滴灌条件下灌水量对冬小麦、夏玉米周年水分利用的影响

为探明滴灌条件下灌水量对小麦、玉米周年水分利用的影响,采用田间试验,开展滴灌条件下灌水量(小麦季:处理W1—W6,分别为0、20、40、60、80、100 mm/次;玉米季:处理M1—M6,分别为0、15、30、45、60、75 mm/次)对小麦生长、叶片SPAD值、光合生理特征及小麦、玉米产量和水分利用等的影响研究。结果表明:滴灌提高了小麦叶片的SPAD值、改善了小麦光合生理特征,小麦、玉米产量构成要素及产量均相应提高。随灌水量的增加,小麦叶片的SPAD值、光合速率、蒸腾速率及小麦、玉米单位面积产量及周年总产量均表现为先增加后降低的趋势。小麦、玉米周年总耗水量随灌水量的增加而增加,小麦叶片水分利用效率在灌浆期随灌水量的增加呈逐渐降低的趋势,小麦、玉米籽粒水分利用效率及灌水利用率随灌水量的增加均表现为先降后增再降的趋势。不同灌水量处理中,处理W3和W4更利于提高小麦叶片的SPAD值,处理W5对光合速率的提高更为显著,处理W4更利于提高小麦的产量,而处理W3对小麦的水分利用效率的提高更为有利。处理M5的玉米产量和灌水利用率显著高于其他处理,且籽粒水分利用效率也相对较高。对于小麦、玉米周年产量而言,处理W5+M5增产效果最佳。

不同灌溉方式氢、氧同位素分布与夏玉米水分利用特征

利用氢氧稳定同位素示踪法,研究了人工控水条件下小白龙常规灌溉(X)与滴灌(D)不同灌水量(X1、D1:15 mm;X2、D2:30 mm;X3、D3:45 mm)夏玉米土壤水稳定同位素分布特征,以及土壤耗水量、光合作用及水分利用特征。结果表明:随生育期的推进,根系吸水逐渐加深。在拔节期,均以0~20 cm土层的水分贡献率最大,达60%以上。在D1和D2条件下,60~80 cm和20~40 cm土层的贡献率分别占21.4%和23.8%。到灌浆期,与常规灌溉相比,滴灌条件下更利于促进根系对40 cm以下土层水分的利用,从而减少水分的无效蒸发。随生育期的推进与灌水量的增加,玉米的日耗水量明显增加,滴灌低于传统灌溉。与常规灌溉相比,滴灌D2处理更利于提高玉米光合速率、蒸腾速率、气孔导度及叶片水分利用效率。此外,滴灌处理明显提高了收获期玉米的生物量。最终,与常规灌溉相比,滴灌降低了玉米总的耗水量,产量提高了5.3%~21.7%和水分利用效率提高了9.2%~26.8%,均以D2处理最高。相关分析表明:玉米拔节期20~40 cm和灌浆期60~80 cm土层水分更利于促进玉米产量的提高,而拔节期60~80 cm和80~100 cm土层的水分更利于促进玉米水分利用效率的提高。

不同灌溉方式下氢、氧同位素分布与小麦水分利用特征

[目的]探明不同灌溉方式对小麦水分利用的贡献率及小麦根系吸水规律,可为合理应用灌溉用水提供科学依据。[方法]利用稳定氢氧同位素示踪法,研究了防雨棚条件下常规灌溉(X)与滴灌(D)不同灌水量条件下(X_(1),D_(1)∶15 mm;X_(2),D_(2)∶30 mm;X_(3),D_(3)∶45 mm)冬小麦生长期间土壤水稳定同位素变化特征,以及土壤耗水强度、光合生理特征及水分利用特征。[结果]随小麦生育期的推进,根系吸水逐渐加深。在拔节期小麦主要利用0-20 cm深度的土壤水;在抽穗期X_(2),D_(1)和D_(2)处理主要利用了0-20 cm土层的水分,但X_(1)处理主要利用了60-80 cm土层的水分,占53.9%,X_(3)处理主要利用了40-60 cm土层的水分,占77.0%。而D_(3)处理主要利用了0-60 cm土层的水分,占80.0%;到灌浆期,X_(1)和X_(2)处理主要利用了0-60 cm土层的水分,分别占86.2%和90.6%,而X_(3)处理主要利用了40-60 cm土层的水分,占73.9%。而D_(1)和D_(2)处理不同土层的水分利用比例较均匀,分别介于7.1%~27.8%和13.0%~38.2%之间。D_(3)处理主要利用了20-40 cm土层的水分,占51.0%。除抽穗-灌浆期中水处理(D_(2))及灌浆-收获期高水处理(D_(3))外,滴灌均有效降低了小麦的日耗水量。与常规灌溉相比,滴灌D_(2)和D_(3)处理更利于提高小麦的光合速率和叶片水分利用效率。此外,滴灌处理在小麦抽穗期和收获期均有效提高了小麦的生物量。最终,滴灌较常规耕作小麦产量提高了21.6%~28.0%和水分利用效率提高了24.4%~36.7%,均以D2处理最高。相关分析表明:小麦生长过程中,抽穗期0-20 cm土层水分贡献率和灌浆期80-100 cm土层的水分贡献率的提高对于其产量与水分利用效率的提高更为有利。[结论]滴灌更利于提供均匀的水分供给作物,同时减少水分无效蒸发,提高作物产量和水分利用率。

