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包郵 加氧/增氧灌溉技術(shù)創(chuàng)新與理論探索
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加氧/增氧灌溉技術(shù)創(chuàng)新與理論探索 版權(quán)信息
- ISBN：9787030724083
- 條形碼：9787030724083 ; 978-7-03-072408-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
加氧/增氧灌溉技術(shù)創(chuàng)新與理論探索 本書特色
本書總結(jié)了研究者近年來在加氧/增氧灌溉領(lǐng)域的一系列研究成果
加氧/增氧灌溉技術(shù)創(chuàng)新與理論探索 內(nèi)容簡介
加氧/增氧灌溉是節(jié)水灌溉領(lǐng)域新興起的一項水肥氣耦合技術(shù)。本書總結(jié)了研究者近年來在加氧/增氧灌溉領(lǐng)域的一系列研究成果，涵蓋了加氧灌溉裝備研發(fā)、加氧水性能優(yōu)化、作物生理生長響應(yīng)、提質(zhì)增產(chǎn)作用機制以及溫室氣體排放特征等方面。本書為擬開展加氧/增氧灌溉的研究者提供試驗方法、理論研究的基本思路，促進(jìn)相關(guān)研究人員快速入門，也或可為本領(lǐng)域或交叉學(xué)科的研究者提供一定的啟發(fā)。
加氧/增氧灌溉技術(shù)創(chuàng)新與理論探索 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展 2
1.2.1 加氧灌溉在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 2
1.2.2 加氧灌溉傳輸特性 2
1.2.3 加氧灌溉土壤通氣性改善效應(yīng) 3
1.2.4 加氧灌溉對作物根區(qū)環(huán)境的影響 4
1.2.5 加氧灌溉作物響應(yīng) 5
1.3 主要內(nèi)容與創(chuàng)新 5
第2章 加氧灌溉原理及裝備研發(fā) 7
2.1 系統(tǒng)設(shè)計原理 7
2.2 加氧灌溉地下氧灌系統(tǒng)及其控制方法 7
2.2.1 系統(tǒng)組成 7
2.2.2 系統(tǒng)控制方法 7
2.2.3 系統(tǒng)創(chuàng)新 8
2.3 加氧灌溉裝備研發(fā) 9
2.3.1 低成本空氣射流加氧灌溉系統(tǒng) 9
2.3.2 高效射流曝氣氧灌系統(tǒng) 9
2.3.3 智能化水肥氣一體化滴灌系統(tǒng) 10
2.3.4 水肥氣熱一體化滴灌智能控制裝置及其控制方法 10
2.4 小結(jié) 12
第3章 加氧灌溉水氣傳輸特性及其優(yōu)化研究 13
3.1 加氧灌溉水氣出流均勻度測量系統(tǒng)與方法 13
3.1.1 測量系統(tǒng) 13
3.1.2 測量步驟及計算方法 13
3.2 摻氣比例監(jiān)測方法及模型研究 14
3.2.1 基于排水法的微納米氣泡實時監(jiān)測裝置及摻氣比例計算方法 14
3.2.2 基于流體黏度改變的摻氣比例計算模型 15
3.3 加氧灌溉下水氧傳輸特性研究 15
3.3.1 試驗內(nèi)容 15
3.3.2 試驗原理 16
3.3.3 試驗設(shè)計 16
3.3.4 測定指標(biāo)及計算方法 16
3.3.5 NaCl介質(zhì)及生物降解活性劑對氧總傳質(zhì)系數(shù)的影響 18
3.3.6 壓力及活性劑濃度對氧總傳質(zhì)系數(shù)的影響 19
3.3.7 壓力對溶解氧的影響 20
3.3.8 活性劑濃度對溶解氧的影響 21
3.3.9 NaCl介質(zhì)及生物降解活性劑對灌溉均勻性的影響 22
3.4 加氧灌溉下水氣均勻性影響因素分析及管道優(yōu)化研究 22
3.4.1 試驗內(nèi)容 22
3.4.2 試驗設(shè)計 22
3.4.3 試驗布置 23
3.4.4 活性劑添加與管道雙向傳輸下?lián)綒獗壤俺鰵饩鶆蛐浴?3
3.4.5 活性劑添加與管道雙向傳輸下溶解氧及溶解氧均勻性 25
3.4.6 活性劑添加與管道雙向傳輸下滴頭流量及流量均勻性 26
3.5 小結(jié) 27
第4章 加氧灌溉土壤濕潤體內(nèi)水氧變化特性研究 28
4.1 試驗內(nèi)容 28
4.2 試驗設(shè)計 28
4.3 試驗布置 29
4.4 指標(biāo)監(jiān)測及計算方法 29
4.4.1 土壤充水孔隙度（WFPS） 29
4.4.2 土壤溶解氧濃度、土壤氧化還原電位和土壤氧氣擴散速率 29
4.5 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤孔隙含水率的影響 30
4.6 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤充氣孔隙度的影響 30
4.7 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤溶解氧濃度的影響 31
4.8 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤氧化還原電位的影響 32
4.9 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤氧氣擴散速率的影響 33
4.10 不同灌水量及溶解氧濃度對土壤表面土壤呼吸速率的影響 34
