膜下滴灌条件下盐碱地根—水—盐耦合机理研究

论文摘要

试验于2005～2006年在甘肃农业大学农业生态工程试验站进行,玉米和番茄作为供试作物,通过管栽和大田试验,研究了在膜下滴灌条件下不同灌溉定额[玉米:高灌溉（4875 m3.hm-2）、中等灌溉（4275 m3.hm-2）、低灌溉（3750 m3.hm-2）;番茄:高灌溉（5426 m3.hm-2）、中等灌溉（4419 m3.hm-2）、低灌溉（3700 m3.hm-2）]和不同施盐水平[玉米:高盐（0.998%）、中盐（0.978%）、低盐（0.958%）;番茄土壤含盐量为0.958%]对地上和地下部分生长发育的影响,水盐运移的基本规律以及水盐运移对作物冠层发育和根系分布等影响,主要结论如下:1.覆膜滴灌可以减少蒸发,抑制盐分上移,同时对根系形成了一个良好的水盐环境。滴灌水对表层土壤具有洗盐作用,在根系主要分布区（0-40cm）形成淡化脱盐区。2.土壤水分分布主要受滴灌量、蒸散、根系吸水等作用的影响。覆膜抑制了地表土壤水分蒸发,同时作物根系生长发育状况和分布规律主要受土壤水分和肥力状况的影响,特别是深层根系。3.当施盐量相同,不同灌溉处理下,在玉米苗期,土壤水分峰值（19.76%）出现在60-100cm土层;在玉米拔节期,土壤水分峰值（11.42%）出现在40-60 cm土层。当灌溉量相同,不同施盐处理下,在玉米各生育期,土壤水分峰值（19.36%）出现在40-60cm土层。结合玉米产量结果,在土壤含盐量0.998%以下的盐碱地均可进行玉米生产,在该试验条件下,灌溉量（4275 m3.hm-2）为玉米生产的适宜灌溉量。4.当施盐量相同,不同灌溉处理下,在番茄各生育期,高灌溉土壤水分峰值（20.47%）、中灌溉土壤水分峰值（21.29%）与低灌溉土壤水分峰值（21.07%）分别出现在60-100cm、40-60cm与60-100cm土层;在番茄苗期,土壤水分峰值（21.06%）出现在60-100cm土层;在开花坐果期,土壤水分峰值（24.04%）出现在20-40cm土层;在水平方向,土壤含水量随距滴头距离的增大而减小,在距滴头55 cm处达到最小值（9.58%）。结合番茄产量结果,在土壤含盐量0.958%以下的盐碱地均可进行番茄生产,在该试验条件下,灌溉量（4419 m3.hm-2）为番茄生产的适宜灌溉量。5.在同一盐基水平、不同灌溉量下,Cl-、SO42-、Na+随灌溉量的增大向土壤深层淋溶越深。在玉米苗期,Cl-峰值（0.386 g/kg）主要出现在60-100cm土层,SO42-峰值（1.332g/kg）主要出现在40-60cm土层;在玉米拔节期,Cl-和SO42-峰值主要出现在40-60cm土层;在玉米各生育时期,Na+峰值（4.21 g/kg）主要出现在20-40cm土层。当灌溉量相同,施盐量不同时,在玉米苗期,Cl-峰值（0.389 g/kg）、SO42-峰值（0.517 g/kg）和Na+峰值（1.766 g/kg）均主要出现在60-100cm土层;在玉米拔节期,Cl-峰值（0.863 g/kg）、SO42-峰值（0.833 g/kg）和Na+峰值（1.766 g/kg）均主要出现在40-60cm土层。中等灌溉处理盐淋溶深度大于高灌溉处理和低灌溉处理,且获得较高的产量,由于玉米根系主要分布在0-40cm土层,中等灌溉处理盐离子主要分布在40cm以下土层,减轻了盐分对玉米根系的毒害作用,导致玉米产量提高。6.在同一盐基水平、不同灌溉量下, Cl-峰值（0.199 g/kg）主要出现在40-60cm土层,SO42-峰值（1.22g/kg）和Ca2+（0.96g/kg）峰值主要出现在60-100cm土层。