宽幅精播技术节水高产理论机制仍不明确.本研究于2017-2019年小麦生长季,以'济麦22'为试验材料,在测墒补灌节水栽培条件下,设置宽幅精播、常规条播两种种植方式和20、25、30 cm3种行距,研究了种植方式对小麦根系生物量、衰老特性、水分利用特性、棵间蒸发量和籽粒产量的影响,以探索宽幅精播种植方式对小麦根系生理特性、耗水特性及籽粒产量的影响.结果表明:宽幅精播条件下行距为25 cm处理(K25)0～20和20～40 cm 土层根重密度、根系可溶性蛋白含量、根系活力较其他处理分别提高7.2％～23.9％、8.7％～25.1％、10.7％～29.9％和 7.3％～27.6％、8.0％～38.5％、15.2％～32.7％;同一行距下,宽幅精播处理土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著高于常规条播处理,而灌溉量和棵间蒸发量低于常规条播处理;K25处理开花至成熟期耗水量及耗水模系数显著高于其他处理,籽粒产量、水分利用效率和灌水利用效率也显著高于其他处理.综上,本试验条件下采用基本苗180～270株·m-2、行距25 cm是黄淮海麦区宽幅精播种植方式下节水高产的适宜种植模式.

[目的]探索节水、控水方式调控苹果水分高效利用效率的机制,优化渭北苹果主产区节水、丰产和增收的管理方式.[方法]以陕西省咸阳市乾县铁佛镇果友协会试验站8年生'烟富3号/T337'苹果树为试材,设置充分灌溉(灌溉后土壤相对含水量为75％)和轻度亏缺灌溉(灌溉后土壤相对含水量为50％)2个灌水量水平,组成果实生长期和膨大期均充分灌溉(CK)、果实生长期和膨大期均轻度亏缺灌溉(W1)、果实生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉(W2)及果实生长期充分灌溉和膨大期轻度亏缺灌溉(W3)4个灌溉模式处理,测定春梢生长指标、果实品质指标和果实产量指标,计算水分利用效率、灌溉水利用效率、果实综合评价满意度,以明确最佳的亏缺灌溉方式.[结果](1)苹果新梢长度及叶片叶绿素相对含量(SPAD)在各处理间无显著性差异,而其春梢直径在各处理下显著降低.(2)与CK相比,单果质量在W1处理下显著降低了 10.3％,果实可滴定酸含量在W2处理下显著降低14.7％,果形指数和可溶性固形物含量在3种水分亏缺灌溉处理下均无显著变化.(3)W1处理能显著提高果皮黄色值b*,W2处理能显著提高果皮色泽饱和度C*,而各亏缺灌溉处理对果皮亮度值L*和红绿值a*均无显著影响.(4)与CK相比,果实产量在各亏缺灌溉处理下降低13.4％～24.7％,但仅W1处理降幅达显著水平;果树灌溉水利用效率在各亏缺灌溉处理均不同程度提高,但仅W1处理显著提高了 38.0％;果树耗水量和水分利用效率在各亏缺灌溉处理下无显著性差异.(4)果实综合评价满意度表现为W2＞CK＞W3(W1).[结论]陕西渭北地区苹果在生长期轻度亏缺灌溉和膨大期充分灌溉(W2)模式下果实的综合评价满意度最高,果实产量、单果重无显著变化,而果实品质较优,果树水分利用效率较高.

