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地下滴灌条件下作物水氮吸收利用与最佳灌水技术参数的研究

何华  
【摘要】: 本文采用裸土试验与作物试验相结合的方式,对地下滴灌(SDI) 条件下水氮吸收利用及最佳灌水技术要素进行了试验研究。其中裸土试 验分别以不同埋深、不同初始含水量、不同灌水量以及不同滴孔流量(由 滴孔孔径或供水压力控制)为试验因素,探索各试验因素对水分与氮素 养分在土壤中运动与分布的影响;作物试验分别以夏玉米、冬小麦、棉 花为供试材料进行PVC管栽试验和均质土柱试验,以研究在不同埋深和 滴孔流量条件下如何通过影响水分养分分布,来影响作物根系分布、水 分养分吸收利用,进而影响作物的生长发育与产量形成。通过两类试验, 确定SDI条件下能达到增产、节水节肥、减少NO_3~-污染目的的适宜灌水 技术参数。结果表明: 1.SDI灌施方式对作物根系及冠层生长的影响优于地表灌水。SDI在 生育前期使作物经历水分胁迫,植株生长受到一定程度抑制,有蹲苗 作用。生育中后期随着根系向纵深发展,作物水分状况改善;同化产 物在地上、地下部分分配合理,避免根系对同化产物的浪费,从而促 进了作物生殖生长,产量较高。 2.在产量有所提高的基础上,SDI灌施方式比表面灌水的水分利用效 率(WUE)提高30%以上,氮素养分利用效率(NUE)提高7.38-14.55%。 灌施深度影响作物的产量、水分利用效率和氮素养分利用效率。冬小 麦和夏玉米WUE和产量最高的灌施深度为40cm;夏玉米在20cm灌施 深度达到氮素养分的最高利用效率;棉花则在50cm灌施深度实现产 量、水分利用效率和氮素养分利用效率的高产高效的统一。 3.SDI灌施方式使所灌施的NO_3~--N在滴孔周围形成高浓度区域。作为 一种信号离子,NO_3~-在其富集区域刺激侧根萌发与伸长,导致中层土 壤根长密度增加,使得根系在土壤中的分布改变,由此加强了作物对 灌施深度周围养分高浓度区NO_3~-的吸收;NO_3~-吸收量与根长密度密切 相关(R~2=0.9506)。 4.SDI节水效果明显,其节水机理主要是:(1)SDI在土表下一定深 度灌水,维持着灌水前土壤表层的干燥层,水分只能以水汽形式扩散, 蒸发微弱,从而抑制了表土无效蒸发;(2)土壤孔隙状况改善,耕层 土壤有效持水孔隙增加,易跑墒的充气孔隙减少;(3)深层渗漏得到 极大控制。 5.影响SDI条件下土壤水分运动的主要因素有土壤质地、土壤密实 度、滴灌管埋深、初始含水量、灌水量和滴孔流量。对于特定土壤, 滴孔流量是影响水分运动最重要的因素:滴孔流量增加,水分的水平 运移速度增大,运移距离增加,极大地影响了湿润圈的形状。 6.滴孔流量通过影响水氮的运动与分布及对作物根系分布的问接影 响,决定着作物对水氮的吸收利用。滴孔流量增加,棉花水分利用效 率和氮素养分利用效率提高,并且不同灌施深度提高程度不同。水分 利用效率(WUE)和氮素养分牙用效率(NUE)在 30cm、40cm、50cm 灌施深度分另提高 4.88%、8.09%、10.28%和 7.97%、4.50%、5.97%。 7.决定滴孔流量的灌水技术参数主要是滴孔孔径和进口压力。滴孔 孔径、进口压力与滴孔流量存在线性关系。滴孔孔径对滴孔流量的调 节能力远远大于供水压力的调节能力。根据作物根系特性和土壤性质 确定滴孔孔径对滴孔流量进行主要调节后,在不同生育时期和不同土 壤水分状况下以供水压力进行细调。


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