负压灌溉供水特征及其对黄瓜水氮利用效率的影响

摘要

我国是一个水资源约束性国家，水资源短缺严重制约着我国农业发展。如何提高我国灌溉技术的自动化、机械化水平，推广低压节能输水是发展我国现代农业首要考虑的问题。我国节水灌溉技术的发展，除了技术借鉴，还应实现自我技术的改进与创新，充分利用高新技术，从本质上推动我国现代化农业的可持续发展。负压灌溉是一种将灌水器埋于地下的新型自动补给节水灌溉技术，该系统无需动力加压设备，通过控制系统的供水负压，在作物整个生长期间，土壤水势可以保持与供水负压相平衡，可以实现作物对水分的连续自动获取，有效降低了水分棵间蒸发和渗漏，水分利用效率得到极大的提高，节水又高效。目前关于国内外负压灌溉技术的研究仍处于初步的探讨阶段，有关负压灌溉技术的应用理论、水肥管理参数以及不同供水负压条件对作物生理节水的影响都有待进一步探讨和研究。本试验采用新型负压灌溉水肥一体化系统，研究了不同水氮处理对土壤硝态氮分布、黄瓜叶片碳同化和蒸腾耗水协同作用、品质和水氮利用效率的影响，初步揭示了新型负压灌溉系统自动平稳供水机制，明确了协同黄瓜叶片净光合速率和水分利用效率的适宜土壤含水量范围，同时建立了基于水氮协同机制的黄瓜果实品质评价方法。以期为负压灌溉水肥一体化系统的应用和管理提供理论依据和技术参考。主要研究结论如下:
　　(1)探明了系统供水负压与土壤含水量和黄瓜累计耗水量之间的关系。负压灌溉条件下供水负压与土壤质量含水量呈极显著的指数相关(P＜0.01)，随着系统供水负压的减小，土壤含水量降低，而施氮量对土壤含水量无显著影响(P＞0.05);系统供水负压和黄瓜耗水量在同一施氮水平下呈极显著的二次抛物线型关系(P＜0.01)，随着系统供水负压的减小，耗水量先增加后降低。
　　（2)负压灌溉可以保持0-25 cm层土壤含水量的稳定性。同一负压供水，在黄瓜整个生育期土壤含水量可以保持相对恒定，不同负压控制处理下土壤含水量有显著的差异，当供水负压设定在0、-5、-10和-15 Kpa时，土壤平均质量含水量分别为28.7％、22.7％、20.0％和15.6％，并且整个黄瓜生育期土壤含水量的变化属于弱变异（变异系数Cv≤0.1）。
　　(3)负压灌溉水肥一体化能显著提高0-25 cm层土壤水和硝态氮分布的均匀性。负压灌溉的负压值设置-15-0 Kpa时，土壤含水量在整个盆中的最大值与最小值的差值为3.05％-6.15％，均匀系数均大于0.95，变差系数均小于0.1，水分在盆中土体内空间变异较小;当负压灌溉的负压值设置-15-0 Kpa时，在整个黄瓜生育期土壤硝态氮沿垂直方向的平均变差系数分别比常规灌溉处理降低了58.6％-71.2％。
　　(4)探讨了黄瓜光合特性对土壤水分的响应特征。负压灌溉条件下土壤相对含水量(RSWC)在77.4％-88.7％的范围内，随着RSWC的降低，黄瓜叶片净光合速率(Pn)降低的原因主要为气孔限制因素;当RSWC＜77.4％时，随着RSWC的降低，黄瓜叶片Pn下降的主要原因转变为非气孔因素，即本试验条件下避免黄瓜生长遭受非气孔限制因素影响的RSWC下限值为77.4％; RSWC在61.8％-88.7％范围，黄瓜叶片气孔导度和蒸腾速率日均值均随着土壤含水量降低而下降;黄瓜叶片净光合速率和水分利用效率日均值与土壤相对含水量(RSWC)均呈极显著抛物线型关系(P＜0.01)，且不同生育时期Pn和LWUE的最高值对应的RSWC不相同。
　　(5)明确了协同黄瓜叶片净光合速率和水分利用效率的适宜土壤含水量范围。本试验条件下，保持黄瓜正常生长的适宜土壤相对含水量为:开花期土壤相对含水量为77.4％-88.7％、盛瓜期和末瓜期88.7％-103.8％，在此范围内，黄瓜叶片碳同化和蒸腾耗水之间保持协同平衡关系，能够获得较大的黄瓜叶片蒸腾速率、光合速率和水分利用效率。
　　(6)建立了一种负压灌溉条件下的黄瓜果实品质评价方法。由因子分析方法和综合评价得出，影响黄瓜果实品质的关键因子依次为内质因子（方差贡献率为45.38％）、果实数量因子（方差贡献率为36.32％）、商品瓜率因子(方差贡献率为21.10％)，说明黄瓜果实的营养成份是影响果实品质最主要的因子，再次为果实数量和商品瓜率因子;通过对黄瓜果实品质的综合评价得出，W3N1处理为最优水氮组合方案，W2N1其次。
　　(7)适宜的供水负压下，负压灌溉水肥一体化能显著提高黄瓜的产量和水氮利用效率。同一施氮条件，供水负压为-5 Kpa的黄瓜平均水分利用效率和氮肥表观利用率分别比常规灌溉提高了136.8％和52.32％，并且黄瓜植株平均干重和产量均在供水水头为-5 Kpa时为最高，分别为153g和1406 g。
　　综合分析，不同水氮处理对黄瓜产量、水氮利用率和品质的影响，推荐负压灌溉条件下W2N1和W3N1这2个处理即供水负压为-5 Kpa、-10 Kpa，施氮量为0.3g.kg-1为较适宜水氮组合方案。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及依据

