黄淮海北片麦田微喷灌水量对土壤贮水耗水及水分利用效率的影响

为有效应对灌溉水资源短缺,明确麦田微喷灌水量的土壤贮水耗水特征,在山西临汾盆地采用大区对比方法,开展了微喷灌水量对土壤贮水耗水及水分利用效率影响的研究。结果表明:返青期、拔节期、灌浆期及成熟期0—100,0—200,100—200cm土层土壤贮水量基本呈现随微喷灌水量的增加而提高,微喷灌水量150mm与75mm、150mm与0mm、75mm与0mm处理间返青期至成熟期0—200cm土层贮水量均存在显著性差异;播前至成熟期阶段0—100,0—200,100—200cm土层的土壤耗水量呈现随灌水量的增加而减小,其中浅层(0—100cm)耗水量所占0—200cm耗水量比例各处理均大于深层(100—200cm)耗水量所占0—200cm耗水量比例,随灌水量的增加浅层(0—100cm)耗水所占比例提高,而深层(100—200cm)耗水所占比例则降低,不同微喷灌水量0—100,100—200cm土层在不同生育阶段的耗水量与该阶段的初始贮水量均分别呈正相关和负相关;在微喷灌水量0～150mm范围内,水分利用效率和产量均随微喷灌水量的增加而提高,当灌水量达525mm时,产量虽有增加但水分利用效率下降,而灌溉水利用效率则表现为随灌水量的上升而下降。研究结果可为水资源短缺对小麦生产系统的影响提供理论依据和技术支撑。     

喷灌技术在北方缺水地区的应用前景

北方灌区在国家粮食安全战略中具有重要地位,但用水效率不高,浪费现象严重,加强节水灌溉研究是推动中国节水农业可持续发展的重大战略举措之一。喷灌是一种技术成熟、应用广泛的节水灌溉方式,在北方地区具有广阔的前景。在分析中国北方缺水地区喷灌发展的现状与制约因素的基础上,通过实例对畦灌和喷灌2种灌溉方式及固定式、优化型固定式、半固定式喷灌系统的投资、效益、劳动强度等指标进行了比较分析,结果表明每公顷喷灌投资较畦灌减少77.85%,其中每公顷节省用水量56%,节省水费468.75元/hm2,半固定式喷灌系统较固定式喷灌系统和优化型固定式喷灌系统的费用分别减少70.62%、48.86%,但它的劳动强度较高。最后,从增加政府投入,强化喷灌工程统一管理,降低成本,加强喷灌技术研究和大型喷灌机的研发与推广等角度提出了未来喷灌发展的战略对策。该文为缓解北方地区水资源短缺和大力发展推广喷灌技术提供指导。     

不同灌溉方式下甘蔗光合特性

光合作用是植物干物质积累的重要过程,作物产量主要通过光合作用实现。为比较不同灌溉模式下甘蔗光合特性差异,探明其主要影响因素,以柳城05-136号为试验甘蔗品种,于2015年3月-12月在广西崇左市江州区试验基地开展6种灌溉模式甘蔗净光合速率及主要环境因子的田间观测。结果表明:地埋滴灌甘蔗净光合速率最高,平均值为29.23μmol/m2·s,无灌溉最低,为18.53μmol/m2·s,地埋滴灌分别比无灌溉、管灌、喷灌、微喷和地表滴灌高57.74%、23.54%、12.68%、9.68%和2.56%,灌溉能显著提高甘蔗的光合速率(P0.05)。通径分析结果显示,土壤含水率、空气温度和土壤肥力是影响甘蔗净光合速率的主要环境因子,但各灌溉模式之间主要影响因子存在差异,无灌溉和地埋滴灌土壤肥力的影响较为显著,地表滴灌则是土壤含水率和速效氮的影响较为显著,管灌模式主要影响因子为土壤速效钾和空气温度,而喷灌和微喷模式的主要影响因子均为土壤含水率和空气温度。采用地埋滴灌模式更有利于研究区域甘蔗净光合速率的提升,此外,针对不同灌溉模式的主要影响因子进行合理调控可有效提高甘蔗净光合速率,从而提高甘蔗产量。     