4.11 不同灌水量及溶解氧濃度下土壤通氣性影響因子相關(guān)關(guān)系分析 34
4.12 小結(jié) 36
第5章 加氧灌溉對作物根際環(huán)境改善效應(yīng)研究 37
5.1 試驗區(qū)概況 37
5.2 試驗設(shè)計 37
5.2.1 加氧灌溉紫茄根際土壤通氣性改善效應(yīng)試驗 37
5.2.2 加氧灌溉冬小麥根際土壤通氣性改善效應(yīng)試驗 38
5.2.3 加氧灌溉番茄根際土壤通氣性改善效應(yīng)試驗 39
5.2.4 加氧灌溉辣椒根際土壤通氣性改善效應(yīng)試驗 40
5.3 試驗觀測項目 40
5.3.1 土壤充氣孔隙度 40
5.3.2 土壤溶解氧濃度 41
5.3.3 土壤氧化還原電位 41
5.3.4 土壤氧氣擴散速率 41
5.3.5 土壤呼吸速率 42
5.3.6 土壤酶活性 42
5.3.7 土壤微生物 42
5.4 加氧灌溉下溫室紫茄根際土壤通氣性改善效應(yīng) 43
5.4.1 溫室紫茄根際土壤溶解氧濃度 43
5.4.2 溫室紫茄根際土壤氧化還原電位 44
5.4.3 溫室紫茄根際土壤呼吸速率 45
5.5 加氧灌溉下冬小麥根際土壤通氣性改善效應(yīng) 45
5.5.1 水源處溶解氧濃度 45
5.5.2 冬小麥根際土壤充氣孔隙度 46
5.5.3 冬小麥根際土壤溶解氧濃度 46
5.5.4 冬小麥根際土壤氧氣擴散速率 47
5.5.5 冬小麥根際土壤氧化還原電位 48
5.5.6 冬小麥根際土壤呼吸速率 50
5.6 加氧灌溉下溫室番茄根際土壤通氣性改善效應(yīng) 51
5.6.1 溫室番茄根際土壤溶解氧濃度 51
5.6.2 溫室番茄根際土壤氧化還原電位 51
5.6.3 溫室番茄根際土壤氧氣擴散速率 51
5.6.4 溫室番茄根際土壤呼吸速率 52
5.6.5 作物根區(qū)土壤通氣性指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系分析 53
5.7 加氧灌溉下溫室辣椒根際土壤通氣性改善效應(yīng) 54
5.7.1 溫室辣椒根際土壤充水孔隙度（WFPS） 54
5.7.2 溫室辣椒根際土壤氧氣擴散速率 55
5.7.3 溫室辣椒根際土壤氧化還原電位 55
5.7.4 溫室辣椒根際土壤呼吸速率 56
5.7.5 溫室辣椒根際土壤酶活性 57
5.7.6 溫室辣椒根際土壤微生物數(shù)量 58
5.7.7 溫室辣椒根際細(xì)菌多樣性 59
5.8 小結(jié) 63
第6章 加氧灌溉作物生理生長特性研究 65
6.1 試驗區(qū)概況 65
6.2 試驗設(shè)計 65
6.2.1 草莓試驗設(shè)計 65
6.2.2 小白菜試驗設(shè)計 66
6.2.3 紫茄試驗設(shè)計 67
6.2.4 盆栽番茄試驗①設(shè)計 67
6.2.5 微區(qū)番茄試驗設(shè)計 68
6.2.6 盆栽辣椒試驗設(shè)計 69
6.2.7 盆栽番茄試驗②設(shè)計 70
6.3 加氧灌溉下草莓響應(yīng)研究 71
6.3.1 草莓凈光合速率 71
6.3.2 草莓氣孔導(dǎo)度 72
6.3.3 草莓蒸騰速率 72
6.3.4 草莓品質(zhì) 73
6.3.5 草莓根系指標(biāo) 73
6.3.6 小結(jié) 74
6.4 加氧灌溉下小白菜響應(yīng)研究 74
6.4.1 小白菜根系指標(biāo) 74
6.4.2 小白菜生理指標(biāo) 75
6.4.3 小白菜生物量及水分利用效率 76
6.4.4 小白菜養(yǎng)分吸收量與吸收效率 76
6.4.5 小結(jié) 77
6.5 加氧灌溉下冬小麥響應(yīng)研究 77
6.5.1 冬小麥根系指標(biāo) 77
6.5.2 冬小麥氣孔導(dǎo)度 78
6.5.3 冬小麥蒸騰速率 79
6.5.4 冬小麥凈光合速率 79
6.5.5 冬小麥生物量和產(chǎn)量 79
6.5.6 冬小麥養(yǎng)分吸收利用 80
6.5.7 冬小麥籽粒養(yǎng)分積累量和產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系 82
6.5.8 冬小麥植株養(yǎng)分吸收量和根系的相關(guān)關(guān)系 82
6.5.9 小結(jié) 83
6.6 加氧灌溉下紫茄響應(yīng)研究 83
6.6.1 紫茄株高、莖粗 83
6.6.2 紫茄凈光合速率 84
6.6.3 紫茄蒸騰速率 85
6.6.4 紫茄氣孔導(dǎo)度 86
6.6.5 紫茄葉片葉綠素 86
6.6.6 紫茄根系指標(biāo) 87
6.6.7 紫茄產(chǎn)量 88
6.6.8 紫茄植株養(yǎng)分 89
6.6.9 紫茄養(yǎng)分吸收效率 90
6.6.10 小結(jié) 91
6.7 加氧灌溉下盆栽番茄響應(yīng)研究 91
6.7.1 盆栽番茄凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度 91
6.7.2 盆栽番茄生物量 92
6.7.3 盆栽番茄產(chǎn)量和品質(zhì) 93
6.7.4 盆栽番茄養(yǎng)分吸收利用 93
6.7.5 土壤通氣性和番茄生理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系分析 94
6.7.6 土壤通氣性和番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及植株養(yǎng)分吸收效率的相關(guān)分析 95
