陕西省西坡村农果复合生态经济系统能量流特征

以陕西省淳化县西坡村农果复合系统为例,对比分析了2008和2010年农业、果业、畜牧业、人类子系统的能流路径、能流投入、产出结构和能量循环指数.结果表明： 2008-2010年间,研究区农果复合系统总投入下降了1.6%,总产出却增长了56.7%,产投比增加了594%.各子系统(农业子系统、果业子系统、畜牧业子系统和人类子系统)的能量产投比分别增长了36.6%、21.0%、10.0%和3.8%;西坡村仍需坚持“稳定农业、发展畜牧业和强化果业”的发展方针,以促进农果复合系统的发展和优化升级.     

干旱区膜下滴灌条件下土壤深层水对棉花根系生长、分布及产量的影响

在土柱栽培条件下研究膜下滴灌土壤深层水对棉花根系生长的影响及与植株地上部生长的关系,设置土壤(60～120 cm)有深层水和无深层水2个处理,每处理设2个生育期间灌溉处理,分别为田间持水量70%和55%.结果表明：棉花总根质量密度、40～120 cm土层根长密度、根系活力等与地上部干质量间均具有显著的相关关系.生育期间耕层70%田间持水量条件下,土壤有深层水处理的总根质量密度与无深层水处理无明显差异,但40～120 cm土层的根长密度增加,根系活力增强,提高了土壤贮备水消耗量,增加了地上部干质量,最终获得较高的经济产量及水分利用效率.土壤有深层水条件下,生育期间耕层55%田间持水量处理的根冠比较大,40～120 cm土层根长密度和80～120 cm土层根系活力相对较高,土壤贮备水消耗量大幅提高,但仍无法弥补生育期间水分亏缺对根系及地上部生物量造成的负面影响,导致经济产量显著低于70%田间持水量处理.综上,充足的土壤深层水配合生育期间耕层65%～75%田间持水量,可促进棉花根系向下生长,有利于实现膜下滴灌棉花节水高产高效生产.     

水氮运筹对膜下滴灌棉花光合特性及产量形成的影响

以不同基因型棉花品种为材料,在土柱栽培条件下研究膜下滴灌条件下水氮运筹方式对新疆棉花光合性能和产量构成的影响.结果表明:播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌,并配合氮肥基施20％+追施80％的水氮运筹方式(W4N2)下,盛花期叶片叶绿素含量、气孔导度(gs)、净光合速率(Pn)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)和光化学猝灭系数(qP)均显著低于全生育期常规滴灌处理,非光化学猝灭系数(NPQ)增加,地上部干物质累积量受到限制;盛铃期至吐絮期叶绿素含量、gs、Pn、ΦPSⅡ、qP均随水氮供应量的提高而增大,地上部干物质产生超补偿积累,且有利于光合产物向棉铃的运转与分配.在氮肥基施20％+追施80％的施氮方式下,新陆早13号以播前灌溉+全生育期常规滴灌(W3)处理的籽棉产量较高,新陆早43号以播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌(W4)处理籽棉产量最高.因此,在播前灌溉条件下适当减少盛花期前、增加生育中后期水氮供应,可以延长冠层叶片光合功能期,促进光合物质优先向生殖器官分配,充分发挥膜下滴灌棉花的增产潜力.     