1．2 国内外研究进展

1．2．3 负压灌溉条件下土壤水和硝态氮分布特征

1．2．4 作物光合特征对土壤含水量的响应

1．2．5 负压灌溉条件下黄瓜品质及其综合评价

1．3 研究的目的和意义

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究技术路线

第二章 试验设计与研究方法

2．1 试验地概况

2．2 试验设计

2．3 负压灌溉系统装置

2．4 取样与分析方法

2．4．1 取样方法

2．4．2 测定方法

2．5 数据处理与统计分析

2．5．1 作物耗水量计算

2．5．2 土壤含水量和硝态氮分布均匀性计算

2．5．3 黄瓜叶片净光合速率和水分利用效率综合评价

2．5．4 黄瓜品质综合评价

2．5．5 黄瓜水氮利用效率计算

2．5．6 统计分析

第三章 负压灌溉水肥一体化系统自动平稳供水特性

3．1 负压灌溉条件下黄瓜不同生育时期土壤含水量变化特征

3．2 负压灌溉条件下黄瓜累计耗水量特征

3．3 负压灌溉条件下累计供水量与黄瓜耗水量的关系

3．4 黄瓜日均供水量与耗水量随时间变化特征

3．5 供水负压与土壤含水量的关系

3．6 黄瓜耗水量与系统供水负压之间的关系

3．7 讨论

3．7．1 负压灌溉系统供水机制

3．7．2 负压灌溉系统供水稳定性

3．8 小结

第四章 黄瓜光合特征及水分利用效率对土壤含水量的响应

4．1 土壤含水量随时间变化特征

4．2 土壤含水量对黄瓜不同生育时期光合特征参数日变化的影响

4．2．1 对净光合速率日变化的影响

4．2．2 对气孔导度日变化的影响

4．2．3 对蒸腾速率日变化的影响

4．3 土壤含水量对黄瓜不同生育时期光合特征参数日均值的影响

4，3．1 土壤含水量对黄瓜叶片净光合速率和水分利用效率日均值的影响

4．3．2 土壤含水量对黄瓜叶片胞间CO2浓度(Ci)和气孔限制值(Ls)的影响

4．4 讨论

4．4．1 黄瓜叶片光合速率下降的影响因素及土壤水分阈值分析

4．4．2 协同黄瓜叶片净光合速率和水分利用效率的适宜土壤含水量范围及其等级划分

4．5 小结

第五章 负压灌溉条件下黄瓜果实品质的因子分析与综合评价

5．1 不同水氮处理对黄瓜产量和商品瓜率的影响

5．2 不同水氮处理下黄瓜品质差异分析

5．3 不同水氮处理下黄瓜品质的因子分析

5．4 不同水氮处理下黄瓜品质的综合评价

5．5 讨论

5．6 小结

第六章 负压灌溉水肥一体化对黄瓜水氮利用效率的影响

6．1 负压灌溉对土壤水氮分布的影响

6．1．1 不同供水处理对土壤含水量分布均匀性的影响

6．1．2 不同供水处理对土壤NO3--N含量的影响

6．2 不同水氮处理对黄瓜干物质积累、产量和水氮利用效率的影响

6．3 讨论

6．3．1 负压灌溉条件下土壤水氮分布特征

6．3．2 负压灌溉对作物水分利用效率的影响

6．3．3 负压灌溉条件下水肥一体化对作物氮肥利用率的影响

6．4 小结

7．1 全文结论

7．2 展望

参考文献

致谢

作者简历