以小粒咖啡(卡蒂姆P7963)为材料,研究连续2.5年不同施氮水平下周期性干旱胁迫后复水对小粒咖啡生长、产量、叶片光合特性和水氮生产力的影响.设灌水(周期性干旱胁迫后复水)和施氮2因素,4个灌水模式分别为充分灌水(IF-F:100％ET0+ 100％ET0,ET0为参考作物腾发量)、轻度干旱胁迫-复水(IL-F:80％ ET0+ 100％ ET0)、中度干旱胁迫-复水(IM-F:60％ET0+100％ET0)和重度干旱胁迫-复水(Is-F:40％ET0+100％ET0),3个施氮水平分别为高氮(NH:每次750 kg N·hm-2)、中氮(NM:每次500 kg N·hm-2)和低氮(NL:每次250kg N·hm-2),分4次等量施用.结果表明:小粒咖啡株高、茎粗、产量、水氮生产力受灌水和施氮影响显著,株高和茎粗与日序数呈S型曲线关系,干旱胁迫时小粒咖啡叶片光合作用显著下降,复水后大部分光合作用指标能不同程度恢复.与IF-F相比,IL-F干豆产量增加6.9％,而IM-F和IS-F干豆产量分别减少15.2％和38.5％;IL-F和IM-F水分利用效率分别增加18.8％和6.0％,而Is-F水分利用效率减少12.1％;I1-F氮肥偏生产力增加6.1％,而IM-F和Is-F氮肥偏生产力分别减少14.0％和36.0％.与NH相比,NM干豆产量和水分利用效率分别增加20.9％和19.3％,而NL分别减少42.4％和41.9％;NM和NL氮肥偏生产力分别增加81.4％和72.9％.与IF-FNH相比,IL-FNM干豆产量、水分利用效率和氮肥偏生产力分别增加37.6％、52.9％和106.4％.回归分析表明,灌水量为318 mm、施氮量为583 kg· hm-2时,干豆产量(2362 kg·hm-2)最大;灌水量为295 mm、施氮量为584 kg· hm-2时,水分利用效率(0.78 kg·m-3)最大,即产量和水分利用效率同时达到最大值时最接近IL-FNM水氮组合.因此,IL-FNM为小粒咖啡最佳的水氮组合模式.

通过田间试验,研究了黄淮地区水氮供应对夏棉生长、产量及水氮利用效率的影响,探索在保证产量的同时提高水氮利用效率、减少农田水氮排放的管理模式.试验设置5个氮素水平(0、60、120、180、240 kg·hm-2,分别记为No、N1、N2、N3、N4)和3个灌水水平(滴灌,灌水定额30、22.5、15 mm,分别记为I1、I2、I3),使用裂区设计,主区为氮用量,裂区为灌水水平,共15个处理,3次重复.结果表明:氮素和水分施用对夏棉生长和产量都有明显促进作用,但氮素影响更显著,是该地区调控夏棉生长和籽棉产量的主要因素.随着施氮量和灌水量的增加,花铃期生殖器官积累量、地上部干物质积累量和籽棉产量在开始阶段都逐步增加,当施氮量超过180 kg·hm-2时,进一步增施氮肥会导致生殖器官积累量、地上部干物质积累量和籽棉产量减小.籽棉产量在N3I1处理达到最大,为4016 kg·hm-2.增加施氮量能显著提高地上部总吸氮量和茎叶含氮量,但会降低氮肥偏生产力.灌溉水利用效率和田间水分利用效率分别在N3I3和N3I1处理最大,分别为5.40和1.24 kg·m-3.随着施氮量的增加,土壤硝态氮含量明显增加,且硝态氮累积区域有下移趋势.综合考虑对地上部干物质积累、产量、水氮吸收利用及土壤硝态氮累积等的影响,N3I1处理可作为试验区夏季棉花生产的最优水氮管理方案.

试验于2013-2014和2014-2015年连续2个生长季在自动控制干旱棚内的隔离池中进行,拔节期设3个灌水梯度,灌水量分别为0(J0)、37.5(J1)、75mm(J2),扬花期设3个灌水梯度,灌水量分别为0(F0)、37.5(F1)、75 mm(F2),灌浆期所有处理均按75 mm灌溉,共9个处理,研究不同灌溉模式对小麦中后期不同生育阶段植株生长、耗水量、水分利用效率、光合特性和产量构成因素的影响.结果表明:拔节期干旱(0和37.5 mm)显著降低了小麦扬花期的净光合速率和拔节后的叶面积,扬花期的灌水量直接影响扬花期后的旗叶净光合速率;拔节期干旱扬花期补水和扬花期干旱灌浆期补水都可以有效提高植株的干物质量;拔节期灌水量越多,全生育期耗水量越大;除J1F2外,全生育期灌水量越大,耗水量越大,产量也越高;J1F2处理产量和水分利用效率最高.扬花期充足的灌水量使J1F2处理具有较高的花后旗叶净光合速率,此期补偿性灌溉加快了干物质积累,也保证了较高的穗粒数,使其最终产量高于J2F2处理或与之持平,同时J1F2拔节期较低的灌水量降低了小麦生育中后期的耗水量,其水分利用效率也显著高于其他处理.综上,J1F2是小麦生育中期理想的水分处理组合.