6.7.7 小結(jié) 96
6.8 加氧灌溉下微區(qū)番茄響應(yīng)研究 96
6.8.1 微區(qū)番茄凈光合速率 96
6.8.2 微區(qū)番茄蒸騰速率 97
6.8.3 微區(qū)番茄氣孔導(dǎo)度 98
6.8.4 微區(qū)番茄生物量積累 99
6.8.5 微區(qū)番茄產(chǎn)量及品質(zhì) 100
6.8.6 微區(qū)番茄養(yǎng)分吸收利用 101
6.8.7 土壤通氣性和微區(qū)番茄生理指標(biāo)、產(chǎn)量品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系分析 105
6.8.8 小結(jié) 106
6.9 加氧灌溉下盆栽辣椒響應(yīng)研究 106
6.9.1 盆栽辣椒生理活動 106
6.9.2 盆栽辣椒生物量積累 108
6.9.3 盆栽辣椒產(chǎn)量和品質(zhì) 109
6.9.4 盆栽辣椒產(chǎn)量響應(yīng)曲面分析 110
6.9.5 小結(jié) 111
6.10 加氧灌溉下盆栽番茄生長動態(tài)響應(yīng)研究 111
6.10.1 盆栽番茄生物量積累動態(tài) 111
6.10.2 盆栽番茄產(chǎn)量積累動態(tài) 114
6.10.3 盆栽番茄養(yǎng)分吸收動態(tài) 116
6.10.4 盆栽番茄產(chǎn)量響應(yīng)曲面分析 121
6.10.5 小結(jié) 121
第7章 加氧灌溉增產(chǎn)提質(zhì)機理研究 122
7.1 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄土壤環(huán)境的改善機理分析 122
7.2 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄生長生理的改善機理分析 124
7.3 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)的改善路徑分析 126
7.3.1 土壤通氣性、酶活性、微生物量和植株養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的指數(shù)化處理 126
7.3.2 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄土壤-作物改善的結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建 129
7.3.3 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄土壤-作物的改善路徑分析 130
7.4 小結(jié) 132
第8章 加氧灌溉主要溫室氣體產(chǎn)排效應(yīng)研究 134
8.1 加氧灌溉條件下土壤N2O排放特征及影響因素分析 134
8.1.1 試驗內(nèi)容 134
8.1.2 試驗概況 134
8.1.3 試驗設(shè)計 134
8.1.4 樣品采集及指標(biāo)測定 135
8.1.5 相關(guān)指標(biāo)計算 136
8.1.6 加氧灌溉條件下土壤N2O排放特征 136
8.1.7 加氧灌溉下土壤N2O排放的影響因子 137
8.1.8 加氧灌溉下土壤N2O排放與各影響因子間的關(guān)系 139
8.1.9 小結(jié) 140
8.2 加氧灌溉對溫室桶栽辣椒土壤N2O排放的影響 140
8.2.1 試驗內(nèi)容 140
8.2.2 試驗地概況 140
8.2.3 試驗材料與試驗設(shè)計 141
8.2.4 試驗管理 141
8.2.5 指標(biāo)測定及計算 143
8.2.6 加氧灌溉對溫室辣椒地土壤N2O排放的影響 143
8.2.7 加氧灌溉對各影響因子的影響 145
8.2.8 加氧灌溉下土壤N2O排放的結(jié)構(gòu)方程模型 147
8.2.9 小結(jié) 148
8.3 加氧灌溉對溫室番茄地土壤N2O排放的影響 148
8.3.1 試驗內(nèi)容 148
8.3.2 試驗地概況 148
8.3.3 試驗材料與試驗設(shè)計 148
前言
第1章 緒論 1
1.1 背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展 2
1.2.1 加氧灌溉在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 2
1.2.2 加氧灌溉傳輸特性 2
1.2.3 加氧灌溉土壤通氣性改善效應(yīng) 3
1.2.4 加氧灌溉對作物根區(qū)環(huán)境的影響 4
1.2.5 加氧灌溉作物響應(yīng) 5
1.3 主要內(nèi)容與創(chuàng)新 5
第2章 加氧灌溉原理及裝備研發(fā) 7
2.1 系統(tǒng)設(shè)計原理 7
2.2 加氧灌溉地下氧灌系統(tǒng)及其控制方法 7
2.2.1 系統(tǒng)組成 7
2.2.2 系統(tǒng)控制方法 7
2.2.3 系統(tǒng)創(chuàng)新 8
2.3 加氧灌溉裝備研發(fā) 9
2.3.1 低成本空氣射流加氧灌溉系統(tǒng) 9
2.3.2 高效射流曝氣氧灌系統(tǒng) 9
2.3.3 智能化水肥氣一體化滴灌系統(tǒng) 10
2.3.4 水肥氣熱一體化滴灌智能控制裝置及其控制方法 10
2.4 小結(jié) 12
第3章 加氧灌溉水氣傳輸特性及其優(yōu)化研究 13
3.1 加氧灌溉水氣出流均勻度測量系統(tǒng)與方法 13