在番茄苗期,Cl-、SO42-、Ca2+在60cm左右土层的含量最高;在番茄开花坐果期,Cl-、SO42-峰值主要出现在40-60cm土层。中等灌溉处理减轻了盐分对番茄根系的毒害作用,导致番茄的产量提高。7.研究发现,玉米和番茄的根系随土壤深度的增加而减少,高灌溉处理的作物根系分布土层较低灌溉浅。约有85%玉米根干重分布在0-60cm土层,根长和根干重在玉米抽雄期达到最大值;约有75%番茄根干重分布在0-20cm土层,番茄根长和根干重在结果初期达到最大值。玉米和番茄根系消弱系数也说明了这种分布特征。8.玉米与番茄地上生物量呈“S”曲线生长,它们地上生物量与生长时期呈三次曲线变化。番茄果实产量呈“单峰型”曲线生长,番茄果实产量与生长时期呈三次曲线变化。9.在西北半干旱地区膜下滴灌是首选的灌溉方式。膜下滴灌作物的水分效率大于常规沟灌,高灌溉处理、中等灌溉处理与低灌溉处理的水分效率比常规沟灌分别提高了69.34%、141.27%与144.81%。通过膜下滴灌与常规沟灌的经济评价,结果表明,膜下滴灌的各项评价指标均高于常规沟灌。中等灌溉处理（4419 m3.hm-2）的各项评价指标均高于高灌溉处理和低灌溉处理。因此,在番茄生产中,当盐碱地土壤含盐量为0.958%以下,选用膜下滴灌中等灌溉量可以获得较高产量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一章 国内外研究现状
• 1.1 膜下滴灌技术介绍
• 1.2 盐碱地膜下滴灌技术研究应用现状
• 1.2.1 盐碱地改良利用研究现状
• 1.2.2 盐碱地盐分积累特征研究现状
• 1.2.3 膜下滴灌技术应用现状
• 1.2.4 盐碱地膜下滴灌水盐运移特征研究
• 1.2.5 盐碱地膜下滴灌作物增产机理研究
• 1.3 作物根-水-盐分布规律研究
• 1.3.1 根系分布与土壤水分的关系
• 1.3.2 根系分布与土壤盐分的关系
• 1.3.3 根系分布特征研究
• 1.4 膜下滴灌存在的主要问题与展望
• 第二章 研究内容与试验设计
• 2.1 研究目的
• 2.2 研究思路与方法
• 2.3 主要研究内容
• 2.3.1 膜下滴灌特殊生境水盐运移特征研究
• 2.3.2 盐碱地膜下滴灌水盐运移与作物根系分布的研究
• 2.3.3 膜下滴灌最佳灌溉定额研究
• 2.4 拟解决的关键问题
• 2.4.1 特殊生境水盐运移特征
• 2.4.2 膜下滴灌量与作物根系分布的关系
• 2.4.3 盐碱地膜下滴灌作物根系分布特征
• 2.5 试验材料及方法
• 2.5.1 试验区概况
• 2.5.2 试验设计
• 2.5.2.1 膜下滴灌管栽玉米试验设计
• 2.5.2.2 大田膜下滴灌番茄试验设计
• 2.6 测定项目与取样方法
• 2.6.1 膜下滴灌管栽玉米的取样方法
• 2.6.2 膜下滴灌玉米测定项目
• 2.6.3 大田膜下滴灌番茄取样方法
• 2.6.4 大田膜下滴灌番茄测定项目
• 2.7 测定方法
• 2.7.1 生育期
• 2.7.2 作物地上部分生物量积累及叶面积（玉米）、株高、产量
• 2.7.3 作物地下部分根长、根干重
• 2.7.4 土壤水分、pH 值、全盐量及各种盐离子
• 2.7.5 数据分析处理
• 第三章 不同含盐基质膜下滴灌玉米水盐运移特征
• 3.1 膜下滴灌玉米土壤水分分布特征
• 3.1.1 不同灌溉定额、不同含盐基质膜下滴灌玉米水分分布特征
• 3.1.2 相同灌溉定额、不同含盐基质膜下滴灌玉米水分分布特征
• 3.2 膜下滴灌玉米土壤盐分离子分布特征