水氮运筹对膜下滴灌棉花光合特性及产量形成的影响

以不同基因型棉花品种为材料,在土柱栽培条件下研究膜下滴灌条件下水氮运筹方式对新疆棉花光合性能和产量构成的影响.结果表明： 播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌,并配合氮肥基施20%+追施80%的水氮运筹方式（W₄N₂）下,盛花期叶片叶绿素含量、气孔导度（g_s）、净光合速率（P_n）、PSⅡ实际光化学效率（Φ_PSⅡ）和光化学猝灭系数（q_P）均显著低于全生育期常规滴灌处理,非光化学猝灭系数（NPQ）增加,地上部干物质累积量受到限制;盛铃期至吐絮期叶绿素含量、g_s、P_n、Φ_PSⅡ、q_P均随水氮供应量的提高而增大,地上部干物质产生超补偿积累,且有利于光合产物向棉铃的运转与分配.在氮肥基施20%+追施80%的施氮方式下,新陆早13号以播前灌溉+全生育期常规滴灌（W₃）处理的籽棉产量较高,新陆早43号以播前灌溉+盛花期前限量滴灌+盛花期后充分滴灌（W₄）处理籽棉产量最高.因此,在播前灌溉条件下适当减少盛花期前、增加生育中后期水氮供应,可以延长冠层叶片光合功能期,促进光合物质优先向生殖器官分配,充分发挥膜下滴灌棉花的增产潜力.     

干旱和复水对膜下滴灌棉花根系及叶片内源激素含量的影响

新疆气候生态条件下,采用膜下滴灌技术,在棉花不同生育时期设置不同程度干旱处理,研究干旱和复水对棉花根系及叶片内源激素含量和叶片气孔导度的影响.结果表明:在不同生育阶段,随土壤含水率的降低,根系及叶片脱落酸(ABA)含量显著增加,玉米素(ZRs)含量减少,叶片气孔导度(gs)和光合速率(Pn)显著降低,以初花-盛花期土壤相对含水率为40％ ～ 45％处理降幅较大.土壤干旱处理结束后复水,根系及叶片ABA含量并未随土壤水分条件的改善而降低,根系ZRs含量在复水后1～3d均可恢复或超过对照,与叶片gs呈正相关,其中以盛蕾-初花期土壤相对含水率为50％～55％处理棉株叶片ZRs含量和gs恢复速度快、强度大.说明干旱后复水根系较高的ZRs含量是导致其叶片gs和Pn较高的主要原因.     

根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花根系及叶片衰老特性的影响

在新疆的气候生态条件下, 选用北疆2个棉花(Gossypium hirsutum)主栽品种‘新陆早13号’和‘新陆早33号’为供试材料, 设置限根(RR)与对照(CK)处理, 每个处理设置4个水氮水平: 水氮亏缺(W₀N₀)、水分亏缺(W₀N₁)、氮素亏缺(W₁N₀)与水氮适量(W₁N₁), 组成再裂区试验方案。采用管栽方法, 通过人工改变根系垂直生长深度和水氮供应, 在棉花产量形成期测定根系及叶片抗氧化保护酶系活性、生物量累积及分配等, 探讨根域限制及水氮供应对棉花根系生长及叶片衰老的影响机理。结果表明: 根域限制条件下, 棉花根系生物量、根系与叶片超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)与过氧化氢酶(CAT)活性、棉株总生物量、根冠比均低于对照, 而地上部生物量与籽棉产量显著高于对照。水氮供应能有效地调节根系及叶片的生长, 不同水氮处理间棉花根系与叶片抗氧化保护酶系活性、叶绿素含量、地上部生物量及籽棉产量均表现为W₁N₁ > W₀N₁ > W₁N₀ > W₀N₀, 根冠比与根系生物量的表现与之相反。根域限制与水氮供应表现出互作优势, 根域限制下适量水氮供应处理的地上部生物量与籽棉产量均明显高于其他处理, 根冠比较低。因此, 在棉花根系生长受限的条件下, 优化生育期间水氮供应, 可以增强根系及叶片的抗氧化保护酶系活性、增加光合产物向地上部的分配比例、增加产量, 是进一步挖掘膜下滴灌棉花增产潜力的有效途径。     