喷灌条件下冬小麦田棵间蒸发的试验研究

利用微型蒸渗仪研究了喷灌条件下冬小麦生长期间的土壤棵间蒸发过程,分析了3个不同灌溉量下的棵间蒸发占蒸散的比例及其随叶面积指数和表层土壤含水量的变化关系、灌溉后土壤蒸发的变化过程。通过对试验过程和实测数据的分析,总结了在喷灌条件下土壤棵间蒸发的规律,为制定喷灌的灌溉制度提供理论依据。     

北京地区冬小麦田渗灌高产节水技术研究初报

研究了不同灌溉方式下冬小麦田间土壤水分变化特点及对小麦产量形成的影响。结果表明,渗灌浇根不浇地,冬小麦全生育期渗灌田0～20cm土壤表层含水量较低,比喷灌0～20cm土层土壤水分消耗小,比20～120cm土层土壤水分消耗多;2种灌溉方式120cm以下土层土壤含水量为冬小麦利用较少。渗灌比喷灌增产11.6%,比少灌增产17.6%,比喷灌节水57.1%,其水分利用效率为喷灌的1.35倍。     

喷灌和畦灌对冬小麦农田表层土壤结构的影响

A two-year experiment was carried out on the effect of sprinkler irrigation on the topsoil structure in a winter wheat field. A border-irrigated field was used as the control group. The total soil porosity, pore size distribution, pore shape distribution, soil cracks and soil compaction were measured. The sprinkler irrigation brought significant changes to the total soil porosity, capillary porosity, air-filled porosity and pore shape of topsoil layers in comparison with the border irrigation. The total porosity and air-filled porosity of the topsoil in the sprinkler irrigation were higher than those in the border irrigation. The changes in the air-filled and elongated pores were the main reasons for the changes in total porosity. The porosities of round and irregular pores in topsoil under sprinkler irrigation were lower than those under border irrigation. Sprinkler irrigation produced smaller soil cracks than border irrigation did, so sprinkler irrigation may restrain the development of macropore flow in comparison with border irrigation. The topsoil was looser under sprinkler irrigation than under border irrigation. According to the conditions of topsoil structure, it is preferable for crops to grow under sprinkler irrigation than under border irrigation.     

间歇和连续喷灌下土壤水分运动特征COMSOL数值模拟与验证

为探明间歇喷灌和连续喷灌条件下的土壤水分运动规律,建立喷灌随时间变化的非均匀灌水边界下的土壤水分二维运动模型,借助COMSOL数值模拟软件,实现模型的求解,并通过土箱试验对模型进行验证,分析不同喷灌模式下土壤水分运动特征,评估喷灌均匀性和喷灌模式对土壤含水率均匀性的影响。结果表明,土壤含水率和土壤湿润峰模拟值与实测值之间的一致性较好。喷灌模式对土壤水分运动过程和含水率均匀度影响不大。随着间歇次数和间歇时长的增加,喷灌结束时表层土壤含水率减小、水分入渗深度增加。喷灌条件下,土壤含水率均匀度高于地表测得的喷灌均匀度。当喷灌均匀度为39.77%～80.15%时,土壤含水率均匀度为88.57%～94.47%。当喷灌均匀度较低、点喷灌强度较高、总灌水量较大时,采用间歇喷灌、增加间隙次数和总间歇时长,可以一定程度降低地表径流和深层渗漏风险、改善土壤含水率均匀性。研究可为喷灌系统设计均匀度合理取值和高效运行提供理论基础。     

SOYBEAN RESPONSE AND ION ACCUMULATION UNDER SPRINKLER IRRIGATION WITH SODIUM-RICH SALINE WATER

The magnitude of crop growth and yield depends on the salinity level, the toxic ions present, and the irrigation system used. In order to study the effect of saline sprinkler irrigation on soybean growth and ionic accumulation in plant tissues a pot experiment was set up. There were three irrigation water quality treatments [electrical conductivity (EC) 0, 2, and 4 dS m^?1]. Soybean aerial biomass was 25% lower than the Control when irrigation salinity was 4 dS m^?1. Clearly salinity entering via leaves affected the grain filling stage and severely reduced soybean grain production (80% reduction) when salinity in irrigation water surpassed 2 dS m^?1. Sprinkler irrigation aggravates soybean's low salinity tolerance and restricts its cropping in such conditions. For early stages two linear relationships between leaf chloride (Cl^?) concentration (Y = 14.2–2x) or potassium (K⁺)/ sodium (Na⁺) ratio (Y = 5.3x?3.4) and soybean grain yield were found. Both relationships may be used as diagnostic tools for soybean growing under saline sprinkler irrigation.     

