引言
我国黄土高原半干旱地区生态环境脆弱、降雨稀少、地下水位较深、地表水匮乏（刘娜等，2022），且水资源分布存在明显的时空不均。降雨主要集中于7—9月，雨季与作物需水季错位，且降雨主要形式为大雨和暴雨，易造成径流损失和土壤侵蚀，进而影响资源高效利用和生态良性循环（杨丽杰等，2022;杨阳等，2023）。适宜的节水和灌溉水源将有助于提高作物单位耗水量的产量，优化水资源利用率，实现水资源均衡科学配置，促使有限水资源最大化利用，进而促进农业经济和生态环境可持续发展（李明等，2020;毛盛林和上官周平，2022）。畦灌是一种高效节水灌溉模式，畦灌水源应选择符合当地实际农业条件的水源，需综合考虑水源温度、杂质含量、pH、养分含量及灌溉经济效益等（Zheng et al.，2013;吴凯等，2020;Masseroni et al.，2022）。
近年来，甘肃省高原夏菜种植面积逐渐扩大，种类日益丰富，产量逐年提高，经济效益显著增加，甘肃省已成为全国重要的高原夏菜种植区。作为高原夏菜的一种，芹菜种植在满足蔬菜“西菜东调”供应需求的同时，还增加了当地种植户经济收入，调整区域农业种植结构，提高当地整体农业经济。芹菜是一年生伞形科浅根系蔬菜，根系吸水能力较弱，抗旱性较差，植株蒸腾能力较强，对土壤水分状况要求严格（陈亭亭等，2019）。水分主要影响芹菜生长发育过程中生理和生态效应，当土壤含水量充足时，芹菜可以维持正常生长发育和生理反应，确保芹菜拥有较高产量;当土壤含水量较低时，芹菜生理反应和内部结构遭到破坏，出现叶柄纤维增多、叶片萎蔫、植株空心老化、品质下降等症状，严重时导致死亡、产量降低（Zavadil，2006;马筱建等，2018;杨海兴等，2019）。然而，不同灌溉水源可能对作物生理活动产生不同影响。研究表明，与淡水（地表水）灌溉相比，微咸水（地下水）与淡水按1：2比例交替灌溉对芹菜叶片数、干鲜重、产量等影响不显著（王艳芳等，2014）;同时，地表水硬度较低，采用地表水灌溉能够减少土壤板结，有利于植物根系生长（孙耀民等，2021）。在传统芹菜栽培灌溉技术中大多采用地下水灌溉，但地下水灌溉存在耗水量大、水分利用效率低、水资源浪费等缺点，因此选取适宜的灌溉水源在实现水资源科学有效分配的同时，降低大田管理成本投入和节约有限水资源。
引洮工程是新中国成立以来甘肃省内最大的综合跨流域调水工程，拥有城乡生活、灌溉农田、水力发电、防洪防汛的综合功能，能够有效解决甘肃中部地区的干旱缺水问题，改善受水区缺水现状，提高受水区人民生活水平，推动受水区经济可持续发展。据统计（梁丽霞等，2022），在甘肃省定西市安定区，引洮工程为9个乡（镇）306个行政村的37.1万人解决了缺水问题。目前，在定西市芹菜种植灌溉过程中，当地农户大多采用地下水漫灌模式，长期开采地下水会破坏地下水循环系统，降低地下水水位及自净能力，不利于农业可持续发展和生态系统良性循环（陈云香等，2022）。随着引洮工程进一步完善，外调洮河水逐渐用于芹菜栽培种植中，不仅能够发挥灌溉效益，增加农民收入，还可以解决地下水匮乏和生态环境脆弱等问题。然而，在应用外调洮河水灌溉时，需综合考虑水资源平衡、地下水位平衡、土壤水分、作物生长和产量等因素。基于此，本文拟开展外调引洮水畦灌种植的土壤水分动态变化、芹菜生长特性、耗水强度、产量和水分利用效率的评价研究，以期为推广引洮受水区高原芹菜种植技术和促进地下水环境恢复提供一定理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验布设于定西市安定区巉口镇三十里铺村苏家庄社（102°50′E，37°52′N;海拔1 958 m），其位于黄土高原西部半干旱地区，距离定西市15 km，为引洮供水一期工程典型灌溉区。该地区属于温带季风气候，具有降水量少、昼夜温差大等特点。据安定区气象观测资料统计，试验区年平均日照时长2 500 h，年平均气温6.2 ℃，极端最高、最低气温分别为34.3、-27.1 ℃，年平均无霜期141 d，年平均降水量428 mm，且降水多集中在夏末秋初，年平均蒸发量1 500 mm。试验地土壤质地为黄绵土，耕层（0~40 cm）平均土壤容重1.35 g·cm-3，田间持水量和凋萎系数分别为24%和6.7%，土壤化学性质见表1。当地作物熟制为一年一熟。
表1 耕层不同深度土壤化学性质
Tab.1
| 土层深度/cm | 全氮/ （g·kg-1） | 全磷/ （g·kg-1） | 全钾/ （g·kg-1） | 有机质/ （g·kg-1） | 水解氮/ （mg·kg-1） | 速效磷/ （mg·kg-1） | 速效钾/ （mg·kg-1） | pH值 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0~20 | 0.59 | 0.68 | 25.93 | 10.12 | 72.12 | 8.34 | 125.12 | 7.78 |
