华北地区滴灌灌水频率对春玉米生长和农田土壤水热分布的影响

针对华北地区春玉米田间灌溉和降雨相结合的灌溉模式,以北京为典型试验区,在保证作物最优土壤水分下限和灌溉定额相同的基础上,研究了滴灌灌水频率对土壤水、热分布及春玉米根系分布和产量的影响.试验结果表明:在春玉米抽雄期以前阶段实施的滴灌各处理中,高频滴灌下土壤平均含水率和不同深度处的土壤基质势波动幅度较小,高频滴灌下土壤水分能保持在一个比较稳定的范围;土壤温度受灌水过程、土壤含水率及作物生育阶段的影响较明显,滴灌能显著延迟气温对土壤温度的影响:灌水频率对春玉米根系分布存在一定影响,高频灌溉能显著促进春玉米根系在上层土壤(0～40 cm)中的分布;此外,在这种典型的灌溉和降雨相结合灌溉模式下,不同灌水频率下玉米产量差异不显著.因此,建议华北地区春玉米滴灌模式采用低频滴灌.     

滴灌灌水频率对土壤水热分布和夏玉米产量的影响

通过大田试验研究了北京地区夏玉米滴灌灌水频率对田间土壤水、热分布及夏玉米生长的影响。结果表明,整个生育期内,高频滴灌下土壤水分变化波动较小,土壤水分保持在一个比较稳定的范围;土壤温度受土壤含水率、气温及作物生育阶段的影响较为明显,表层土壤温度(10 cm以上)的变化受气温的影响比较显著,50 cm土层深度及以下的土壤温度基本趋于稳定,但会随气温上升而缓慢升高;高频滴灌下作物产量最高,但其水分利用效率较低。研究表明:华北地区夏玉米宜采用中频滴灌模式。     

不同土壤容重条件下水分亏缺对作物生长和水分利用的影响

为探究不同土壤容重和不同程度水分亏缺条件下冬小麦-夏玉米生长指标及产量的变化。采用桶栽土培法,分别设置3种土壤容重(1.2,1.4,1.6 g/cm^3)和3个土壤水分控制下限(低水分50%田间持水量、中水分60%田间持水量和高水分70%田间持水量),研究不同土壤容重和水分亏缺对冬小麦—夏玉米根系、生长指标、耗水量、产量和水分利用的影响。结果表明:随水分亏缺程度的加剧,冬小麦和夏玉米生长指标、生物量、耗水量和产量均呈降低趋势。随土壤容重增加,冬小麦生物量和产量呈先升高再降低的趋势,冬小麦耗水量和水分利用效率呈降低趋势;而夏玉米产量、耗水量和水分利用效率均呈降低趋势。试验中,1.4,1.2 g/cm^3分别为冬小麦和夏玉米生长的最适土壤容重。土壤容重与水分处理互作对夏玉米株高、耗水量和水分利用效率有极显著影响,而对冬小麦和夏玉米生物量及产量无显著影响。研究结果可为黄淮海地区作物绿色增产增效及水土资源高效利用提供理论参考。     

中度和剧烈侵蚀黑土作物地上与地下生长发育的差异

土壤侵蚀导致黑土生产力下降已成为不争的事实,以往多采用盆栽、池栽或小区实验,主要关注侵蚀对地上生物量和产量的影响,缺少侵蚀对根系及其与地上生物量关系影响的研究.本研究选择不同侵蚀强度黑土的大田,于2014-2015同时观测地上和地下生长过程及产量,研究侵蚀对二者及其相互关系的影响.结果表明:大田情况下,剧烈侵蚀黑土导致玉米减产32.7％,大豆减产57.1％.与根系生长相比,侵蚀对地上生物量的影响更为显著,且主要在生殖生长期以后影响较大.从地上生物量与根系之间的关系看,随侵蚀加剧,根冠比增加.剧烈侵蚀玉米和大豆根冠比在全生育期平均增加41.8％和67.1％.2种作物的根系分布随土壤深度增加呈指数规律递减,侵蚀导致作物根系趋向深层——中度侵蚀根系的表层比例较高,剧烈侵蚀根系的深层比例较高.     

