Cotton's Water Demand and Water-Saving Benefits under Drip Irrigation with Plastic Film Mulch

The primary purpose of this research was to give suitable irrigation program according to the growth period and water requirement.A cotton field experiment with mulched drip irrigation was conducted at the National Field Observation and Research Station for Oasis Farmland Ecosystem in Aksu of Xinjiang in 2008.Water balance method was adopted to study the water requirement and water consumption law of cotton under mulched drip irrigation in Tarim Irrigated Area.Statistical analysis of experimental data of irrigation indicates that the relationship between yield of cotton and irrigation presents a quadratic parabola.We fit the model of cotton water production on the basis of field experimental data of cotton.And the analysis on water saving benefit of cotton under mulched drip irrigation was done.Results indicate that water requirements for the irrigated cotton are 543 mm in Tarim Irrigated Area.The water requirements of seedling stage is 252 mm,budding stage is 186 mm,bolling stage is 316 mm and wadding stage is 139 mm.the irrigation amount determines the spatial distribution of soil moisture and water consumption during cotton life cycle.However,water consumption at different growth stages was inconsistent with irrigation.Quantitatively,the water consumed by cotton decreases upon the increase of irrigation amount.From the perspective of water saving,the maximal water use efficiency can reach 3 091 m3/ha.But the highest cotton yield needs 3464 m3/ha irrigation water.In summary,compared to the conventional drip irrigation,a number of benefits in water saving and yield increase were observed when using plastic mulch.At the same amount of irrigation,the cotton yield with plastic mulch was 30.2% higher than conventional approaches,and the efficiency of water utilization increased by30.2%.While at the same yield level,29.3% water was saved by using plastic mulch,and the efficiency increased by 41.5%.

河西绿洲灌区膜下滴灌水稻氮素平衡及氮肥投入阈值研究

为确定河西绿洲灌区膜下滴灌条件下基于产量及环境安全的水稻氮肥投入阈值,于2020、2021年在张掖节水农业试验站开展水稻膜下滴灌栽培田间试验,研究不同施氮水平(纯氮0、135、225、315、405 kg·hm^(-2))对水稻产量、土壤矿质氮累积及土壤氮素平衡的影响。结果表明,水稻产量与施氮量呈显著的二次抛物线关系,最佳经济效益氮肥用量为222 kg·hm^(-2),对应水稻产量为5684 kg·hm^(-2)(最高产量的99.7%)。土壤矿质氮累积量与施氮量呈显著的指数相关关系,施氮量为225 kg·hm^(-2)时,矿质氮累积量为119 kg·hm^(-2),与135 kg·hm^(-2)施氮量处理差异不显著,施氮量达到315 kg·hm^(-2)时,矿质氮累积量显著增加,并且出现由浅层向深层迁移的趋势;氮表观平衡值与施氮量呈显著线性正相关,土壤氮素达到表观平衡时,对应的施氮量为171 kg·hm^(-2)。综合考虑产量、矿质氮累积量、土壤氮盈余与施氮量的关系,得出河西绿洲灌区膜下滴灌水稻合理氮肥投入阈值为171~222 kg·hm^(-2)。该施氮量比最高产量氮肥用量降低10.8%~31.3%,既保证了水稻高产稳产,又有效降低了氮素在土壤中的盈余与淋失风险,为该区域水稻减氮高产高效栽培提供了理论依据。

黄淮海平原高盐低产田水稻覆膜旱直播滴灌栽培技术的建立及应用效果

水稻旱直播覆膜滴灌栽培技术是一项高效节水农业技术,实现了给水和施肥一体化操作,在农业生产用水紧张的地区有很好的利用前景。为了探索该技术在黄淮海平原高盐低产田中应用效果,选取100份抗旱耐盐粳稻品种为材料进行试验研究。结果表明,100个粳稻品种中,平均幼苗成活率大于80.0%品种有15个;分蘖数大于11.0的有12个;株高大于80.0 cm的有10个;最终筛选到3个理论产量大于400.0 kg/667 m^(2)的品种。同时通过测量水稻各个生长期膜下土壤的含盐量,发现采用该技术可以将土壤含盐量从0.7%降低至0.2%,大幅减小了盐胁迫对水稻生长的影响。该技术不仅可以在黄淮海平原水稻旱直播中应用,也为当地的高盐低产田改造提供了一个新的方案。