| >20~40 | 0.49 | 0.59 | 23.87 | 8.25 | 35.41 | 4.35 | 86.23 | 7.73 |
1.2 试验设计与差异性检验
试验供试芹菜品种为“文图拉”西芹 （Apium Graveolens），采用完全随机试验设计，共设置3个处理，分别为地下水灌溉、引洮水灌溉和地下水与引洮水交替灌溉（简称“地-引交替灌溉”），每个处理3次重复。其中，以当地普遍应用的地下水灌溉为对照。地下水灌溉（引洮水灌溉）是指芹菜全生育期采用当地地下水（外调洮河引用水）灌溉。芹菜全生育期地-引交替灌溉时，当地地下水与外调洮河引用水交替灌溉的频次比例为1：1。试验小区长和宽分别为10 m和5 m，为减少相邻试验小区之间水分侧渗，试验小区间用100 cm塑料薄膜隔离。当土壤含水量低于田间持水量的77.5%时，采用畦灌进行灌溉，确保芹菜正常生长发育。
采用Duncan新复极差分析法（盖钧镒，2013），检验不同处理间差异显著性（P<0.05）。
1.3 灌溉水源水质
表2 灌溉水水质
Tab.2
| 类 型 | 总氮/（mg·L-1） | 总磷/（mg·L-1） | 氨氮/ （mg·L-1） | 钙/ （mg·L-1） | 镁/ （mg·L-1） | 铁/ （mg·L-1） | 钾/ （mg·L-1） | 矿化度/ （mg·L-1） | pH值 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 地下水 | 10.60 | 0.11 | 1.12 | 98.40 | 229.21 | <0.025 | 17.54 | 2 140 | 7.49 |
| 引洮水 | 0.75 | 0.01 | <0.025 | 16.67 | 38.04 | <0.025 | 1.66 | 298 | 7.30 |
1.4 灌溉量和降水量
根据土壤持水能力计算最大灌溉量，当实际灌溉量小于最大灌溉量时，灌溉深度不达标，不利于深层根系生长发育，因而需增加灌溉次数;当实际灌溉量大于最大灌溉量时，土壤水分出现深层渗漏或以地表径流流失，造成水资源浪费。因此，本试验单次灌溉量为最大灌溉量，其计算公式（郭勇等，2022）如下：
式中：
芹菜全生育期降水量为320.8 mm，其中幼苗期、叶丛生长期和心叶生长期降雨量分别为146.7、145.9、28.2 mm;全生育期累积无效降水量（降水量小于5.0 mm）和累积有效降水量分别为52.3、268.5 mm，且有效降水以大雨或暴雨为主。芹菜生育期内灌溉量和降水量如图1所示。
图1
图1
芹菜生育期灌溉量和降水量
Fig.1
Irrigation and precipitation of celery during the growth period
1.5 种植管理
试验前，试验区已连续种植5 a马铃薯，2020年马铃薯收获后深耕灭茬。2021年5月1日开始整地，并划分试验小区，每个试验小区长10 m、宽5 m，植株行距、株距分别为20、10 cm，共种植26行;5月23日移栽，移栽根系深度为6 cm，移栽当日统一采用畦灌灌溉定植水，确保芹菜根系与土壤密切接触。在整个生育期内，施基肥一次（腐熟农家肥7.5×104 kg·hm-2），不使用除草剂和杀虫剂，采用人工除草。
1.6 样品采集和测定
（1）芹菜株高和茎粗
从移栽后到收获前，在每个小区每隔10 d选取5株长势均匀的芹菜，利用钢尺测量株高，采用游标卡尺在植株1/2处测量茎粗，将其平均值记为各小区芹菜株高和茎粗。
（2）土壤贮水量
式中：SWS（mm）为土壤贮水量;SWCi（%）为第i层土壤含水量;BDi（g·cm-3）为第i层土壤容重;Di（cm）为第i层土壤深度。
（3）耗水量和耗水强度
式中：WC（mm）为某生育期耗水量;IWC（mm·d-1）为某生育期耗水强度;SWCi1、SWCi2（%）分别为该生育期第i层土壤起始日含水量和终止日含水量;I（mm）为该生育期灌溉量;P（mm）为该生育期降水量;UWR（mm）为该生育期地下水补给量，当地下水深度超过5 m时，其值可忽略不计;T（d）为某生育期持续时间。
（4）芹菜产量和水分利用效率
在芹菜心叶生长后期（9月16日），每个小区随机选取10株长势良好的芹菜，手工收获地上植株部分，称量鲜重;然后，称取5~6 kg鲜样，在105 ℃温度下杀青30 min后自然风干4~5 d至恒重，称量干重，根据干鲜比和株数计算小区芹菜产量。
