“旱地農(nóng)業(yè)高效用水技術(shù)”研究新進展

韓清芳

(西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院， 陜西 楊凌 712100)

近期，西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院旱作高效用水研究團隊在壟溝集雨種植(RFRH)技術(shù)的作物高效用水機制及環(huán)境作用研究方面取得了系列進展。

(1)在半干旱區(qū)RFRH春玉米的根系吸水機制研究方面取得進展。研究成果以“Stable oxygen isotope analysis of the water uptake mechanism via the roots in spring maize under the ridge-furrow rainwater harvesting system in a semi-arid region”為題發(fā)表。RFRH是中國西北半干旱地區(qū)的一項重要種植技術(shù)，能夠促進土壤水分的重新分配，改變作物根系時空分布，進而優(yōu)化根系吸水，最終提高水分利用效率。然而，RFRH對春玉米根系的優(yōu)化效應與不同根區(qū)水分吸收及其機制尚不明確。本研究應用挖掘法分析了根系形態(tài)及其時空分布特征，并基于穩(wěn)定同位素分析技術(shù)量化研究根系吸水，初步明確了RFRH下春玉米的根系吸水機制。研究結(jié)果表明，溝中根系從較淺土層中吸收更多水分，各土層對玉米根系吸水的貢獻率與本土層中根系分布比例呈顯著的正相關(guān)關(guān)系。這一結(jié)果對進一步揭示壟溝集雨種植作物生產(chǎn)力的提升機制具有重要意義。

(2)揭示了RFRH系統(tǒng)影響土壤N2O排放的主要因素，并綜合評價了該系統(tǒng)中肥料的環(huán)境效應。研究成果以“ Ridge and furrow rainfall harvesting can significantly reduce N2O emissions from spring maize fields in semiarid regions of China”為題發(fā)表。RFRH系統(tǒng)通過地膜覆蓋改善了土壤水分含量、溫度和養(yǎng)分濃度，可能增加N2O排放，但同時作物產(chǎn)量的增加會增加氮素吸收，從而降低土壤氮素有效性和N2O排放。為了明確RFRH系統(tǒng)的溫室氣體排放效果，通過在黃土高原為期3 a的田間試驗研究結(jié)果表明，RFRH系統(tǒng)的土壤含水量和硝態(tài)氮含量與N2O排放通量顯著正相關(guān)，RFRH系統(tǒng)較平作可顯著降低N2O排放通量隨土壤含水量、硝態(tài)氮含量的變化速率，RFRH系統(tǒng)的高效水肥利用是N2O排放量低的主要原因。通過合理降低施肥量、刺激玉米干物質(zhì)的形成來增加水分和養(yǎng)分的吸收，進而減少RFRH系統(tǒng)土壤N2O的排放。

(3)探明了不同降雨年型下溝壟集雨補灌的冬小麥田溫室氣體排放規(guī)律。研究成果以“Ridge-furrow mulching system and supplementary irrigation can reduce the greenhouse gas emission intensity”為題發(fā)表。連續(xù)3 a的研究結(jié)果表明，在冬小麥生育期275 mm雨量下，補灌量相同時，溝壟集雨較傳統(tǒng)畦灌N2O排放通量降低了3.30%～23.78%，CO2排放通量增加了5.93%～6.45%。在200 mm和125 mm降雨條件下，同一補灌水平溝壟集雨處理較傳統(tǒng)畦灌的N2O排放通量分別增加了4.18%～10.8%和5.05%～13.53%，CO2排放通量分別增加了7.83%～13.72%和17.49%～32.46%。冬小麥田對CH4的吸收均隨著補灌量的減少呈現(xiàn)增強的趨勢。證明溝壟集雨補灌方式是一種環(huán)境友好型的灌溉方式。

旱作高效用水研究團隊長期針對黃土高原旱地農(nóng)業(yè)高效用水問題開展研究。自2016年以來，主持國家級項目3項(國家重點研發(fā)計劃項目、“863”計劃項目和國家科技支撐計劃項目各1項)，獲批國家自然科學基金項目32項；發(fā)表中科院1區(qū)(TOP)論文86篇，制定技術(shù)規(guī)程8項，為黃土高原糧食生產(chǎn)和農(nóng)民增收發(fā)揮了有效作用。

原文鏈接:

1. https://doi.org/10.1016/j.agwat.2021.106879

2.https://doi.org/10.1016/j.still.2021.104971

3. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.137262