增氧灌溉条件下作物水肥高效利用机理研究

In the current model of high-input-high-output agricultural yield system, the unbalance between the increase of the investiment on water&fertilizers and the rise of agricultureal yields, the low efficiency of water-fertilizer usage have become not only the bottleneck of sustainable agriculture but also the root of non-point source agricultural pollution which becomes more and more serious . These problems are key issues to be resolved by worldwide agricultural researches. the aims of this project is to improve the oxygen content in the root zone and anaerobic conditions by applying the oxygen-irrigation based on the water-fertilizer coupling and fertigation. We will use greenhouse potted plants together with field efficacy trial to explore the effect of oxygen-irrigattion on the mechanism of improving the root rhizpsphere enrironment, effects of coupling water, fertilizers and oxygation, phyisological changes in crops, and the quality of the crops' yield and etc. We aim to elucidate the mechanism of the promoting crop's uptake of nutrients like nitrogen, phosphorus, potassium and etc. by adding the oxygen to the root rhizpsphere enrironment in the water-fertilizer regulating and achieve the optimal investment and to generate new knowledge of the high effect of coupling water, fertilizers and oxygen while maintaining the soil health and its sustainability. The results of the study will be of great value to improve crops' productivity and the water-fertilizer use efficiency, to factually reduce the agricultural non-point pollution and enriching the theories of irrigation agriculture.

在当前高投入高产出的农业生产模式下，水肥投入增长与农业产出比例失衡，水肥利用效率低下成为农业可持续发展的瓶颈，也是日益严重的农业面源污染的根源，这些问题已成为国内外农业科学研究中亟待解决的焦点。本研究项目基于现代水肥耦合和灌溉施肥技术，通过增氧灌溉改善作物因灌溉导致的根系供氧不足和缺氧的生长环境，达到水肥气高效耦合和主要肥料高效利用的目的。本研究拟结合盆栽试验和田间小区试验，重点研究增氧灌溉对改善作物根系生长环境的机理、水肥气耦合效应、作物生理指标以及产量品质等参数。目的是阐明水肥调节过程中增加根际氧气对促进作物氮磷钾等营养元素的吸收机理，为确定水气肥高效最优耦合方式提供理论基础，达到即获得最优的农业投入，同时也维护土壤生态环境健康持续性的目的。研究成果对于进一步挖掘和提高作物生产力，提升水肥利用效率，从根本上缓解面源污染具有重要的实际意义，对于丰富灌溉农业理论具有重要的理论价值。

目前已按计划全部完成了研究内容，发表科研论文22篇，其中SCI论文1篇，专利13件(发明6件)，培养博士1名，硕士9名,。取得的主要结果如下：.在对大棚秋黄瓜的试验中，增氧灌溉（T1—3次/天、T2—1次/天）的单株平均产量分别比对照（CK）处理增加56.09%和24.19%，单株生物量鲜重增加56.43%和23.02%，单株生物量干重增加111.02%和51.63%，干鲜比增加34.88%和23.26%。叶片SPAD含量、光合速率、根系活力及结瓜末期根系中过氧化氢酶活性、脱落酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、果实品质等均为T1>T2>CK（仅可溶性糖、硝酸盐含量为CK>T2>T1）；增氧对根际土壤可培养细菌、真菌、放线菌数量的变化和土壤微生物生物量碳和氮的变化及土壤酶活性都有极显著性影响，均表现为T1>T2>CK（仅蔗糖酶、纤维素酶表现为T1>CK>T2）。总耗水量表现为T1>CK>T2，（T1）和（T2）与对照（CK）相比对大棚秋黄瓜产量水平和叶片水平上水分利用率及肥料偏生产力的影响均达到显著水平，产量水平上水分利用率和氮、磷、钾肥及总施肥量的偏生产力表现为T1>T2>CK；增氧灌溉能提高大棚秋黄瓜产量和叶片水平上的水分利用率和肥料偏生产力，多次增氧效果较好。.把超级稻为对象进行增氧灌溉试验发现：增氧处理的超级稻根系粗壮、下扎深，根系发达、根重和根冠比较大。实穗粒数高于对照处理组37.6%，千粒重高7.4%，穗数高2.13%。增氧条件下的净光合速率、胞间二氧化碳浓度、气孔导度均大于对照处理，但蒸腾速率影响不大。.在不同的根区供氧条件下,滞水油菜的叶面积、根长、根体积、根鲜重与干重、根冠比、根系活力、干物质积累量、根的总吸收面积都比对照有所增长,株高无显著变化。增氧能在一定程度上改善滞水油菜的生长,提高油菜的产量和经济性状指标。但根据油菜产量指标来看,在盛花期之后的油菜生长阶段才表现出根区通空气的优势作用。.利用超声波原理研制的“流体动力式超声波增氧装置”，增氧后(初始值为5mg/L)的溶氧量在2小时内会继续增加，2小时达到最大值；在2小时后，溶氧量开始下降；在20小时后溶氧量趋于稳定不变状态(7mg/L)。