微集水种植对土壤水分蒸散和作物需水量的影响

李　访

(辽宁省朝阳市供排水管理处，辽宁 朝阳 122000)



微集水种植对土壤水分蒸散和作物需水量的影响

李访

(辽宁省朝阳市供排水管理处，辽宁 朝阳 122000)

微集水种植技术能提高北方农业旱区对降水资源的利用率，改善作物的生长环境，提高作物产量。本研究引入了农田实际蒸散量、作物需水量两个参数评价微集水种植技术的保水效果。研究结果表明：作物生育期内，微集水种植的农田实际蒸散量、农田作物需水量小于传统种植技术，其中垄上覆膜沟内覆盖秸秆种植的农田实际蒸散量、作物需水量最小。

微集水；农田实际蒸散量；作物需水量

微集水种植技术通过在田间修筑沟垄，重新构建农田地形，并利用薄膜覆盖土垄，使得降雨尽可能由农田垄面向垄沟内汇集。这种技术能够将干旱地区有限的、时空分布不均的降雨尽可能集中汇集到地形改变后的蓄水区域内，从而提高土壤水分含量。在以降雨为主要供水方式的干旱农业区，利用微集水种植技术不但能够减少土壤地表径流损失，还能抑制农田水分的无效蒸发，满足作物生长对水分的需求。经过多年的科学研究和生产实践证明，微集水种植技术既可以显著改善干旱地区土层水分环境，又能够提升地表温度，从而增加干旱地区农作物产量，有效控制田间水土流失，直接提高水分利用效率，间接提高养分利用效率，微集水种植技术的核心功能为集雨、蓄水、保墒[1-3]。

土壤的农田实际蒸散量包括耕地实际蒸发和作物植株间和蒸腾量，该参数与土壤内的水分运动、植株水分传输，植株与大气的水分交换有密切关联，农田实际蒸散量是联系农田生态系统的重要环节。作物需水量是指农作物在水分、养分供给充足，生长正常的条件下，作物达到最佳生产潜力时，在整个作物生育周期内，农田植株对水分的真实需求[4-8]。作物需水量是研究农田水分变化规律的重要依据，该参数还能分析水分资源开发利用，为农田水利工程规划和设计，分析和计算灌溉用水量提供重要依据。本文分析了整个作物生育期内，微集水种植对农田实际蒸散量和作物需水量的影响，量化了微集水种植对农田水分调控效果，进而明确微集水种植如何对作物生长过程的水分产生影响，为干旱区利用微集水种植技术调控农田水分、提高农田水分保蓄率、提高农田水分利用效率提供重要依据。

1　试验设计和研究方法

1.1试验地概况

本试验区域位于辽宁省朝阳市干旱种植试验区(东经121°55′，北纬42°10′)，该处农业试验时间为5—9月份，日照时间(作物生长季节)为1200～1300 h，年平均气温达到了7～8 ℃，其中10℃以上有效积温达为2700～3400 ℃，气候无霜期132～163 d。该地区年降水量仅为300～500 mm，降水变化较大，旱灾频繁发生，该区土壤耕层的基本理化性质见表1。

1.2试验设计

本试验供试作物为玉米，品种为先玉335号。试验采用随机区组方式进行，设计了4种微集水种植模式，分别为：CK处理——传统平作种植，作物种植行距为50 cm，株距为35 cm；T1处理为垄上覆膜沟内种植，耕地先进行垄沟处理，其中，沟宽为65 cm，垄宽为35 cm，垄高为15 cm，在土垄上方覆盖薄膜(塑料薄膜采用厚度为0.08 mm的微薄膜)，沟内种植两行玉米，作物种植行距为50 cm，株距为35 cm，两行植株距离两侧最近土垄距离均为7.5 cm，如图1；T2处理为垄上覆膜沟内覆膜种植，在T1处理的基础上，在作物种植沟内的中间地带(蓄水带)进行覆膜处理，覆膜宽度为35 cm，如图2；T3处理为垄上覆膜沟内覆盖秸秆种植，在T1处理的基础上，在沟内蓄水地带覆盖秸秆，如图2。试验过程中，每个处理设置3次重复，每个重复种植区面积为100 m2，小区四周埋设1 m深的防水板，以防止小区水分互相渗透，并设置1 m隔离带，以防止田间径流和土壤水分的侧向渗漏。该试验于2013年、2014年和2015年进行，降雨量分别为461.1 mm，270.4 mm，393.9 mm。播种时施磷酸二铵和三元复合肥各150 kg/hm2作为种肥，播种后覆膜或秸秆，秸秆覆盖量为6000 kg/hm2，覆膜栽培出苗后人工放苗，拔节期打孔追施尿素450 kg/hm2，其他管理正常。

表1　试验区的土壤理化性质

图1　垄上覆膜沟内种植示意图

图2　垄上覆膜沟内覆膜或覆秸秆

1.3试验测定项目及方法

1.3.1农田实际蒸散量(ETa)

农田实际蒸散量由式(1)计算：

ETa=I+P-RO-DP+CR±ΔSF±ΔSW

(1)

式中：I和P分别为不同时段灌水量和降雨量(本试验没用人工灌水，因此I可忽略)；RO为降雨和灌溉时土壤的表面径流量(本试验由于田间设有田埂，因此忽略)；DP为深层土壤渗漏量；CR为地下水由毛管上升到根区的水量(由于试验田地下水位较低，因此忽略)；ΔSF为土壤水侧向渗漏量(本试验忽略)；ΔSW为作物收获期和作物苗期时，土壤含水量变化值， 本公式单位均为mm。

