滴灌模式对农田土壤水氮空间分布及冬小麦产量的影响.pdf

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1、第2 5 卷第1 1 期6 82 0 0 9 年1 1 月农业工程学报T r a n s a c t i o n so f t h eC S A EV b l 2 5N O 1 lN o v 2 0 0 9滴灌模式对农田土壤水氮空间分布及冬小麦产量的影响王建东1，龚时宏燃，高占义1，邹慧1,2于颖多1(1 中国水利水电科学研究院水利所，北京1 0 0 0 4 4：2 中国农业大学水利与土木-1-程学院，北京1 0 0 0 8 3)摘要：大田作物最优滴灌模式的研究是滴灌技术深入推广应用过程中的蕈要研究内容，通过田间试验，选取地表滴灌和地下滴灌两种滴灌类型，研究其在4 种不I 刮灌溉制度下农田水、

2、氮守间分布规律以及冬小麦产量的差异。试验结果表明，在土壤水分控制范围相同时，不同滴灌类型卜冬小麦牛育期内所需的灌水总量和灌水频率不存在显著差异：在施肥量和灌水定额基本相同时，地下滴灌较地表滴灌促使硝态氮向深层土壤运移的几率更大。但总体而言，不同滴灌类型相同灌溉制度F，硝态氮运移规律基本相似；同种滴灌类型小l 司滴灌制度F 的各处理冬小麦产量存在显著差异。而且，在充分灌时，不同滴灌模式下的冬小麦产量差异性不显著；非充分灌时，滴灌模式对冬小麦产量存在显著影响。关键词：灌溉，土壤，氮，滴灌模式，冬小麦，水分利用效率d o i：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 6 8 1 9

3、 2 0 0 9 1 1 0 1 3中图分类号：$2 7 5 6文献标识码：A文章编号：1 0 0 2 6 8 1 9(2 0 0 9)一1 卜0 0 6 8 0 6王建东，龚时宏，高占义，等滴灌模式对农田土壤水氮空间分布及冬小麦产量的影响 J 农业工程学报，2 0 0 9，2 5(1 1)：6 8 7 3 W a n gJ i a n d o n g，G o n gS h i h o n g，G a oZ h a n y i，c ta 1 E f f e c t so fd r i pi r r i g a t i o nm o d e0 1 Is p a t i a ld i s t r

4、i b u t i o no fs o i lw a t e ra n dn i t r o g e n a n d w i n t e r w h e a t y i e l d J T r a n s a c t i o n s o f t h e C S A E，2 0 0 9，2 5 0 1)：6 8 7 3(i n C h i n e s e w i t h E n g l i s ha b s t r a c t)0引言滴灌作为一种施于作物根区附近的局部灌水技术，可进行实时、精量的水、肥控制灌溉，根据毛管的铺设方式可分为地表滴灌和地下滴灌两种模式。不同的滴灌模式，即指不同滴灌类型(

5、地下滴灌和地表滴灌)及不同滴灌制度(灌水量和灌水频率)，对作物的牛长以及农田土壤环境因素，如土壤水分、土壤养分、土壤温度等，必然会产生不同的影响。B R H a n s o n 等比较了地表滴灌和地下滴灌下的莴苣产量【1 1。A h m e tE n e k 等研究了滴灌灌水频率对棉花棉球数、脱铃百分比以及棉花产量的影响I z J。S M e t i n S e z e n 等研究了滴灌制度对绿豆和胡椒的产量和品质的影响p 叫。N K a t s o u l a s 等研究了滴灌灌水频率对玫瑰花的产量和品质的影响【5 1。总之，国外的田间试验研究大都表明，不同滴灌模式对作物的产量、品质以及水分