3.1.1 測量系統(tǒng) 13
3.1.2 測量步驟及計算方法 13
3.2 摻氣比例監(jiān)測方法及模型研究 14
3.2.1 基于排水法的微納米氣泡實時監(jiān)測裝置及摻氣比例計算方法 14
3.2.2 基于流體黏度改變的摻氣比例計算模型 15
3.3 加氧灌溉下水氧傳輸特性研究 15
3.3.1 試驗內(nèi)容 15
3.3.2 試驗原理 16
3.3.3 試驗設(shè)計 16
3.3.4 測定指標(biāo)及計算方法 16
3.3.5 NaCl介質(zhì)及生物降解活性劑對氧總傳質(zhì)系數(shù)的影響 18
3.3.6 壓力及活性劑濃度對氧總傳質(zhì)系數(shù)的影響 19
3.3.7 壓力對溶解氧的影響 20
3.3.8 活性劑濃度對溶解氧的影響 21
3.3.9 NaCl介質(zhì)及生物降解活性劑對灌溉均勻性的影響 22
3.4 加氧灌溉下水氣均勻性影響因素分析及管道優(yōu)化研究 22
3.4.1 試驗內(nèi)容 22
3.4.2 試驗設(shè)計 22
3.4.3 試驗布置 23
3.4.4 活性劑添加與管道雙向傳輸下?lián)綒獗壤俺鰵饩鶆蛐浴?3
3.4.5 活性劑添加與管道雙向傳輸下溶解氧及溶解氧均勻性 25
3.4.6 活性劑添加與管道雙向傳輸下滴頭流量及流量均勻性 26
3.5 小結(jié) 27
第4章 加氧灌溉土壤濕潤體內(nèi)水氧變化特性研究 28
4.1 試驗內(nèi)容 28
4.2 試驗設(shè)計 28
4.3 試驗布置 29
4.4 指標(biāo)監(jiān)測及計算方法 29
4.4.1 土壤充水孔隙度（WFPS） 29
4.4.2 土壤溶解氧濃度、土壤氧化還原電位和土壤氧氣擴散速率 29
4.5 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤孔隙含水率的影響 30
4.6 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤充氣孔隙度的影響 30
4.7 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤溶解氧濃度的影響 31
4.8 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤氧化還原電位的影響 32
4.9 不同灌水量及溶解氧濃度對濕潤體土壤氧氣擴散速率的影響 33
4.10 不同灌水量及溶解氧濃度對土壤表面土壤呼吸速率的影響 34
4.11 不同灌水量及溶解氧濃度下土壤通氣性影響因子相關(guān)關(guān)系分析 34
4.12 小結(jié) 36
第5章 加氧灌溉對作物根際環(huán)境改善效應(yīng)研究 37
5.1 試驗區(qū)概況 37
5.2 試驗設(shè)計 37
5.2.1 加氧灌溉紫茄根際土壤通氣性改善效應(yīng)試驗 37
5.2.2 加氧灌溉冬小麥根際土壤通氣性改善效應(yīng)試驗 38
5.2.3 加氧灌溉番茄根際土壤通氣性改善效應(yīng)試驗 39
5.2.4 加氧灌溉辣椒根際土壤通氣性改善效應(yīng)試驗 40
5.3 試驗觀測項目 40
5.3.1 土壤充氣孔隙度 40
5.3.2 土壤溶解氧濃度 41
5.3.3 土壤氧化還原電位 41
5.3.4 土壤氧氣擴散速率 41
5.3.5 土壤呼吸速率 42
5.3.6 土壤酶活性 42
5.3.7 土壤微生物 42
5.4 加氧灌溉下溫室紫茄根際土壤通氣性改善效應(yīng) 43
5.4.1 溫室紫茄根際土壤溶解氧濃度 43
5.4.2 溫室紫茄根際土壤氧化還原電位 44
5.4.3 溫室紫茄根際土壤呼吸速率 45
5.5 加氧灌溉下冬小麥根際土壤通氣性改善效應(yīng) 45
5.5.1 水源處溶解氧濃度 45
5.5.2 冬小麥根際土壤充氣孔隙度 46
5.5.3 冬小麥根際土壤溶解氧濃度 46
5.5.4 冬小麥根際土壤氧氣擴散速率 47
5.5.5 冬小麥根際土壤氧化還原電位 48
5.5.6 冬小麥根際土壤呼吸速率 50
5.6 加氧灌溉下溫室番茄根際土壤通氣性改善效應(yīng) 51
5.6.1 溫室番茄根際土壤溶解氧濃度 51
5.6.2 溫室番茄根際土壤氧化還原電位 51
5.6.3 溫室番茄根際土壤氧氣擴散速率 51
5.6.4 溫室番茄根際土壤呼吸速率 52
5.6.5 作物根區(qū)土壤通氣性指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系分析 53
5.7 加氧灌溉下溫室辣椒根際土壤通氣性改善效應(yīng) 54
5.7.1 溫室辣椒根際土壤充水孔隙度（WFPS） 54
5.7.2 溫室辣椒根際土壤氧氣擴散速率 55
5.7.3 溫室辣椒根際土壤氧化還原電位 55
5.7.4 溫室辣椒根際土壤呼吸速率 56
5.7.5 溫室辣椒根際土壤酶活性 57
5.7.6 溫室辣椒根際土壤微生物數(shù)量 58
5.7.7 溫室辣椒根際細(xì)菌多樣性 59
5.8 小結(jié) 63
第6章 加氧灌溉作物生理生長特性研究 65
6.1 試驗區(qū)概況 65
6.2 試驗設(shè)計 65
6.2.1 草莓試驗設(shè)計 65
6.2.2 小白菜試驗設(shè)計 66
6.2.3 紫茄試驗設(shè)計 67
6.2.4 盆栽番茄試驗①設(shè)計 67
6.2.5 微區(qū)番茄試驗設(shè)計 68
6.2.6 盆栽辣椒試驗設(shè)計 69
6.2.7 盆栽番茄試驗②設(shè)計 70