1.3.2农田作物需水量(ETc)

作物需水量由式(2)计算：

ETc=ETa/Ks

(2)

式中：Ks为土壤水分胁迫系数，在雨养供给充足条件下由式(3)计算：

(3)

式中：s为土壤耕层实际含水量，%；sw为土壤根系凋萎系数，%；s*为土壤田间持水量，%。

1.3.3试验气象数据

本试验区内设有自动气象观测站，日常太阳辐射、日照时长、最高和最低气温以及平均气温；平均风速、实际水汽压、相对湿度、气压、降雨量、蒸发量、土壤温度等气象要素都由自动气象观测站监测。自动气象观测站型号为TRM-ZS2型。

2　结果与分析

2.1微集水种植对农田实际蒸散量的影响

图3　不同处理农田蒸散量变化

图3为各年份不同微集水种植技术对农田实际蒸散量变化的影响。2013年为丰水年，微集水种植的农田实际蒸散量小于CK处理，由于各微集水种植覆盖方式不同，其实际蒸散量也存在一定的差异，统计表明：各处理平均日蒸散量由大到小的顺序为：CK>T1>T3>T2，玉米生育周期内,T1、T2和T3农田实际蒸散量相比CK处理下降低了4.78%，9.97%，9.07%。2014年为枯水年，微集水种植的实际蒸散量也小于CK处理，统计表明：各处理平均日蒸散量由大到小的顺序为：CK>T1>T2>T3；T1、T2和T3农田实际蒸散量相比CK下降了8.78%，17.97%，19.07%，CK处理的农田实际蒸散量与T2和T3处理差异达到显著。2015年为平水年，微集水种植在平水年的实际蒸散量也小于CK处理，生育周期内，T1、T2和T3农田实际蒸散量相比CK处理下降了5.52%，12.28%，13.35%，其中T2和T3处理的农田实际蒸散量最低，与CK处理的差异达到显著。

图4　不同处理作物需水量变化

2.2微集水种植对作物需水量的影响

图4为各年份不同微集水种植技术对作物需水量的影响。由图可知，同一时期，不同微集水处理之间作物需水量存在差异。统计表明：2013年作物生育周期内，各处理作物需水量由大到小的顺序为：CK>T1>T2>T3，T1、T2和T3生育期内需水量相比CK处理减少了48.45 mm、69.20 mm和81.66 mm，T2和T3处理的作物需水量与CK处理差异达到显著。2014年作物生育周期内，CK处理的作物需水量也大于微集水种植处理，各处理作物需水量由大到小的顺序为：CK>T1>T2>T3，T1、T2和T3生育期内需水量相比CK处理减少了54.98 mm，85.01 mm，89.01 mm，各微集水处理的作物需水量与CK处理的差异达到显著。2015年玉米生育周期内，作物需水量从大到小的顺序为：CK>T1>T2>T3；相比CK处理，T1、T2和T3农田作物需水量分别减少40.86 mm、75.09 mm、80.35 mm，T2和T3处理的作物需水量与CK处理差异达到显著。

有研究表明：在作物生长前期，农田水分蒸散主要是耕地表层土壤水分的散失，而作物生长后期，农田水分蒸散主要是由于作物叶面的水分蒸腾散失[5-7]。因此，在作物生长前期，控制好耕地表层土壤水分的散失，将有效减少农田实际蒸散量的水分消耗。农田耕作时的作物需水量主要受气象条件和作物自身条件影响，还会受到灌排水，耕作栽培技术，土壤条件等因素的影响[9-11]。

3　结　论

对于不同降雨年份，由于气候条件、作物生长情况不同，各处理之间的蒸散规律也不尽相同。在作物生长发育周期内，微集水种植条件下，农田实际蒸散量要小于CK处理，这是由于微集水种植的覆盖材料能够在作物生长发育前期有效减少太阳辐射对土壤表面的影响，降低表层水分的散失。垄上覆膜沟内覆秸秆处理的农田实际蒸散量最小，这是由于秸秆覆盖不但能有效减少太阳直接辐射作用，还能适当降低土壤表层温度，减少农田水分损失。微集水种植能够显著改善土壤水环境，所以，微集水种植条件下，农田作物需水量也小于CK处理，垄上覆膜沟内覆秸秆处理的作物需水量最小。

[1]任小龙.模拟雨量下微集水种植农田土壤水温状况及玉米生理生态效应研究[D].杨凌：西北农林科技大学,2008.

[2]于亚军.北方旱作农田水肥高效利用调控技术研究[D].杨凌：西北农林科技大学,2005.

[3]韩娟.模拟降雨量下微集水种植对玉米光合生理特性的影响[D].杨凌：西北农林科技大学,2008.

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Effect of micro-catchment cultivation on soil water evapotranspiration and crop water requirement

LI Fang

(WaterSupplyandDrainageManagementOfficeofChaoyang,Chaoyang122000,China)

Micro-catchment can improve precipitation resource utilization of arid agriculture regions in north, improve crop growth environment and crop yields. This study introduces the actual evapotranspiration farmland and crop water requirement to evaluate the retention effect of micro-catchment water. The results show that the actual evapotranspiration and crop water requirement with micro-catchment are less than traditional growing techniques in the crop growth period, in which the actual evapotranspiration and crop water requirements of farmland planting ridge covered trench and furrow covered straw is minimum.

micro-catchment; the evapotranspiration of farmland; crop water requirement

李访(1981-),男，工程师，主要从事供水施工管理、节水灌溉设计等工作。

S513

A

2096-0506(2016)03-0015-04