喷灌条件下玉米地土壤水分动态与水分利用效率

为了探索适宜于鄂尔多斯高原玉米的最佳喷灌定额和节水效果,在鄂尔多斯市赛乌素镇喷灌示范基地内进行了田间试验,研究了喷灌和管灌方式下玉米地土壤水分动态、玉米产量及其构成因子和水分利用效率（WUE）的变化。结果表明：喷灌区土壤含水率在玉米全生育期内变化幅度较小,20～60?cm土层的含水率略高于其他土层,管灌区变幅较大;喷灌水入渗速率明显低于管灌;喷灌灌溉定额主要通过影响单穗粒数和单位数量粒籽质量影响玉米粒籽产量,对玉米穗数也有一定影响,当喷灌灌溉定额大于4?965?m3/hm2时,喷灌与管灌产量无明显差异,灌溉定额5?430?m3/hm2时,喷灌WUE可提高到1.26?kg/m3,比管灌提高17.76%;耗水量70.40%～88.90%来自于灌溉,且随灌溉定额的增加,所占比例增加;试验地从播种到定苗期需补充灌溉,否则玉米穗数（株数）会显著降低。     

土壤墒情实时监测与精准灌溉系统的设计

为了及时、准确地给作物提供适宜的土壤水分条件,该研究利用拥有自主知识产权的土壤水分传感器、数据采集控制模块、数据传输模块、管道流量计等硬件以及自己编制的土壤墒情监测与精准灌溉控制软件,以灌溉小区为管理单元,布置土壤水分传感器与灌溉设备,实现了自动获取土壤含水量信息,根据作物不同生育期的适宜土壤水分上下限确定自动或手动启动、关闭灌溉系统;通过固定式喷灌、滴灌和渗灌方式,将水直接输送到作物根部,满足作物各生育期对水的需求,从而达到节约用水,提高产量,改善作物品质的功效。运行结果表明,该系统运行稳定、可扩展性强、低成本维护,其相对偏差与传统方法相比不到5%,是有效和适用的工具。     

喷灌条件下耕作方式对土壤水分均匀性与冬小麦水分利用效率的影响

为研究喷灌均匀系数对土壤水分、作物产量及水分利用效率的影响,进一步探讨喷灌条件下适宜耕作措施,于2018—2019年冬小麦生长季进行试验,试验设置旋耕(RT)、深松(ST)、深翻耕(CT)3种耕作处理,在每个处理选取18 m×18 m区域将其划分为9个6 m×6 m的小区作为试验区。结果表明:在3种耕作方式下历次喷灌均匀系数均值在63.91%~76.83%,而表层土壤含水量均匀系数均值依然可以达到84.20%~89.83%,较前者高14.48%~31.75%;冬小麦产量均匀系数较历次灌溉均匀系数均值高出9.99%~23.79%,比累计灌溉均匀系数低2.11%~7.85%,与表层土壤含水量均匀系数均值相差0.82%~6.04%。与RT相比,ST和CT处理产量分别提高9.38%,13.22%,水分利用效率分别增加10.61%,12.88%。即相较于历次灌溉均匀系数,冬小麦产量均匀系数受累计灌溉均匀系数与表层土壤含水量均匀系数均值影响更大,且ST、CT为该灌溉条件下适宜的耕作方式。     

