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项目年度编号
2400161920
中图分类号
S275.5
成果公布年份
2024
成果简介
"双垄沟播喷灌垄-沟-膜孔界面水分汇流入渗特征与作物生理响应机制"项目为2018年国家自然科学地区基金项目，项目编号：51769002，执行期限为2018年1月-2021年12月。
项目将节水灌溉技术、节水耕作技术、垄沟集水高效利用技术相结合，以喷灌落地水分在垄-沟-膜孔界面的汇流入渗规律和作物对的生理响应机制为切入点，研究喷灌落地水量在垄-沟界面汇流富集特征及其影响因素、垄沟集流水量在种植膜孔入渗特征与规律、作物根系对适应垄作沟播喷灌的生理响应、垄作沟播喷灌对灌溉水的调控机理与高效利用。全面、系统地研究喷灌条件下垄-沟-膜孔界面对水分汇流富集特征与入渗机理，揭示农业节水与耕作技术耦合水分高效利用和作物生理的影响，探索提高双垄沟播喷灌系统水分利用效率的途径。
该研究将节水灌溉技术与新型耕作技术相耦合，通过对双垄沟播喷灌条件下地上部分灌溉水量的分配、传输与集流关系及地下部分水量的扩散规律研究，揭示喷灌落地水量在作物不同生育期的空间分配规律与变化特征，土壤水分的分布特征；基于喷灌条件下作物生理生态指标变化特征，揭示作物对相应变化条件的生理响应机理；通过定量分析作物产量等指标，揭示作物对有限水资源的高效利用机制，通过上述研究揭示农业节水与耕作技术耦合对灌溉水的高效利用和作物生理指标变化的影响，可补充和扩展土壤-作物-大气连续体(SPAC)科学理论，为农田新型节水耕作耦合条件下大气、作物、土壤之间物质和能量平衡以及新型节水耕作技术的推广应用提供理论依据。对完善土壤-作物-大气连续体科学理论，探讨新型节水耕作耦合条件下大气、作物、土壤之间水量平衡与有效利用具有一定的科学意义。
通过项目研究得出了垄作沟播喷灌条件下灌溉水量在冠层截留、茎秆下流、飘移损失、棵间蒸发、垄沟收集等方面的分配规律。计算了垄-沟径流量，分析了垄沟种植及不同喷灌强度对喷灌水量径流效率与产流特征的影响。提出作物不同生育期喷灌水量在垄-沟界面的汇流规律、特征及影响因素，分析了垄沟种植对喷灌水量在入渗、叠加利用、减少损失方面的有效调控机理及改善双垄沟播喷灌灌水质量的措施与技术方案。利用HYDRUS-2D/3D模型模拟了垄作沟播喷灌条件下土壤水运动规律，并与实测值进行比较，提出了垄作沟播喷灌的灌溉水分运移过程与入渗规律。得出了在垄作沟播喷灌条件下根系垂直分布特性，根系垂直分布、水平分布及随生育期的变化规律和根重密度在土壤剖面上的变化。从油葵株高、茎粗、叶面积、干物质积累与分配、光合生理特性指标、耗水量、产量效应、水分利用效率与种植效益等方面研究了双垄沟播喷灌水分高效利用机制，提出适宜的双垄沟播喷灌系统水分高效利用机理与模式。得出了改善及调节机制油葵生长环境的垄作沟播喷灌技术参数、种植模式与灌水模式及油葵生理响应及水分高效利用机制。
该项目的技术创造性与先进性主要包括如下几个方面。1)以节水技术与水资源高效利用为主线，根据旱作农业与灌溉农业的特点，将双垄沟播栽培技术与喷灌技术组装，利用两种技术的优势与特点，建立了集节水与栽培为一体的双垄沟播喷灌系统。2)通过开展垄作沟播喷灌系统灌溉水分在冠层、垄沟、土壤等各部分的分配特征以及汇流、入渗和利用机理研究，提出了垄作沟播喷灌条件下水分运移、利用特点与规律，为SPAC系统水分高效利用理论发展提供了依据。3)基于非充分灌溉原理，开展了作物对节水耕作技术耦合后的生理响应机制研究，分析了节水技术对作物根系吸水、生理生态及产出的影响，提出了适宜的垄作沟播喷灌调控技术参数与种植灌水模式，可促进节水技术发展、土壤水分调控、灌溉水高效利用和有效管理的可持续发展。
项目研究成果在节水、增产、改善农田环境等方面优势明显，在研究过程中已借助依托该院的水利部推广中心甘肃省内陆河区高效节水技术推广示范基地在甘肃民勤县大滩乡推广应用，近三年应用面积超过200亩。项目成果主要适用于棉花、葵花、茴香等作物种植中，近年来随着土地流转等工作开展，该项目研究成果已陆续在民勤县部分井灌区推广应用，下一步该院将与当地水务部门合作，进一步加大推广力度，将该项目研究成果大面积推广应用，预期将取得良好的经济、生态、社会效益。
该研究在SPAC系统理论框架下，将节水灌溉技术、节水耕作技术、垄沟集水高效利用技术相结合，全面、系统地研究喷灌条件下垄-沟-膜孔界面对水分汇流富集特征与入渗机理，分析作物对新型节水耕作耦合技术的适应性及生理响应机制，对完善土壤-作物-大气连续体科学理论，探讨新型节水耕作耦合条件下大气、作物、土壤之间水量平衡与有效利用具有一定的科学意义和应用价值。可在干旱井灌区的棉花、葵花、茴香等作物上推广应用，尤其对降水量小于250mm的区域应用效果更为明显，在西北内陆干旱区应用前景较为广阔。
完成单位
甘肃省水利科学研究院
完成人
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