膜下滴灌水氮调控对南疆棉花产量及水氮利用率的影响

为探明水氮调控对膜下滴灌棉花的生长特性、产量构成因素以及水氮利用效率的影响,设置了3个灌溉水量和5个氮素水平进行大田棉花膜下滴灌试验.结果表明: 随着灌溉水量的增加,棉花的株高、主茎叶数、果枝数和叶面积指数显著增加,棉花叶、茎干物质积累增加,但抑制了根系生长,与低(4950 mm·hm^-2)和高(6750 mm·hm^-2)灌水量处理相比,中灌水量(5850 mm·hm^-2)处理平均单株有效铃数和单铃质量分别增加0.96、0.4个和0.22、0.11 g.与其他施氮处理相比,施氮量为300 kg·hm^-2时棉花茎直径显著增加,促进了棉花蕾、铃和根系的发育,而且在灌水量为5850 mm·hm^-2条件下,棉花干物质由营养器官向生殖器官的分配比灌水量为4950和6750 mm·hm^-2处理分别增加5.1%和29.6%.灌溉水量对棉花产量有显著影响,对衣分率影响不显著,而施氮量对棉花产量和衣分率都有一定的影响,但灌溉水量过低会抑制氮肥增产效应的发挥.在本试验条件下,灌水量为5850 mm·hm^-2、施氮量为300 kg·hm^-2时,棉花生长健壮,株型结构优化,显著促进了干物质向生殖器官的运转,有效铃数、单铃质量和衣分增加,产量达到最高(6992 kg·hm^-2),水分利用效率和氮肥利用率分别达1.45 kg·m^-3和45.9%.     

膜下滴灌下土壤深层水分对棉花根系生理及叶片光合特性的调节效应

在新疆气候生态条件下,以土柱栽培棉花（新陆早13号）为试材,通过人工改变播种前60 cm以下土壤含水量,设计有深层水和无深层水处理,并采用膜下滴灌控制生育期间耕层土壤含水量［分别为田间相对持水量的70%（±5%）和55%（±5%）］,探讨土壤深层水分对棉花根系生理及叶片光合特性的影响.结果表明：深层水增强了棉花根系SOD活性和根系活力,提高了植株对土壤深层水的利用率,提高了叶片水势、叶绿素含量、净光合速率和植株光合物质累积量,最终获得了较高的产量和水分利用效率.在有深层水条件下,棉花生育期间耕层水分为55%处理的中下层根系衰老慢、根系活力增强,在一定程度上弥补了生育期间水分亏缺对叶片光合功能的负面效应,但其产量仍显著低于70%处理,而水分利用效率与70%处理无明显差异.因此,在膜下滴灌棉花水分管理中,播种前应重视冬春储备灌,增加土壤深层的贮水量,并通过协调关键栽培技术、适度减少滴水量或延长滴水周期,充分挖掘膜下滴灌节水增产潜力.     

臭氧胁迫下硅对大豆抗氧化系统、生物量及产量的影响

在全球变化情景下,臭氧污染对作物产量将造成严重影响,臭氧将成为未来农业重要胁迫因素。研究缓解臭氧胁迫技术措施有利于保障粮食安全,其中硅元素添加可能是有效途径之一。利用开顶式同化箱(open top chambers,OTCs)装置,设置两个O3浓度(大气O3浓度<40μg/kg和高O3浓度约为80μg/kg)、两个硅浓度(0和100μg/g),研究不同O3浓度下硅对开花后大豆(Glycine max)株高、叶面积、叶绿素含量、抗氧化系统及产量的影响。结果表明:在无臭氧胁迫下,施硅可显著提高大豆根生物量、总生物量和单株籽粒重(14%、5%和20%)(P<0.05)。在O3胁迫下,施硅能使大豆维持较高的叶面积,显著提高大豆叶片叶绿素含量及SOD、POD、CAT活性,显著降低MDA含量,提高大豆根生物量、地上部生物量、总生物量、根冠比和单株籽粒重(29%,18%,19%,9%和17%)(P<0.05)。研究可为缓解O3对大豆危害提供合理可行的栽培管理措施与理论依据。     

