控制性交替灌溉对玉米根系层水分再分布与产量的影响

2 结果分析
2. 1 不同灌水量水平下灌水沟剖面的土壤水分动态 选取拔节期的一次灌水之后的土壤剖面水分数据 ,
分析了灌水后 20 d内的灌水沟的土壤水分动态过程 , 如图 2所示。为了减小用 T DR观测含水率带来的误差 , 用土钻法对其标定 ,结果如表 1,表明相关显著。
从 图 2可以看出 ,在灌后 20 d内 ,灌水沟中的土壤
李彩霞 ,陈晓飞 ,王铁良 ,等 .控制性交替灌溉对玉米根系层水分 再分布与产量的影响 [ J].农业工程学报 , 2007, 23( 11): 596 4. Li Caixia, Chen Xiaofei, W ang Tielia ng , et al. Effects o f co nt ro lled a lternativ e irriga tio n on w ater r edistributio n of ro o t zone and yield o f mai ze [ J]. T ransac tio ns of th e CSA E, 2007, 23( 11): 59- 64. (in Chinese w ith Eng lish abstr act)
面含水率曲线变化都很大 ,而交替灌区的各个时段剖面 含水率曲线变化相对小 ,特别是在 60～ 80 cm土层。 因 此 , 采用交替灌溉方式有助于减少土壤水分的深层渗 漏 ,提高作物的水分利用效率。 2. 2 表层 10 cm剖面的土壤水分和盐分动态
选取拔节期 ( 7月 8日 )灌水后的含水率实测数据 , 分析表层 ( 10 cm )土壤水分和盐分在 20 d 的动态变化 情况如图 3所示。
收稿日期: 2006-07-07 修订日期: 2007-07-02 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 ( 40272102) 作者简介: 李彩霞 ( 1978- ) ,女 ,内 蒙古通辽人 ,博士 研究生 ,研究方 向为水土环境与生态工程。 新乡市建设路 173号 中国农科院农田 灌溉所 , 453003。 Email: gylcx 0944@ si na. com ※通讯作者: 陈晓飞 ( 1964- ) , 女 , 黑龙江省绥化市 人 , 教授 ,博士生 导师 ,从事灌溉排水的理 论与技术和土壤冻融机 理的研究。 沈阳市 东 陵 区 沈阳 农 业大 学 水利 学 院 , 110161。 Email: ch enxi ao20302 @ vi p. 163. com
0 引 言
随着 交替灌 溉技 术的节 水调 控思 路 [ 1] 和理论 机 理 [2- 4 ]的提出 ,初步证明控制性交替灌水是一种高效而 可行的节水技术 [5, 6 ]。控制性交替灌溉的理论依据是: 由 充分供水过渡到亏缺状况的过程中蒸腾作用下降很快 而光合作用下降缓慢 ; 局部干燥区域的根系产生一种根 信号 (脱落酸 , A BA) [7- 9 ] ,能改变气孔开度和调节水分 消耗 ; 控制性交替灌溉可以改善土壤的通透状况 ,提高 根系的传导和吸收能力 [ 10]。 干湿交替灌溉使作物在干 旱 - 复水后表现出补偿效应 ,玉米的叶片渗透调节能力 增强 ,而气孔导度在复水后具有后效性 ,蒸腾耗水量下 降 [10 ] ,盆栽和大田玉米的交替灌溉试验研究发现 ,采用 控制性交替灌溉 ,可以达到以不牺牲作物光合产物积 累 ,减少棵间蒸发和作物蒸腾耗水 ,达到节水的目的 [2 ]。 控制性交替灌溉技术在西北地区进行了大量室内外试 验 [2, 5, 6, 10 ] ,为了探明控制性交替灌溉方式的适宜情况 , 在沈阳潮棕壤土地区实施了蒸渗仪测坑试验 ,通过对玉 米生长状况的研究 ,表明控制性交替灌溉有助于玉米生 长 发育和 提高 产 量 ,发 挥了 干 旱 - 复水 后的 补偿 效
( 1.中国 农业科学院农田灌溉研究所 ,新乡 453003; 2.沈阳农业大学水利学院 ,沈阳 110161; 3.北京碧圣联合水务有限公司 ,北 京 102488)
