交替沟灌条件下土壤水稳定氢氧同位素分布特征

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1、灌溉排水学报２０１４年８月第３３卷第４／５期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１４）０４／０５－０２５１－０５＊交替沟灌条件下土壤水稳定氢氧同位素分布特征吴友杰，魏镇华，杜太生（中国农业大学中国农业水问题研究中心，北京１０００８３）摘要：为深入探讨根系分区交替灌溉的节水机理，分析了交替沟灌条件下土壤水稳定氢氧同位素分布特征及不同层次土壤水对玉米根系吸水的贡献率，明确了玉米根系吸水来源。结果表明，土壤水稳定氢氧同位素在沟、垄表层富集，沟中是垄

2、上的２８．７８％。灌溉和降雨后，沟中表层土壤水稳定氢氧同位素分布发生突变，垄上变化较小。交替沟灌下灌水沟、非灌水沟和垄的不同深度土壤水对玉米根系吸水的贡献存在显著差异；玉米拔节期根系吸水主要来源于垄下１０～２０ｃｍ土层，贡献率为８８％～９７％；抽穗期来源于垄下２０～４０ｃｍ土层，贡献率为５８％～９２％，灌溉后主要供水层是灌水沟下０～１０ｃｍ和垄下２０～４０ｃｍ土层。交替沟灌下采用小定额灌溉和不同生育期采用适宜的计划湿润层设计灌溉制度是提高作物水分利用效率的关键。关键词：交替沟灌；稳定氢氧同位素；土壤

3、水分；玉米；根系吸水中图分类号：Ｓ２７４．２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１４．０４／０５．０５５吴友杰，魏镇华，杜太生．交替沟灌条件下土壤水稳定氢氧同位素分布特征［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１４，３３（４／５）：２５１－２５５．［１］控制性根系分区交替灌溉是一种高效可行的节水灌溉方式，通过刺激作物根系吸水功能和改变根区［２］剖面土壤湿润方式以调节气孔开度，减少作物的“奢侈”蒸腾，提高水分利用效率，交替沟灌是其中一种灌［３］溉方式。利用土壤水中稳定氢氧同位素的变化

4、可提取有关水在土壤中的迁移信息，并从微观上剖析土壤水分的性质、成因、植物对土壤水分的利用及其土壤水分的运移规律。因此，交替沟灌方式下，运用稳定氢氧同位素技术分析玉米不同土壤剖面δＤ与δ１８Ｏ分布规律，明确剖面水分利用来源比例，以期进一步阐明交替沟灌的节水机理。１材料与方法试验于２０１３年４—９月在中国农业大学石羊河农业与生态节水试验站进行（３７°５２′Ｎ，１０２°５１′Ｅ）。该地区常年干旱少雨，日照时间长，蒸发量大，年均日照时数在３０００ｈ以上，无霜期１５０ｄ以上，水面蒸发量大于２０００ｍｍ，多年平

5、均降雨量仅１６４．４ｍｍ，属典型温带大陆性干旱气候。年平均气温为８℃，大于０℃的积温为３５５０℃以上，多年平均风速为１．３ｍ／ｓ，地下水埋深３０～４０ｍ，试验期间有效降水量为６８．４ｍｍ。采用隔沟交替灌溉方式，灌溉定额为２５００ｍ３／ｈｍ２。供试玉米品种为“富农３４０”，垄上种植玉米，每垄种植２行，行距５０ｃｍ，株距１８ｃｍ，垄顶宽５０ｃｍ，沟顶宽５０ｃｍ，沟底宽２０ｃｍ，沟深２０ｃｍ。沟长６０ｍ，沿沟长方向于沟底和垄顶均匀采样。于沟底和垄顶沿沟长方向均匀选３个采样点，土钻取样，采用称质量法测定剖面

6、土壤含水率（０～５、５～１０、１０～２０、２０～４０、４０～６０、６０～１００ｃｍ），每周测定１次，灌水前后１ｄ以及降雨后加测。６月２２日—７月２０日（玉米拔节期和抽穗期），采样测定土壤含水率的同时，将部分土样分别装入自封袋密封保存以防止汽化并带回试验室，用真空抽提系统（ＬＩ－２０００，ＬＩＣＡ，Ｃｈｉｎａ）抽取水样，即土壤水；为了避免植物蒸腾引发的＊收稿日期：２０１４－０３－１３基金项目：国家自然科学基金项目（５１２２２９０５）；国家８６３计划课题（２０１１ＡＡ１００５０５）；水利部公益项目（２０

7、１２０１００３）；教育部“新世纪优秀人才支持计划”项目（ＮＣＥＴ－１１－０４７９）作者简介：吴友杰（１９８７－），男，博士研究生，主要从事农业节水理论与技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｏｌｙ８７５２０＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：杜太生（１９７５－），男，教授，博士，主要从事农业节水与水资源高效利用研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｕｔａｉｓｈｅｎｇ＠ｃａｕ．ｅｄｕ．ｃｎ２５１同位素分馏作用，在晴天１２：００—１４：００采样，剪取地表以下５ｃｍ深度的玉米茎部，避免取含有叶绿素的部分，装入自封袋密封保存以防止汽化，带回试验

8、室用真空抽提系统提取植株水样，即植株水；直接用样品瓶集取降水和灌溉水样，密封后带回实验室测定。采集的土壤水、植株水、灌溉水、降雨水样密封并于４℃保存，以防蒸发和同位素分馏，采用液态水同位素分析仪（ＰＩＣＡＲＲＯＬ２１３０－ｉ，Ｐｉｃａｒｒｏ，ＵＳＡ）测定样品水样中的稳定氢氧同位素比率（δ）。［４］测定数据采用ＩｓｏＳｏｕｒｃｅ软件分析稳定氢氧同位素，以确定各种可能水分来源比例。此方法中，各种水分来源的所有可能组合通过一个很小的增量（如１％）进行叠加运算，如果每个可能组