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.

黄淮海地区水资源紧缺以及氮肥不合理施用制约着小麦产量和水肥利用效率的协同提高.本研究采用两因素裂区设计,主区为3个灌溉水平:在小麦拔节期和开花期0～40 cm 土层土壤相对含水量均分别补灌至65％(W1)、75％(W2)和85％(W3);副区为4个施氮量:施纯氮0(N0)、150(N1)、180(N2)和210(N3)kg·hm-2,分析不同水氮运筹方式对小麦花后光合物质生产能力、籽粒产量和水氮利用效率的影响.结果表明:小麦产量随灌溉水平和施氮量的提高呈增加趋势,W2N2处理具有较高的籽粒产量,为9103.53 kg.hm-2;继续增加水氮投入对小麦产量无显著影响.在相同施氮量条件下,与W1相比,W2条件下小麦花后冠层光截获率、叶绿素相对含量和实际光化学效率分别平均提高了 4.5％～6.0％、19.7％～28.2％和7.5％～9.8％,与W3相比均无显著差异.同一灌溉水平下,N2处理花后干物质积累量较N0和N1处理分别平均增加80.1％～88.9％和16.7％～22.2％,与N3处理间无显著差异.小麦灌溉水利用效率和氮肥偏生产力均表现为随灌溉水平和施氮量的增加而降低,W1、W2和W3处理下小麦灌溉水利用效率分别为16.23、11.01和7.91 kg·hm-2·m-3,N1、N2和N3处理下氮肥偏生产力分别为50.8％、48.4％和42.5％.综上,在测墒补灌条件下,综合考虑小麦产量和水氮利用效率,小麦拔节期和开花期0～40 cm 土层土壤相对含水量均补灌至75％协同施氮180 kg·hm-2(W2N2)是该地区小麦节水节肥、高产高效的最优水氮运筹方式.

[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.

[目的]山栏稻的栽培方式单一,传统刀耕火种的种植手段破坏环境,水作是山栏稻栽培的新模式.研究山栏稻在大田水作环境下根际微生物的变化情况.[方法]设置正常灌溉和干旱管理的山栏稻栽培处理,分别对山栏稻根际土壤细菌群落进行 16S rRNA基因扩增序列测定,测序数据结合土壤理化性质进行综合分析.[结果]栽培方式的改变明显影响了根际细菌群落的组成.正常灌溉处理的Nitrosprota和Proteobacteria相对丰度低于干旱管理,Firmicutes的相对丰度高于干旱管理.相对丰度前 10的细菌门群落与土壤理化性质具有相关性.相关性网络分析显示,正常灌溉处理中更多的细菌群落具有相互作用,正常灌溉处理拥有更复杂的细菌网络.[结论]不同水分管理栽培方式的山栏稻根际细菌群落组成发生显著变化,Nitrospirota、Proteobacteria细菌类群可能通过促进水稻根部吸收氮素来增强山栏稻抗逆性.正常灌溉处理中更多细菌群落相互作用,增强了生态系统的稳定性.

了解根系吸水模式对缺水地区发展高效的灌溉管理措施至关重要.大多数估算根系吸水的模型或传统方法都需要对根系形态有详细的了解,而这很难在原位条件下获得.本研究借助Insentek水分监测仪来估算地下滴灌条件下冬小麦-夏玉米的根系吸水特征.试验于2018-2019年在防雨棚下测坑内进行,地下滴灌灌溉量分别为作物蒸发蒸散量(ETc)的0.4、0.8、1.0和1.2倍,记为0.4ETc、0.8ETc、1.0ETc和1.2ETc,并设置地面灌溉处理为对照(CK).结果表明:土壤上层(20～50cm)和下层(60～100 cm)根系对水分的吸收存在互补效应;除0.4ETc外,灌溉后,下层土壤根系吸水速率降低;在各灌溉周期的后期,当上层根系吸水速率降低时,下层根系吸水速率表现为增强趋势;与CK处理相比,1.0ETc处理的根系吸水速率波动幅度较小,其冬小麦和夏玉米产量分别增加7.4％和15.3％;与1.0ETc处理相比,0.8ETc处理主要降低了冬小麦灌浆前期和夏玉米灌浆后期的测定间隔累计根系吸水量,最终,0.8ETc处理冬小麦的产量增加12.7％,而夏玉米产量没有显著降低;与1.0ETc处理相比,0.8ETc处理的水分利用效率显著增加.综上,地下滴灌适度亏缺灌溉(0.8ETc)能增强深层土壤根系吸水能力,提高冬小麦的产量及冬小麦-夏玉米水分利用效率,是一种有效的高产节水灌溉策略.