滴灌水肥一体化对小麦产量和品质及水肥利用的影响

为探讨滴灌条件下水肥一体化对小麦产量和品质及水肥利用的影响,于2016—2018年2个小麦生长季,利用田间试验,设置3个氮(N)肥水平:N1为180 kg·hm^(-2),N2为240 kg·hm^(-2),N3为270 kg·hm^(-2);3个水分(W)水平:W1为生育期不灌水,W2为生育期灌2次水,W3为生育期灌3次水。结果表明,连续2 a,与W1N1处理相比,W3N2处理下小麦平均株高、穗长和千粒质量均表现最优,小麦平均产量以W3N2和W3N3处理下较高,分别增产31.88%和15.28%。适宜的水肥处理对滴灌小麦品质具有促进作用,可以提高小麦子粒可溶性糖、淀粉和蛋白质含量,但水和氮量过多会降低小麦子粒可溶性糖和淀粉含量。与W1N1处理相比,W3N2处理下小麦子粒平均可溶性糖、直链淀粉和支链淀粉分别提高29.69%,34.57%和18.66%;小麦子粒平均蛋白质含量在W3N2和W3N3处理下增长最多,分别增加47.03%和40.99%。从小麦水肥利用来看,小麦平均水分利用效率和氮肥利用效率以W3N2处理最高,与W1N1处理相比,分别提高11.70%和12.34%。综合考虑,滴灌水肥一体化下以W3N2处理表现最佳,即小麦施纯氮240 kg·hm^(-2),底施60%纯氮、拔节期追施25%纯氮和灌浆期追施15%纯氮,且在小麦拔节期、开花期和灌浆期进行3次灌水的处理能够实现小麦高产、高效、优质的统一。

水氮运筹对玉米产量及水氮利用效率的影响

【目的】确定适合豫北灌溉区玉米的高产高效和节水增效的水氮运筹模式。【方法】采用随机区组设计实施了为期3 a田间定位试验,试验设置3个灌水量:灌0水(A1),灌2水(A2)和灌3水(A3);2个氮肥运筹:B1:基肥(70%)+小喇叭口期(20%)+灌浆期(10%),B2:基肥(60%)+小喇叭口期(25%)+灌浆期(15%),共6个处理,并分析灌水次数和氮肥运筹对玉米产量和水氮利用效率的影响。【结果】灌水次数(A)和氮肥运筹(B)对玉米产量、水分利用效率(WUE)、灌水利用效率(IWUE)和氮肥偏生产力(NPFP)的影响均极显著,而A×B交互作用对其没有显著影响。2017年和2019年玉米产量、WUE和NPFP的变化规律为A3B2处理>A2B2处理>A3B1处理>A2B1处理>A1B2处理>A1B1处理;而2018年玉米产量和NPFP为A3B2处理>A3B1处理>A2B2处理>A2B1处理>A1B2处理>A1B1处理,WUE为A3B2处理>A3B1处理>A2B2处理>A1B2处理>A1B1处理>A2B1处理,且2017—2019年A3B1处理玉米产量、WUE和NPFP与A2B2处理间没有显著性差异。与对照(A1B2处理)相比,2017—2019年A3B2处理玉米产量、WUE和NPFP分别增加20.2%~39.6%、4.8%~10.9%和20.2%~39.6%。2017—2019年玉米IWUE均随着灌水次数的增加而降低,其中均以A2B2处理最高,较A3B2处理增加30.2%~91.9%。此外,2017—2019年A2B2处理玉米产量和NPFP显著高于A1B2处理,分别增加11.3%~21.1%和11.3%~21.2%。【结论】A3B2处理为豫北灌区玉米最佳高产高效模式,A2B2处理为豫北灌区玉米最佳节水增效模式。