咸淡交替灌溉下生物炭对滨海盐渍土及玉米产量的影响

滨海滩涂地区蕴藏着丰富的微咸水资源,该研究提出咸淡交替灌溉和生物炭相结合的方法来促进这类次等水土资源的农业生产。于2017年和2018年进行了遮雨条件下滨海盐渍土玉米种植试验,并设置了不同咸淡交替灌溉（全淡水灌溉,分别在六叶至抽雄、抽雄至吐丝、吐丝至成熟期灌溉3 g/L微咸水而其余时期淡水）和生物炭（0、15、30 t/hm2）处理。结果表明,咸淡交替灌溉下盐渍土电导率和碱化度明显升高,盐渍化程度与微咸水比例和顺序有关。六叶至抽雄期微咸水灌溉可严重抑制叶片生长和干物质累积,并导致籽粒数量和重量下降,造成27.2%～32.7%减产;抽雄至吐丝期微咸水灌溉下作物受损降低,但减少了籽粒数量,造成11.4%～14.0%减产;吐丝至成熟期微咸水灌溉无明显影响。施用生物炭后,咸淡交替灌溉下盐渍土电导率和碱化度降低了3.7%～21.7%和9.2%～45.2%,总孔隙度和水稳性团聚体增加了3.1%～11.9%和40.0%～168.9%,有效氮、磷、钾含量提高了34.9%～109.0%、21.0%～58.1%和13.6%～57.8%。随着土壤条件改良,生物炭有助于增强玉米生长前中期的耐盐性能进而缓解盐胁迫危害,在六叶至吐丝期间灌溉微咸水仍能保持良好的叶面积指数、干物质累积和产量特性,因此促进了咸淡交替灌溉的可行性和适用性,相同交替灌溉下籽粒产量提高了10.9%～32.3%。该结果对滨海地区盐渍化水土资源的农业利用具有指导作用。     

喷灌均匀系数对冬小麦需水规律的影响

利用田间试验研究了不同喷灌均匀系数条件下的冬小麦耗水规律及喷灌蒸发漂移损失。试验设置低、中、高喷灌均匀系数处理,喷灌均匀系数的变化范围为62%～82%。试验结果表明,在北京地区冬小麦生育期内,喷洒水利用系数的变化范围为0.64～0.86,利用系数随喷灌均匀系数的增大而增大,随风速的增大而降低。低均匀系数处理的冬小麦耗水量高于高均匀系数处理。试验结果还表明,在所研究的喷灌均匀系数范围内,均匀系数对产量的影响不明显。     

蒸散视角下护坡植被滴灌技术评价

为探明以复合型人造土壤为边坡种植土的植物蒸散对于高陡边坡生态恢复评价体系制定及水资源利用的重要意义，以黑麦草、高羊茅、早熟禾和"黑麦草+高羊茅+早熟禾"混合草种为研究对象，采用壤中滴灌技术，通过改进后的Penman-Monteith公式研究草本植物实际蒸散量与作物系数，以此评价壤中滴灌技术的生态效益。结果表明：高羊茅的作物实际蒸散量和作物系数最大，黑麦草其次，早熟禾最小，拟合的决定系数不小于0.847；养护初期各植物蒸散量相差较小，均保持在4.2 mm/d左右；养护结束后混合草种的蒸散量最大，早熟禾最小，分别约6.2、5.7 mm/d；养护前20 d，除早熟禾外，黑麦草、高羊茅、混合草种实际蒸散量均差异不显著，养护20 d后黑麦草、早熟禾、混合草种开始发生显著变化；30 d后各草种蒸散量均差异不显著；4类草本植物蒸散量差值随时间递增，前期混合草种蒸散量低于黑麦草、高羊茅，后期有明显的提升，50 d起混合草种作物系数大于单草种作物系数。以30 d为界，30 d作物系数相近；生长初期的作物系数变幅最明显，且月增幅随时间呈下降趋势，但黑麦草和高羊茅的作物系数在任意时段均相近。边坡模型试验前期，以坡面喷灌方式灌溉的植物生态值较高，植物生长情况优于壤中滴灌方式，但自养护中期开始，壤中滴灌技术在生态效益上凸显优势，比坡面喷灌技术高出40.7%～1 444.0%的生态值。     