氮肥运筹对膜下滴灌水稻生长和产量的影响

以T-04为材料,设置不同施氮量(0、200、270、340kg/hm2)和3种施肥策略(即m基肥∶m分蘖肥∶m促花肥∶m保花肥=15∶30∶40∶15、25∶40∶30∶5、40∶15∶35∶10),研究施氮量和施肥策略对膜下滴灌水稻干物质积累动态和产量形成的影响,以探明不同施氮量和氮肥运筹方式对水稻生长和产量形成的影响,并提出最佳的施氮量和施肥策略。结果表明,施氮显著提高膜下滴灌水稻的干物质积累量和籽粒产量,270kg/hm2施氮水平具有最高生物学产量和经济学产量,籽粒产量达到9657.7kg/hm2。施氮量显著影响水稻茎蘖数、有效穗数、成穗率、每穗粒数、实粒数和千粒重。施肥策略对膜下滴灌水稻的有效穗数和成穗率影响显著,以施肥策略S1(基肥∶分蘖肥∶促花肥∶保花肥=15∶30∶40∶15)处理的水稻产量最高。氮肥后移有助于提高膜下滴灌水稻的有效穗数、成穗率,形成高产。对水稻膜下滴灌高产栽培模式而言,270kg/hm2的施氮水平和基肥∶分蘖肥∶促花肥∶保花肥=15∶30∶40∶15的氮肥运筹模式较为合理。

干旱区膜下滴灌条件下洋葱水分生产函数与优化灌溉制度

为探索西北内陆旱区膜下滴灌条件下洋葱节水、高产和高效的灌溉制度,开展了2a田间试验,分析了洋葱的耗水规律及其影响因素,建立了洋葱的水分生产函数,并对洋葱的灌溉制度进行了优化。结果表明:膜下滴灌条件下洋葱的耗水量为170.1～395.7mm,产量随灌水量和耗水量的增加而增加,水分利用效率则随灌水量的增加而降低。苗期和成熟期亏水对洋葱产量和水分利用效率无显著影响。洋葱水分敏感指数在鳞茎膨大期最大,发叶期次之,苗期和成熟期较小。膜下滴灌条件下,西北旱区干旱年洋葱全生育期灌水量为375mm时,可获得较高的产量;其优化灌溉制度为苗期灌水30～40mm,发叶期灌水130～140mm,鳞茎膨大期灌水170～190mm,成熟期灌水25mm,灌水间隔可采用5d。该优化灌溉制度对西北内陆旱区洋葱的节水灌溉实践具有一定参考价值。

新疆膜下滴灌棉田盐分运移规律研究

以不同土壤质地、不同滴灌年限的滴灌棉田为研究对象,探明新疆膜下滴灌棉田盐分运移规律。研究结果表明:壤土中盐分随生育期的变化表现出"盐随水动"的特点;盐分在不同广度与深度下被重新分配,在膜间地表和60cm土层以下积累强烈。而粘土中盐分的变化却较为缓慢,规律性较差。不同滴灌年限中滴灌年限越长,棉田中的盐分积累就越多。研究提出对于壤土地每3年进行一次秋冬灌溉或茬灌是一种经济有效地压盐措施。