水分利用效率和灌溉水利用效率的计算公式（郭勇等，2022）如下：
式中：WUE、IWUE（kg·hm-2·mm-1）分别为水分利用效率和灌溉水利用效率;Y（kg·hm-2）为芹菜产量;It（mm）为全生育期总灌溉量。
（5）经济效益
经济效益计算公式（邹宇锋等，2020）如下：
式中：NI（元·hm-2）为净收益;Pu（元·kg-1）为芹菜单价，2021年芹菜价格为0.8元·kg-1;Ct（元·hm-2）为种植芹菜总成本，总支出包括芹菜苗、肥料、水费、人工支出及其他支出，其中计算水费支出时，当地地下水灌溉价格为1.60元·m-3，引洮水灌溉价格为0.56元·m-3（董海霞，2020）。上述所有参数的计算均按照2021年试验季度的市场价格，灌溉成本（水费）的计算前提是田间供水系统（水泵、水渠、灌溉管道等）配备完善，可以随时保证灌溉要求。
2 结果与分析
2.1 灌溉水源对芹菜生长特性的影响
图2是不同灌溉水源下芹菜株高和茎粗的变化。可以看出，在芹菜生长前期，株高和茎粗变化不大，各处理差异不明显;从移栽60 d后，各处理株高和茎粗开始增大、差异逐渐增加，并在100 d差异达到最大。结合Duncan新复极差分析结果，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜株高和茎粗均显著（P<0.05）低于地下水灌溉，但引洮水灌溉和地-引交替灌溉之间差异不显著。在收获期，地下水灌溉、引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜株高分别为61.69、55.62、58.36 cm，茎粗分别为24.27、23.05、23.49 mm;与地下水灌溉相比，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜株高分别降低6.07、3.33 cm，茎粗分别降低1.22、0.78 mm。
图2
图2
不同灌溉水源芹菜株高（a）和茎粗（b）变化
Fig.2
Changes of plant height （a） and stem diameter （b） of celery under different irrigation water sources
2.2 灌溉水源对土壤含水量的影响
在第1次灌溉时，芹菜植株长势较弱，叶片蒸腾作用较弱，土壤水分流失主要为蒸发方式，因此研究芹菜移栽后第1次灌溉前后土壤含水量变化更具代表性。图3是芹菜移栽后不同灌溉水源第1次灌溉（5月24日）前后土壤含水量变化。对于地下水灌溉处理，灌溉前一天0~40 cm和>40~100 cm土壤含水量分别为19.41%和18.21%，灌溉后一天分别增加至23.02%和21.30%;对于引洮水灌溉处理，灌溉前一天0~40 cm和>40~100 cm土壤含水量分别为19.40%和17.90%，灌溉后一天分别增加至22.92%和19.92%;对于地-引交替灌溉处理，灌溉前一天0~40 cm和>40~100 cm土壤含水量分别为19.45%和18.01%，灌溉后一天分别增加至22.69%和20.66%。可见，不同灌溉水源0~40 cm土层土壤含水量增加更明显。与灌溉前相比，地下水灌溉、引洮水灌溉和地-引交替灌溉在第1次灌溉后0~100 cm土壤含水量分别增加3.35%、2.77%和2.94%，表明在单次灌溉量相同情况下，灌溉后0~100 cm土壤含水量增加幅度自地下水灌溉、地-引交替灌溉、引洮水灌溉依次减小。
图3
图3
不同灌溉水源第1次灌溉（5月24日）前后土壤含水量变化
（a）地下水灌溉，（b）引洮水灌溉，（c）地-引交替灌溉
Fig.3
Change of soil water content before and after the first irrigation （on 24 May） of different water sources
（a） underground water irrigation， （b） Tao river irrigation， （c） alternative irrigation both underground water and Tao river
2.3 灌溉水源对土壤贮水量的影响