通过大田试验研究了灌水量分别为充分灌水的100％ (CI)、75％ (DI75)和50％(DI50)3个灌水水平和光照强度分别为自然光的100％(T100)、70％ (T70)、55％ (T55)和40％(T40)4个遮荫水平对小粒咖啡生长、产量及品质的影响,并建立了不同灌水和遮荫水平下小粒咖啡产量和品质的综合效益评价模型.结果表明:与CI相比,DI75增加小粒咖啡干豆中脂肪和绿原酸含量6.0％和10.2％,DI50显著增加咖啡因含量,而降低水分利用效率.与T100相比,T70增加干豆产量和水分利用效率27.2％和26.8％,增加干豆中总糖和绿原酸含量6.3％和5.5％.而T55和T40显著减少干豆产量、水分利用效率,以及干豆中咖啡因和绿原酸含量.与CIT100相比,DI75T70提高干豆产量和水分利用效率28.0％和44.5％,增加咖啡干豆中总糖、蛋白质、脂肪和绿原酸含量分别为12.2％、14.7％、6.6％和10.0％,而减小咖啡因含量8.3％.综合分析表明,DI75T70(灌水量为充分灌水的75％和70％的自然光照)的产量和品质的综合效益最优,可以实现小粒咖啡的优质高产和节水高效.

有机物沟埋还田与花后灌水配合对增加玉米田保水供水能力,提高玉米花后光合性能、实现节水增产有重要意义.本试验以郑单958为供试材料,设置有机物沟埋还田和花后灌水量两个因素,有机物沟埋还田包括不还田(M0)、秸秆单还田(M1)和牛粪秸秆混合还田(M2)3个还田类型,花后灌水量包括450 mm(W1)和325 mm(W2)2个水平,研究了其对玉米穗位叶光合性能、光系统Ⅱ(PSⅡ)效率和产量等的影响.结果表明:与秸秆单还田比较,牛粪秸秆混合还田有效提高了玉米花后光合能力和各器官的干物质积累量;与节水灌溉相比,正常灌溉加强了有机物还田对玉米光合能力的促进作用.牛粪秸秆混合还田与正常灌溉结合可显著提高玉米花后叶片的光合速率(Pn)、气孔导度(gs)和蒸腾速率(Tr),降低胞间CO2浓度(Ci);提高玉米花后叶片PSⅡ的最大光化学效率(φpo)和捕获的激子将电子传递到电子传递链中QA下游的电子受体的概率(Ψo);改善花后叶片光能利用率,维持花后叶片较高的光合性能;同时增加花后玉米各器官干物质的量,提高于物质总积累量和转运能力,有利于花后同化物对籽粒的分配,最终获得高产.节水灌溉降低了叶片的光合性能,造成产量的下降;但配合牛粪秸秆混合还田与不还田处理相比,水分利用效率、籽粒增长速率和增产效果均优于正常灌水.这表明牛粪秸秆混合还田与正常灌溉结合可有效提高玉米花后光合性能,增加干物质积累量,促进玉米增产;牛粪秸秆混合还田与节水灌溉结合一定程度上降低了因减少灌溉量造成的减产.

干热区小粒咖啡水光管理粗放,产量和品质得不到保证.为探明干热区小粒咖啡最佳灌水和荫蔽栽培耦合模式,通过大田试验,设3个灌水水平(充分灌水、轻度亏缺灌水和重度亏缺灌水)和4个荫蔽栽培模式(无荫蔽:单作咖啡;轻度荫蔽:4行咖啡间作1行香蕉;中度荫蔽:3行咖啡间作1行香蕉;重度荫蔽:2行咖啡间作1行香蕉),研究香蕉荫蔽栽培下亏缺灌溉对小粒咖啡生长、叶片光合特性、水光利用和产量的影响.结果表明:小粒咖啡叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(gs)、叶片水分利用效率(LWUE)、叶片表观光能利用效率(LRUE)随灌水量的增大而增大,胞间CO2浓度(Ci)随灌水量的增大而减小;与充分灌水相比,轻度亏缺灌水的干豆产量减小9.4％,重度亏缺灌水的干豆产量减小36.7％,水分利用效率(WUE)减小16.9％.Pn、Tr、gs、LWUE随荫蔽度的增大呈先增大后减小的趋势,中度荫蔽栽培的增量最大;与无荫蔽模式相比,轻度荫蔽模式干豆产量增加13.0％,WUE增加12.9％,中度荫蔽栽培模式干豆产量增加23.1％,WUE增加23.4％.干豆产量、WUE、百粒咖啡豆的体积和百粒鲜质量随灌水量和荫蔽度的增大呈不同程度增大,其中,中度荫蔽栽培下充分灌水的干豆产量和WUE增量最大.相同土层深度的土壤含水率随荫蔽度的增加而减小;在0～50 cm土层,土壤含水率随土层深度的增加先增大后减小.LRUE与光合有效辐射呈显著的负指数关系或符合Logistic曲线变化.因此,从优质高产、水光高效利用的综合效益考虑,中度荫蔽栽培下充分灌水是小粒咖啡灌水处理和香蕉荫蔽栽培模式的最佳组合.