膜下滴灌和淹灌两种栽培模式下水稻光合生理特性的研究

以粳稻品系T-04和T-43为试材,通过盆栽控水试验,比较了在膜下滴灌和淹灌两种栽培模式下乳熟期叶片的光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光参数和渗透调节物质含量的差异,分析了两种栽培模式下的水分利用效率和产量构成因素。结果表明,在膜下滴灌栽培模式下,2个水稻品系的水分利用效率显著高于淹灌,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素含量均降低;最大净光合速率、胞间CO2浓度、气孔导度、蒸腾速率显著降低,表明光合速率下降受叶绿素含量和气孔的双重影响;表观量子效率、羧化效率、ΦPSII、电子传递速率、Fv/Fm均显著降低,说明光合色素含量降低导致PSⅡ反应中心捕光能力减弱和光化学转化效率降低,从而使叶片光合速率降低;可溶性糖、可溶性蛋白均显著低于淹灌栽培;丙二醛、脯氨酸含量高于淹灌栽培,说明滴灌栽培水稻植株的膜脂过氧化加剧,细胞膜系统受到一定程度的破坏,通过主动积累渗透调节物质,适应干旱胁迫。膜下滴灌栽培水稻单位面积有效穗数和结实率显著降低,导致最终减产。

不同施氮水平对膜下滴灌水稻干物质积累和养分吸收规律的影响

【目的】研究膜下滴灌水稻干物质积累和养分吸收规律。【方法】在大田栽培条件下,以T-04为研究材料,采用logistic方程回归分析的方法,研究膜下滴灌水稻干物质及养分积累规律。【结果】膜下滴灌水稻干物质及氮、磷、钾的快速积累时间分别在出苗后66.7～99.5、56.0～88.1、68.9～105.2和61.6～95.6 d,且随施氮量的增加,干物质和氮磷钾的最大积累潜力及最大积累速率逐渐增加,快速积累时间逐渐减少。在干物质积累和养分吸收快速积累规律上表现出,快速积累开始时间依次为氮、钾、干物质,磷最晚,快速积累结束时间呈同样规律。施氮量390 kg/hm2具有最大干物质和氮磷钾积累潜力,过量施氮无助于膜下滴灌水稻的生长和养分吸收。【结论】与淹灌相比,水稻膜下滴灌栽培模式干物质及氮、磷、钾的最大积累速率显著高于淹灌处理,且干物质及氮素快速积累持续时间小于常规淹灌处理,而磷、钾无显著差异。

氮、钾肥用量对膜下滴灌加工番茄产量和品质的影响

通过田间小区试验,研究不同氮、钾肥用量对加工番茄产量、品质的影响。试验设N 0、210、300、390kg/hm^24个水平,K_2O 0、135、225、315 kg/hm^24个水平,于成熟期测定各项品质指标、产量构成并分析增产效应。结果表明,氮肥、钾肥对加工番茄均有显著增产作用,但钾肥的增产作用强度不如氮肥显著。氮、钾肥增产率范围分别为32.8%~51.4%,13.3%~23.0%。N、K肥均通过增加加工番茄单果重增加产量。施氮量390kg/hm2处理番茄红素、可溶性固形物较300 kg/hm^2处理显著降低10.85%和14.77%,较210 kg/hm^2低氮处理糖酸比显著下降36.04%。随施钾量的增加,番茄红素持续增加,315 kg/hm^2处理最大,为14.97 mg/100 g。增施钾肥可溶性固形物含量可以提高8.81%~13.73%,糖酸比提高3.98%~30.68%。增施钾有利于降低脐腐病发生率,提高氮肥用量可使脐腐病发生率显著增加。分别对施氮肥量、施钾肥量和产量的关系用一元二次方程拟合,得到最高产量氮肥施用量为265.5 kg/hm^2,最高产量钾肥施用量为268.5 kg/hm2。确定合理的氮肥和钾肥的施肥量范围分别为254.1~265.5和225~230.2 kg/hm^2。

