果园土壤水分有效性对不同微灌模式的响应机制及调控

Fruit production plays an important role in the agricultural economy of China. However, extensive irrigation and low water use efficiency have always been a prominent problem in the management of soil moisture in the orchard. In this project, the economic fruit tree in north China plain is selected as the research subject. We design different micro irrigation methods to regulate the availability of soil moisture, in order to improve the water use efficiency. The application of water dynamic monitoring technology, isotope tracer technique and roots monitoring in situ method, thermal diffusion probe technology to analyze effects of different irrigation on soil water spatial distribution and variability, root water uptake rate, photosynthetic performance, transpiration and yield, exploring the relationship between soil water spatial distribution and water availability, and interactive mechanismbetween soil water spatial distribution, root water uptake and transpiration water consumption, to reveal the response relationship of fruit tree transpiration to soil water spatial distribution and it’s availability and develop the "soil water-time" transpiration model of fruit tree driven by atmospheric evaporation. Finally, we complete the quantitative description of different irrigation regulation processes and put forward the method for controlling the soil moisture in orchard based on the efficient use of water, so as to provide a reliable theoretical basis and technical support for the further study of agricultural drought resistance and the continuous improvement of the comprehensive production capacity of economic orchard.

果品生产在我国农业经济中占有重要地位，但灌水粗放、水分利用效率低一直是果园土壤水分管理中比较突出的问题。本项目以华北平原经济果树为研究对象，设计不同微灌（环状滴灌、双行滴灌和小管出流）模式来调控土壤水分有效性，以提高水分利用效率为根本目的，应用水分动态监测技术、同位素示踪技术、根系原位监测法、热扩散探针法等技术和方法，在分析不同微灌方式对土壤水空间分布及变异性、根系吸水速率、光合性能、蒸腾耗水和产量等影响效应的基础上，深入研究土壤水空间分布特征与水分有效性之间的关系，探索“土壤水空间分布-根系吸水-蒸腾耗水”的互馈机制，揭示果树蒸腾耗水对土壤水空间分布规律及其有效性的响应关系，构建大气蒸发力驱动的“土壤水-时间”果树蒸腾模型，完成对不同微灌调控过程的定量描述，提出面向高效用水的果园土壤水分调控方法，从而为进一步研究农业抗旱及持续提高经济果园综合生产能力提供可靠的理论依据和技术支持。

果树业是我国农业经济的重要组成部分。在水资源越发紧缺的背景下，研究果园高效节水技术对于促进果树业可持续发展具有深远意义。本项目针对华北平原经济果园土壤水分管理问题，设计了不同微灌（环状滴灌、双行滴灌和小管出流）模式来对土壤水分空间分布状况进行调控，综合土壤物理、土壤化学和作物生理等多学科知识为理论指导，以提高果园水分利用效率及增加产出为根本目的，采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的研究手段进行深入探索。研究开发了适用于果园水肥一体化管理的智能灌溉施肥机及其配套产品，确定了不同微灌模式对土壤水分空间分布及其变异性的影响效应，通过同位素示踪技术明确了不同时期各深度土层水分对樱桃树吸水贡献程度，量化了水分空间分布同氮素空间分布之间的耦合关性，基本摸清了不同微灌模式影响樱桃树水分利用的调控机制，初步揭示了果树蒸腾耗水对土壤水分空间分布有效性的响应关系，构建了基于土壤水分动态分配的“土壤水-时间”果树蒸腾模型，提出了面向高效用水的樱桃园土壤水分调控方法，并基于项目成果编制了《果园节水灌溉工程技术规范》。本项目完成了全部的预期目标，其中发表论文6篇（SCI收录6篇），申请国家发明专利2项，编制北京市地方标准1项。本项目研究成果可为进一步研究农业抗旱及持续提高经济果园综合生产能力提供理论依据和技术支持。