6.3 加氧灌溉下草莓響應(yīng)研究 71
6.3.1 草莓凈光合速率 71
6.3.2 草莓氣孔導(dǎo)度 72
6.3.3 草莓蒸騰速率 72
6.3.4 草莓品質(zhì) 73
6.3.5 草莓根系指標(biāo) 73
6.3.6 小結(jié) 74
6.4 加氧灌溉下小白菜響應(yīng)研究 74
6.4.1 小白菜根系指標(biāo) 74
6.4.2 小白菜生理指標(biāo) 75
6.4.3 小白菜生物量及水分利用效率 76
6.4.4 小白菜養(yǎng)分吸收量與吸收效率 76
6.4.5 小結(jié) 77
6.5 加氧灌溉下冬小麥響應(yīng)研究 77
6.5.1 冬小麥根系指標(biāo) 77
6.5.2 冬小麥氣孔導(dǎo)度 78
6.5.3 冬小麥蒸騰速率 79
6.5.4 冬小麥凈光合速率 79
6.5.5 冬小麥生物量和產(chǎn)量 79
6.5.6 冬小麥養(yǎng)分吸收利用 80
6.5.7 冬小麥籽粒養(yǎng)分積累量和產(chǎn)量的相關(guān)關(guān)系 82
6.5.8 冬小麥植株養(yǎng)分吸收量和根系的相關(guān)關(guān)系 82
6.5.9 小結(jié) 83
6.6 加氧灌溉下紫茄響應(yīng)研究 83
6.6.1 紫茄株高、莖粗 83
6.6.2 紫茄凈光合速率 84
6.6.3 紫茄蒸騰速率 85
6.6.4 紫茄氣孔導(dǎo)度 86
6.6.5 紫茄葉片葉綠素 86
6.6.6 紫茄根系指標(biāo) 87
6.6.7 紫茄產(chǎn)量 88
6.6.8 紫茄植株養(yǎng)分 89
6.6.9 紫茄養(yǎng)分吸收效率 90
6.6.10 小結(jié) 91
6.7 加氧灌溉下盆栽番茄響應(yīng)研究 91
6.7.1 盆栽番茄凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度 91
6.7.2 盆栽番茄生物量 92
6.7.3 盆栽番茄產(chǎn)量和品質(zhì) 93
6.7.4 盆栽番茄養(yǎng)分吸收利用 93
6.7.5 土壤通氣性和番茄生理指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系分析 94
6.7.6 土壤通氣性和番茄產(chǎn)量、品質(zhì)及植株養(yǎng)分吸收效率的相關(guān)分析 95
6.7.7 小結(jié) 96
6.8 加氧灌溉下微區(qū)番茄響應(yīng)研究 96
6.8.1 微區(qū)番茄凈光合速率 96
6.8.2 微區(qū)番茄蒸騰速率 97
6.8.3 微區(qū)番茄氣孔導(dǎo)度 98
6.8.4 微區(qū)番茄生物量積累 99
6.8.5 微區(qū)番茄產(chǎn)量及品質(zhì) 100
6.8.6 微區(qū)番茄養(yǎng)分吸收利用 101
6.8.7 土壤通氣性和微區(qū)番茄生理指標(biāo)、產(chǎn)量品質(zhì)的相關(guān)關(guān)系分析 105
6.8.8 小結(jié) 106
6.9 加氧灌溉下盆栽辣椒響應(yīng)研究 106
6.9.1 盆栽辣椒生理活動 106
6.9.2 盆栽辣椒生物量積累 108
6.9.3 盆栽辣椒產(chǎn)量和品質(zhì) 109
6.9.4 盆栽辣椒產(chǎn)量響應(yīng)曲面分析 110
6.9.5 小結(jié) 111
6.10 加氧灌溉下盆栽番茄生長動態(tài)響應(yīng)研究 111
6.10.1 盆栽番茄生物量積累動態(tài) 111
6.10.2 盆栽番茄產(chǎn)量積累動態(tài) 114
6.10.3 盆栽番茄養(yǎng)分吸收動態(tài) 116
6.10.4 盆栽番茄產(chǎn)量響應(yīng)曲面分析 121
6.10.5 小結(jié) 121
第7章 加氧灌溉增產(chǎn)提質(zhì)機理研究 122
7.1 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄土壤環(huán)境的改善機理分析 122
7.2 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄生長生理的改善機理分析 124
7.3 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄產(chǎn)量、品質(zhì)的改善路徑分析 126
7.3.1 土壤通氣性、酶活性、微生物量和植株養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)的指數(shù)化處理 126
7.3.2 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄土壤-作物改善的結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建 129
7.3.3 加氧灌溉對溫室微區(qū)番茄土壤-作物的改善路徑分析 130
7.4 小結(jié) 132
第8章 加氧灌溉主要溫室氣體產(chǎn)排效應(yīng)研究 134
8.1 加氧灌溉條件下土壤N2O排放特征及影響因素分析 134
8.1.1 試驗內(nèi)容 134
8.1.2 試驗概況 134
8.1.3 試驗設(shè)計 134
8.1.4 樣品采集及指標(biāo)測定 135
8.1.5 相關(guān)指標(biāo)計算 136
8.1.6 加氧灌溉條件下土壤N2O排放特征 136