新疆典型绿洲棉秆还田对覆膜滴灌棉田残膜分布的影响

为探寻长期膜下滴灌棉田在采取棉秆还田后残膜的分布状况,于2016年棉花采摘后在应用膜下滴灌开始年份分别为2006年、2002年和1998年的3块棉田中采集土壤样品,然后进行棉秆粉碎还田,2017年对3块试验棉田再次进行取样,分析秸秆还田前后0～40 cm土层中残膜面积、质量及棉杆残留量。结果表明:1)秸秆还田前,3块试验田的地膜残留密度随覆膜年限增加逐年增加,棉田土壤处于严重污染状态;2)采取棉秆粉碎还田后,3个取样地块0～40 cm土壤中棉秆分布总体上呈现由上至下先增加后减少并在15～25 cm深度土壤中聚集分布的特点;3)秸秆还田后,3块取样棉田0～15 cm耕作层土壤中残膜面积占比58%以上、残膜质量占比60%以上,该层中面积>5～30 cm2和质量>50～100 mg残膜均增加显著,相对秸秆还田前的土壤残膜分别平均增加20%和10%左右。

利用气象资料指导膜下滴灌棉花灌溉的试验研究

利用气象资料指导膜下滴灌棉花灌溉的试验于2007年5～10月份在新疆生产建设兵团灌溉中心试验站的试验基地进行。试验共设置7个处理，分别按生育期ET0的不同比例进行灌水。试验结果表明，为了获得经济合理的产量，膜下滴灌棉花全生育期耗水量应控制在360-405mm之间。用实时气象资料指导膜下滴灌棉花的灌溉具有很好的可行性，蕾期和花铃后期10d灌1次水，灌水定额为60％ET0；花铃前期7d灌1次水，灌水定额为75％ET0，是一种适宜北疆地区膜下滴灌棉花的灌水模式。

施用土壤酸化剂和调整播期防治膜下滴灌水稻苗期缺铁黄化的效果研究

黄化是石灰性土壤上水稻膜下滴灌常见的营养障碍,显著影响作物生长发育和产量。以水稻品种T-43为试验材料,采用两因素裂区试验研究播期和土壤局部酸化对改善膜下滴灌水稻苗期缺铁黄化的作用。主区设置三种不同的播期,即在土温达到12℃(T1)、15℃(T2)、18℃(T3)时播种;副区为不同的土壤酸化剂:硫酸铵+硝化抑制剂(AS)、磷酸(PP)、柠檬酸(CA)和对照(CK)。结果表明,三种酸化剂处理均显著降低土壤pH值,提高了土壤有效铁含量,其中AS效果最显著。AS、PP和CA处理的苗期水稻叶片中有效铁含量较CK分别提高14.4%、11.3%和9.2%。三种酸化剂提高了水稻苗期根系活力和根系的根长、表面积、根体积,以AS处理效果最好。晚播较早播显著提高了水稻苗期根系活力,增加了水稻根系的根长、表面积、根体积。晚播使水稻苗期叶片活性铁含量提高了11.2%,叶片SPAD值显著增加。酸化剂的施用有助于克服水稻苗期缺铁黄化,以硫酸铵(生理酸性盐)结合硝化抑制剂最佳,适当的推后播期也能有效改善膜下滴灌水稻缺铁黄化。

保护地蔬菜栽培不同灌水方法对表层土壤盐分含量的影响

通过 3年连续保护地栽培蔬菜小区试验 ,对滴灌、渗灌、沟灌 3种灌水方法的土壤盐分积累状况进行了比较研究。试验后 0～ 2 0 cm土层土壤全盐含量以沟灌最高 ,渗灌次之 ,滴灌最低 ;滴灌土壤 p H下降幅度明显低于渗灌和沟灌土壤。在 0～ 2 0 cm土层内全盐含量呈幂指数形式分布 ,即地表处含量最高 ,随深度增加逐渐下降 ;而土壤 p H则随深度增加而直线上升。另外 ,土壤中可溶性盐的阴离以 NO-3 为主 ,阳离子以 Ca2 + 为主。这说明选择合理灌水方法 ,是防止土壤退化、提高保护地作物产量和质量的有效途径。

旱稻夏季地膜覆盖栽培的生态学效应

通过旱稻夏季地膜覆盖栽培试验 ,研究了在高温季节地膜覆盖栽培的调温、保墒、活化土壤和抑草等作用 ,结果表明夏季地膜覆盖栽培 5cm～ 1 5cm地温增高 2 .6℃～0 .9℃ ,且随每日的时间有所变化 ;1 m土壤含水量提高 2 .1 6%;地膜覆盖后 ,土壤养分的转化和吸收加快 ,叶片光合速率提高 ,对杂草也有很好的抑制作用 ,地膜栽培的旱稻产量提高68.2 %。