图4是不同生育期不同灌溉水源0~100 cm土壤贮水量。可以看出，在芹菜幼苗期，地下水灌溉与引洮水灌溉和地-引交替灌溉的0~100 cm土壤贮水量差异显著（P<0.05），而引洮水灌溉和地-引交替灌溉差异不显著;与地下水灌溉相比，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的0~100 cm土壤贮水量分别降低8.96、11.21 mm。在芹菜叶丛生长期和心叶生长期，地下水灌溉、引洮水灌溉和地-引交替灌溉的0~100 cm土壤贮水量彼此差异不显著。就芹菜全生育期而言，地下水灌溉与引洮水灌溉和地-引交替灌溉的0~100 cm土壤贮水量差异显著，分别为313.06、309.08、306.86 mm，后两者较前者分别偏少1.27%和1.98%，但引洮水灌溉和地-引交替灌溉差异不显著。
图4
图4
各生育期不同灌溉水源0~100 cm土壤贮水量
[不同字母表示处理间差异显著（P<0.05），相同字母则表示差异不显著。下同]
Fig.4
Soil water storage at 0-100 cm depth under different irrigation water sources at different growth periods
（The different letters indicate that the difference is significant under different treatments at P<0.05 level， while the same letters indicate that the difference isn’t significant. the same as below）
2.4 灌溉水源对芹菜耗水特征的影响
图5是不同生育期不同灌溉水源芹菜的耗水量和日耗水强度。可以看出，在芹菜幼苗期、叶丛生长期、心叶生长期和全生育期，地下水灌溉、引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜耗水量和日耗水强度彼此差异均不显著（P>0.05）。就芹菜全生育期而言，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜耗水量较地下水灌溉分别增加0.09%和0.47%;地下水灌溉、引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜平均日耗水强度依次增大，分别为9.84、9.85、9.89 mm·d-1。
图5
图5
各生育期不同灌溉水源的芹菜耗水量（a）和日耗水强度（b）
Fig.5
Water consumption （a） and intensity of daily water consumption （b） of celery under different irrigation water sources at different growth periods
2.5 灌溉水源对芹菜产量和水分利用效率的影响
表3是不同灌溉水源的芹菜产量、水分利用效率和灌溉水利用效率。可以看出，地下水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜产量、水分利用效率和灌溉水利用效率无显著差异，但均显著高于引洮水灌溉（P<0.05）;与地下水灌溉（对照处理）相比，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜产量分别低15.08%和1.57%，水分利用效率分别低15.53%和2.46%，灌溉水利用效率分别低15.46%和2.01%。
表3 不同水源灌溉下芹菜产量和水分利用效率
Tab.3
| 不同处理 | 初始土壤贮水量/mm | 季末土壤贮水量/mm | 产量/ （kg·hm-2） | 水分利用效率/（kg·hm-2·mm-1） | 灌溉水利用效率/（kg·hm-2·mm-1） |
|---|---|---|---|---|---|
| 地下水灌溉 | 273.0a | 306.0a | 67 635a | 118.0a | 157.3a |
| 引洮水灌溉 | 270.4a | 302.3a | 57 433b | 99.6b | 132.9b |
| 地-引交替灌溉 | 271.8a | 299.4a | 66 572a | 115.1a | 154.1a |
注： 不同字母表示处理间差异显著（P< 0.05），相同字母则表示差异不显著。
2.6 灌溉水源对经济效益的影响
从不同灌溉水源的芹菜经济效益（表4）看出，芹菜苗、肥料、人工和其他支出相同，而不同灌溉水源的水费支出不同，地下水灌溉、引洮水灌溉和地-引交替灌溉的水费支出分别为13 824、4 838、9 331元·hm-2，引洮水灌溉和地-引交替灌溉较地下水灌溉节约水费分别为65.0%和32.5%;在3种灌溉水源中，地-引交替灌溉的净收益最高为22 276元·hm-2，地下水灌溉的净收益最低为18 874元·hm-2，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的净收益较地下水灌溉分别增加3.1%和18.0%。
