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麦田土壤水分运移与有效性评价

杨林林  
【摘要】:在河南省冬小麦主产区开展麦田土壤水分运移与有效性评价的理论与技术研究,对于促进麦田水分高效利用、缓解区域淡水资源供需矛盾、保障冬小麦产业可持续发展具有重要意义。本研究于2012-2015年在河南省焦作市和新乡市两个试验点进行了测坑试验、不遮雨小区试验、土柱试验和大田试验,设置了不同的灌溉处理,分析并模拟了不同灌溉模式下麦田土壤水分动态变化规律,揭示了冬小麦生长发育和水分利用的响应特征,并对土壤水分的有效性进行了评价,取得的主要成果如下:(1)阐明了不同条件下麦田土壤水分和土壤蒸发的动态变化规律。在试验条件下,单次灌水量超过60mm会对0-100 cm土层的土壤含水率起到了明显的提高。降雨对各层土壤含水率的影响程度视降雨量的大小而不同。灌溉能明显增强土壤蒸发强度,利用Ritchie模型描述土壤蒸发时,土壤蒸发第1阶段累积蒸发量U值与土壤性质密切相关;第2阶段土壤累积蒸发量与时间平方根回归直线的斜率α值建议在不同生育阶段采用不同值。本试验条件下,返青期、拔节期、灌浆期α值分别为2.5026、2.0477、3.4250。(2)明确了不同灌溉模式对冬小麦生长发育指标、产量及水分利用效率的影响效应。在本试验条件下,灌返青水有利于冬小麦返青期株高的增长,而拔节水和灌浆水对株高的增长作用并不显著。灌返青水对于叶面积指数的增长有明显的促进作用,拔节期灌溉对促进叶面积指数增长作用的幅度要较返青期灌溉小,灌浆期灌溉则能有效减缓生育后期叶面积指数降低的速率。灌溉对穗粒数的影响较千粒重更为明显,生育前期灌溉有利于产量的提升。返青期足量供水,较生育后期灌溉对冬小麦产量和水分利用效率的提高有更为积极的作用。(3)明确了分层控水对冬小麦根系形态指标、地上部生长指标、产量的响应特征。表层(0-40cm)土壤含水率在生育期内持续偏低会对株高、干物质积累、穗粒数、千粒重和籽粒产量都产生不利影响。生育期内各层土壤含水率降低,都会造成该层平均根长密度、根重密度、根直径和根表面积等指标的减小。通过分析冬小麦根系生长对土壤水分状况的响应特征发现,冬小麦生育期根冠比同土壤平均含水率之间存在极显著的线性相关性。(4)对SIMDual_Kc双作物系数模型参数进行了属地化修正,确定了适用于本地区使用的土壤、作物参数;修正的模型能够较好地模拟冬小麦生育期有效根层土壤含水率和棵间地面蒸发过程,对土壤含水率的模拟一致性指数d达到0.933以上,对棵间蒸发量的模拟一致性指数d达到0.913以上。通过模拟分析,确定冬小麦整个生长季植株蒸腾和棵间蒸发分别占总腾发量的65%和35%左右。(5)对不同深度土壤层次所含水分的有效性进行了评价。就不同土壤层次在不同生育阶段的有效性而言,本试验条件条件下,在越冬-返青期,0-40cm的土壤水分有效性最高;在返青-拔节期,0-40 cm和40-70cm土壤水分有效性较高;在拔节-灌浆期,70-100cm的土壤水分有效性较高;在灌浆-收获期,各土层土壤水分有效性相当。


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