增氧灌溉技术研究现状与智能化发展趋势分析

增氧灌溉技术在改善土壤环境和提高作物产量等方面具有巨大的潜力和应用前景,是未来绿色农业、循环农业发展的大势所趋。为此,总结了不同土壤增氧方式及设备的发展现状,系统论述了增氧灌溉技术目前的应用现状,深入分析了增氧灌溉技术在改善土壤环境及作物生长等方面取得的成效和存在的问题,并提出多元化增氧灌溉技术与智能化精准增氧技术将是未来发展的重点。最后,提出未来应着重于研究多元化增氧灌溉技术的发展、提高增氧灌溉技术生产效率及建立田间智能化增氧调控系统,以此作为未来增氧灌溉技术发展的参考。     

控制灌溉增氧对超级稻生理生化特性及水分利用效率的影响

为了提升超级稻灌溉用水的利用效率,采用控制灌溉技术与增氧灌溉技术相结合的灌溉方式进行试验.以超级稻“陵两优268”为研究对象,设置4组处理:控制灌溉机械增氧(JX)、控制灌溉超微泡增氧(WP)、控制灌溉(CK)、淹水灌溉(YS),探究控制灌溉条件下增氧对超级稻返青期后的各生育期生理生化特性指标及产量的影响.试验表明,叶片叶绿素含量,在水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期差异并不明显,但乳熟期最大提升了38.2%.净光合速率、蒸腾速率、气孔导度均有显著提升,其中在抽穗开花期,早稻分别提升了44.9%,18.5%,25.0%;晚稻分别提升了14.3%,11.5%,22.2%.根系活力,在抽穗开花期,对比YS组最大提升了44.6%,对比CK组最大提升了11.5%.同时,对土壤氧化还原电位进行定期监测,得知控制灌溉条件下增氧处理后,其各时期基本均处于氧化态,而淹水灌溉下基本处于还原态.在全生育期耗水量上,控制灌溉条件下3组处理的节水效率显著提高,控制灌溉增氧条件下全生育期最大有效节水达18.5%.     

微纳米气泡增氧灌溉技术在水稻灌区节水减排中的应用研究

以离式螺旋微气泡泵为微纳米气泡发生装置,对比研究了微纳米气泡增氧灌溉技术在双季稻灌区节水减排中的应用效果。结果表明,微纳米气泡增氧灌溉技术可以减少灌水量、排水量和耗水量,提高降雨利用率和灌溉水利用率,从而有效减少氮磷地表径流排放量。与常规水灌溉处理相比,早、晚稻采用微纳米气泡增氧灌溉技术分别节水(灌水量)7.44%和4.46%,降雨利用率分别提高5.92%和4.28%,灌溉水利用效率分别提高13.36%和10.54%,总氮排放量分别减少8.36%和8.12%,总磷减少27.5%和27.27%。     

微纳米气泡增氧灌溉对双季稻需水特性及产量的影响

为探究微纳米气泡增氧灌溉技术对水稻节水增产的综合影响,以陆两优996和天优华占为双季早、晚稻试验材料,研究了不同施氮水平下微纳米气泡增氧灌溉对双季稻需水特性、产量及产量构成因素的影响。结果表明,微纳米气泡增氧灌溉处理的灌水量、排水量和耗水量均低于常规水灌溉处理,早、晚稻水分利用效率(耗水量)分别提高7.78%和8.37%,降雨利用效率分别提高6.03%和24.58%,产量分别提高4.05%和3.35%。同时,微纳米气泡增氧灌溉具有良好的节肥效果。     

控制灌溉条件下增氧对超级稻根系生长及水分利用效率的影响

以超级稻“陵两优268”为试验材料,采用控制灌溉与增氧灌溉技术相结合,设置4组处理,分别为机械控制灌溉增氧(JX)、超微泡控制灌溉增氧(WP)、控制灌溉(CK)、淹水灌溉(YS),研究控制灌溉条件下增氧对水稻根系生长特征及水分利用效率的影响.结果表明:控制灌溉条件下增氧与淹水灌溉条件相比,有效节约用水最大达15.3%,有利于促进根系生长,增大了水稻的根部干物质质量,降低了水稻的茎叶干物质质量;提高了水稻根体积、根粗及干物质的质量,能显著增强水稻的根系活力,延缓水稻根系的衰老;产量上,控制灌溉增氧处理基本与淹灌处理接近,但结实率、千粒重、水分利用效率都优于淹灌处理.     