6、利用效率存在比较显著的影响【1。1 1 l。在国内，曹红霞等通过室内均质土柱试验研究表明，滴灌灌水频率可改变土壤水分的空间分布和土壤蓄水量1 1 2 J。康跃虎、王风新等人多年的田间试验研究表明，滴灌灌溉频率对土壤水分的分布、马铃薯根系分布、马铃薯产量存在显著影响 1 3-1 4】。在滴灌水肥运移研究方面，B a r-Y o s e f 和S h e i k h o l s l a m i收稿H 期：2 0 0 8-0 4-0 2修订日期：2 0 0 9 1 1-1 7基金项目：国家自然科学基金项目(5 0 7 0 9 0 4 5)；国家“8 6 3”计划课题(2 0 0 6 A A l 0

7、0 2 1 3)：国家。8 6 3”计划课题(2 0 0 6 A A l 0 0 2 2 1)作者简介：王建东(1 9 7 8 一)男湖南茶陵人，工程师。博士乍，主要从事节水灌溉技术及产品研究。北京中国水利水电科学研究院水利所1 0 0 0 4 4。E m a i l：w a n g i d i w h r c o m通信作者：龚时宏(1 9 6 1 一)，男，研究员，博士乍导师，=E 要从事节水灌溉技术及产品研究。北京中国水利水电科学研究院水利所，1 0 0 0 4 4。E m a i l：g s h h i w h r c o m对滴灌条件下黏土和砂土中水分、N 0 3 和P 的分布进行了

8、试验研究。B a r-Y o s e f 对滴灌条件下砂土中种植的西红柿的水分和养分进行了田间试验研究。此外，还有很多学者对滴灌施肥条件下水分和溶质的运动进行了研究，如O m a r y、L i g o n 和Q u a d r i 等，C l o t h i e r 和E l r i c 等分别从不同方面对滴灌条件下水分和溶质在土壤中的运动分布等进行了研究。在国内，李久生等人通过室内土柱试验，对滴灌施肥灌溉参数和运行方式对水分、硝态氮和氨态氮在土壤中的运移分布规律进行了试验研究和数值模拟。综上所述，在滴灌条件下溶质运移的研究中，多采用保守性溶质和室内土柱试验，不能完全阐述大田滴灌复杂边界条件

9、下的溶质随水运移规律。此外，系统研究不同滴灌模式下作物生长及农田土壤环境冈素的空间分布规律较少，且目前的研究成果多为定性的结论，很难指导大田精量滴灌技术体系的制定，该研究采用地下滴灌和地表滴灌两种滴灌类型以及4 种不同滴灌制度，定量研究不同滴灌模式对冬小麦生长及农田水氮运移的影响，以期为中国粮食作物最优田间滴灌制度的建立提供可借鉴的理论依据。1 材料与方法1 1 试验布置试验在北京市大兴区中国水利水电科学研究院试验基地进行。地理位置处于北纬3 9。3 9，东经1 1 6 0 1 5，试验地气候属典型的半干旱大陆性季风气候，多年平均降雨量5 4 0m m。基地有自动气象站，可获得试验所需的相关气

10、象数据。试验田土壤物理性状如表1，根据国际土壤质地分类标准，O 1 0 0c m 深度为壤土，0 1 0 0c m 土层的平均田间持水率和体积质量分别为3 0 5 8 和1 5 8g c m。万方数据第1 1 期王建东等：滴灌模式对农田土壤水氮窄问分布及冬小麦产量的影响冬小麦于2 0 0 6 年1 0 月份种植，种植行距为2 5c m，2 0 0 7年6 月1 5 日进行采收考种。地表滴灌和地下滴灌都采用N e t a f i m 公司同一型号的滴灌带，额定流量为1 1L h，滴头间距为3 0c m。滴灌带的布置间距为5 0c m，地下滴灌试验小区的滴灌带埋深为2 5c m。表1 供试土壤物理

11、性状T a b l eIP h y s i c a lp r o p e r t i e so fe x p e f i m e n m ls o i l s颗粒分级，土层体积质量田间持饱和含佃再生水自来水；不同水质灌溉后，三种土壤020cm土层的全盐量并未出现明显累积现象；粘土在三种水质灌溉下全盐量出现了极显著差异，且变化规律明显，即含盐量高盐再生水再生水自来水，高盐再生水灌溉下粘土容易发生盐碱化；三种土质在三种水质的灌溉下，土壤中氯离子含量均明显高于未灌溉前的原土土壤中的含量，且高盐再生水再生水自来水，氯离子在砂质土中积累速度较快；水溶性钠的含量随土壤层的增加而降低，砂土和粘土中，高盐再生