不同灌溉方式对玉米植株生长参数及产量的影响

为了探究不同的节水灌溉方式对玉米植株生长参数及产量的影响,选择在内蒙古通辽市设计低压管灌、膜下滴灌和喷灌这3种节水灌溉方式的试验,并在整个生长期内毛灌溉定额相同的条件下,分别观测在3种灌溉方式下玉米整个生长期内的土壤水分变化及玉米的植株高度、茎粗、叶面积指数、叶绿素含量、生物量、株籽粒重等指标。结果表明:灌溉定额相同时,不同的灌水次数对土壤水分含量有较大影响,进而影响作物的生长发育。不同的节水灌溉方式对玉米植株生长、产量有显著影响:在整个生长期内,玉米生物量膜下滴灌高于喷灌,喷灌高于低压管灌,膜下滴灌高于喷灌46.74%,高于低压管灌98.81%,喷灌高于低压管灌35.49%;膜下滴灌实际产量大于喷灌2.85%,大于低压管灌7.83%,喷灌大于低压管灌4.84%。总体来说,3种灌溉方式中,膜下滴灌最好,喷灌次之,低压管灌最差。     

地下滴灌量与滴灌带间距对夏玉米生长发育的影响

为探究地下滴灌条件下不同灌溉量与滴灌带间距对夏玉米生长发育与耗水特征的影响,查明地下滴灌对田间尺度水平衡的影响特征,基于2种灌溉定额(62 mm和35 mm)与3种滴灌带间距(60 cm、80 cm和100 cm)的田间试验,并以华北典型农田地面灌溉方式为对照,分析不同处理对夏玉米生长发育、土壤剖面水分分布、蒸散量及土壤蒸发的影响。结果表明:地下滴灌处理灌溉水主要停留于20～60 cm土层,灌溉量越高,湿润范围越大;相对地面灌溉处理,地下滴灌处理地表0～20 cm与60～100 cm土壤含水量相对较低。玉米株高、叶面积指数与干物质积累量随地下滴灌灌溉量的增加而增加,地面灌溉处理可促进株高与干物质积累,地下滴灌低灌溉量导致玉米生育进程延迟。与地面灌溉处理相比,地下滴灌处理可在减少22%的灌溉量的条件下保证作物产量无显著下降,土壤蒸发相对降低30%,蒸散量相对降低8%, E/ET值由0.34降低至0.27,灌溉水利用效率提高20%,收获指数增加10%。不同滴灌带间距处理对玉米生长发育及耗水特征无显著影响。综合夏玉米生长、产量、灌溉水利用效率和滴灌设备投资成本,本试验条件下最优设计方案为灌溉量为62 mm,滴灌带间距为100 cm。     

分层供水和表层施锌对玉米植株生长和锌吸收的影响

进行分层水分隔离盆栽试验,模拟田间不同层次土壤中水分含量分布不均条件,研究表层土壤施锌情况下,玉米植株生长和锌吸收以及根系在表层和底层土壤中的分配。结果表明,施锌明显促进了玉米地上部生长。在土壤表层水分充足时,施锌对植株增长效果较明显,有利于玉米利用土壤水分。缺锌条件下,改善土壤水分并未显著提高玉米生物量。表层土壤干旱时,上下层土壤中根系干物重之比减小,底层土壤中根系分布相对增加,当表层土壤水分增加时,根系在表层土壤中干物重显著增加,分布相对增多。施锌并没有影响根系在不同层次土壤中的分配。表层土壤水分对苗期玉米植株锌吸收总量有显著影响,干旱条件下,玉米植株锌吸收总量下降;底层土壤水分供应状况对玉米锌浓度影响不大,但植株中锌向地上部运转增加。尽管施锌没有提高生长早期玉米根系生长和对底层土壤水分的利用,但本研究表明缺锌旱地土壤上如通过灌溉等措施增加了耕层土壤水分,应该注意施用锌肥,否则严重影响玉米生物量和玉米对土壤水分的利用效率。     