长期施用沼液对土壤养分含量和酶活性的影响

为了了解不同沼液利用时限对土壤养分含量和土壤酶活性的影响,根据沼液来源(养殖企业),设置11个施用沼液处理,不同施用沼液处理沼液施用量、施用年限不同,对施用沼液的土壤进行养分含量及酶活性分析。结果表明,不同养殖企业产生的沼液有机质、全氮、全磷、全钾含量普遍偏低,有机质含量介于0.03~0.94 g/L,平均为0.26 g/L;全氮含量介于0.30~2.60 g/L,平均为1.27 g/L;全磷含量介于0.04~0.38 g/L,平均为0.19 g/L;全钾含量介于0.40~1.98 g/L,平均为0.94 g/L;pH值介于7.40~8.59,平均为8.11。长期施用沼液使土壤pH值向着有利于土壤养分释放的方向改变,总体上有效提高了耕层土壤养分含量,与不施沼液对照相比,有机质含量提高0.96%~367.11%,全氮含量提高2.15%~600.00%,全磷含量提高29.94%~663.27%,均以连续施用900~1 050 t/hm2河南康龙实业集团股份有限公司所产沼液21 a的处理提高幅度最大,全钾含量提高1.14%~28.10%,以连续施用900~1 050 t/hm2河南省佑林实业有限公司所产沼液5 a的处理提高幅度最大;有效磷含量提高26.76%~593.99%,水解氮含量提高7.49%~420.24%,均以连续施用900~1 050 t/hm2河南康龙实业集团股份有限公司所产沼液21 a的处理提高幅度最大,速效钾含量提高15.48%~103.30%,以连续施用900~1 200 t/hm2河南省谊发牧业有限责任公司所产沼液27 a的处理增幅最大。长期施用沼液显著提高了土壤水解酶和氧化还原酶活性,与对照相比,蛋白酶活性提高9.20%~44.69%,蔗糖酶活性提高6.41%~41.91%,脲酶活性提高14.47%~42.58%,酸性磷酸酶活性提高13.03%~44.44%,纤维素酶活性提高2.77%~44.65%,硝酸还原酶活性提高22.00%~54.38%,亚硝酸还原酶活性提高1.41 %~42.17%,脱氢酶活性提高4.94%~47.44%,过氧化氢酶活性提高1.42%~47.67%。土壤养分含量与土壤酶活性存在显著或者极显著的正相关关系,其中土壤有机质、全氮、水解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾含量与脱氢酶、过氧化氢酶活性总体上均呈极显著正相关,土壤全氮含量、水解氮含量、有效磷含量与纤维素酶活性也均呈极显著正相关,有机质含量、速效钾含量与纤维素酶活性均呈显著正相关。

水氮运筹对滴灌冬小麦产量和水氮利用效率的影响

为探究水氮运筹对滴灌冬小麦产量和水氮利用效率的效应,于2019—2021年开展了连续2年小麦田间试验,设置2个施氮水平210(N1)和240(N_(2))kg·hm^(-2),4个灌水处理W1(不灌水)、W2(每次30 mm)、W_(3)(每次45 mm)、W_(4)(每次60 mm),分析不同处理小麦产量及水氮利用率相关指标。结果表明,2019—2021年,施氮量和灌水量对冬小麦抽穗期、扬花期和灌浆期叶片净光合速率的影响为极显著(P<0.01)或显著(P<0.05),且三个生育时期均以N_(2)W_(4)处理最高,与N1W_(4)和N_(2)W_(3)处理间没有显著差异;三个生育时期的土壤铵态氮和硝态氮含量均以N_(2)W_(3)、N1W_(4)或N_(2)W_(4)处理最低。小麦越冬期、灌浆期和成熟期土壤铵态氮与产量和氮肥偏生产力(NPFP)均呈显著或极显著负相关;抽穗期、灌浆期和成熟期土壤硝态氮与产量和NPFP均呈显著或极显著负相关。2个年度,水氮运筹较对照显著提高了冬小麦的产量和水氮利用效率,产量增幅分别为38.9%~62.0%和40.9%~68.3%,水分利用效率(WUE)增幅分别为8.0%~15.7%和10.1%~16.4%,NPFP增幅分别为38.9%~62.0%和40.9%~65.5%;冬小麦产量和WUE均以N_(2)W_(4)处理最高,N_(2)W_(3)处理次之,两者间没有显著性差异;但N_(2)W_(3)处理的水分利用效率均显著高于N_(2)W_(4)处理。综上,在本试验条件下,施氮量240 kg·hm^(-2)、每次灌水45 mm(N_(2)W_(3))为该地区滴灌冬小麦最佳水氮运筹组合,可以实现保障产量和提高水氮利用效率的目标。