全球气候变化和人口激增背景下,灌溉和施肥成为保证粮食产量的重要途径,同时也深刻改变着陆地生态系统水循环、能量流动和物质循环过程.在陆面过程模型(LSM)中耦合灌溉和施肥方案对清晰把握陆-气相互作用、保障全球粮食安全有重要意义.本文分别回顾了灌溉和施肥(氮肥)在LSM参数化过程中的3个关键参量(方式、用量和时间)的表达方法,指出了当前受到灌溉和施肥关键参量高时空分辨率数据匮乏的影响,LSM中的灌溉和施肥方案与实际农业生产方式有所偏离,难以充分反映灌溉和施肥对粮食产量、生态环境和局部气候的影响.最后,提出了 LSM中灌溉和施肥方案的未来优化方向:1)考虑作物间的水分需求差异,对灌溉阈值进行差异化设置,正确评估不同作物的水资源消耗总量和强度;2)充分利用施肥灌溉的地面观测记录和日益丰富的区域格网数据,发展更加贴合实际农业操作的参数化方案,准确揭示灌溉和施肥的经济、生态和气候等效应;3)综合作物类型、物候阶段、土壤基础肥力等因素,发展施肥诊断方案作为模型的补充方案,提升模型在氮肥数据匮乏地区的应用性和模拟准确性.

为优化北方晚熟冬麦区冬小麦节水灌溉方式,于2018-2020年连续2年进行田间试验,第一年设置全生育期不灌水(CK)、越冬期1水(W)、拔节期1水(J)、孕穗期1水(B)、越冬期+拔节期2水(WJ)、越冬期+孕穗期2水(WB)、拔节期+孕穗期2水(JB)以及生产上采用的越冬期+拔节期+孕穗期3水(WJB)共8个处理;在第一年试验结果基础上,第二年设置CK、W、B和WB共4个处理,调查了不同灌水处理对冬小麦群体、花后干物质和籽粒淀粉积累的影响.结果表明:灌越冬水W更有利于提高冬小麦群体总茎数;与CK相比,灌水处理(B除外)显著提高花前及花后干物质积累量;早期灌水(如W)有利提高花前贮藏同化物向籽粒转运量,而后期灌水(如B)有利提高花后积累同化物向籽粒分配量;花前贮藏同化物与花后积累同化物对籽粒贡献率因夏闲期降水而异;随灌水次数及灌水总量增加,花后同化物对籽粒贡献率增大.成熟期不同器官干物质含量和比例表现为籽粒(约50％)＞茎鞘+叶片(约33％)＞颖壳+穗轴(约17％);灌水提高了籽粒淀粉及其组分含量,而降低了直链淀粉与支链淀粉比值.灌越冬水W或孕穗水B处理的籽粒总淀粉及其组分含量较高,而直/支比值较低.增加灌水次数及灌水总量,籽粒总淀粉及其组分含量均先增加后降低,而直/支比值降低.籽粒总淀粉和支链淀粉含量表现为JB＞WJB＞WB＞WJ＞W＞B＞J＞CK,灌2水和灌3水处理间差异不显著.综合考虑冬小麦群体发育、花后干物质和籽粒淀粉积累以及节水等因素,本试验条件下以WB处理更好.本研究结果可为该区冬小麦节水稳产提供科学依据.

