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华北平原典型冬小麦-夏季玉米轮作田作物吸水的稳定同位素研究

日期: 2020-05-15
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华北平原典型冬小麦-夏季玉米轮作田作物吸水的稳定同位素研究


华北平原典型冬小麦-夏季玉米轮作田作物吸水的稳定同位素研究

摘要:气候变化和人类活动的加剧使管理农业水资源变得更为困难,特别是与作物类型和生长阶段有关的水吸收模式的变化。因此,在华北平原,作者利用全自动真空冷凝抽提系统(LI-2100)将植物木质部和土壤样品中的水分提取出来利用LGR水同位素分析仪(WIA-35d-EP,912-0026)测量各水体中δ18O和δ2H以研究冬小麦和夏季玉米轮作田的水分吸收模式。根据土壤含水量,利用层次聚类分析将土壤层分为0-20 cm,20-40 cm,40-120 cm和120-200 cm。夏季玉米在三叶期(77.8%)和拔节期(48.6%)主要吸收0-20 cm土壤水,孕穗期(33.6%)和抽雄期(32.6%)主要吸收20-40 cm土壤水,吐丝期(32.0%)和乳熟期(36.7%)主要吸收40-120 cm土壤水,成熟(35.0%)和收获期(52.4%)转为吸收0-20 cm土壤水。冬小麦在越冬期(86.6%),幼苗期(83.7%),拔节期(45.2%),孕穗期(51.4%),抽穗期(28.8%)和成熟期(67.8%)主要吸收0-20 cm土壤水,在开花期(34.8%)和乳熟期(25.2%)主要吸收20-40 cm土壤水。冬小麦干根重密度与水分吸收的贡献呈正相关。然而,夏季玉米中未发现类似相关性。回归分析表明冬小麦(CWU=-2.03×SVWC+92.73)和夏季玉米(CWU=-0.91×SVWC+57.75)的土壤体积含水量(SVWC)和水分吸收的贡献呈负相关。对水分吸收贡献的不同响应结果表明,对冬小麦灌溉时,应从孕穗期推迟到开花期。该研究为作物水分吸收和农业水管理提供了见解。

华北平原典型冬小麦-夏季玉米轮作田作物吸水的稳定同位素研究

华北平原典型冬小麦-夏季玉米轮作田作物吸水的稳定同位素研究

结论:稳定同位素δ18O和δ2H用于定量分析夏季玉米和冬小麦在不同生长阶段的水分吸收。基于土壤体积含水量的层次聚类分析将土壤层分为0-20 cm,20-40 cm,40-120 cm和120-200 cm。夏季玉米和冬小麦在其生长阶段水分吸收层发生了变化,从浅层土壤到深层土壤,再到浅层土壤。然而,水分吸收层的变化发生在不同生长阶段:夏季玉米孕穗期(20-40 cm),吐丝期(40-120 cm),成熟期(0-20 cm),冬小麦开花期(20-40 cm),成熟期(0-20 cm)。根系分布和土壤含水量对水分吸收的响应不同。冬小麦干根重密度与水分吸收的贡献呈正相关,但是夏季玉米并非如此。然而,冬小麦和夏季玉米的土壤体积含水量(SVWC)和水分吸收的贡献均呈负相关。水分吸收模式和相应机制的不同为农业用水实践提供了更精确且更适应当地情况的信息。此外,对冬小麦灌溉时,应从孕穗期推迟到开花期。

Stable isotope evidences for identifying crop water uptake in a typical winter wheatsummer maize rotation fifield in the North China Plain.pdf

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