不同滴灌方式下棉花生物量和产量的水氮调控效应

通过3个水平的灌水量和施氮量（低、中、高）的田间试验,研究了田间不同滴灌方式下棉花生物量和产量的水氮调控效应.结果表明：在1带4行、2带4行、2带6行滴灌模式下灌水量由低（分别为90、140、140 mm）到中（分别为150、200、200 mm）时,地上部干物质量分别提高9.2%、37.9%和23.5%,籽棉产量分别提高19.1%、14.1%和16.0%;灌水量由中到高（分别为210、260、260 mm）时,地上部干物质量分别提高15.8%、19.1%和16.7%,籽棉产量分别提高7.7%、11.2%和9.5%.施氮量由低（67.6 kg·hm^-2）到中（95.2 kg·hm^-2）时,地上部干物质量2带4行模式提高14.3%,籽棉产量1带4行模式提高22.2%,其他模式无显著变化;施氮量由中到高（122.8 kg·hm^-2）时,籽棉产量3种模式分别提高7.4%、13.9%和9.9%,地上部干物质量无显著变化.与1带4行和2带6行模式相比,2带4行模式地上部干物质量和籽棉产量的水氮调控效应更明显,相同水氮处理下2带4行地上部干物质量和籽棉产量均高于2带6行和1带4行.表明2带4行是最有利于滴灌棉花田间水氮管理的模式.     

Effects of water stress and rewatering on photosynthesis,root activity,and yield of cotton with drip irrigation under mulch

Soil water deficit is a major limitation to agricultural productivity in arid regions. Leaf photosynthesis can quickly recover after rewatering and remains at a higher level for a longer period, thus increasing crop yield and water-use efficiency (WUE). We tested our hypothesis that leaf photosynthesis and root activity of water-stressed cotton (Gossypium hirsutum L.) plants could quickly recover after rewatering at a certain growth stage and it should not influence a cotton yield but increase WUE. Treatments in this study included two degrees of water stress: mild water stress (V₁) and moderate water stress (V₂) imposed at one of four cotton growth stages [i.e., S₁ (from the full budding to early flowering stage), S₂ (from early flowering to full flowering), S₃ (from full flowering to full bolling), and S₄ (from full bolling to boll-opening)]. The soil water content before and after the water stress was the same as that in the control treatment (CK, 70–75% of field capacity). Water deficit significantly reduced the leaf water potential, net photosynthetic rate, and stomatal conductance in cotton. The extent of the decline was greater in S₂V₂ treatment compared to others. Water deficit also reduced root activity, but the extent of inhibition varied in dependence on soil depth and duration. When plants were subjected to S₁V₁, the root activity in the 20–100 cm depth recovered rapidly and even exceeded CK one day after rewatering. An overcompensation response was observed for both photosynthesis and aboveground dry mass within one to three days after rewatering. Compared with the CK, S₁V₁ showed no significant effect on the yield but it increased total WUE and irrigation WUE. These results suggest that even a short-term water stress during the S1, S2 and S4 stages mitigated, with respect to the root activity, the negative effect of drought and enhanced leaf photosynthesis compensatory effects of rewatering in order to increase cotton WUE with drip irrigation under mulch in arid areas.     

根区交替地下滴灌对马铃薯产量及水分利用效率的影响

采用田间试验方法,研究了根区交替地下滴灌（APRI）对马铃薯生理指标、产量及水分利用效率的影响.结果表明：在马铃薯块茎生长期,与对照处理（CDI）相比,APRI处理的马铃薯叶片光合速率的降低不显著（4.7%）,而蒸腾速率和气孔导度则明显降低,降幅分别达15.8%和15.4%,CDI处理略高的光合速率是以消耗更多的水分为代价;与CDI处理相比,APRI处理的马铃薯产量仅降低5.4%,但灌溉水量却节省了25.8%,使灌溉水分利用效率和总水分利用效率分别提高了27.5%和15.3%.对于马铃薯来说,根区交替地下滴灌是一种切实可行的节水灌溉技术.     