表4 不同灌溉水源的芹菜经济效益 单位：元·hm-2
Tab.4
| 不同处理 | 支出 | 收入 | 净收益 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 芹菜苗 | 肥料 | 水费 | 人工 | 其他 | |||
| 地下水灌溉 | 15 000 | 5 400 | 13 824 | 750 | 500 | 54 348 | 18 874 |
| 引洮水灌溉 | 15 000 | 5 400 | 4 838 | 750 | 500 | 45 946 | 19 458 |
| 地-引交替灌溉 | 15 000 | 5 400 | 9 331 | 750 | 500 | 53 258 | 22 276 |
3 讨论
水分是决定芹菜生长好坏的主要因素。在我国黄土高原半干旱地区，水资源紧缺问题日益加重，合理灌溉不仅可以节约水资源和提高水资源利用率，同时能够满足作物生长发育所需的水分，达到提高灌溉水利用率的目的（Yang et al.，2014）。充分利用土壤水分是优化灌溉模式和提高水分利用效率的有效方法。芹菜是一种浅根系作物，过量灌溉未必能增加土壤有效贮水量，反而增加土壤水分深层侧漏，而过少灌溉则降低土壤贮水量，无法满足芹菜生长发育需求，进而降低芹菜产量，因此，合理的灌溉模式既能节约水资源，也能满足作物高产种植对水分的需求（郭勇等，2022）。本研究中，与地下水灌溉相比，在芹菜幼苗期引洮水灌溉和地-引交替灌溉的0~100 cm土壤贮水量分别显著降低，而在叶丛生长期和心叶生长期二者并未显著降低。究其原因可能是，幼苗期芹菜植株矮小，植物蒸腾作用较弱，土壤蒸散主要以蒸发为主，加之引洮水的水温较高、矿化程度较低、溶质较少，太阳光直射土壤表面导致蒸发量显著增加，最终导致引洮水和地-引交替灌溉的土壤贮水量显著低于地下水灌溉;在叶丛生长期和心叶生长期，由于芹菜叶面积较大，太阳辐射对土壤表面作用较小，3种灌溉水源对土壤蒸发影响不显著，进而导致处理间土壤贮水量差异不显著。
芹菜是一种耗水量较高的蔬菜作物，其生长发育受土壤水分亏缺程度、矿化程度等因素影响，因此灌溉水源及灌溉量对芹菜生长发育起到重要作用（杨军等，2016;张晓娟等，2017）。水分利用效率反映了作物对土壤水分的利用程度，是作物高效用水的重要指标（Cai et al.，2022）。灌溉水利用效率是衡量灌溉技术水平高低和灌溉工程质量的重要指标，能够反映灌溉水源对提高水资源利用率是否具有优势。研究表明，水分利用效率和灌溉水利用效率及产量受作物种类、灌溉量、灌溉水源及水质、前期土壤含水量、土壤质地等因素影响（Maheshwari and Grewalh，2009;张凯等，2012;Tang et al.，2015;闵迪等，2020;Beltrán Sanahuja et al.，2021）。研究表明，当作物产量较低时，作物产量与耗水量呈正相关关系;当作物产量达到最高水平后，作物产量随耗水量增加而降低（Sun et al.，2006）。与地下水灌溉相比，黄河水灌溉下河套区玉米产量增加5.6%，水分利用效率增加17.3%（丁艳宏等，2018）。与地下微咸水灌溉和地表淡水灌溉相比，地下水和地表水交替灌溉的作物产量增加24.80%~33.54%，水分利用效率增加6.23%~32.21%（潘春洋等，2020）。本研究结果表明，与地下水灌溉相比，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的黄土高原半干旱区芹菜产量分别降低15.08%和1.57%，水分利用效率分别降低15.53%和2.46%，与上述研究结果（丁艳宏等，2018;潘春洋等，2020）相反。其原因可能是：引洮水（地表水）中氮、磷元素含量远低于地下水，地表水灌溉降低了土壤养分含量，限制芹菜生长发育，进而导致产量最低，而地-引交替灌溉则可以缓解芹菜生长发育过程中营养元素缺乏等问题。
