绿洲灌区减量灌溉及绿肥对麦田水分利用的调节效应

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针对绿洲灌区水资源短缺严重,绿肥调控麦田水分利用的机理尚不明确等问题。利用2017年在河西绿洲灌区设置的麦后复种绿肥田间定位试验,于2020-2021年研究了减量灌溉和绿肥还田对麦田水分利用的调控效应。试验采用裂区设计,设置常规灌水(I3,540 mm)、减量灌水50 mm(I2,490 mm)、减量灌水100 mm(I1,440 mm)3个灌水水平,绿肥全量还田(WG)、绿肥根茬还田(WGr)、不种绿肥(W)3种绿肥处理方式。重点探讨减量灌水和绿肥对小麦水分利用效率的影响,揭示减量灌水和绿肥对麦田土壤水分动态和小麦水分生理特性的调控效应,以期为试区构建小麦复种绿肥水分高效利用种植模式提供理论依据。主要研究结果如下:1.减量灌水造成了小麦的减产效应,而绿肥还田能使其增产,同时绿肥全量还田(WG)能补偿减量灌水50 mm(I2)造成的产量负效应,但对减量灌水100 mm(I1)的负效应无法补偿,绿肥根茬还田(WGr)无法补偿减量灌水的负效应。I2较I3产量降低3.88%,但WG较W产量提高10.84%。减量灌水50 mm绿肥全量还田(WGI2)较常规灌水不种绿肥(WI3,对照)提高产量6.01%,减量灌水50 mm绿肥根茬还田(WGr I2)无显著提高。减量灌水虽导致小麦减产,但能提高水分利用效率(WUE),同时绿肥还田也具有提高WUE的潜力。其中I2较I3提高11.66%,WG较W提高21.87%,减量灌水配合绿肥还田能进一步提高WUE,WGI2较WI3提高32.97%。2.减量灌水降低了麦田土壤含水量,而绿肥还田能使其提高,同时在I2下WG能提高土壤含水量,但在I1下无法提高。I1和I2较I3土壤含水量分别降低9.62%和4.30%;WG较W播前、生育期、收后土壤含水量分别提高9.01%、8.96%、11.12%,WGr下分别提高6.55%、4.88%、5.43%。与WI3相比,WGI2提高小麦播前、生育期、收后的土壤含水量6.98%、5.48%、6.67%,WGr I2无显著提高。即WGI2能保持小麦生育期较高的土壤含水量,具有提高麦田水分利用效率的可行性。3.减量灌水、绿肥均具有降低麦田耗水量(ET)、棵间蒸发量(E)和减小棵间蒸发占总耗水量比重(E/ET)的作用,二者配合可进一步优化耗水特性,具有提高土壤水分利用效率的潜力。I2较I3分别降低ET、E和E/ET 13.96%、20.73%、7.91%,WG较WET、E和E/ET降低9.11%、27.05%、19.78%;与WI3相比,WGI2降低ET 20.48%,降低E40.56%,E/ET为25.40%。因此,WGI2利于提高麦田土壤水分利用的有效性。4.减量灌水对小麦生育期内土壤水势和叶水势均产生了负效应,绿肥还田可缓解此负效应。I2较I3土壤水势、叶水势平均降低10.72%、16.31%,但WG较W土壤水势、叶水势提高22.43%、28.68%。与WI3相比,WGI2土壤水势、叶水势平均提高14.52%、16.54%,WGr I2下提高11.69%、16.05%;减量灌水增大了小麦生育期内的叶-土水势差,但绿肥还田的叶-土水势差低于W处理,同时在I2下WG降低了叶-土水势差,降低了叶片的吸水能力。即WGI2能保持小麦生育期较高的土壤水势和叶水势,降低了叶-土水势差,通过维持小麦生长发育的水分需求稳定性,从而提高小麦水分利用效率。5.减量灌水使小麦生育期的光合生理参数有所下降,但绿肥还田能保持其较高的光合生理参数,同时WG能补偿I2的负效应,但无法补偿I1的负效应。I2较I3光合速率、气孔导度、蒸腾速率平均降低6.02%、4.53%、12.86%,WG较W分别提高光合速率、气孔导度、蒸腾速率12.55%、14.09%、9.34%;与WI3相比,WGI2光合速率和气孔导度平均提高8.18%、8.22%,WGr I2光合速率和气孔导度无显著提高。减量灌水结合绿肥还田能显著提高小麦叶片水分利用效率(WUEL),WGI2较WI3平均提高10.75%。
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