灌溉期间通过松树皮基质的水分运动外文翻译资料

 2022-12-24 16:15:04

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灌溉期间通过松树皮基质的水分运动

《园艺科学》2014.12

Hoskins, T.C., Owen, J.S., Niemiera, A.X.

弗吉尼亚理工大学园艺系

关键词：渗滤液，土壤优势流，根系生长，溶质运移，湿润锋。

摘要：致力于提高水和肥料使用效率的规章制度和奖励措施，促使苗圃行业在观赏植物培育领域寻求更新兴和更先进的技术。尤其是在灌溉和施肥的管理上，这方面最佳管理实践往往基于季度趋势下水和肥料使用的有关研究。了解在一次灌溉中水如何通过基质移动可能会改进推荐的最佳管理实践，从而提高育苗场的水和肥料使用效率。因此，在钝齿冬青的整个生产周期中，进行了一项研究，以表征灌溉水在三个生长阶段（移栽后4,9和17周）的运动。“Bennetts Compacta”系在一个树皮基质上生长的容器，与没有植物的容器一起生长。张力计放置在整个衬底轮廓的三个水平插入深度和三个垂直高度处，以检测单次灌溉期间的基质电位（psi;;单位 kPa）的变化。在移栽后4周时，上基板轮廓中灌溉前的电位psi;比容器底部附近的基底电位更负（即更干燥）达12.3倍，并且比容器中间的负值高6.0倍。当根部生长到基底轮廓的下部时，该梯度移栽后9和17周时降低。平均来说，灌溉开始后的容器和植物处理方法分别从容器基质59.9 splusmn;1.0 和35.7 splusmn;1.3开始排水，表明水通过植物处理的基质。植物通过根部吸水的模式诱导了底物灌溉前水分分布中的梯度，其中基底轮廓的部分相对干燥，在此植物的根部吸收水分。因此，由于可能会产生通道，如果在干燥的基质情况下浇水施肥，则此时的灌溉用水或肥料具有提升效率的潜力。因此，使用循环灌溉或底物含水量（MC）阈值（不让MC值降低到可能产生通道的未确定阈值）的水施用可以提高施水效率。此外，当容器上部的基底含水量高于本研究中观察到的灌溉前基底含水量时，应该施肥，以最小化通道的产生。在寻求灌溉前基质含水量和灌溉施用率之间的适当平衡的同时，也应考虑根生长的影响，以减少不必要的通道化风险。

最小化从容器种植作物中浸出的矿物质营养物质的负荷是园艺科学家和业内成员的目标，有两个原因。首先，浸出的矿物质营养素不再可用于作物生长，并且随着肥料成本的增加，肥料利用效率的提高可能有助于种植者保持盈利。第二，减少径流营养负荷可以最大限度地减少对当地流域的非点源农药贡献，同时帮助种植者遵守当前或未来的监管标准，例如对切萨皮克湾流域农药贡献的总最大日负荷限值（Majsztrik and Lea- Cox，2013）。种植者可应用一些最佳管理实践（BMP）（Bilderback et al，2013），作为可用于提高容器种植观赏作物的水和营养利用效率的工具集。业界的回应是积极的，正如在美国就普遍有利的最佳管理实践采用率再主要苗圃作物产区做区域级和国家级的调查（Garber et al。，2002; Mangiafico et al。，2010; Schoene et al。，2006 ）。其中最佳管理实践是使用控释肥料（CRF）和营养监测技术。 最近一项全国调查报告显示，66.4％的苗圃目前正在使用控释肥料（Dennis et al，2010），这一肥料技术已被证明与普通施肥相比有效减少氮和磷流失(Wilson and Albano, 2011)。 控制释放肥料的性能是经过长期研究（4-12个月）的结果所了解(Broschat and Moore, 2007; Cabrera, 1997)，这些研究使用倾倒方法或废水（渗滤液）收集技术来评估营养释放趋势。这种研究使种植者能够就灌溉和肥料管理做出明智的决定，努力提高作物质量，减少浸出时的营养物质流失。然而，关于营养物在短时间内的浸出趋势，我们已知甚少，即在灌溉期间和刚结束时，水和肥料如何从无水基质中浸出并移动。继续这种研究将改进致力于改善的水和营养使用效率的生产实践（例如，灌溉，肥料使用，底物选择等）。