12、水灌溉一定量后，土壤中的钠离子含量高于土壤本底值；土壤中重金属的含量在灌溉量到达一定程度后，砂土中含量均高于未灌溉前，重金属在砂土中的积累速度较壤土和粘土快，三种水质灌溉对土壤重金属含量影响不大；三种水质灌溉下粘土和壤土中草坪草的叶绿素含量差异不显著，和自来水比较，再生水处理下的砂土中草坪草叶绿素含量减少并且达到了差异显著；三种质地土壤中的草坪草细胞膜透性大小关系均为高盐再生水灌溉再生水灌溉自来水灌溉，说明再生水和高盐再生水的灌溉增强了植物的抗逆性。综上所述，再生水应用于园林绿化灌溉是可行的。7.期刊论文 姜东燕.于振文.JIANG Dong-yan.YU Zhen-wen 灌溉量对冬小麦产量

13、和土壤硝态氮含量的影响-土壤通报2008,39(3)研究了池栽条件下灌溉量对冬小麦籽粒产量和土壤硝态氮含量的影响.结果表明:与对照相比,灌溉增加了籽粒产量,显著提高蛋白质含量和蛋A质产量.试验还表明:灌溉处理080cm土层的土壤硝态氮含量显著低于对照,而在80200cm土层的土壤硝态氮含量显著高于对照.在成熟期,两次灌溉总量为180mm(每次灌90ram)的处理W6硝态氮含量在160200cm显著高于其他处理,向深层运移幅度最大.本试验中,两次灌溉总量为90mm(每次灌45mm)的处理W3的籽粒产量、蛋白质含量、蛋白质产量和收获指数均较高,且土壤硝态氮损失少,为最佳灌溉量.8.期刊论文 巫常林

14、.黄冠华.刘洪禄.吴文勇.许翠平.Wu Changlin.Huang Guanhua.Liu Honglu.Wu Wenyong.XuCuiping 再生水短期灌溉对土壤-作物中重金属分布影响的试验研究-农业工程学报2006,22(7)再生水是农业灌溉的重要水资源.该文在田间小区开展了为期4年的再生水灌溉试验,研究了重金属在土壤-作物系统中的转化与分布规律.结果表明:短期内重金属在土壤中的累积不明显,且土壤和作物籽粒中的重金属含量都远低于国家标准规定的允许值,再生水短期灌溉对土壤环境和作物均不会造成污染影响;同时,不同再生水灌溉水量条件下,土壤中重金属含量无显著差异,再生水灌溉带入土壤中的重金

15、属量小于作物收获所带走的重金属量,带出量和带入量对土壤中重金属平衡的影响较小.9.学位论文 李甲亮 造纸废水灌溉对黄河三角洲盐渍化湿地的影响研究 2008 黄河三角洲具有大面积的滨海荒碱地、浅海和滩涂，面临着如盐渍化土地内扩、潮间带湿地萎缩和退化等危机，是典型的生态脆弱区。本文以黄河三角洲沾化县某湿地废水处理系统为例，利用造纸废水生物塘出水构建芦苇湿地处理系统，通过对废水、土壤(0-30cm)和芦苇的定期采样与室内分析，统计分析，和模拟实验等手段，开展了生物塘-芦苇湿地复合系统对造纸废水污染物的去除规律，及废水灌溉对盐碱化土壤的生态、生物及理化指标的修复研究。主要研究结果如下：(1)生物塘-芦