合理的灌溉制度和灌溉水源能够达到作物高产和节约水资源的目的。合理的灌溉水源可以降低土壤盐渍化和盐碱化，改良土壤结构，对当地生态效益和经济效益至关重要（朱静等，2012）。若长期采用地下水灌溉，可能会导致地下水埋深加大、水质恶化、地面不同程度塌陷等较严重的环境问题。自引洮灌溉工程实施后，引洮水已成为农业生产中地下水的重要补充（李小东等，2016;寇霞和贾晔，2018）。本研究结果表明，地下水灌溉尽管产量高，但成本也较高，而引洮水灌溉尽管成本低，但产量也较低，相比地下水灌溉和引洮水灌溉，地-引交替灌溉的经济净收益最高，是定西市引洮灌区芹菜最适宜的灌溉水源。需要指出的是，地-引交替灌溉的产量和水分利用效率虽然略低于地下水灌溉，但水费大大降低，故经济效益反而最高，因此地-引交替灌溉能够节约农业生产成本，提高社会效益，增加农民经济收入，可作为农民普遍认可和接受的灌溉水源。为更好地评估引洮水灌溉对当地生态效益和作物增产的影响机理，今后将集中于引洮水对灌区土壤养分、微生物环境、作物根系、水土流失等方面的研究。
4 结论
本文利用在定西市引洮灌区布设的大田灌溉试验，开展了地下水、引洮水灌溉和二者交替灌溉对土壤水分状况和芹菜生长特性、耗水量、产量、水分利用效率及经济效益等研究。主要结论如下：
（1）与地下水灌溉相比，引洮水灌溉和地-引交替灌溉的芹菜株高、茎粗、土壤贮水量和水分利用效率均有不同程度的降低，而土壤耗水量、日耗水强度和芹菜经济效益则有所增加。
（2）地下水灌溉增产效果最明显，引洮水灌溉降低水费投入，而地-引交替灌溉经济效益最高。因此，地-引交替灌溉可作为定西市引洮灌区农民增加经济收入的一种可行有效的手段。
参考文献
甘肃省引洮供水工程水环境效益综合评价研究
[J].
为揭示水利工程建设对水环境的影响程度，提高水利工程建设项目的投资决策能力，在综合考虑自然条件和社会经济等对水环境效益影响的基础上，筛选出10项与水环境效益相关的指标，基于二级模糊综合评价法构建甘肃省引洮供水工程水环境效益综合评价模型。利用熵值法确定指标权重，在考虑生态环境和工程效益重要性的情形下设计出三种准则层权重分配方案，分别进行模糊运算，结果表明：引洮供水工程水环境效益级别为“良好”，效益显著。在供水、人群健康方面的效益尤为突出。上述结果较客观地反映了引洮供水工程的水环境效益状况，验证了研究方法的有效性和评价模型的合理性，可供工程实践参考和借鉴。
滴灌水分调控对设施芹菜生长与水分利用的影响
[J].滴灌条件下设施芹菜科学合理的灌溉策略，可为芹菜节水高效生产提供理论依据。在滴灌芹菜外叶生长期、立心期和心叶生长期分别设置I、0.8I和0.6I(I为充分灌水量，灌水上限为90%θ<sub>Fc</sub>，灌水下限为70%θ<sub>Fc</sub>；0.8I和0.6I分别表示充分灌水量的80%和60%)3个灌溉水平的三因素三水平正交试验，研究不同处理芹菜地上部分生长、生理指标，产量和灌溉水利用效率对水分调控的响应，并基于CRITIC-TOPSIS综合评价方法确定最佳灌溉策略。芹菜株高、产量及灌溉水利用效率对外叶生长期灌水最敏感，叶柄粗对心叶生长期灌水敏感；叶片光合作用对心叶生长期灌水最为敏感；随着心叶生长期水分亏缺程度加重，叶片净光合速率P<sub>n</sub> 、气孔导度G<sub>s</sub> 、蒸腾速率T<sub>r</sub> 均显著降低，胞间CO<sub>2</sub>浓度C<sub>i</sub> 显著升高；3个生育期均灌水充足的处理T1（I，I，I）株高和产量均为最高，其中株高为66.03 cm，模拟最大生长速率为0.86 cm/d；产量为103.50 t/hm<sup>2</sup>；T2（I，0.8I，0.8I）处理叶柄最粗，为20.71 mm，较灌水充足处理增加4.1%，模拟最大生长速率为0.36 mm/d，灌溉水利用效率为61.27 kg/m3，较T1增加6.3%；运用CRITIC-TOPSIS综合分析得出，T2处理综合评分最高，是最优灌水处理。综合全生育期考虑，外叶生长期、立心期和心叶生长期灌水量分别以140～160、215～245、390～420 m<sup>3</sup>/hm<sup>2</sup>为最优灌水方案。
引洮一期工程对受水区水资源变化影响研究
[J].为了探究引洮一期工程对受水区的降水、潜在蒸散发、径流及地下水的影响，以甘肃省中部引洮一期受水区为研究区，利用遥感和WRF（Weather Research and Forecasting Model）模型模拟受水区2015年、2017年、2020年的降水、潜在蒸散发情况，并通过实际观测资料对受水区洮河、祖厉河流域的径流量以及典型受水区定西市的地下水位变化情况进行分析。结果显示，引洮一期工程运行以来，潜在蒸散发过程出现了先减后增的现象，山区和冬季的潜在蒸散发普遍有所增加；受水区河道径流量增加明显；地下水位普遍上升了1~2.5 m，并且水位仍然在动态变化中。研究成果可以为引洮工程对干旱地区黄土高原水资源影响的进一步研究提供基础资料和基础方法。
基于SCTP-RF算法的甘肃省短期定量降水客观预报方法研究
