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旱地保水与种植一体化模式及提高WUE机制分析

池宝亮  
【摘要】:北方旱农地区,如何把集水、用水与当地种植技术进行有机的结合,提高农田水分生产效率 (WUE),有十分重要的科学意义与实践价值。本文重点研究了旱地高效用水技术中四种保水与 种植一体化模式,通过大量田间试验,和相关土壤过程与作物生长、生产指标的测定,分析了四 种保水与种植一体化模式的增产与提高农田水分生产效率(WUE)的机制。为旱作节水农业技术 的发展提供理论依据和技术支撑。主要结论如下: 1. 农田内部微集水种植模式:本试验研究中设计的4种集水种植方式,均可促进垄面降水 向植株附近聚集叠加,具有明显的集水保墒效应,效应大小依次为:宽垄式硬覆盖膜内式 膜侧式。苗期雨后种植沟内聚集的降水依次是对照的2. 36倍、2. 07倍、1. 88倍和1. 69倍。 不同集水方式具有不同程度的增产效应。效应大小依次为:硬覆盖宽垄式膜内式膜 侧式,分别比对照增产27. 4%、20. 9%、13. 3%和7. 7%。与次相应,作物的水分生产效率依次较对 照增加了0. 46、 0. 38、 0. 16和0. 06kg/m3。这一结果应是这种种植技术的集水、抑蒸和温度效应 综合作用的结果。相比之下,宽垄式集水方式表现出较高的增产增收效果,且易于实现机械化操 作。 2. 微孔膜覆盖种植模式:针对山西省旱地面积大,降水量少,小雨次数多(全年80%以上 的降水过程是小于10mm的降水)的特点,较系统地研究开发了微孔膜及其应用技术;研制了与 地膜吹塑机相配套的打孔部件,实现了微孔地膜的规模化生产,并在早地大田作物玉米和小麦上 进行了试验研究。 在山西省太原、榆次和临汾等地试验表明,微孔膜覆盖确有纳雨补墒的功能,降雨确实能通 过孔膜进入膜下土壤,较普通膜覆盖,土壤含水量一般可提高30%左右。士壤温度观测表明,微 孔膜与普通膜的增温效应基本一致,两者的温度差别不会影响到作物的生育进程。 随着塑膜覆盖度的增加,土壤中CO2浓度(CO2 μ mol.m-2. s-1) 显著增高;宽普膜最高,达 49,是露地土壤CO2浓度的10倍之多;孔膜覆盖处理的CO2浓度较相应幅宽的普膜都低,相当 于普膜的1/3-1/2,说明孔膜改善了覆盖土壤环境的通透性,宽孔膜和窄孔膜使CO2的透过率分 别较普通地膜增加了43. 67%和23. 94%。孔膜处理要比相应幅宽的普膜处理的植株根活力高。 3. 降水集流补充灌溉种植模式:通过对洪洞试验区不同下垫面的降水径流模拟研究,明确 了不同下垫面产生降水径流的最低降水量、不同下垫面的径流量及径流量占降水量的百分数(集 流效率)。 田间试验重点探讨了小麦和玉米的补灌时期和补灌量及其产量效应和水分生产效率。由于旱 地小麦缺水的单向性,无论在冬前,还是在拔节期,扬花期,补充灌溉均有增产效果,其增产效 应的大小顺序为:拔节期补灌扬花期补灌冬前补灌。随着补灌量的增加,增产效应不断增大, 本例中,补灌水量150m3/hm3,小麦增产6. 2-11. 1%;补灌300 m3/hm3,增产12. 9-39. 3%:补灌600 m3/hm3,增产55. 8%。补灌增产的主要原因是,通过集水补灌有效地改善了地膜小麦的个体生长发 育,株高与产量成正相关,单穗重、单株次生根、单株成穗明显优于未补灌处理,这是集水补灌 增产的生物学基础。春玉米生育过程中缺水的对期和缺水程度主要取决于降雨的发生时期和数 量。补充灌溉的目的更为重要的是及时供水,缓解时段干旱,而补灌水量不要求大。这一点与小 麦的补灌方式明显不同。 4.点源根灌一稀穴密株种植模式:自行研制了一种可埋式地下灌水器一微孔渗头。它由刚 性微粒物质组成,经胶结、模塑、固化等过程制成。并按照不同土壤类型,采泪不同粒径和密度 组合,制作了不同型号的微孔渗头。 依据非饱和土壤水动力学理论与参数测定技术,借助月乃勺RUS一ZD软件,进行了地埋点源 渗灌的土壤水运动轴对称三维数值模拟,采用土壤剖面含水率、土壤水湿润峰运移值、累积入渗 量及入渗速率等指标的实测值与模拟值进行了验证,表明两者相对误差都小于10%,说明祈选参 数具有较高的精度,能比较真实地反映多种土壤条件的入渗情况.可为预测应用工作提供参考。 根据根层局部灌溉、亏缺灌溉和补充灌溉的节水思路,在研制点源根灌灌水器基础上,结合 其特点,进一步探讨了大田作物的微灌设置方式,提出并实践了“稀穴密株种植技术”(俪de bunch with cfose一grow planting)。从稀穴密株种植方式的农田生态因子、作物生长发育特征、生理特性 和产量性状等方面较深入地论证了这种节水种植新技术的可行性应用点源根灌技术可为稀穴密 株种植的作物进行高效补充灌溉。试验结果表明,玉米补灌增产效果为每方水增产4.3一n.8公 斤,玉米水分生产效率达1.69k乡扩:西瓜补灌增产效果为每方水增产45.5一120.9公斤。 关键词:田间微集水,微孔地膜,补充灌溉,微孔渗头,点源根灌,稀穴密株趁植方式


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