16、苇湿地系统能有效去除造纸废水污染物复合系统能有效去除废水中有机物、氮、磷、硫酸盐，但受气温和灌溉模式影响明显。塘、芦苇系统对COD累积去除率为48和31.5；塘系统对TP、TN去除率为23.94和21.10，湿地对氮磷去除率为22.33和21.11，以w4、w1效果较好。塘系统对SO42-去除率为56.63，湿地中w3去除率最高(40.24)。(2)废水灌溉能有效降低湿地土壤盐分废水洗脱是土壤脱盐的主要动力，灌溉对土壤Cl-、Na+洗脱率分别占其总去除量的93.27和96.05，而植物吸收分别占6.12和3.59。与wO比，灌后土壤Cl-、Na+、可溶盐最大洗脱率分别为52.38、46.57和

17、34.97，这是保证生态系统修复成功的前提。气温、降雨和灌溉方式对洗脱效果有影响，洗脱时间越长，降雨量越大，土壤盐分下降越明显。但灌溉方式变化引起的土壤降盐效果差异不显著，对Cl-、Na+及土壤盐去除率最高的灌溉方式分别为w1、w2和w4，并不一致。废水灌溉还能有效降低芦苇内氯、钠含量。灌后芦苇内氯、钠含量分别比未灌溉w0下降了41.18-69.6和29.9-56.1。从试验结果来看，各灌溉处理中以w4、w1综合脱盐效果最好。(3)废水灌溉能有效改善湿地生态系统结构和功能废水灌溉能提高湿地土壤氮、磷和有机质含量，灌后分别是w0的1.47、1.13和1.29倍，这使得反映土壤生物结构和功能的MB

18、C/TOC和土壤呼吸强度均增加，平均值分别为wO的1.69和1.2倍，且w4、w1表现出较好的微生物活性。而对土壤造成危害的土壤硫酸根，灌后比w0下降了62.03，以w3下降最明显。废水灌溉解除了芦苇缺水和盐分胁迫，微生物活性提高也增强了土壤养分的有效性，芦苇生长状况改善，株内平均氮磷含量分别是w0的1.16和1.44倍，平均株高比w0高6.34-11.01，平均干生物量是w0的1.25倍(若8月收割，则为1.93倍)，而且灌后芦苇内硫含量升高，增强了对土壤硫的吸收去除。废水灌溉会减少湿地内植物多样性，杂草平均生物量仅为w0的52.18，但对整个湿地系统而言，生物多样性包括土壤生物、动物(特别

19、是鸟类)是增加的。(4)废水灌溉能提高湿地微生物和湿地酶活性废水灌溉后，土壤、植物根系和微生物形成了一个微生态系统。和wO相比，湿地微生物和酶数量均有提高，直接结果就是带来生物多样性的提高，对废水降解能力的增强，和湿地生态系统的修复。微生物和酶活性受气温、有机质和土壤供氧的影响，灌溉使细菌、纤维素分解菌、反硝化菌(DB)、特别是硫酸盐还原菌(SRB，最高为w0的3.24倍)等缺氧和厌氧性微生物增多；但放线菌和真菌增加不明显，甚至受轻微抑制。w0除放线菌和真菌水平较高外，其他微生物及酶含量均低于灌溉样地。灌溉方式也会间接影响有机质和供氧。w1和w4营养和供氧较好，其细菌、放线菌、真菌数量也较多，

20、但SRB、DB数量较低；w1脱氢酶、磷酸酶、蔗糖酶、脲酶最高(分别为w0的3.28、1.69、2.14和1.50倍)，其次是w4、w2和w3。生态因子的改善，提高了湿地系统去除污染物的功能，实验表明：土壤微生物和酶与废水污染物去除率之间存在正相关，表现为：纤维素菌数量、纤维素酶、脱氢酶和蔗糖酶与废水COD去除率；反硝化菌数量与土壤脱氮；脲酶与废水TN去除率：磷酸酶与废水总磷去除率呈显著正相关。根据酶学、土壤微生物活性等指标确定w1为最优废水灌溉模式；其次为w4，考虑到w4对造纸废水处理及土壤脱盐的有效性，也是一种较好的推荐灌溉工艺。(5)废水灌溉对系统金属离子迁移的影响微量金属离子大多是生物生