环渤海低平原农田多水源高效利用机理和技术研究

淡水资源严重匮乏是影响环渤海低平原粮食生产可持续发展的重要限制因素。本文针对该区粮食生产中水分利用效率低、提升潜力巨大,同时该区浅层微咸水资源和降水资源较丰富的现状,以中国科学院南皮生态农业试验站最近3年试验研究结果为基础,综述了在挖掘咸水利用潜力、提高雨水和灌溉水利用效率方面研究工作进展。针对冬小麦夏玉米一年两作种植,研究结果显示品种间产量和水分利用效率(WUE)差异显著,最高和最低品种差异达20%左右,通过选用节水高产品种可显著提升产量和WUE;冬小麦通过拔节期灌溉关键水,在促进地上部生物量积累同时,显著促进地下根系生长,使冬小麦充分利用土壤储水,实现限水灌溉下稳产高效;夏玉米通过缩小行距增大株距的缩行匀播,可提升夏玉米苗期单株作物根系所占土壤体积空间,增加水分养分对作物的有效性,提高夏玉米成苗率和苗期所截获辐射量,比常规种植产量提高10%左右;冬小麦在拔节期利用含盐量不大于4 g×L~(-1)的浅层微咸水替代淡水灌溉,产量与淡水灌溉相同;浅层微咸水替代淡水灌溉并配套土壤有机质提升技术和利用夏季降水淋盐,可实现微咸水灌溉下周年土壤盐分平衡。通过上述措施实施,实现以咸补淡、以淡调盐、多水源互补高效利用,在不影响作物产量条件下可节约深层淡水资源,促进区域灌溉农业可持续发展。     

微润灌对作物产量及水分利用效率的影响

为探明微润灌对作物生长及产量的影响,以夏玉米和冬小麦为研究对象,采用完全随机试验设计,对比研究微润灌不同毛管间距布置(20 cm、40 cm、60 cm)、地下滴灌和无灌溉对大田作物产量、水分利用效率和土壤电导率的影响。结果表明:与地下滴灌相比,微润灌用水量约为地下滴灌的1/4~4/5;由于灌水差异较大,作物产量有所降低,夏玉米产量显著下降(P0.05),冬小麦产量下降,但未达显著水平(P0.05);两作物水分利用效率有所提高,但差异不显著(P0.05);灌溉水分利用效率均显著提高(P0.05)。随微润管布置间距的减小,作物产量呈增加趋势,作物水分利用效率与灌溉水分利用效率均呈减小趋势。综合考虑分析,在较为缺水的塿土区微润管最佳布置间距60 cm,此时可不显著降低产量同时提高水分利用效率。此外,微润灌布置间距对土壤电导率的影响较小。采用微润灌与地下滴灌处理时,随土层深增加,作物各生育期土壤电导率无显著差异(P0.05)且变化趋势基本一致,表明微润灌与地下滴灌对土壤的影响具有一致性。微润灌下作物产量与灌浆成熟期10~20 cm土层土壤电导率和10~80 cm土层土壤平均电导率之间相关性显著。因此,采用灌浆成熟期10~20 cm土层土壤电导率或10~80 cm土层土壤平均电导率预估微润灌下的作物产量具有可行性。上述研究可为微润灌技术推广应用提供依据。     