对土壤中水和溶质运输的研究(Beven and Germann, 2013;Mohammadi et al., 2009; Russo, 1993)为理解无土系统提供了良好的基础。然而，由于土壤和无土壤基质之间的物理性质存在实质性差异，因此需要独立研究水和溶质运输，以便对无土壤系统中的水和溶质运输进行更直接和彻底的了解。在美国大西洋中部和东南部的苗圃工业中常用于生产木本观赏植物的松树皮和沙子混合物（类似于本研究中使用的底物），其主要由大而低密度的有机原始颗粒组成 。因此，底物是高度多孔的，并且低堆积密度(Drzal et al., 1999). Fields et al. (2014)造就了松树皮的润湿性（再水化效率），并且发现初始底物水分含量和润湿剂的使用对于再润湿松树皮所需的水合事件数量具有显著影响。因此，灌溉前的基质含水量会影响灌溉过程中水分的运动和保留。因此，表征在灌溉过程中水如何移动通过无土底物是有必要的，因为它可以改善生产实践，使水的施用效率最大化（即，浇灌的水在底物的保留）。

了解水如何流过树皮基底还需要调查根系生长对水分运动的影响。Altland等 （2011）的研究表明，植物根系会减少空气空间并增加容器容量（CC），这一作用已被归因于根部生长和占据孔隙空间以及有机底物成分的分解。Gish和Jury（1983）观察到，在壤土砂柱中，在预先建立的稳态流动条件下，将渗透氯化物示踪剂溶液施加到柱上，相比于空柱，在含有小麦植物的装置中示踪剂更均匀地移动。他们假定根生长成大的孔隙空间，并有效地产生了均匀的孔径分布，从而减少了水通过大孔隙的优先流动，并形成了更为统一的流动路径网络。然而，它们的实验在稳态流动条件下进行，而不是在灌溉条件下（即当土壤或底物含水量相对较低时）。 Nash和Laiche（1981）评估了通过生长黑麦草的树皮，泥炭和沙地园艺底物中的水的水力传导率（HC）。他们报告了较高和可变的水力传导率，通常范围为1.0至4.5cm/min，在极端情况下为26cm/min。他们认为，集中在基底表面和容器壁附近的根可能导致沿着容器壁的通道化并导致局部高水力传导率值。Johnson and Lehmann (2006)讨论了压缩邻近土壤的生根和分解的根如何在压缩土壤中允许通过根生成的路径使优先流渗透。Selker（1996）在现场条件下讨论了优势流的概念，并强调了三种类型的优先流动：1）指流（即，通道产生了通过粗糙土壤的不均匀流动路径）; 2）孔流（即，水流以透过小毛孔为主）; 和3）漏斗流（即，不同的结构层重定向水流）。这些流动类型可以洞察灌溉水如何通过无水基质移动。 然而，在开发最大化灌溉和肥料效率的最佳管理实践时，对常见园艺无土壤基质中优势流形成的更直接的研究将是十分实用的。

这项研究的重点是在17周的生产周期中，使用钝齿冬青来表征灌溉水的运动。“Bennetts Compactum”种植在2.7L苗圃容器和树皮基底上。本研究的目的是1）评估水在容器轮廓不同深度上通过松树皮基底层移动的模式; 2）确定根生长对水分运动的后续影响。

材料和方法

实验设计。 实验使用一个4（采样间隔）乘3（传感器放在容器轮廓中的高度）因子，每个轮廓高度设5组完全随机设计的水平传感器插入深度。三个采样间隔是含有植物的处理，其跨越几度根系生长（移栽后4,9和17周）。一种处理方式是不含植物以评估没有根系时水的流动。水的运动在容器垂直剖面的三个高度和容器水平剖面的五个深度进行了评估（表1）。

表 1.在垂直容器型材中的每个高度处的张力计插入深度

（距水平容器轮廓中心的距离，cm）

传感器位置z

垂直位置y

1

2

3

4

5

容器半径x

上部 (12.7 cm)

0.0

1.5

2.9

4.4

5.8

7.1

中部 (7.6 cm)

0.0

1.4

2.7

4.1

5.4

6.7

下部 (2.5 cm)

