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基于Hydrus-1D模拟不同耕作方式下麦玉轮作农田水分平衡和利用研究

丁超明  
【摘要】:黄淮海平原是我国重要的粮食产地,但农业水资源匮乏严重制约当地农业可持续发展,耕作是节水农业重要措施之一,明确不同耕作模式对小麦玉米周年农田水分平衡的影响,对建设高产高效农业生产体系提高农业用水效率实现农业可持续发展具有重要意义。本试验设置冬小麦连续深耕夏玉米免耕处理(DT)、冬小麦免耕两年深耕一次夏玉米免耕(RT)、冬小麦连续免耕夏玉米免耕(NT)三种耕作模式。试验于2018-2019年进行,通过田间试验和模型模拟相结合的方式探究了麦玉轮作农田土壤贮水量、土壤蒸发量、作物蒸腾量、径流量、渗漏量、根系吸水量及产量和水分利用效率。试验通过田间和室内试验测定模型所需要的土壤参数、作物参数和气象参数,分别用2018年冬麦玉米田间观测数据进行模拟,2019年小麦玉米田间观测数据进行验证,主要结果如下:(1)冬小麦夏玉米轮耕处理和免耕处理在40-100 cm 土层土壤含水量高于深耕处理;不同耕作方式下0-40 cm 土层土壤含水量差异受表层土壤含水量的影响,表层土壤含水量较高时三种耕作模式差异较小,表层土壤含水量较低时,轮耕和免耕处理表层土壤含水量高于深耕处理。冬小麦在开花期到灌浆期土壤贮水量表现为轮耕处理较深耕处理显著提高2.60%~9.10%,冬小麦免耕处理后夏玉米从抽雄期到成熟期土壤贮水量显著高于深耕处理4.50%~22.00%。冬小麦贮水量随着生育期的推进逐渐降低,夏玉米土壤贮水量随着生育期的推进呈现先降低后升高的趋势。(2)冬小麦不同生育期间,轮耕处理提高了拔节期到灌浆期内作物蒸腾量,有效减少土壤蒸发量。整个生育期内不同耕作方式下深耕处理冬小麦生育期内蒸发量比轮耕处理增加8.00%~14.33%,比免耕处理增加3.54%~6.69%;冬小麦轮耕处理生育期内根系吸水量比深耕处理提高5.82%~6.02%,比免耕处理提高3.66%~8.76%;轮耕处理冬小麦生育期内蒸腾量比深耕处理提高4.52%~6.34%,比免耕处理提高2.96%~10.95%;冬小麦深耕处理后夏玉米生育期内蒸发量比轮耕处理增加6.18%~1.01%,冬小麦免耕处理后夏玉米生育期内蒸发量比轮耕处理增加5.65%~9.56%;冬小麦轮耕处理后夏玉米比深耕处理根系吸水量提高10.57%~20.63%,冬小麦免耕处理后夏玉米比深耕处理提高6.73%~16.06%;冬小麦轮耕处理后夏玉米生育期内蒸腾量比深耕处理提高7.55%~17.36%,免耕处理后夏玉米生育期内蒸腾量比深耕处理提高12.77%~13.01%。冬小麦夏玉米轮作深耕处理较轮耕处理周年蒸发量分别增加6.97%~12.60%,轮耕处理较深耕处理作物周年蒸腾量提高了 5.58%~10.82%,而周年根系吸水量提高了 7.79%~10.87%。(3)不同耕作方式下冬小麦免耕处理千粒重较深耕和轮耕处理分别显著提高了 13.69%~17.33%和13.3%~15.69%;轮耕处理冬小麦耗水量较深耕处理显著提高5.13%~8.30%;免耕处理冬小麦产量显著高于深耕处理5.77%~1 1.70%;免耕处理冬小麦水分利用效率较轮耕处理显著提高6.28%~13.83%。冬小麦轮耕作处理后夏玉米产量显著高于深耕处理2.45%~3.44%,而水分利用效率显著高于免耕处理 1.59%~5.01%。


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