8.1.7 加氧灌溉下土壤N2O排放的影響因子 137
8.1.8 加氧灌溉下土壤N2O排放與各影響因子間的關(guān)系 139
8.1.9 小結(jié) 140
8.2 加氧灌溉對溫室桶栽辣椒土壤N2O排放的影響 140
8.2.1 試驗內(nèi)容 140
8.2.2 試驗地概況 140
8.2.3 試驗材料與試驗設(shè)計 141
8.2.4 試驗管理 141
8.2.5 指標(biāo)測定及計算 143
8.2.6 加氧灌溉對溫室辣椒地土壤N2O排放的影響 143
8.2.7 加氧灌溉對各影響因子的影響 145
8.2.8 加氧灌溉下土壤N2O排放的結(jié)構(gòu)方程模型 147
8.2.9 小結(jié) 148
8.3 加氧灌溉對溫室番茄地土壤N2O排放的影響 148
8.3.1 試驗內(nèi)容 148
8.3.2 試驗地概況 148
8.3.3 試驗材料與試驗設(shè)計 148
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加氧/增氧灌溉技術(shù)創(chuàng)新與理論探索 節(jié)選
第1章 緒論 1.1 背景及意義 土壤空氣、水分和養(yǎng)分之間的*佳平衡被稱為肥力三角（fertile triangle）（Wolf，1999）。協(xié)調(diào)土壤水肥氣環(huán)境，以維持根系正常的新陳代謝和良好的根區(qū)環(huán)境是灌溉追求的目標(biāo)（Bhattarai et al.，2005）。水肥資源約束已成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因素。農(nóng)業(yè)部、國家發(fā)展和改革委員會、科技部等八部委2015年聯(lián)合發(fā)布了《農(nóng)業(yè)部關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅戰(zhàn)的實施意見》，明確提出“一控兩減三基本”的目標(biāo)。2016年農(nóng)業(yè)部頒布的《推進(jìn)水肥一體化實施方案（2016—2020年）》中明確提出重點推廣水肥一體化技術(shù)。在新形勢下，推進(jìn)水肥一體化工作已成為提高水肥利用效率、轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式和緩解水資源緊缺的關(guān)鍵措施。土壤空氣在作物生長過程中起著不可替代的作用。土壤空氣來自于大氣，是土壤的重要組成部分，存在于土壤孔隙中，并在土壤孔隙中不斷地運動，同時與大氣進(jìn)行氣體交換。傳統(tǒng)灌溉方法總是處于淹水灌溉、根區(qū)排水及缺水后再灌溉的過程之中（Bhattarai et al.，2005）。精準(zhǔn)的灌溉方法，如地表滴灌和地下滴灌因可顯著提高水分利用效率而備受推崇。但是，灌溉過程及之后地下滴灌灌水器的周圍也可能出現(xiàn)短時性和周期性滯水，這一情況多出現(xiàn)在質(zhì)地黏重、緊實和結(jié)構(gòu)不良的土壤中，即使是在排水特性良好的土壤中也可能出現(xiàn)持續(xù)性水分過多的情況（Dhungel et al.，2012）。土壤水分過多必將導(dǎo)致濕潤區(qū)土壤空氣含量下降，土壤出現(xiàn)周期性的滯水，從而造成土壤通氣性下降（Meek et al.，1983），其下降程度與灌溉技術(shù)水平和土壤性質(zhì)相關(guān)（Abuarab et al.，2013；Bhattarai et al.，2013；Shahein et al.，2014；Torabi et al.，2013；Chen et al.，2011）。 土壤空氣對作物種子發(fā)芽、出苗、后期成長與成熟以及養(yǎng)分吸收、各種營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化都有重要的作用甚至起決定性的作用。在農(nóng)業(yè)方面主要研究土壤通氣性不足對糧食減產(chǎn)的影響。土壤濕度過大降低了植物生產(chǎn)潛力，這不僅與土壤通氣性不良有關(guān)，也與土壤氧氣不足引起的根系病菌入侵有關(guān)（Miller and Burke，1985；Stolzy et al.，1967）。當(dāng)土壤通氣不良時，必須通過人為排水或加氧來提高通氣不良土壤的通氣性，否則作物勢必減產(chǎn)，收益也可能大幅下降（Irmak and Rathje，2014）。土壤水分過多，土壤氧氣會被土壤水分驅(qū)離，微生物與植物根系競爭氧氣，同時微生物代謝途徑發(fā)生轉(zhuǎn)變，減少了根系對養(yǎng)分的吸收。土壤氧氣不足，新生根系停止生長，根系的伸展受到抑制（Silberbush et al.，1979）。如果氧氣濃度進(jìn)一步下降，即使恢復(fù)供氧，根系也無法正常生長（Lemon and Wiegand，1962）。淹水72h后，土壤氧氣濃度下降到*大理論值的10%時，根系停止生長，作物產(chǎn)量下降到*佳灌溉處理的56%（Meyer et al.，1985）。保障作物根區(qū)的土壤通氣性對作物產(chǎn)量至關(guān)重要。隨著滴灌技術(shù)的日臻完善和大面積推廣應(yīng)用，利用滴灌系統(tǒng)可同時實現(xiàn)水、空氣和農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)向根區(qū)輸送，為土壤通氣提供可能。 