摘 要: 以玉米为试验材料 ,在蒸渗仪测坑中 ,对控制性交替灌溉水分再分布规律和产量进行了研究。 结果表明 ,跟均匀灌 溉相比 ,交替灌水方式有助于减少土壤水分的深层渗漏和蒸 发 ,水分利用 效率明显提高 ;因灌水量小 ,降低了盐害。 与 均匀 灌溉相比 ,交替灌溉在适宜的灌水量水平下 ,产量构成 因素显示出优势性 ,产量增加显著 ,说明交替 灌溉在沈阳地区是 一种 经济可行的灌溉方式。 关键词: 控制性交替灌溉 ; 水分再分布 ; 产量 ; 玉米 中图分类号: S152. 7; S5 /59-071 文献标识码: A 文章编号: 1002-6819( 2007) 11-0059-06
第 23卷 第 11期 2007年 11月
农业 工程学报 T ra nsactio ns o f the CS AE
V o l. 23 N o. 11
N ov . 2007
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控制性交替灌溉对玉米根系层水分再分布与产量的影响
李彩霞 1 , 陈晓飞 2※ , 王铁良2 , 杨国范2 , 郑淑红3 , 王明霞 2
表 1 土壤体积含水率的标定结果 Table 1 Calibra tion r esult o f soil moisture content
土层深度 / cm
回归关系式
R2
0
θ= 1. 0744θT DR - 0. 0425
0. 8465
20
θ= 0. 5308θT DR + 13. 482
0. 7682
应 [11 ] ,本文研究不同灌水量水平对玉米根系层水分再 分布、水分利用效率及产量的影响 ,为该技术在沈阳地 区示范应用提供基础资料。
1 材料与方 法
1. 1 试验设计 试验于 2005年 5月 18日至 9月 28日在沈阳农业大
学水利学院试验场进行 [1 1] ,该场位于东经 123°27′,北纬 41°44′,海拔 44. 7 m。土质为潮棕壤土 ,土壤剖面平均容 重为 1. 38 g /cm3, 土 层的 田间 持水 率为 0. 33～ 0. 41 cm3 /cm3。试验在有底蒸渗仪 (长×宽×高 = 1. 2 m× 1. 0 m× 1 m )测坑中进行 ,采用垄植沟灌的方法 ,梯形沟 断面 ,测坑尺度情况如图 1所示。 作物种植方式参照当 地习惯 ,行距 60 cm ,株距 40 cm ,每个测坑内种植 4株玉 米 ,品种为沈玉 17。 试验设计 3个处理 3个重复 ,共 9个 小区。 2种灌水方式为: 均匀灌溉 (处理 1: EFI)、交替灌 溉 (处理 2: C AI1和处理 3: CAI2)。灌水量随根系层深度 不断加深而增大 ,均匀灌溉的每次灌水量为: 拔节期以 前 300 m3 /hm2、拔节 - 抽雄期 450 m3 /hm2 ,抽雄期以后 500 m3 /hm2; 交替灌溉分两个灌 水量处理 , CA I1的每 次灌水 量分别 为 EFI的 1 /2,即: 拔节期以 前 150 m3 / hm2、拔节 - 抽雄期为 225 m3 /hm2 ,抽雄期以后为 250 m3 /hm2 , CA I2的每次灌水量分别为 EF I的 2 / 3,即: 拔 节期以前 200 m3 /hm2、拔节 - 抽雄期为 300 m3 /hm2 ,抽 雄期以后为 330 m3 /hm2。 当垄所在根系层平均含水率 达到下限时开始灌水 ,水分控制下限为田间持水率的 67% 。 试验除了不接受自然降雨外 ,其他气候条件跟大 田玉米一样 ,比盆栽更接近于大田状况。
水分变化是一个运移再分布的过程。 灌后 1d剖面上的 土壤含水率最高点不同: 交替灌区发生在地表 0 cm 处 ; 均匀灌区发生在剖面 60 cm 处。原因是交替灌区受灌水 后土壤水分侧渗的影响 ,使得灌溉水向以灌水沟为中心 的干燥区域扩散运移 ; 而均匀灌区的相邻两沟均灌水 , 侧渗的湿润锋在垄剖面处汇集 ,水分很快从高水势流向 下层低水势处。灌后 1 d土壤水分的入渗湿润锋面到达 深度不同: 图 1a、 c发生在 60 cm 剖面处 ;图 1b发生在 40 cm 剖面处 ,是交替灌区 CAI1的单沟灌水量小的缘故。 灌后 8 d, 80 cm处成为最大含水土层。受蒸发和作物吸 水的影响 ,灌后 14 d、 20 d剖面土壤含水率逐渐减小 ,到 灌 后 20 d,均匀灌区剖面平均含水率为 26. 4% ,而交替 灌区剖面含水率达到灌水下限。