灌溉方式对露地菠菜的生长及氮素利用的影响

试验比较了在山东莱阳的生产条件下畦灌和喷灌方式对菠菜(Spinacia.oleracea.L.)的生长和氮素吸收利用的影响。结果表明,在两种灌溉条件下施N180kg.hm2处理的菠菜产量最高。播后29d,相同氮素处理下喷灌的菠菜生长明显好于畦灌;喷灌条件下的施N120与180kg.hm2处理的菠菜产量无明显差异,但在畦灌条件下二者差异显著。高氮条件下喷灌比畦灌可明显减少表观氮素损失,可考虑减少氮素投入。在本试验条件下,菠菜施氮量(即施肥量和播前根层土壤无机氮之和)喷灌和畦灌应分别为N164和224kg.hm2,以保证秋季露地菠菜的生长而不造成肥料的浪费。     

大型喷灌条件下马铃薯田间土壤含水率空间变异特征及合理采样数研究

[目的]研究马铃薯田间不同深度土壤含水率的空间分布规律及其合理采样数,为大型喷灌条件下精准灌溉制度的制定提供科学依据。[方法]在约34 hm~2的农田中采用固定与随机相结合的方法布设了116个取样点,分别测定了0—20 cm和20—40 cm深度的土壤含水率,采用经典统计学与地统计学相结合的方法,研究喷灌前后马铃薯生长期内土壤含水率的空间分布特征及其合理采样数。[结果] 0—20 cm深度灌溉前和灌溉后的平均土壤含水率的变化范围7.61%～13.79%,20—40 cm深度灌溉前和灌溉后的平均土壤含水率的变化范围为8.71%～16.12%;总体上土壤含水率变异系数变化范围为16.47%～28.55%,均表现为中等程度的变异性,20—40 cm深度的土壤含水率变异程度略高于表层。连续2 a马铃薯各时期土壤含水率总体表现为中等程度的空间相关性,土壤含水率空间变异受随机因素与结构因素共同影响。田间水分总体上呈斑块状分布,灌水后期土壤含水率的分布较灌前更为分散。地统计学得出田间合理采样数为87个。[结论]在大型喷灌条件下马铃薯田间土壤含水量存在中等程度的空间变异性,并且地统计学与传统统计学两种方法均适用于确定农田平均土壤含水率的最优采样数量。     

鄂北地区水稻适宜节水模式与节水潜力

研究作物需水规律、探寻适宜节水模式对缓解农业用水短缺十分重要。该文基于长渠灌溉试验站2009-2013年的水稻灌溉试验数据,分析了浅灌、中蓄、湿润3种传统灌溉模式下水稻的需水规律;运用率定后的ORYZA_V3模型模拟了30 a(1981-2010年)不同灌溉模式、不同灌溉下限以及不同灌水定额等多种情景下的水稻生长,对比分析了水稻各生育阶段腾发量、耗水量、灌溉定额、灌水次数、产量以及水分生产率在不同情景下的差异;通过模拟典型年不同受旱情景下的水稻生长,对比分析了各生育阶段不同受旱程度对水稻腾发量和产量的影响。结果表明:与浅灌模式相比,湿润模式下水稻年均产量增加2.7%、灌溉用水量减少4.2%;中蓄模式下水稻产量减少2.3%、灌溉用水量减少1.1%;湿润模式优于浅灌、中蓄模式。分蘖期的灌溉下限低于90%能减少水稻腾发量47%以上,其他阶段的灌溉下限低于70%时能减少水稻腾发量10%以上;拔节孕穗期和抽穗开花期受旱对产量的影响最大;综合考虑节水、降低田间管理难度、确保粮食产量等因素,提出了鄂北地区的适宜灌溉模式:蓄水深度为60 mm,返青期保持薄水层,黄熟期水层自然落干,拔节孕穗期、乳熟期可中度受旱(灌溉下限为饱和含水率的70%~80%),分蘖、抽穗开花期可轻度受旱(灌溉下限不能低于饱和含水率的80%);灌水定额为30~40 mm。该适宜灌溉模式可为鄂北地区至少可节水1.68亿m~3,具有巨大的节水潜力。研究结果对指导鄂北地区水稻灌溉用水和明晰节水重点具有重要意义。     