覆膜及膜下滴灌对玉米生长发育及水分利用效率的影响

采用田间小区试验的方法,研究了雨养（对照）、覆膜、常规滴灌、覆膜常规滴灌、覆膜限量补灌等保墒及灌溉措施对玉米株高、叶面积、叶面积指数、产量和水分利用效率的影响。结果表明,覆膜及膜下滴灌使玉米生育期提前2~3d,增加生长前期株高,提高叶面积及叶面积指数,促进了玉米生长发育。与对照相比,覆膜、常规滴灌、覆膜常规滴灌和覆膜限量补灌玉米叶面积指数分别增加0.22、0.11、0.38和0.44;百粒重分别增加3.1g、2.6g、5.1g和5.5g,增产率分别为6.7%、6.1%、12.7%和13.1%。覆膜、覆膜常规滴灌、覆膜限量补灌分别比对照提高水分利用效率0.57、0.83和1.23kg/m3;提高水分生产效率0.23、0.30和0.36kg/m3。其中覆膜限量补灌在产量略有增加的基础上,灌溉水利用效率是常规滴灌和覆膜常规滴灌的2.7倍和2.5倍。因此,从农业节水和作物高产综合考虑,覆膜限量补灌是一种既节水又增产的最佳膜下滴灌措施。

膜下滴灌水稻黄化叶片光合特性及叶绿素荧光参数分析

对膜下滴灌水稻T-04齐穗期正常及黄化剑叶的光合色素质量分数,光合参数和叶绿素荧光参数进行研究。结果表明,黄化(黄绿和绿黄)叶单位面积的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、类胡萝卜素质量分数均显著低于正常绿叶(CK);叶绿素a/b,类胡萝卜素/总叶绿素比值显著高于正常剑叶,说明叶绿素质量分数降低,类胡萝卜素质量分数升高可能是导致叶片黄化的直接原因。光合参数分析表明2种黄化叶片的净光合速率(Pn)、羧化效率(CE)、表观量子效率(AQY)均显著降低,说明其CO2和光能利用能力显著低于正常绿叶。蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)的大幅度升高,说明其叶片保水能力较差,光合酶活性可能受到抑制。叶绿素荧光参数分析表明,黄化叶片的暗适应光系统Ⅱ最大量子效率(Fv/Fm)、暗适应样品最大荧光(Fm)、光化学淬灭系数(qP)、电子传递速率(ETR)以及PSⅡ有效电子产量(ΦPSⅡ)均显著降低,说明其PSⅡ潜在的光化学效率、光合电子传递速率、量子效率均显著低于正常绿叶。

灌溉量及滴灌管埋深对无膜地下滴灌棉花产量的影响

通过设置灌溉量和滴灌管埋深的二因素三水平田间小区试验,研究灌溉量和滴灌管埋深对无膜地下滴灌棉花产量的影响,以明确在无膜条件下地下滴灌棉田灌溉量和滴灌管埋深的最优指标。结果表明,无膜灌溉量为4 200m3/hm2,滴灌管埋深5cm时,产量最高,为最佳无膜覆盖滴灌量和滴灌管埋深设置,当灌溉量较低时,滴灌管要深埋,反之,则要浅埋。仅从经济效益来看棉花种植采用地膜覆盖更好,但无膜覆盖具有较好的社会效益和生态效益。