• 3.2.1 不同灌溉定额、不同含盐基质膜下滴灌玉米土壤盐分离子分布特征
• -含量的影响'>3.2.1.1 对土壤中Cl^-含量的影响
• 4^2-含量的影响'>3.2.1.2 对土壤中SO₄^2-含量的影响
• +含量的影响'>3.2.1.3 对土壤中Na⁺含量的影响
• 3.2.2 相同灌溉定额、不同含盐基质膜下滴灌玉米土壤盐离子分布特征
• -1含量的影响'>3.2.2.1 对土壤CI^-1含量的影响
• 4^2-含量的影响'>3.2.2.2 对土壤 SO₄^2-含量的影响
• +含量的影响'>3.2.2.3 对土壤 Na⁺含量的影响
• 3.3 小结与讨论
• 第四章 不同盐基条件下膜下滴灌对玉米根系分布与冠层发育的影响
• 4.1 膜下滴灌对玉米根系生长的影响
• 4.1.1 不同灌溉定额膜下滴灌玉米根系分布特征
• 4.1.2 相同灌溉定额膜下滴灌玉米根系分布特征
• 4.2 膜下滴灌对玉米冠层发育的影响
• 4.2.1 不同灌溉定额对膜下滴灌玉米冠层发育的影响
• 4.2.2 相同灌溉定额对膜下滴灌玉米冠层发育的影响
• 4.3 膜下滴灌对玉米根冠比的影响
• 4.3.1 不同灌溉定额、不同生育时期膜下滴灌对玉米根冠比的影响
• 4.3.2 相同灌溉定额、不同生育时期膜下滴灌对玉米根冠比的影响
• 4.4 膜下滴灌玉米根系垂直分布模型
• 4.4.1 相同盐基、不同灌溉定额膜下滴灌玉米根系垂直分布模型
• 4.4.2 相同灌溉定额、不同盐基膜下滴灌玉米根系垂直分布模型
• 4.5 膜下滴灌对玉米产量的影响及产量回归模型
• 4.5.1 不同灌溉定额、不同盐基膜下滴灌对玉米产量的影响和回归模型
• 4.5.2 相同灌溉定额不同盐基对膜下滴灌玉米产量的影响和回归模型
• 4.6 膜下滴灌对玉米生长及生物量积累的影响和动态模型
• 4.6.1 不同灌溉定额对玉米生长及生物量积累的影响和动态模拟
• 4.6.2 不同盐基条件对玉米生长及生物量积累的影响和动态模拟
• 4.7 小结与讨论
• 第五章 盐碱地膜下滴灌番茄土壤水盐运移与分布特征
• 5.1 膜下滴灌番茄土壤水分分布特征
• 5.2 膜下滴灌番茄土壤盐分离子分布特征
• -含量的影响'>5.2.1 不同灌溉定额对土壤中 Cl^-含量的影响
• 4^2-的影响'>5.2.2 不同灌溉定额对土壤中 SO₄^2-的影响
• 2+的影响'>5.2.3 不同灌溉定额对土壤中Ca²⁺的影响
• 5.3 小结与讨论
• 第六章 盐碱地膜下滴灌对番茄生长发育的调控
• 6.1 膜下滴灌对番茄根系发育的调控
• 6.1.1 膜下滴灌对番茄根系生长与分布的影响
• 6.1.2 膜下滴灌番茄根干重动态模型
• 6.1.3 不同灌溉定额膜下滴灌番茄根系垂直分布模型
• 6.2 膜下滴灌对番茄地上器官生长发育的调控
• 6.2.1 膜下滴灌对番茄地上器官干重动态的影响
• 6.2.2 膜下滴灌番茄地上生物量动态模型
• 6.3 不同灌溉定额膜下滴灌对番茄产量的调控
• 6.3.1 不同灌溉定额膜下滴灌番茄产量的差异
• 6.3.2 膜下滴灌番茄产量动态模型
• 6.4 不同灌溉定额膜下滴灌番茄根冠比及产量回归预测模型
• 6.5 小结与讨论
• 第七章 膜下滴灌生产番茄的效益分析与评价
• 7.1 滴灌系统的组成与投资费用的分摊原则
• 7.2 经济效益分析与评价
• 7.3 小结与讨论
• 第八章 主要结论与存在的问题
• 8.1 主要结论
• 8.2 存在的问题
• 8.3 应用前景展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 导师简介