[J].基于欧洲中期天气预报中心(ECMWF)的精细化数值预报产品、中国气象局下发的降水指导产品(TP_CMA)及甘肃省340个气象站点降水实况数据,利用泰森多边形与K-means空间聚类方法(spatial cluster and Tyson polygon,SCTP),对2017—2019年4—9月甘肃省340站降水资料进行客观分区。在此基础上,采用随机森林算法(random forest,RF),筛选出与降水相关的物理量因子构建模型,开展甘肃省短期定量降水客观预报订正试验,并进行预报效果检验。结果表明:(1)甘肃省4—9月降水客观分区依次为7、6、14、13、14和11个。(2)就晴雨预报而言,SCTP-RF订正产品对甘肃省汛期的晴雨预报能力较TP_CMA指导产品和ECMWF模式产品有一定提升,提升幅度分别为6.1%、4.2%;在空间上,SCTP-RF算法对甘肃省340站的晴雨预报均具有一定的订正能力,大部分站点晴雨预报准确率提升了5%,特别是河东地区。(3)在分级降水预报中,SCTP-RF订正产品对中雨和大雨的预报能力均优于TP_CMA指导产品和ECMWF模式产品,且全省大部的订正效果较好,特别是河东中部及陇东南地区,但在强降水过程中对小雨和暴雨的预报订正不稳定,尤其是陇东南地区的小雨。
陇东黄土高原旱区短时强降水的时空分布特征及地形影响研究
[J].利用陇东黄土高原旱区2013—2020年302个区域自动气象观测站逐小时降水数据、数字高程模型数据和欧洲中期天气预报中心ERA5再分析资料等，分析短时强降水时空分布特征及其与地形、地理因子的关系，并结合2021年一次极端短时强降水事件，总结地形的影响机制。结果表明：（1）陇东黄土高原旱区短时强降水主要集中在夏季，7月日数占比（35.9%）最多、极端性最强，8月次数占比（46.9%）最多、强度最强；雨强主要分布在22.0~31.0 mm·h<sup>-1</sup>，日变化呈多峰型特征，17：00（北京时，下同）至次日00：00最为活跃，次数占比为56.8%，且强度和极端性最强。（2）短时强降水次数和小时雨量极值空间分布极不均匀，前者东南多、西北少，且随着雨强增大骤减，高发区主要集中在河谷喇叭口地形区，而掌地也是30.0 mm·h<sup>-1</sup>以上强降水高发区；后者中部小、东北与西南大，大值区主要分布在庆城东部—合水西部。（3）地理、地形因子对短时强降水次数影响显著，主要由地理位置贡献，而对极值无明显影响，地形强迫抬升并非是陇东黄土高原旱区短时强降水的主要影响机制。（4）山谷风环流及其诱发的地面中尺度辐合线是陇东黄土高原旱区河谷喇叭口地形区短时强降水形成的重要原因。
不同栽培与灌溉方式对设施芹菜生长及产量的影响
[J].通过田间试验研究了不同灌溉方式对设施芹菜生长及产量的影响。结果表明：不同灌溉方式显著影响芹菜的生长发育，覆膜滴灌在整个生育期内都比其他三种处理生长旺盛。芹菜硝酸盐含量表现为滴灌﹥沟灌，覆膜﹥露地。覆膜滴灌产量最高，水分生产效益也最高，与露地沟灌相比节水36%，是最佳的高效节水灌水栽培方式。覆膜与露地、沟灌与滴灌进行方差分析得出二者之间产量差异显著，且两因素之间互作效应显著。
设施芹菜光合特性对寡照胁迫的响应
[J].以芹菜品种“津南实芹1 号”为试材，于2011 年3 ～ 4 月在南京信息工程大学人工控制温室设计寡照试验，测定不同寡照处理和恢复处理的光合参数及荧光参数。结果表明: 随着寡照天数的增加，芹菜叶片的最大光合速率、光饱和点、光能初始利用效率显著低于对照，光补偿点逐渐增加; 不同的寡照处理下，芹菜叶片最大光合速率与胞间CO<sub>2</sub>浓度关系最密切，其次与蒸腾速率有关; 随着寡照处理天数的增加，芹菜叶片PSII 最大量子产量和光合电子传递速率都逐渐降低，非光化学淬灭值q<sub>N</sub>随着寡照天数增加逐渐增加。结合叶片光合速率和荧光参数，将寡照2 ～ 6 d 分为轻度灾害( I 级) ，7 ～ 11 d 分为中度灾害( II 级) ，寡照处理12 d 以上划分为重度灾害( III 级) 。研究认为芹菜寡照处理第12 d 以后，光系统活性受到严重损伤，无法恢复，因此芹菜寡照12 d 是受灾的临界指标，研究结果为设施作物寡照气象灾害防御提供依据。
Optimization of volatile compounds extraction from industrial Celery (Apium graveolens) by-products by using response surface methodology and study of their potential as antioxidant sources