膜下滴灌和淹灌对水稻叶片PSⅡ叶绿素荧光光响应曲线的影响

为探明水稻在膜下滴灌和淹灌2种栽培模式下叶绿素荧光参数的差异,以T-04、T-43、T-66、T-69水稻品系为试材,大田环境条件下,采用膜下滴灌和传统淹灌2种栽培模式种植。测定并分析2种栽培模式下,每个材料在分蘖期、孕穗期、抽穗期、乳熟期、蜡熟期5个生育期叶片的快速叶绿素荧光诱导动力学曲线。结果发现,不同研究材料之间,同一材料在不同生育期,不同栽培模式下叶绿素荧光参数具有明显差异,其中大部分差异达到显著水平(P<0.05)。膜下滴灌栽培模式下,分蘖期T-43、T-66、T-69的α值,T-04、T-43、T-66、T-69的Pm值,T-04、T-66、T-69的Ik值高于淹灌;孕穗期T-04、T-43、T-69的α值,T-04、T-43、T-66、T-69的Pm值,T-43、T-66、T-69的Ik值高于淹灌;抽穗期T-04、T-43、T-66的α值,T-04、T-43、T-66、T-69的Pm值,T-43、T-66、T-69的Ik值高于淹灌;乳熟期T-43、T-66的α值、Pm值,T-04、T-66、T-69的Ik高于淹灌;蜡熟期T-04、T-43、T-66、T-69的α值、Pm值,T-43、T-69的Ik值高于淹灌。由此得出,滴灌栽培模式下,叶片的光能利用效率、最大光合能力、半饱和光强总体上高于淹灌,进一步可说明,水稻在该模式下,叶片的光合机构并未受到干旱胁迫,作为一种全新的水稻节水栽培方式,在保证高产的同时,还可充分提高水分利用效率。

膜下滴灌对土壤CO_2与CH_4浓度的影响

在温室进行了马铃薯盆栽试验,采用静态暗箱气相色谱法比较了滴灌（D）和漫灌（F）两种不同灌溉制度对土壤CO2与CH4浓度的影响。在每种灌溉制度下再分设覆膜（M）与不覆膜两种农艺措施处理。覆膜滴灌（MD）下按土壤湿润比（P）不同,再设3个处理,分别为P1（P=25%）、P2（P=33%）、P3（P=50%）,共6个处理,即DP1、MDP1、MDP2、MDP3、FC（不覆膜漫灌）和MF（覆膜漫灌）,裸土（BS）和覆膜裸土（MBS）为对照。研究结果表明：覆膜的增温保湿作用及薄膜对土壤与大气间气体传输的自然阻隔作用使土壤CO2浓度升高10.4%-94.5%,CH4浓度降低5.1%-47.4%。滴灌的干湿交替现象以及漫灌对土壤通气性的降低使漫灌处理土壤中CO2浓度高于滴灌7.4%-49.7%,CH4浓度降低6.6%-68.2%。而土壤湿度通过影响土壤通气性和土壤溶解性有机质两方面来影响土壤温室气体排放,覆膜滴灌下湿润比越高,土壤中CO2浓度越低,其对CH4浓度的影响不确定。土壤温度是土壤呼吸的主要驱动因子,也会影响CH4的氧化过程。观察DP1处理灌水后土壤中温室气体浓度发现,CO2浓度与温度呈显著正相关关系,CH4浓度与温度呈显著负相关关系,土壤中CO2浓度与CH4浓度呈显著负相关关系。

膜下滴灌旱作水稻水肥耦合模型及组合方案优化

为了研究膜下滴灌旱作水稻灌溉定额和施肥量对产量的影响。采用通用旋转组合设计试验方法,建立膜下滴灌旱作水稻水肥耦合模型。结果表明,在供试土壤膜下滴灌条件下,灌溉定额、氮、磷与水稻产量之间符合三元二次回归模型,其一次项、二次项及水氮交互项回归系数均达极显著水平,三因素的增产作用大小依次为:灌溉定额>施氮量>施磷量。采用此模型计算的预测产量与实际产量之间呈高度正相关(R2=0.981),并可由此计算得出目标产量灌溉定额及其施肥量。经模型寻优,得出不同目标产量下的水、氮、磷最佳组合方案,通过2 a验证试验,验证产量与水分生产效率与模型优化组合目标产量和水分生产效率相吻合,此最优组合方案可以为膜下滴灌旱作水稻节水节肥、水肥一体化技术和高效栽培技术提供科学依据和理论支持。