作物生理节水调控与非充分灌溉技术

作物生理节水调控与非充分灌溉技术 摘 要 无效的农田土壤蒸发在总蒸散量中占有相当大的比例，设法通过简便易行的农业措施来减少土壤蒸发，将会大大提高农田水分利用效率，有利于实现农业节水和可持续发展的目标。本文结合863计划“作物生理节水调控与非充分灌溉技术”（AA010002）开展试验，着重研究不同农业措施（不同行距、覆盖及播量、耕作方式）对冬小麦田土壤蒸发的抑制效果、机理以及不同措施下土壤蒸发的变化规律，为华北平原尤其是太行山前平原减少土壤蒸发和提高水分利用效率提供理论依据。同时，对影响土壤蒸发的主要因素进行了分析，为探寻新的抑蒸节水措施提供科学依据。 本文的田间实验于2002年10月到2003年6月在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行。供试作物为冬小麦(Triticum aestivum L.)。田间试验分为三种。（1）行距对土壤蒸发和水分利用效率的影响试验：设计了三种行距，7.5 cm、15.0 cm和30.0 cm，加上裸地共4种处理；（2）秸秆覆盖和播种量对土壤蒸发和水分利用效率的综合影响试验：用玉米秸秆覆盖不同播量的冬小麦田。试验分正常播量与多播量。每种播量按不同覆盖情况又分三种：少盖，多盖和无覆盖；（3）不同耕作方式对土壤蒸发的影响试验：试验设计为免耕、旋耕和深耕，每种耕作方式又分为有秸秆还田和无秸秆还田，而且还田的秸秆量也各不相同。 观测项目和方法包括用小型土壤蒸发器测定土壤蒸发量；用烘干称重法测定和水分平衡方程式计算蒸散量；用中子仪、烘干称重法、TDR法测定土壤含水量；用常规方法测定叶面积指数、株高、密度、产量、生物量、土壤温度等；气象数据用附近气象观测场的观测资料 (温度、湿度、风速、辐射和大气压等)。 在采集野外试验数据的基础上，经过大量分析、文献阅读、综合研究，我们初步得出以下几点结论： 1、窄行距对土壤蒸发的抑制效果很明显，行距越窄，土壤蒸发量越小，土壤蒸发量与蒸散量的比值也越小，农田用水中的无效损耗也就越小。原因是窄行距的叶面积和冠层覆盖度大、行间风速小。7.5 cm行距比15.0 cm行距少蒸发15.1 mm，抑制率为14.5%；7.5 cm行距比30.0 cm行距少蒸发32.9 mm，抑制率为26.95%。窄行距的表层土壤含水量也比其他处理高。 2、在三种行距处理中，窄行距处理的总蒸散量小，穗数多，产量高，水分利用效率高。原因是窄行距的冠层覆盖度大，植株能得到均匀而充分的光热资源。7.5 cm行距分别比15.0 cm行距和30.0 cm行距冬小麦的水分利用效率高7.43%和16.91%。不同时期、不同行距土壤蒸发的日变化趋势是一致的，它们的峰值都出现在中午的两个小时之内，早晨和傍晚最小。土壤蒸发日变化的大小基本上遵循裸地>30.0 cm行距>15.0 cm行距>7.5cm行距的规律。30.0 cm行距由于裸露的土壤面积大，土壤蒸发强烈。 3、秸秆覆盖对土壤蒸发有明显的抑制作用，多覆盖比少覆盖更能抑制土壤蒸发。 4、多播量处理冬小麦的叶面积大于正常播量处理，多播量和覆盖有相似的抑蒸效果。正常播量秸秆覆盖各处理的蒸发抑制率介于6～58.1%之间，多播量秸秆覆盖各处理的蒸发抑制率介于10.9～43.1%之间。 5、多播不盖处理的产量最高，多播少盖处理的水分利用效率最高。多播少盖比常播不盖处理的水分利用效率提高22.9%。 6、返青期覆盖处理的地温明显低于对照。少盖处理的10 cm深处土壤积温最高，这对小麦根系生长发育有好处，可能是少盖增产的原因之一。多盖处理的土壤表层积温最低，不利于作物生长。 7、多播少盖处理比常播不盖处理多收入237.6元/hm2。采取多播少盖的措施，即保留了覆盖减少土壤蒸发的优点，又克服了单纯的覆盖有时会造成减产这一缺点，从而达到了在节水的同时增产的目的。 由于这次研究的期间较短，对行距、多播等项目的研究尚不够深入，有必要在今后的工作中进一步探讨。同时，对哪种秸秆可以避免降低冬小麦地温的问题进行深入研究，具有重要的现实意义，如果能解决好这个问题，则不仅有利于秸秆覆盖的大面积推广，而且能达到在使作物增产的同时减少土壤蒸发的目的。另外，10~20年周期内，全球变化导致气温升高1~2 ºC，土壤蒸发如何随之变化? 在百年尺度上，土壤蒸发和气温的关系是怎样？今后，应该对结合全球变化的土壤蒸发和水分利用效率的研究以足够重视。 关键词：冬小麦；土壤蒸发；水分利用效率；行距；秸秆覆盖和播种量；耕作方式；地温；经济效益分析