、耕地利用结构调整、作物各生育期需水量差异等因素基础上,研究2000—2015年挠力河流域作物全生育期和各生育期耕地利用水土资源匹配的时空动态。结果表明:除作物生育前期需水量围绕2.92×10~9 m~3上下波动和作物生育后期耕地利用水资源有效供给量波动降低外,作物全生育期和各生育期需水量和水资源有效供给量均呈增长态势。作物全生育期耕地利用水土资源匹配程度总体较低,其指数主要分布在0.45以下,但呈现出升高趋势且差异化增强。作物各生育期耕地利用水土资源匹配指数变化复杂,以2010年为界,表现出明显的阶段性特征;作物需水量、水资源有效供给量和水土资源匹配指数均呈现出其高值区由流域中游东部向流域中游西部和流域下游转移并扩张的空间动态特征。研究可为挠力河流域耕地利用水土资源高效利用提供参考。     

应用保水剂对黄绵土水分特征的影响研究

为了探求保水剂在黄绵土中的作用规律,选取了三种国内外不同的保水剂,利用离心机法测定了不同浓度保水剂作用下黄绵土水分特征曲线。从保水剂种类、浓度对土壤含水量的影响、不同保水剂对土壤吸释水及效率的影响、保水剂品种比选等方面系统进行了研究。结果表明:（1）浓度对黄绵土土壤饱和含水率的影响显著,且0.75%是明显的分界线。（2）土壤含水量随保水剂浓度增加而增大,随着土壤水吸力的增大而减小,且这种改变作用在低吸力段（0.01～0.8MPa）明显高于高吸力段（0.8～1.5MPa）,在0.01～0.05MPa之间尤其显著。（3）保水剂在黄绵土中的应用效果来看,钾-聚丙烯酸酯-聚丙烯酰胺共聚物类保水剂最好,其次是聚丙烯酸盐类保水剂,再次是丙烯酰胺与丙烯酸钾共聚物类保水剂,主要表现在提高土壤有效水分吸收效率和吸收数量两个方面。