以超级杂交晚稻品种‘五丰优T025’为材料,设置日排夜灌,灌溉水深4～5 cm(H1);日排夜灌,灌溉水深8～10 cm(H2);深水灌溉,保持水深8～10cm(H3)等3个处理,以稻田湿润处理水层0～1 cm为对照,研究了抽穗扬花期遭遇低温条件下不同灌水方式和水层深度对双季晚稻生理特性及产量的影响.结果表明:低温期间,不同灌水处理叶片、土层和冠层温度较对照均有所提高,其中H2处理增温效果最好.低温胁迫下各处理稻株叶片叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、叶片气孔导度和胞间CO2浓度均逐渐降低,其中H2处理降低幅度最小;H2处理叶片丙二醛、游离脯氨酸含量上升幅度最小,可溶性蛋白含量高于其余处理,超氧化物歧化酶和过氧化物酶增幅最小,过氧化氢酶下降幅度最小.灌水保温均可达到增产效果,以H2处理效果最佳,遭遇低温的2014年和2015年第二播期H2处理分别比对照增产12.9％和13.5％;从产量结构上看,各处理较对照在单株有效穗数、穗长、结实率、千粒重上均有一定的改善,日排夜灌8～10 cm水深处理是增强双季杂交晚稻抽穗扬花期低温抵御能力较为实用的农艺措施.

以‘津优3号’黄瓜(Cucumis sativus)为研究对象,采用完全随机区组设计,研究了交替滴灌、分根滴灌和对照3种滴灌方式对日光温室黄瓜光合作用及抗氧化酶活性的影响,结果表明:(1)交替滴灌可以显著降低黄瓜的株高和叶面积,显著提高黄瓜根系的活力,但黄瓜产量并未显著降低.(2)与对照相比,虽然交替滴灌下黄瓜叶片的叶绿素含量显著下降,但叶绿素a/b值没有差异,交替滴灌黄瓜叶片的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间C02浓度(Ci)和蒸腾速率(Tr)均显著低于对照,但显著高于分根滴灌;与对照相比,交替滴灌和分根滴灌下黄瓜叶片中光系统Ⅱ (PSII)非光化学淬灭(NPQ)上升显著.(3)交替滴灌显著提高黄瓜叶片的可溶性蛋白含量,丙二醛(MDA)含量显著低于分根滴灌,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性显著高于对照.综上诉述,交替滴灌能有效抑制黄瓜植株冗余生长,提高黄瓜根系活力,降低蒸腾耗水.交替滴灌通过提高黄瓜叶片可溶性蛋白含量和抗氧化酶活性、降低MDA含量来减轻膜脂过氧化作用,是其节水耐旱的重要机理之一.交替滴灌可作为日光温室黄瓜节水高效栽培的灌溉模式.

为研究香蕉—粮肥兼用绿豆间作模式(简称蕉肥间作)下微喷灌对蕉园土壤水氮动态及香蕉产量的影响,试验设置4种不同灌溉定额处理:MSI2(900 m3·hm-2)、MSI3(1 350 m3·hm-2)、MSI4(1 800 m3· hm-2)、MSI5(2 250 m3·hm-2),以不灌溉和清耕栽培为对照.结果表明:蕉肥间作下绿豆生长期间各灌溉处理土壤棵间蒸发量均呈不同程度的下降,香蕉清耕栽培MSI0土壤棵间蒸发量呈上升趋势.随着灌水量的增加,香蕉棵间蒸发量逐渐增高,MSI5 棵间累积蒸发量最高达 385.6 mm,分别比 MSI2、 MSI3、 MSI4 高12.2%、7.6%、4.9%,导致灌溉水利用效率降低.微喷灌处理提高表层土壤含水量,MSI2、 MSI3、 MSI4 和MSI5处理0～30 cm土层含水量显著高于MSI0和 MSI1,在30 cm以下,土壤含水量开始递减.微喷灌还可改善土壤耕层结构,提高土壤有效氮含量.以MSI2处理土壤三相比(2∶1∶1)较为理想,MSI3处理表土层有效氮含量最高.MSI4处理产量高达48 218 kg·hm-2,MSI3处理蕉果含糖量高达25.67%.因此,蕉肥间作下通过微喷灌方式,适量灌溉有利于提高香蕉产量和改善品质.