0.0

1.3

2.5

3.8

5.0

6.3

z位置对应于图2B中的位置。

y与容器基座的距离。

x由于容器的锥度，每个垂直剖面高度的容器半径不同，并且确定传感器在给定垂直剖面高度处的水平分布。

2013年5月29日，将均匀的钝齿冬青Bennetts Compactum衬垫（从根部取下的底物）盆栽（每个容器两个衬垫）放入2.7升（17.8厘米高，15.7厘米上直径）的容器（产品编号： NRT0T1G3; Myers industries，Middlefield，OH）使用9份树皮：用1.8kg/m3粉碎的白云石灰（Rockydale Quarries Corp.，Roanoke，VA）混合1份砂（按体积）底物和1.8kg/m3粒状白云石灰（Kellys Limestone LLC。，Kirksville，MO）。六十个容器装有植物（只有45个需要用于研究），使研究人员能够排除异常生长或死亡的植物。将另外的15个容器灌封并不放植物用作对照处理。 每个容器用底物填充到边缘，调平并敲击三次以沉淀基底，产生2.5cm的头部空间。物理性质（表2）使用北卡罗来纳州立大学孔径计程序（Fonteno and Harden，2003）确定。

表 2.由9份松树皮和1份砂（按体积）组成的基质的物理性质

Db

TP

CC

AS

0.325

78.7

52.3

26.4

Db =堆积密度，g/cc;

TP =总孔隙率，底物体积百分比。 由毛孔组成；

CC =容器容量，底物体积百分比。 排水后由水组成;

AS =空气空间，底物体积百分比。 包括集装箱容量的空气。

通过使用RX-29 Ro-Tap振动筛（W.S. Tyler Industrial Group, Mentor, OH），使用5分钟机械搅拌（每分钟278次振荡）筛分烘干的基材测定的颗粒尺寸分布（重量百分比）如下：大于 6.3 mm = 8.0%; 6.3-2 mm = 27.6%; 2-0.71 mm = 37.9%; 小于 0.71 mm = 26.5%。每个容器用9g的16N-2.6P-9.1K加注，7.9％的N-NO3，8.4％的N-NH4 微量营养元素CRF（Harrellrsquo;s 16-6-11,5到6个月的寿命，Lakeland，FL）。开始于移栽后第10 周，所有现存植物每周施用200 mL 20 N-8.7P-16.6K水溶性肥料（Peters 20-20-20; JR Peters Inc.，Allentown，PA），混合浓度为238 mg/L的 N以促进额外生长。不含植物的容器也作为对照组装。在灌封时，将所有植物修剪成均匀的基线冠层结构（高度= 14厘米plusmn;0.9 SE;宽度= 14.6plusmn;1.1 SE;垂直宽度= 12.4厘米plusmn;1.3 SE; n = 5）。植物在弗吉尼亚海滩汉普顿路农业研究和推广中心的一个室外砾石床上种植。所有装置每隔一天接收顶置灌溉（1.27cm3/h），并设法维持或超过0.1的目标浸出率（浸出量/施用量）。

在整个季节，移栽后4,9和17周，以三个采收间隔收集数据。由于冠层结构对灌溉水拦截的影响（Million et al.，2010），所有植物在每个收获间隔前1周修剪为15.7厘米（容器直径）的宽度和高度，以尽量减少冠层结构影响的水施用率或体积。在每个收获间隔，将15个容器送入室内，使基质干燥至平均重量测定，体积含水量（VWC）为31.9%plusmn;0.004 SE（n = 60）。达到目标体积含水量后，每个容器都准备在定制灌溉平台（图1）进行灌溉，在此期间测量基质电位psi;和开始时间。在每个收获间隔使用的15个容器中，psi;在容器型材中的三个高度（每个高度五组）中的一个位置测量：上，中和下部（分别距容器基座12.7、7.6、2.5cm）。

图1.灌溉平台的物理设置，去离子水做灌溉水，通过扩散器浇灌

以及从张力计到笔记本电脑的实时基质电位数据流

在每个轮廓高度，五个T5张力计（UMS, Munich, Germany）在围绕该容器的圆周的每72°水平放置（图2），并被插入指定深度（表1），其与容器的锥度对应，均匀分布在容器的中心和每个高度处的壁之间。

图2.（A

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