基于根系加权土壤水分有效性的冬小麦水分生产函数

为了准确评估作物水分亏缺程度及其敏感性动态对作物产量的影响,该研究结合基于根系加权土壤水分有效性的植物水分亏缺指数（Plant Water Deficit Index,PWDI）与基于归一化热单元指数的S型累积水分敏感指数,建立了3种不同形式的作物水分生产函数（Crop Water Production Function,CWPF）,即Blank加法模型（PWDI-B）、Jensen（PWDI-J）和Rao（PWDI-R）乘法模型。通过2 a冬小麦栽培田间蒸渗仪试验（北京昌平）和1 a冬小麦栽培田间滴灌试验（山东黄河三角洲）,优化了土壤水分胁迫修正系数中参数,进而对PWDI估算精度及CWPF产量估算效果进行检验与评价。结果表明：蒸渗仪试验基于根系加权估算的PWDI与实测值吻合良好,决定系数R2为0.78,标准化均方根误差（Normalized Root Mean Squared Error,NRMSE）为0.16;滴灌试验PWDI均值与作物株高（r=?0.95）、生物量及产量（r≤?0.79）均具有较好的相关性,表明根系加权PWDI能较准确地反映不同试验条件下冬小麦的水分亏缺程度及其对作物生长的影响;此外,无论是蒸渗仪试验还是滴灌试验,所建的3个CWPF对冬小麦产量的估算精度均在可接受范围内（R2≥0.78,NRMSE≤0.11）,且PWDI-R估算精度依次高于PWDI-J、PWDI-B、以及线性回归模型（即PWDI均值与产量的线性拟合模型）。因此,根系加权PWDI与S型水分敏感指数累积函数融合可用于合理构建冬小麦水分生产函数,其中PWDI-R乘法模型可优先推荐用于研究区冬小麦产量估算和灌溉制度优化,从而为当地冬小麦田间水分管理提供理论依据。     

再生水分根交替滴灌对马铃薯根-土系统环境因子的影响研究

分根交替（PRD）滴灌技术是很有节水潜力的灌水技术。利用再生水,采用分根交替滴灌技术对马铃薯根长密度、根重密度及土壤水盐的空间分布影响进行了研究。结果表明,马铃薯根系主要分布在0-60 cm的土层内,以植株为中心,呈放射状沿不同方向减小。通过研究所建马铃薯根长密度的空间分布函数能较好地反映根系的三维分布趋势。PRD灌溉可以刺激马铃薯根系生长,水分利用效率提高39%。进行PRD灌溉时应重点考虑滴头位置处及垄坡上的水盐变化,最好能起到节水控盐的双重作用。再生水PRD地下滴灌是对传统地表滴灌的优化和提升。     

适宜的毛管埋深提高温室番茄品质及产量

为探索地下滴灌条件下,毛管埋深对作物"地上部分-地下部分-产量和品质"相互作用的影响,合理配置滴灌措施,提高水分管理能力,该文研究了4种不同毛管埋深0、10、20和30 cm(CK、S10、S20和S30)对番茄植株生长、根系生长、光合产物分配、果实产量、品质和水分利用效率的影响,结果表明:与地面滴灌(CK)相比,毛管埋深为10 cm的番茄根系分叉数显著增加85.16%,但根长、根面积、番茄产量未显著提高,且番茄红素显著降低18.85%(P0.05);毛管埋深为20 cm,盛果期I番茄叶面积指数显著增加23.37%,根长、根面积、根系分叉数分别显著提高43.22%、20.82%、176.61%,番茄产量提高22.35%,番茄果实品质显著改善,如可溶性固形物、可溶性蛋白、维生素C、番茄红素含量和糖酸比分别提高10.86%、32.34%、35.66%、33.97%和53.01%,水分利用效率显著提高35.91%(P0.05);毛管埋深为30 cm,番茄根长、根系分叉数显著提高46.10%、122.37%,番茄产量显著提高19.53%,水分利用效率显著36.93%,但番茄红素显著降低34.02%。综合考虑番茄品质和产量,地下滴灌毛管埋深20 cm是较为适宜的布设方式。     