[J].In this study, the potential of industrial celery by-products (the stalk and root) serving as sources of aromatics and antioxidants was investigated. A headspace solid phase microextraction–gas chromatography–mass spectrometry (HS-SPME–GC–MS) procedure was optimized to isolate volatile compounds from celery by-products. A Box–Behnken experimental design was proposed to optimize the procedure through a response surface methodology. The optimal extraction conditions were found to be 1.6 g of homogenized fresh by-product at 30 °C for 60 min. Under these conditions, 26 volatile compounds in stalk and root samples were identified, monoterpenes and sesquiterpenes being the main components. The content of limonene and γ-terpinene found in the stalk was significantly higher in comparison with root samples. Total phenolic content and antioxidant activity (ABTS and FRAP) results underlined the celery wastes studied as good sources of free radical scavengers. This work suggests the potential application of these by-products in the food industry and opens new pathways to valorize celery residues, contributing to the circular economy.
Spatiotemporal tendency of agricultural water use efficiency in the northernmost Yellow River: indicator comparison and interactive driving factors
[J].
Magnetic treatment of irrigation water: its effects on vegetable crop yield and water productivity
[J].
Behind the efficiency of border irrigation: lesson learned in Northern Italy
[J].
Effects of irrigation on water balance, yield and WUE of winter wheat in the North China Plain
[J].
Technical and allocative efficiency of irrigation water use in the Guanzhong Plain, China
[J].
Effect of lead on soil enzyme activities in two red soils
[J].
Optimization of irrigation regime for early potatoes, late cauliflower, early cabbage and celery
[J].
Effects of water deficits on growth, yield and water productivity of drip-irrigated onion (Allium cepa L.) in an arid region of Northwest China
[J].