目前，向根區(qū)輸送氧氣的灌溉技術(shù)主要有兩種（雷宏軍等，2014a）：一種是灌水過程與加氣過程分離，即灌水之后進(jìn)行通氣的技術(shù)；另一種是使用文丘里空氣射流器將氧氣通過滴灌或地下滴灌水流向植物根區(qū)輸送的一種新型的灌水技術(shù)，其被稱為加氧灌溉（又稱增氧灌溉）。這兩種技術(shù)都能有效緩解普通灌溉導(dǎo)致根系缺氧的問題，**種技術(shù)因“煙囪效應(yīng)”的存在，氧氣不能有效地停留在植物根區(qū)；第二種技術(shù)因過水流速緩慢，單次曝氣水流摻氣比例受限，且產(chǎn)生的氣泡大部分集中于管道上半部，在實際應(yīng)用中受到限制。加氧灌溉技術(shù)是水肥一體化和加氧灌溉的結(jié)合與改造，以地表水為水源，借助文丘里空氣射流器吸入空氣或氧氣，經(jīng)滴灌系統(tǒng)將水肥氣混合流體協(xié)調(diào)輸送至作物根區(qū)土壤，為作物生長創(chuàng)造良好的水肥氣熱環(huán)境（雷宏軍等，2014a，2014b）。本書通過研發(fā)加氧灌溉系統(tǒng)，進(jìn)一步對加氧灌溉的理論基礎(chǔ)、系統(tǒng)設(shè)計、傳輸機制和增產(chǎn)提質(zhì)機制進(jìn)行了系統(tǒng)深入的探索，為我國農(nóng)業(yè)水資源高效利用和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了一種新的技術(shù)支撐。 1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展 1.2.1 加氧灌溉在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用 加氧灌溉技術(shù)利用二相流體力學(xué)原理，讓氣液兩個相體在高速旋轉(zhuǎn)或真空吸附等情況下生成微納米氣泡水，達(dá)到水體超富氧飽和狀態(tài)。加氧灌溉制備的微納米氣泡具有尺寸小、比表面積大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特點，特別適合加氧灌溉水氣高效傳輸。目前，國際上對加氧灌溉在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用已有一些報道，但在國內(nèi)尚屬于起步階段。Zheng等（2007）以高純氧為氣源，利用Seair氧氣擴散器制備了3個溶解氧梯度，即20mg/L、30mg/L和40mg/L，水培西紅柿4周后發(fā)現(xiàn)，隨著溶解氧濃度升高，植物株高顯著增加，但根莖葉鮮重增加趨勢不明顯；30mg/L的溶解氧濃度值可能是西紅柿生長的上限濃度。Park和Kurata（2009）采用微納米氣泡加氧水水培生菜發(fā)現(xiàn)，曝氣處理使生菜鮮重和干重均顯著增加，認(rèn)為這一促進(jìn)作用與微納米氣泡大的比表面積和負(fù)電荷特性有關(guān)。Ebina等（2013）將氧氣作為氣源制備微納米氣泡加氧水，發(fā)現(xiàn)微納米氣泡的尺寸和濃度穩(wěn)定持續(xù)時間達(dá)70天；微納米氣泡加氧水水培大白菜4周后發(fā)現(xiàn)，曝氣處理極顯著地促進(jìn)了株高、葉片長度和地上部鮮重的增加。蔣程瑤等（2013）利用溶解氧濃度達(dá)45mg/L的加氧水處理葉菜種子，發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率、發(fā)芽勢及活力指數(shù)均比普通純凈水處理的種子有顯著提高。劉俊杰等（2013）研究了微納米氣泡加氧水對水培及基質(zhì)栽培的生菜根系生長、經(jīng)濟產(chǎn)量具有明顯的促進(jìn)作用。呂夢華等（2014）以自來水為對照，在20mg/L和30mg/L兩種溶解氧濃度下研究了微納米氣泡加氧水對水培白蘿卜的生長發(fā)育的影響，發(fā)現(xiàn)其對部分品質(zhì)指標(biāo)有明顯的促進(jìn)作用，且高溶解氧濃度的促進(jìn)效果更加突出。 1.2.2 加氧灌溉傳輸特性 關(guān)于加氧灌溉傳輸過程中摻氣比例的測量對明確水氣傳輸規(guī)律有重要意義。由于管道的不透明性，Calzavarini等（2008）通過對氣泡探針碰撞時間序列的統(tǒng)計分析來量化處于湍流狀態(tài)下的微納米氣泡。利用高速相機來連續(xù)監(jiān)測氣泡，通過氣泡圖像孔隙率可估算出摻氣總量（Bhattarai et al.，2015a）。雷宏軍等（2014a）通過曝氣水黏度和摻入氣體體積的變化關(guān)系計算出平均摻氣比例，但無法實時監(jiān)測傳輸過程中摻氣量的變化。Torabi等（2013）將充滿水的集氣瓶倒扣于水槽中收集曝氣摻入的氣體，但該種方法只能收集體積較大的氣泡。對于較大氣泡而言，微納米氣泡因其直徑較小可避免氣泡直接上升聚合而導(dǎo)致氣泡破裂（張磊等，2011），從而為加氧灌溉水氣長距離均勻傳輸提供了可能。 田間條件下均勻通氣對維持作物均一生產(chǎn)非常重要。目前，關(guān)于加氧灌溉的水氧傳輸均勻性和傳輸距離有一定的研究。Goorahoo等（2002）發(fā)現(xiàn)，加氧灌溉對辣椒產(chǎn)量的影響主要集中在毛管的前48m范圍內(nèi)，辣椒的產(chǎn)量和毛管長度間呈極顯著的二次線性關(guān)系，而普通地下滴灌毛管距離與辣椒產(chǎn)量沒有明顯的關(guān)系。因此，他們認(rèn)為，水氣出流量不均勻是該現(xiàn)象出現(xiàn)的主要原因。Torabi等（2014）研究了活性劑添加濃度和連接器類型及尺寸對水氣出流量均勻性的影響，結(jié)果表明，活性劑的添加可顯著提高傳輸過程的流量均勻性。