Tomato root distribution, yield and fruit quality under subsurface drip irrigation

Tomato rooting patterns were evaluated in a 2-year field trial where surface drip irrigation (R0) was compared with subsurface drip irrigation at 20 cm (RI) and 40 cm (RII) depths. Pot-transplanted plants of two processing tomato, `Brigade' (C1) and `H3044' (C2), were used. The behaviour of the root system in response to different irrigation treatments was evaluated through minirhizotrons installed between two plants, in proximity of the plant row. Root length intensity (L _a), length of root per unit of minirhizotron surface area (cm cm^–2) was measured at blooming stage and at harvest. For all sampling dates the depth of the drip irrigation tube, the cultivar and the interaction between treatments did not significantly influence L _a. However differences between irrigation treatments were observed as root distribution along the soil profile and a large concentration of roots at the depth of the irrigation tubes was found. For both surface and subsurface drip irrigation and for both cultivars most of the root system was concentrated in the top 40 cm of the soil profile, where root length density ranged between 0.5 and 1.5 cm cm^–3. Commercial yields (t ha^–1) were 87.6 and 114.2 (R0), 107.5 and 128.1 (RI), 105.0 and 124.8 (RII), for 1997 and 1998, respectively. Differences between the 2 years may be attributed to different climatic conditions. In the second year, although no significant differences were found among treatments, slightly higher values were observed with irrigation tubes at 20 cm depth. Fruit quality was not significantly affected by treatments or by the interaction between irrigation tube depth and cultivar.     

膜下滴灌土壤湿润范围对棉花根层土壤水热环境和根系耗水的影响

为探明膜下滴灌土壤湿润范围对棉花根区水热环境及棉花根系耗水的影响,设置滴头流量1.69（W₁₆₉）、3.46（W₃₄₆）和6.33 L·h^-1（W₆₃₃）3个水平,观测分析了棉花生育期土壤基质势、土壤温度及棉花根系生长和耗水分布状况.结果表明： 膜下滴灌土壤温度主要受光照影响;不同类型土壤湿润区之间的土壤温度差异不明显,不同土壤湿润区的膜下土壤温度对棉花根系耗水也没有明显影响.但是随着土壤湿润区由窄深型向宽浅型过渡,棉花根区土壤基质吸力在水平方向上分布更趋于均匀,而棉花根系耗水强度主要受土壤基质吸力分布的影响.宽浅型土壤湿润区（W₆₃₃）的棉花膜下内、边行根系耗水强度差值平均为0.67 mm·d^-1,有利于内、边行棉株生长整齐;窄深型土壤湿润区（W₁₆₉）的内、边行根系耗水强度差值平均为0.88 mm·d^-1,不利于内、边行棉株均匀生长.可见,膜下滴灌技术设计中,土壤湿润区不应小于覆膜宽度,应使膜下土壤整体湿润.     

基于恒水位蒸发皿蒸发量的膜下滴灌棉花灌溉指标

为探索新疆膜下滴灌棉花简易方便的高效灌溉指标,于2008-2009年在乌鲁木齐开展了2个生长季的人工控水试验.在棉花蕾期和花铃期均设2个灌水周期和2个灌水水平,分析了不同水分处理对棉花产量、耗水量和水分利用效率的影响.结果表明: 各处理的棉花耗水过程与蒸发皿蒸发量具有较高的相关性,高产棉田\[2008年处理T₄(蕾期和花铃期灌水周期分别为10和7 d,相应灌水定额分别为30.0和37.5 mm)和2009年处理T₁(蕾期和花铃期灌水周期均为7 d,相应灌水定额分别为22.5和37.5 mm)\]苗期、蕾期、花铃期和吐絮期的蒸发皿-作物系数(K_p)分别为0.29～0.30、0.52～0.53、0.74～0.88和0.19～0.20;2008年处理T₄的产量(5060 kg·hm^-2)和水分利用效率(1.00 kg·m^-3)最高,2009年处理T₁的产量(4467 kg·hm^-2)和水分利用效率(0.99 kg·m^-3)最高;蕾期蒸发皿7和10 d的平均累积蒸发量分别为40～50和60～70 mm,花铃期蒸发皿7 d的累积蒸发量为40～50 mm.在新疆棉区灌45 mm出苗水、苗期和吐絮期不灌水,蕾期和花铃期当蒸发皿蒸发量达到45～65和45 mm时开始灌溉,灌水定额通过阶段累积蒸发量与蒸发皿-作物系数K_p(蕾期、初花期、盛花期和末花期分别取0.5、0.75、0.85和0.75)相乘确定时,在获得高产的同时可节约灌溉水资源,提高水分利用效率,可以作为当地膜下滴灌棉田简易方便的高效灌溉指标.     