西辽河平原覆膜和浅埋对滴灌玉米生长的影响

为对比研究覆膜和浅埋对滴灌玉米生长的影响,以西辽河平原为研究区,设置膜下滴灌与浅埋滴灌2种灌溉方式和高、中、低3种灌溉水平,对滴灌玉米生长指标、根系分布、耗水量及产量等进行分析,寻求适宜试验区玉米高效节水灌溉模式。结果表明:(1)平均叶面积指数膜下滴灌较浅埋滴灌处理高13%～20%。膜下滴灌根系在30 cm土层内分布均匀,浅埋滴灌根系分布较膜下滴灌深10 cm。(2)膜下滴灌总耗水量较浅埋滴灌低9%,节水效果明显。(3)平水偏枯年膜下滴灌处理产量高于浅埋滴灌7%～15%,平水偏丰年膜下滴灌处理的产量低于浅埋滴灌处理6%～19%(p0.05)。(4)中水处理产量高,水分生产率最大,为最佳灌水处理。(5)对不同研究区通过多年平均降雨量和当年降雨预报推算生育期降雨量,对于268.32 mm的地方推荐使用膜下滴灌更佳,灌溉定额为186.1 mm,灌水7次。降雨量268.32 mm的地方推荐使用浅埋滴灌更佳,灌溉定额为228.0 mm,灌水8次。研究结果可为试验区及类似地区玉米高效灌溉生产提供理论依据。     

不同灌水方式下番茄节水高产机理研究

本文研究了无压灌、滴灌与沟灌3种灌水方式对番茄光合生理指标、根系吸导水能力、产量与水分利用效率的影响.结果表明,"少量多次"的无压灌下植物根系导水率高于滴灌与沟灌灌水方式,无压灌能够通过调节作物根区土壤水分状况,提高作物根系吸水能力,使作物根区土壤水分保持在最适宜作物生长的范围内.无压灌和滴灌的番茄叶绿素总量比沟灌分别提高了16.2%和12.8%;相对沟灌,无压灌和滴灌减小了气孔导度和蒸腾失水,而未降低光合速率,单叶水分利用效率分别提高51.3%和17.2%.投入、产出和效率综合评判表明,无压灌的经济效益最好,滴灌次之,沟灌最差.     

渗灌对番茄根系生长发育的影响

Four depth treatments of subsurface drip irrigation pipes were designated as 1) at 20, 2) 30 and 3) 40 cm depthsall with a drip-proof flumes underneath, and 4) at 30 cm without a drip-proof flume to investigate the responses of atomato root system to different technical parameters of subsurface drip irrigation in a glass greenhouse, to evaluate tomatogrowth as affected by subsurface drip irrigation, and to develop an integrated subsurface drip irrigation method for optimaltomato yield and water use in a glass greenhouse. Tomato seedlings were planted above the subsurface drip irrigationpipe. Most of the tomato roots in treatment 1 were found in the top 0-20 cm soil depth with weak root activity but withyield and water use efficiency (WUE) significantly less (P=0.05) than treatment 2; root activity and tomato yield weresignificantly higher (P=0.05) with treatment 3 compared to treatment 1; and with treatment 2 the tomato roots andshoots grew harmoniously with root activity, nutrient uptake, tomato yield and WUE significantly higher (P=0.05) oras high as the other treatments. These findings suggested that subsurface drip irrigation with pipes at 30 cm depth witha drip-proof flume placed underneath was best for tomato production in greenhouses. In addition, the irrigation intervalshould be about 7-8 days and the irrigation rate should be set to 225 m^3 ha^-1 per event.     

地下滴灌技术节水潜力及机理研究进展

地下滴灌是一种用水效率极高的节水灌溉技术,具有少量多次、节水增产的特点,能有效减少土壤蒸发和深层渗漏,提高灌溉水利用效率,同时其自动化程度高,可降低劳动力和运行管理成本,已成为国内外水资源匮乏地区的重要灌溉技术之一。本文通过回顾地下滴灌技术的发展研究历程,概述了早期发展存在的问题以及现今研究的热点。系统对比了多种灌溉方式对作物产量、灌溉量与蒸散量的影响,指出地下滴灌技术具有极高的节水增产减蒸潜力;通过总结室内控制试验与已建立的数学模型,阐明了地下滴灌点源条件下多因素影响的土壤水分及养分运动过程,揭示了其节水增产的内在机理。进一步指出地下滴灌系统的多种关键技术参数,讨论了地下滴灌灌水设备、灌水均匀度、灌溉定额、灌水频率、滴灌带埋深与间距对作物产量与水分利用效率的影响。最后提出现阶段地下滴灌技术的应用难点和需进一步研究的问题。本文旨在阐述地下滴灌技术在水资源节约方面中的潜力及产生机理,为推动地下滴灌技术广泛应用提供科学依据。     