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农业工程学报
20 07 年
图 1 蒸渗仪测坑的剖面图和平面图 Fig . 1 Sectio na l and plane plo t of lysime ters
1. 2 测试项目 土壤含水率 (θ) 采用时域反射仪 ( T DR)测定。对于
均匀灌溉 , T DR管埋在灌水沟和垄的轴线上 ; 交替灌溉 T DR管埋在灌水沟、垄和非灌水沟的轴线上。剖面上土 壤含水率的测定深度为 80 cm ,每 20 cm 为一层 ,分 5层 测定。地表含水率采用长度为 10 cm的 TDR探针测定。 土壤蒸发 ( E ) 用微型蒸渗仪观测 ,微型蒸渗仪分内、外 两个套筒 ,套筒材料为 1 m m 厚镀锌铁皮 ,内筒内径分 为 10 cm 和 8 cm 两种 ,相应的外筒内径为 12 cm 和 10 cm,前者置于沟中 ,后者置于垄上。 每天 16∶ 00称重换 土。 蒸腾速率采用水量平衡法和土壤蒸发值间接计算 , 条件所限 ,光合速率没有观测。 考种时 ,各处理单收测 产。
图 3 上层剖面 ( Z = 10 cm)土壤水分和盐分动态 Fig . 3 Soil w ate r and salinity dy na mics of upper soil layer ( Z = 10 cm )
从图 3可以看出 ,灌后 1 d( 7月 9日 )表层含水率达 到最大 ,由于植物根系的吸水、蒸发及水分在土壤剖面 上的再分布 ,含水率达到最大后又逐渐下降到相对稳定 状态。对于均匀灌区 ,沟垄含水率曲线变化较一致 ,由于 垄的土壤通透状况好些 ,使得垄的含水率略低于沟。 对 于交替灌区 ,灌水后 ,水分向水势低的干燥区域运动 ,灌 后 1 d,非灌水沟达到最大含水率时间迟于垄 ,垄达到最 大含水率的时间迟于灌水沟。从沟垄的对应峰值含水率 大小来看 ,均匀灌区 EFI> 交替灌区 C AI2> 交替灌区 CAI1。b、 c两图比较 ,由于垄的土壤通透状况相对好 ,所 以垄的最大含水率达到最大后降低很快 ,垄和非灌水沟 的平衡 含水率 大小不 同: C AI1在 25% 左 右 , C AI2在 29% 左右 ; C AI2的灌水沟 - 非灌水沟的含水率平衡速 度更快些 ,原因是交替灌区 CAI1的单沟灌水量小 ,侧渗 速度受到影响 ,而交替灌区 CAI2的单沟灌水量比其他
40
θ= 0. 6519θT DR + 10. 454
0. 7594
60
பைடு நூலகம்
θ= 0. 8889θT DR + 3. 1246
0. 7456
80
θ= 0. 7002θT DR + 9. 4959
0. 7526
注: θ为土钻法测得的土壤含水率 ; θTDR 为 TD R观测的土壤含水率。
图 2 3种灌水量水平下的土 壤水分在剖面上的分布情况 Fig. 2 Soil wa ter distributio n o f three irr ga tio n lev els
第 11期
李彩霞等: 控制性交替 灌溉对玉米根系层水分再分布与产量的影响
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从 3个灌水量水平的剖面 ( 0～ 80 cm )平均含水率 的变化情况看 ,均匀灌区从灌后 1 d的平均 38. 09% 到 20 d的平均 26. 4% ; 交替灌区 CAI2从灌后 1 d的平均 32. 90% 到 20 d的平均 24. 07% ; 交替灌区 CAI1从灌后 1 d 的平均 31. 09% 到 20 d的平均 23. 84% 。可见 ,均匀灌区 在灌后的 20 d里 ,根系层深度内一直保持着较高水分 , 特别是在灌后 14 d内 ,如果蒸渗仪无底 ,维持多天的高 水分会向下层渗漏损失掉。均匀灌区的每个时间段的剖