增氧灌溉对马铃薯产量及水分利用效率的影响

采用盆栽实验方法,研究增氧灌溉对马铃薯产量以及水分利用效率的影响,通过与对照实验相比表明:不同量的增氧灌溉使马铃薯的产量分别增加了16.05％和11.23％;水分利用效率分别提高了16.07％和11.22％;株高平均增长了6.83％;茎粗平均增长了12.78％.所以对马铃薯来说,增氧灌溉是一种切实可行的灌溉方法.     

增氧灌溉系统的优化设计

氧气在植物的生长过程中必不可少,但由于旱涝灾害、地下灌溉时暂时性根部缺氧及地表温度较高等原因,导致植物根系水氧矛盾日益突出,进而影响植物的生长发育,导致品质及产量下降。为了探索增氧灌溉对土壤呼吸作用、氧气含量、土壤温度与充气孔隙度的影响,拟采用空气泵给地下灌溉系统加入氧气的方法,设计了一种增氧灌溉系统,以期达到促进作物与根系生长的目的,并使作物产量显著增加。     

增氧灌溉对杂交水稻根系生长及产量的响应研究

为探索不同增氧灌溉对水稻根系生长和产量的响应机制,以杂交水稻深优9586为研究对象,采用盆栽实验,研究了杂交水稻根系生长特征和根系活力特性,并对根系各项指标与产量及其构成要素进行了相关性分析。结果表明,相比CK,增氧灌溉处理促进根系生长,有利于根系深扎,显著提高根系活力,增产5.5%~29.7%;在齐穗期,不管是白天增氧处理组还是夜间增氧处理组,根系活力都体现出随增氧处理的频率降低而降低,并且处理之间存在显著差异;在分蘖期,对相同增氧频率条件下,白天增氧处理有利于促进根系生长,夜间处理更有利于增强根系活力;根系活力与产量及产量构成因素绝大多数都成极显著正相关或显著正相关,因此,增氧灌溉处理能增强根系活力是提高产量的主要原因之一。     

超微气泡增氧灌溉对水稻生育特性及产量的影响

以常规粳稻秀水09和杂交籼稻两优培九、国稻6号为试验材料,在2007和2008年采用大田试验,研究了超微气泡增氧灌溉对水稻生物学特性和产量的影响。结果表明,与常规灌溉相比,增氧灌溉处理具有分蘖发生快,叶面积指数大,干物质积累多等优点,尤其在生育后期表现出较大的干物质积累优势。增氧灌溉显著增加了水稻产量,其中秀水09分别增产8.45%(2007)和6.23%(2008)、国稻6号增产9.13%、两优培九增产7.49%。而且增氧灌溉明显提高了水稻有效穗数及结实率,但对水稻每穗总粒数和千粒重影响不明显。     

不同增氧滴灌方式对香芹生长特性的影响

通过盆栽试验,研究了3种灌溉方式(机械增氧滴灌、化学增氧滴灌、常规滴灌)对香芹生长特性的影响。结果表明,不同增氧滴灌方式具有不同的增氧效果;与常规滴灌相比,化学增氧滴灌与机械增氧滴灌分别使香芹可食用部分鲜质量平均提升39.84%和15.63%;在化学增氧滴灌的作用下,香芹不同生长阶段叶片叶绿素指数(CCI)、株高以及根茎叶的鲜质量较机械增氧滴灌和常规滴灌均有增加和提高。增氧滴灌促进了香芹植株的整体生长,并增强了香芹植株根茎叶的生理功能,其中化学增氧滴灌方式对香芹相关生长特性影响较为显著。