雷宏軍等（2014b）研究了不同活性劑添加濃度和工作壓力條件下水氣耦合物在較短滴灌帶（66m）中的傳輸均勻性，結(jié)果表明，出水均勻性和出氣均勻性分別達(dá)到95%和70%。由于浮力的存在，微納米氣泡在長距離傳輸中會凝聚。大微納米氣泡在灌溉過程中更易從向上埋設(shè)的滴頭逃逸而造成氣泡損失。Pendergast等（2014）通過棉花田間栽培試驗表明，250m以內(nèi)的管道鋪設(shè)長度是加氧灌溉的有效鋪設(shè)長度，可使空氣順利到達(dá)作物根區(qū)。Bhattarai等（2015a）研究了活性劑BS1000濃度和滴頭的埋設(shè)方位對微納米氣泡輪廓和傳輸有效性的影響，結(jié)果表明，BS1000較低濃度下水氣耦合物于傳輸200m后出現(xiàn)分離。目前，水氣耦合物的傳輸距離仍是限制加氧灌溉技術(shù)推廣的重要因素之一。因此，關(guān)于加氧灌溉下?lián)綒獗壤臏y定手段、水氣均勻度的測量方法及水、氧、氣傳輸?shù)木鶆蛐匀孕柽M(jìn)一步明確。 1.2.3 加氧灌溉土壤通氣性改善效應(yīng) 土壤通氣性對植物生長的重要性已為人們所認(rèn)知，Grable（1966）*早給出了對土壤通氣性的定義：是生物、土壤和大氣相互之間的氣體交換和循環(huán)。Glinski和Stepniewski（1985）建議將土壤通氣性概念進(jìn)行拓展，即包括土壤氣體的組成及其對植物的作用，以及土壤氣體的吸附、產(chǎn)生、交換等各個方面。這一概念將土壤氧氣的分布、氧氣對植物根系及微生物的可利用性考慮進(jìn)來，稱為土壤氧合作用（Glinski and Stepniewski，1985）。土壤通氣性指標(biāo)可分為3類：**類為容量指標(biāo)，氣體填充土壤孔隙體積（簡稱土壤充氣孔隙度）；第二類為強度指標(biāo)，孔隙中的氧氣分壓或土壤溶液中的氧氣含量；第三類為速率指標(biāo)，氧氣向土壤中某點的供應(yīng)速率。三類指標(biāo)的測量難度順序為：容量指標(biāo)＜強度指標(biāo)＜速率指標(biāo)。對于**類指標(biāo)而言，通常當(dāng)孔隙體積比例小于0.1時植物生長受到抑制（Jayawardane and Meyer，1985）。對于第二類指標(biāo)而言，當(dāng)土壤空氣的氧氣體積比例小于10%（或氧氣濃度低于0.1kg O2/m3），或者當(dāng)土壤溶液氧氣濃度低于10mg O2/L時，視為土壤通氣不良（Meyer et al.，1985）。第三類指標(biāo)又可分為擴散指標(biāo)及對流指標(biāo)兩類。擴散指標(biāo)*能反映原位土壤中的氧氣水平，它與植物的生理反應(yīng)、營養(yǎng)特性和植物生長密切相關(guān)，低于0.2μg/(cm2 min)時視為土壤通氣不良（Stolzy and Letey，1964）；對流指標(biāo)可通過對流測量氧氣儀準(zhǔn)確測量進(jìn)入土壤的氧氣的質(zhì)量通量，或者通過直接測定大氣與土壤之間的空氣壓力梯度來計算。常用的土壤通氣性代表性指標(biāo)有土壤充氣孔隙度（Hodgson and Macleod，1989）、土壤空氣氧氣濃度或土壤溶液氧濃度、氧氣擴散速率等（Letey and Stolzy，1964）。對比分析土壤充氣孔隙度和氧氣擴散速率發(fā)現(xiàn)，土壤通氣容量并不能直接反映植物的生長。氧氣擴散速率直接反映了氧氣對植物的有效性，是*具代表性的土壤通氣性指標(biāo)（Feng et al.，2002）。土壤充氣孔隙度閾值常數(shù)經(jīng)常被用于表征植物氧氣脅迫，但是閾值常數(shù)難以表征所有的情況。實際上，土壤氧氣的消耗及氧氣向根系的擴散依賴于土壤溫度、作物生長時期、土壤質(zhì)地和微生物活性。以上因素同時影響著土壤氧氣的脅迫程度，準(zhǔn)確估算土壤氧氣脅迫的研究至今未見報道。加氧灌溉改變根際土壤水分分布及氧氣狀況，影響著土壤的通氣狀況，那么土壤通氣性改善效應(yīng)如何？加氧灌溉如何通過根際土壤通氣性的改善來促進(jìn)作物的生長？有待進(jìn)一步研究。 1.2.4 加氧灌溉對作物根區(qū)環(huán)境的影響 加氧灌溉帶來土壤通氣性的改善不僅促進(jìn)了作物的增產(chǎn)增效，而且對作物根區(qū)環(huán)境也產(chǎn)生了一定的影響。根區(qū)環(huán)境是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，“土壤-根系-土壤微生物與土壤酶”等因素相互作用，共同影響地上、地下的物質(zhì)運移和能量流動（王京偉，2017）。土壤微生物是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，也是參與土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化和生化反應(yīng)的重要推動力，在促進(jìn)土壤有機質(zhì)轉(zhuǎn)化方面起到重要作用（姚槐應(yīng)和黃昌勇，2006；Heijden et al.，2008；李元等，2015）。土壤微生物種類和數(shù)量繁多，細(xì)菌、真菌、放線菌是目前研究*多的三類。土壤微生物以群落的方式存在于土壤中，細(xì)菌在土壤微生物群落中占70%～90%，是土壤微生物群落的主要組成部分（王岳坤和洪葵，2005）。微生
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