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喷灌作为一种现代灌溉技术,在世界范围内得到了广泛应用。以往的研究发现,喷灌条件下作物的生长过程、光合生理过程以及农田小气候和耗水过程均会发生变化。本研究以冬小麦为研究对象,以滴灌和地面灌为参照进行了两年田间试验,研究了土壤水分养分、酶活性和土壤温度等的变化规律,从冬小麦生长耗水对土壤的响应进行综合分析,取得如下结果:
(1)2007年,喷灌条件在0-50cm土层水分变化幅度较地面灌溉小,滴灌水分含量始终较高;100-150cm土层,喷灌含水率最低。2008年水分状况优于2007年,但灌溉差异依然存在。地温与含水量密切相关,2007年生育中期喷灌农田地温日变幅小于地面灌;喷灌在0-40 cm土层平均温度居于滴灌和地面灌溉之间,40cm以下喷灌温度最高;2008年地温没有显著差异。
(2)喷灌条件下硝态氮分布较地面灌浅:滴灌滴头正下方硝态氮主要分布在0-40 cm土层,行上和没有滴头的行间为0-20cm。2007年,喷灌NO3--N在根系层储量减少,但地面灌在底层有累积。2008年,0-150cm剖面硝态氮储量都有所增加,其中0-50 cm土层储量减少,50-100 cm累积,地面灌在100-150 cm的累积量最大。土壤中的有效磷含量变化主要在0-40 cm土层,随时间呈减少趋势,喷灌和滴灌的减少量大于地面灌溉。喷灌条件下作物生长变化,对磷的需求增加,土壤有效磷含量降低。速效钾在土体中含量较高,0~40cm土层变化与有效磷一致,下层由于粘土的吸附作用含量较高。
(3)脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶的活性均随土壤深度呈对数减少。2007年0-10 cm土层酶活性较2008年小。喷灌0-30cm土层的脲酶活性较地面灌大;滴灌行上酶活性大于行间;滴头正下方30cm以下土层脲酶活性较高;各处理0-30 cm脲酶活性总体呈现生育中期升高,后期降低的趋势;30 cm以下土层有增加的趋势。喷灌主要通过影响土壤剖面上根系和有效磷对脲酶产生影响。喷灌在0-30 cm土层的碱性磷酸酶活性最大;距滴头不同位置的碱性磷酸酶活性差异不明显;喷灌条件下碱性磷酸酶活性在生育期变幅较大,而滴灌条件较为稳定;全N、全P和有机质是影响碱性磷酸酶的主要因素。0-30 cm土层喷灌和滴灌蔗糖酶活性较地面灌大;滴头正下方的蔗糖酶在0-30 cm的值小于行上和没有滴头的行间;灌溉过程会降低蔗糖酶活性。全N、有机质和有效磷是剖面上蔗糖酶的主要影响因素。
(4)喷灌条件下根系分布发生变化,滴灌根系表层居多,地面灌有向下延伸的趋势,喷灌介于两者之间。2007年,根系吸水总量滴灌最大,其次是喷灌。2008年,灌溉对根系吸水量没有显著影响,但灌溉方式对根系吸水量在剖面上分布有影响。对比两年的结果,湿润季,三种灌溉方式都能较好地为作物提供水分,但根系吸水在剖面分布有差异;干旱年,喷滴灌能较好地为作物提供水分,但滴灌条件下表土蒸发大,耗水量增多。
(5)2007年,受土壤水分养分供应的影响,不同灌溉方式下,冬小麦生长差异显著。滴灌条件下灌溉水利用效率最高,但由于其耗水量大,最终喷灌条件下的水分利用效率最高。2008年,三种灌溉方式的灌溉水利用效率和水分利用效率均没有显著差异。