滴灌均匀系数对土壤水氮分布与作物生长的影响及其标准研究

现行滴灌均匀性设计与评价标准由于缺乏作物对滴灌均匀系数响应特征和土壤水氮分布及淋失与滴灌均匀系数关系的定量研究而显得科学依据不足。本项目拟紧密围绕田间尺度土壤水氮运移规律和作物对滴灌水氮的动态响应过程两个关键科学问题，在位于半湿润区的华北平原和位于干旱内陆区的新疆选择典型作物开展田间试验，研究作物生长特性、干物质积累、氮素吸收、产量、品质等对滴灌均匀系数、灌水量、施肥量的动态响应过程，建立土壤水氮空间分布及淋失与均匀系数的定量关系，探索田间尺度滴灌水氮运移分布的模拟方法，评价土壤特性空间变异对土壤水氮分布和动态的影响，构建综合考虑投资、运行费用、产量、品质和环境效应的滴灌均匀系数优化方法和模型，初步提出不同生态区典型作物的滴灌均匀系数设计和评价标准。预期研究结果对认知田间尺度水氮运移与转化规律、完善滴灌均匀系数设计标准、制定科学合理的灌溉制度、提高滴灌系统效益等具有重要学术价值和实际意义。

滴灌均匀系数是系统设计和运行管理的重要技术参数。采用高的均匀系数，有利于获得均匀的土壤水氮分布，但会增加投资和运行费用；较低的均匀系数可能会对作物产量和品质带来负面影响，还会增大水氮淋失的风险。现行滴灌均匀性设计与评价标准由于缺乏关于作物对滴灌均匀系数响应特征和土壤水氮分布及淋失与滴灌均匀系数关系的研究而显得科学依据不足。本项目综合考虑我国滴灌发展的优势区域和代表性作物，围绕影响均匀系数标准的关键因素，以西北干旱内陆区的棉花、华北平原半湿润地区玉米和温室大棚中的蔬菜（白菜）为对象，2009~2012年开展了不同滴灌均匀系数和灌水量（施氮量）条件下土壤水氮分布、作物生长、产量和品质的田间试验，评价了土壤空间变异对水氮分布和作物产量的影响。试验中滴灌（克里斯琴森）均匀系数CU设置60%、80%和95%以上3个水平，灌水量设置作物灌溉需水量的50%、75%和100% 3个水平。所有试验中的灌水器间距均为30 cm或40 cm。结果表明，无论在半湿润地区还是在干旱地区，由于水分和溶质在土壤中的沿水平方向和深度方向的再分布，作物生育期内根系层土壤含水率均匀系数保持在较高水平（80%~98%），滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用的影响均未达到显著水平。土壤硝态氮含量均匀系数随时间和空间表现出较强的变化特征，滴灌均匀系数和灌水量及其交互作用对硝态氮含量均匀系数的影响也不显著。在半湿润地区，滴灌均匀系数和灌水量对作物生长、产量和品质的影响不显著，但是在干旱地区，由于生育期内较少的降雨难以弥补灌水/施肥不均匀对作物生长带来的负面影响，棉花产量随均匀系数的减低而显著降低。研究还指出，土壤空间变异会在一定程度上增强灌水/施肥不均匀性对作物产量的负面影响。本研究建议半湿润地区的现行滴灌均匀系数设计标准（CU = 80%）可适当降低（如：70%），而现行标准对干旱地区较为适宜。