膜下滴灌条件下滴水量和滴水频率对棉田土壤水分分布及水分利用效率的影响

通过两年的田间试验,研究了滴水量和滴水频率对膜下滴灌棉田土壤水分分布及棉花水分利用效率的影响.结果表明:从整个生育期来看,当滴水量(375 mm)相同时,高频滴灌(每3天1次)处理0～20 cm土层含水率较高而深层土壤湿润不够;低频滴灌(每10天1次)处理有利于水分的下渗和侧渗,深层土壤含水率较高,但水分补给不及时,表层土壤偏低;总体上中频滴灌(每7天1次)处理有利于水分在土壤剖面中的均匀分配.当滴水频率相同时,滴水量越大,土壤含水率越高,40 cm以下土层含水率也越高.不同处理的棉田耗水规律基本一致,苗期较低,平均不高于1.7 mm·d-1,蕾期开始上升至花铃期达到最高,日均耗水量可达8.7 mm·d-1,吐絮期回落到1.0 mm·d-1左右.总耗水量与降水和滴水量密切相关,而与滴水频率无关;滴水频率对棉花水分利用效率无显著影响,但水分利用效率随滴水量的增大而显著降低.少量滴灌(300 mm)虽然可以获得较高的水分利用效率,但减产严重,过量滴灌(450mm)无显著增产效应,水分浪费严重.在当地棉田自然条件下,采用中量(375 mm)+中低频(每7天或10天1次)的滴灌模式为宜.     

根域限制下水氮供应对膜下滴灌棉花叶片光合生理特性的影响

在新疆气候生态条件下,采用管栽方法,选用棉花新陆早13号和新陆早33号2个品种为供试材料,通过人工限制根系垂直生长深度和水氮供应,测定棉花叶片气体交换和叶绿素荧光参数、光合物质积累等,探讨根域限制及水氮供应对棉花光合生理特性及产量形成的影响。结果表明:与对照相比,相同水氮供应条件下,根域限制处理棉花从开花期至盛絮期叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和光化学猝灭系数(qp)显著降低,尤其在盛铃后期至盛絮期表现明显,但潜在最大光化学效率(Fv/Fm)、实际光化学效率(ΦPSⅡ)未受到影响;盛花期和盛絮期根重均显著降低,但地上部总干物质、蕾铃干物质累积量及籽棉产量均显著高于对照。同一根域容积不同水氮处理棉花开花期至盛絮期的Pn、Gs和Fv/Fm、ΦPSⅡ、qp均表现为W1N1>W0N1>W1N0>W0N0;根域限制条件下适量水氮供应处理盛花期和盛絮期地上部总干物质和蕾铃干物质累积量均显著增加,最终单株铃数、单铃重和籽棉产量均显著高于其它处理。因此,在膜下滴灌棉花根域容积受限制条件下,通过优化生育期水氮供应,能改善叶片光合性能、增加地上部干物质积累量及其向生殖器官分配比例,是挖掘膜下滴灌棉花产量潜力和提高效益的有效途径。