为研究高产优质甜瓜的有机管理模式,以甜瓜为试材,采用基质盆栽方式,设3种有机营养液灌溉频次(施用8次,每次每株750 mL,F1;施用12次,每次每株500 mL,F2;施用16次,每次每株375 mL,F3)与2种单株灌水量(果实膨大前按120％日蒸腾蒸发量(ET)灌溉,之后按140％ET灌溉,W1;果实膨大前按140％ET灌溉,之后按160％ET灌溉,W2),共6个试验处理,随机区组试验设计,研究了不同处理对设施甜瓜光合特性、产量、品质及肥水利用效率的影响.结果表明:少量多次施用有机营养液可以显著提高甜瓜叶片光合速率,低灌水量显著提高果实产量和水分利用效率;高灌水量和中等有机营养液灌溉频次可使肥料利用率达到最高;少量多次有机营养液施用且相对适宜的水分供给提高了果实品质.回归分析发现,甜瓜果实维生素C含量与有机营养液灌溉频次呈指数函数y=0.214e0.18x(R2=0.851)相关.综合考虑产量、品质、水分利用效率等因素,F3W1处理可在保证产量的前提下,提高果实品质,且水分利用效率最大,可以实现设施有机甜瓜肥水高效管理.

为探明玉米秸秆还田下小麦的合理灌溉与施肥方法,于田间研究了漫灌(FI)、微喷灌(SI)、滴灌(DI)和灌水施氮模式(N1,基施纯N 157.5 kg·hm-2+拔节期施纯N 67.5kg·hm-2;N2,基施纯N 157.5 kg·hm-2+拔节期施纯N 45.0 kg·hm-2+灌浆期施N 22.5kg·hm-2)对土壤水分、硝态氮(NO3--N)含量和小麦生长发育的影响.结果表明:灌溉方法和灌水施氮模式共同影响土壤含水量和贮水量的变化.其中,灌溉方法对越冬期和返青期0～60 cm、孕穗期和灌浆期0～ 160 cm、成熟期100～160 cm土层含水量影响相对较小,对越冬期和返青期80～ 160 cm、成熟期0～ 80 cm土层含水量影响大;FI对含水量和贮水量影响最大,DI次之,SI最小;SI和DI的灌水施氮模式中灌水量多,则土层含水量高、贮水量多,变化大.NO3--N含量受灌溉方法和施氮的影响,施氮对0～20 cm土层影响大,SI生育期NO3--N含量变化大,DI越冬期至孕穗期NO3--N含量变化小,此后变化大,FI与DI相反;生育前中期灌水量对NO3--N含量影响大,后期施氮对NO3--N含量影响大;SI和DI的2种灌水施氮模式中冬前灌水量多的NO3--N含量变化大.灌溉方法中SI越冬期总茎数和单株分蘖高,成穗率高,成穗数多,产量、水分利用效率(WUE)和氮素利用效率最高,滴灌次之,漫灌最低;SI和DI中N1生育期总茎数、成穗数多,但穗粒数和千粒重低,产量、WUE和氮素利用效率低于N2.因此,玉米秸秆还田后播种小麦,微喷灌代替漫灌生育期灌4水,施足基肥,拔节期和灌浆期分次追氮,是山西南部小麦-玉米一年两熟区小麦节水高产高效栽培模式.