Manure and nitrogen fertilizer effects on corn productivity and soil fertility under drip and furrow irrigation

A field experiment was conducted at the Arkansas Valley Research Center in 2005 through 2007 to study the effects of manure and nitrogen fertilizer on corn yield, nutrient uptake, N and P soil tests, and soil salinity under furrow and drip irrigation. Manure or inorganic N was applied in 2005 and 2006 only. There were no significant differences in corn yield between drip and furrow irrigation even though, on average, 42% less water was applied with drip irrigation. Inorganic N or manure application generally increased grain yield, kernel weight, grain and stover N uptake, and grain P uptake. Nitrogen rates above 67 kg ha^?1 did not increase grain yield significantly in 2005 or 2006, nor did manure rates in excess of 22 Mg ha^?1. High manure rates increased soil salinity early in the season, depressing corn yields in 2005 and 2006, particularly with drip irrigation. Salts tended to accumulate in the lower half of the root zone under drip irrigation. Residual nitrate nitrogen from manure and inorganic N application sustained corn yields above 12.0 Mg ha^?1 in 2007. More research is needed to develop best manure and drip irrigation management for corn production in the Arkansas Valley.     

Okra Crop Response Under Subsurface Drip and Conventional Furrow Irrigation with Varying N Fertilization

ABSTRACT

There is a growing concern about excessive use of nitrogen (N) and water in agricultural system with unscientific management in Indian and developing countries of the world. Field experiments were conducted on the lateritic sandy loam soils of Kharagpur, West Bengal, India, during spring–summer (February-June) seasons for three years (2015–2017) to evaluate okra crop response under subsurface drip and conventional furrow irrigation with varying amount of nitrogen treatments. Irrigation treatments had three levels of soil water depletion from field capacity (i.e., 20%, 35%, and 50%) under subsurface drip system. There was no soil water depletion under conventional furrow irrigation system. There were four levels of nitrogen fertilizer treatments (i.e., 0, 80, 100, and 120 kg ha^?1). This was supplied using urea as a nitrogenous fertilizer. The yield response of okra crop under subsurface drip was found to be 56.4% higher than that of the furrow irrigation treatment. Best yield response and maximum water use efficiency and nitrogen use efficiency were recorded under 20% soil water depletion with 100 kg ha^?1 of nitrogen fertigation. Among the various soil moisture depletions, subsurface drip at 20% soil water depletion treatment responded least quantity of water lost through deep drainage and nitrogen loss beyond the root zone as compared to other irrigation treatments. The water loss through subsurface drainage was observed as 33.11 mm lesser under subsurface drip as compared to that of the furrow irrigation, and this may due to low-volume and frequent irrigation water application with subsurface drip. Hence, irrigation through subsurface drip should be used for improving water and nitrogen fertilizer use efficiency of okra crop cultivation.     

灌溉方式对温室黄瓜灌溉水分配及硝态氮运移的影响

为了揭示灌溉方式对日光温室黄瓜灌溉水分配及硝态氮运移的影响,该文以津育5号黄瓜为试材,研究了畦灌、滴灌和渗灌3种灌溉条件下灌溉水的去向、硝态氮淋洗、根层土壤硝态氮运移、根系分布及产量和水分利用效率。结果表明,滴灌和渗灌减少了水分深层渗漏量和土面蒸发量,增加了植株蒸腾量,促使更多的水分被植株吸收利用;滴灌和渗灌分别节水25.9%和32.0%,增产11.6%和15.3%,水分利用效率提高49.9%和68.7%;并减少了硝态氮的淋洗量,促使养分更多的分布于根层,对保护地下水环境具有重要意义。