21、长的必需元素，在湿地内会被微生物、植物、动物利用或者被吸附固定；实验表明：和w0相比，灌后土壤和芦苇内锌、锰含量有较大升高，但锰离子迁移能力比锌稍差；土壤、芦苇内铜、铬没有产生明显富集。钙、镁、钾是芦苇生长必需元素，既能促进土壤钠离子的洗脱，还能增加芦苇细胞内水势，增强抗旱、抗盐能力。和w0相比，灌后土壤Mg和K分别提高了3.93和16.05，钙没有明显变化。灌后芦苇穗、茎、根内K、Mg含量均小于w0：穗内Ca小于w0，叶内持平，而根、茎内高于w0，这表明，灌溉解除了干旱和盐分胁迫，使这些离子迁移到地上芦苇顶部的能力减弱。K对增加植株细胞水势作用明显，w0穗、叶、茎内K比灌溉处理分别高出17.

22、94、4.32和3.04，但根内K却比灌溉低3.27。这说明，在受水分和盐分胁迫时，wO中K、Mg会沿着根-茎-叶-穗流动，并在穗内超量积累，以提高水势，抵抗缺水，而且K、Mg的转移能力要比Ca强。(6)湿地土壤代谢分泌物与抗盐碱胁迫机制对土壤内代谢产物类别和含量动态变化的研究能揭示根际微生态状况和抗盐碱的机理。液相色谱图表明：土壤提取液色谱中都有脯氨酸优势峰，9、11月份样品中还发现可能为草酸和丁二酸的峰。说明在抗胁迫机制中，脯氨酸、草酸都起着重要的作用。一般系统受胁迫越严重，脯氨酸含量越高(如w0、w4)，而灌溉减小了胁迫强度，因此连续灌溉后样品中脯氨酸含量有所降低(如w1、w2、w3)。

23、研究还发现：10-1月份虽然受低温、干旱、盐分胁迫严重，但并未刺激脯氨酸的产生和积累，这是因为w0芦苇部分死亡，微生物活性也受影响的原因。这表明脯氨酸主要是由芦苇分泌的。土壤中pro的垂直分布特征是上层中层下层。总之，经过对生物塘-芦苇湿地系统处理造纸废水的研究，发现系统能有效去除废水中有机物，同时废水灌溉还极大的降低了土壤盐分，产生了一系列积极效应：系统内氮、磷、有机质增加；土壤微生物和酶活性增强；MBC/TOC及土壤呼吸强度提高；芦苇株高和产量增加，而杂草的多样性减少；同时也会影响系统内钙、镁、钾、锌、锰等离子迁移，改变系统受盐碱和缺水胁迫的现状和根际代谢状况，极大地改善了滨海盐碱生态系统

24、现状。但修复程度也受到气温、降雨、营养和土壤供气等直接因素和灌溉方式等间接因素的影响，综合比较确定w1和w4为推荐灌溉模式。10.期刊论文 邵立明.孔祥锐.张后虎.何品晶.SHAO Li-ming.KONG Xiang-rui.ZHANG Hou-hu.HE Pin-jing 渗滤液负荷和灌溉深度对土壤氧化亚氮与二氧化碳释放的影响-应用生态学报2008,19(10)采用预设取样器和静态箱气相色谱法,对渗滤液灌溉条件下,土柱土壤不同深度剖面 N2O的浓度以及N2O和CO2的表面释放通量进行了监测.结果表明:渗滤液灌溉可促进N2O的生成和释放,灌溉后24 h内土柱N2O的释放通量与表土下10 cm(r=0.944,P 0.01)、20 cm(r=0.799,P0.01)、30cm(r=0.666,P0.01)和40 cm(r=0.482,P0.05).渗滤液的灌溉负荷主要决定温室气体释放总量的强弱(N2O和CO2,以CO2当量计),灌溉负荷为6 mmd-1条件下温室气体释放总量为灌溉负荷2 mmd-1的3倍多.采用表土下20 cm处灌溉方式可比表土下10 cm处灌溉方式削减47%的温室气体释放总量.渗滤液灌溉土壤14 d内,N2O释放量约占温室气体释放总量的57.0%91.0%.本文链接：http:/