喷灌施肥灌溉均匀性对土壤硝态氮空间分布影响的田间试验研究

在2002～2003年冬小麦生育期内进行了喷灌施肥条件下均匀系数对土壤水氮时空分布及淋失影响的田间试验。试验中,喷灌均匀系数设置低、中、高三个处理,灌溉季节内的平均喷灌均匀系数分别为72%、79%和84%,施肥灌溉均匀系数分别为71%、78%和85%。对70和90 cm深度处的土壤水势进行了监测以评估均匀系数对水氮淋失的影响,结果表明,在所研究的喷灌均匀系数范围内深层渗漏量很小。试验结果还指出,土壤硝态氮随时间和空间表现出很强的变化特征,均匀系数变化范围为23%～97%,变差系数的变化范围为0.04～1.00;灌溉季节内土壤硝态氮分布的均匀性主要取决于初始硝态氮分布的均匀程度,而喷灌均匀系数对土壤氮素的空间分布无明显影响。     

大型喷灌机变量灌溉技术研究进展

变量灌溉具有借助变量灌水方法、定位方法和控制系统在田块内改变灌水深度,应对特定的土壤、作物和其他条件的能力,是解决大型喷灌机较大单机控制面积内土壤、作物空间变异问题,提高灌溉水利用效率,充分挖掘整个田块作物生产潜力的水分管理方法。由于变量灌溉技术研究起步较晚,中国的研究刚处于起步阶段,尚缺乏成熟的变量灌溉管理理论与技术。该文在系统总结国内外研究成果的基础上,从变量灌溉内涵、大型喷灌机变量灌溉系统构建、变量灌溉管理分区、决策支持系统以及变量灌溉效益5个方面分析了大型喷灌机变量灌溉技术研究进展。结果表明,目前关于大型喷灌机变量灌溉系统组成方法的理论研究相对比较成熟,其主要由变量供水装置、定位系统、控制系统三部分组成,大型喷灌机变量灌溉系统软硬件开发尚存在较大的发展空间。基于作物生长指标的变量灌溉动态处方图、将变量灌溉技术与非充分灌溉原理相结合的水分管理决策方法,以及利用变量灌溉施肥系统进行喷灌水肥一体化研究,代表着集约化农田大型喷灌机水肥精准管理的重要发展方向。该文可为提高大型喷灌机水分管理水平,实现精准灌溉提供参考。     

微喷灌对夏玉米产量和水分利用效率的影响

为研究微喷灌对夏玉米产量和水分利用效率(WUE)的影响,本试验在旱棚条件下以郑单958为试验材料,设置2种灌水方式:微喷灌P(灌水定额:38 mm/次)和畦灌Q(灌水定额:75 mm/次),3种灌水次数:1次(W1)、2次(W2)和3次(W3),采用土壤水分测定仪实时监测整个夏玉米生长季多土层(0~200 cm)土壤体积含水量的动态变化。结果表明,在2种灌水模式下,随着灌水次数的增加(总灌水量增加),夏玉米产量呈增加趋势;相同灌水次数下,微喷灌处理的产量均低于畦灌。与QW1相比,PW2灌水量相同、灌水次数较多,产量提高5.0%;与QW2相比,PW3灌水量减少24%、灌水次数增加,产量提高14.3%。与QW1和QW2相比,PW3植株具有较高的穗位叶光合速率和干物质积累量,且增加了粒重和产量。进一步分析微喷灌(PW2)和畦灌(QW2)的耗水特性发现,与QW2相比,PW2叶面积指数、穗位叶蒸腾速率、阶段耗水量、耗水强度、灌水后日蒸散量及对0~100 cm土层水分的消耗均降低,而深层尤其是100 cm以下土壤水分的利用比例增加,进而PW2全生育期总蒸散量降低10.8%,WUE提高10.3%。综上所述,在华北地区夏玉米足墒播种前提下,采用微喷灌控水方式,灌水定额38 mm、灌水2~3次,可在保障产量的前提下,提高WUE。本研究对华北缺水地区压采地下水,实现节本增效具有重要的理论指导意义。