耕作层土壤中水气含量调控及变化机理研究

This research,based on the rhizosphere ecological theory and aerated irrigation technology, has been designed to study on the change mechanism and regulation of optimum water and air content for crop root growth in the soil of the tillage layer soil under the condition of aerated irrigation. Taking greenhouse cucumber as the research object, it adopts dissolved oxygen and gas irrigations to change soil moisture and O2 content through stages in accordance with the physo-chemical characteristics of soil and crop growth, studying the differences to identify the best aerated irrigation in tillage layer soil, therefore provides theoretical and technological support for oriented improving and monitoring the relationship between crops and soil, monitoring water and air condition in tillage layer soil, and improving aerated irrigation technology.

本研究以根际生态理论和增氧灌溉技术为基础，旨在探寻增氧灌溉条件下，耕作层土壤中利于作物根系生长的最佳水分和氧气含量变化规律。课题以大棚蔬菜黄瓜为研究对象，采用溶氧灌溉和输气灌溉两种增氧灌溉方式，根据土壤理化性质和作物生长需要分阶段对大棚秋黄瓜耕作层土壤的水分和氧气含量进行调控，研究其变化机理，确定保持耕作层土壤最佳水气环境的增氧灌溉措施，为定向改良和调控作物-土壤关系、开展耕作层土壤水气环境的调控、完善增氧灌溉技术提供理论和技术支持。

项目基于现代水肥耦合和灌水施肥技术，通过增氧灌溉改善作物因灌溉后出现的根系供氧不足以及缺氧的生长环境，研究分析增氧灌溉对改善作物根系生长环境的机理，阐明水肥调节过程中增加土壤根际氧气对促进作物氮磷钾吸收利用、改善土壤生态环境的生理规律，达到水肥气高效耦合和氮磷钾高效利用的目的，对于丰富灌溉研究具有重要的理论价值，对于进一步挖掘和提高作物自身生产力，提升水肥利用效率具有重要的实践意义，取得了以下创新性结果：（1）形成了较为完善的增氧灌溉技术体系。针对传统灌溉农业措施带来的“水氧矛盾”问题，提出了机械增氧模式，机械增氧灌溉定额由土壤孔隙率、增氧设备功率共同确定，并在此基础上研制了2种增氧装置，灌溉水中氧气含量能达到8.0-9.5mg/L。（2）得到了较好的增产节水效果。通过机械增氧对水稻、黄瓜等作物进行了试验研究，结果表明增氧灌溉对作物不同生育时期根茎叶的农艺性状有不同程度的影响。水稻籽粒质量可提高5.5％-29.7％，黄瓜单株均产量增加22.26%-24.19%；水分利用效率增加了11.22％-26.07％。（3）揭示了增氧灌溉的作用机理。增氧灌溉对作物生长、土壤环境改善和水肥利用效率提高都有显著影响，主要原因是增氧灌溉促进了根系的生长，尤其是扩大了根系在土壤中的分布范围和增强了根系活力，从而进一步提升了根系吸收水肥的能力和代谢功能，最终促进了作物生长，达到了改善根系生长土壤环境以及提高产量的目的。.项目研究形成了完整的科研成果“增氧灌溉促进作物生长关键技术研究与应用”，完成了成果鉴定和登记并顺利入围湖南省科技进步奖，获得授权国家发明专利 3 项、实用新型专利1 项；公开发表科研论文 11 篇；形成了完整的增氧灌溉技术体系，研制了成套的增氧灌溉设备；培养了博士研究生2 人，硕士研究生4人。获全国、省、市研究生、大学生创新竞赛奖 6项。