黄土旱塬区冬小麦土壤水库动态

土壤水库是旱作农业区粮食稳产和可持续发展的基础.本文结合长期田间定位试验,通过对黄土高原南部长武旱塬2012—2015年冬小麦土壤水分变化的研究,分析了土壤水库的年际与年内变化特征和动态规律.结果表明: 研究区冬小麦田间平均土壤含水量垂直分布曲线均呈“双峰双谷”形,第1处峰点在10～20 cm土层,第1处谷点在50 cm左右,第2处峰点在100 cm左右,第2处谷点在280 cm左右.无论何种降水年型下,土壤水库对降水的响应滞后且滞后的程度一致.降水年型对土壤水库的年际与年内动态变化影响较大.与丰水年相比,枯水年、平水年土壤水库对大气干旱的调节能力降低,表现为主要供水层上移;枯水年、平水年降水量虽少,但对土壤水分的补充作用较丰水年明显;丰水年土壤水库有较大盈余(84.2 mm),水分平衡出现正补偿,枯水年土壤水库稍有亏缺(1.5 mm),水分平衡出现负补偿,平水年土壤水库稍有盈余(9.5 mm),水分平衡出现正补偿.长武旱塬冬小麦田间土壤水分动态可分为4个时期:苗期耗水期、缓慢消耗期、大量消耗期、收获期,整体蒸散耗水大小顺序为:大量消耗期>苗期耗水期>收获期>缓慢消耗期.     

夏休闲期复种油菜对旱地土壤水分和小麦产量的影响

以冬小麦收获后高留茬休闲地为对照,连续4年在陇东黄土旱塬设6个油菜播种期,研究了休闲期作物覆盖对土壤水分及后作冬小麦产量与水分利用效率的影响.结果表明：不同播种期夏休闲期土壤贮水量差异显著(P＜0.05),其中8月5日播种油菜的土壤蓄水效率为58.5%,产量和水分利用效率较对照提高7.5%和5.9%.平均而言,夏休闲期复种油菜后作小麦干旱年份增产16.1%,平水年份增产6.8%.夏休闲期复种油菜是西北旱地小麦抗旱增产的有益途径.     

黄土高原不同降水区休闲期土壤贮水效率及其对冬小麦水分利用的影响

土壤贮水是影响黄土高原冬小麦生产力的最重要因素,分析休闲期贮水效率对有效利用水资源具有重要意义。利用黄土高原旱作区4个农业气象观测站土壤水分长期观测资料和冬小麦产量资料,探讨了不同气候区休闲期土壤贮水和耗水特征及对冬小麦水分利用的影响。结果表明:(1)黄土高原旱作区休闲期1 m土层多年平均贮水量半湿润区为9 1mm,贮水效率为30.7%,半干旱区为32 mm,贮水效率为16.5%,且不同降水年型、不同气候区休闲期贮水量和贮水效率差别较大;(2)黄土高原旱作区1 m土层贮水量从土壤解冻至封冻期间基本呈波谷型分布,休闲期为主要贮水阶段,冬小麦返青—开花期为休闲期贮水的主要消耗阶段。半湿润区休闲期土壤贮水量主要消耗在起身至开花期,半干旱区主要消耗在越冬至拔节期;(3)黄土高原旱作区播种—越冬前消耗0—40 cm土层贮水,越冬-起身期各土层贮水量都有消耗,起身—开花期半湿润区主要消耗0—40 cm土层贮水量、半干旱区主要消耗0—60 cm土层贮水量,开花—成熟期半湿润区主要消耗40 mm以下土层贮水量、半干旱区主要消耗60 cm以下土层贮水量;(4)黄土高原休闲期贮水效率与冬小麦产量显著相关,半湿润区水分利用效率远高于半干旱区。黄土高原不同区域降水时空分布不均和土壤贮水能力的差异是造成不同气候区休闲期水分贮存差异的主要原因,通过调整耕作方式、水肥管理、种植结构进一步实现冬小麦增产和水分高效利用。     

渭北旱塬保护性耕作对冬小麦-春玉米轮作田蓄水保墒效果和产量的影响

通过2007—2010年田间定位试验,研究了平衡施肥、常规施肥和无肥(或低肥)条件下,免耕、深松和翻耕处理对渭北旱塬冬小麦-春玉米轮作田土壤贮水量、作物产量、水分利用效率(WUE)和纯收益的影响.结果表明:休闲期免耕处理蓄水保墒效果最好,深松次之,翻耕最差;轮作田生育期内免耕和深松处理0~200 cm平均土壤贮水量分别较翻耕提高6.7%和1.9%;各施肥条件下作物产量、WUE和纯收益均以深松处理最高,且以平衡施肥深松处理表现最好,2007—2008年冬小麦、2009年春玉米、2009—2010年冬小麦产量分别为6909、9689、5589 kg.hm-2,WUE分别为18.5、25.2、23.0 kg.hm-2.mm-1,纯收益分别为5034、5045、7098元.hm-2.因此,平衡施肥与深松组合处理的蓄水保墒和增产增收效果最好,是渭北旱塬冬小麦-春玉米轮作田较适合的施肥耕作模式.     

黄土旱塬区苹果园土壤水分动态

选取黄土旱塬区盛果期果园,于2009-2013年对0～500 cm土层土壤含水量进行连续监测,了解其土壤水分动态变化规律.结果表明： 平水年,苹果园耗水主要发生在0～300 cm土层;年降水量小于400 mm时,果树主要消耗300 cm以下土层土壤水分;受年降水量和苹果耗水的共同影响,200～300 cm土层是土壤水分的最大波动层;苹果园4-6月底季节性干旱明显,土壤水分的蓄积主要发生在7-10月中旬,该期的土壤蓄水能有效缓解下一年的春季干旱.     

黄土塬区麦田蒸散特征

利用大型称重式蒸渗仪研究了黄土塬区冬小麦不同时段单元（生育期、月、日、时）的蒸散特征,并分析了叶面积指数、土壤含水量和气温、降水等因子对蒸散的影响.结果表明,在试验年份,各生育期内冬小麦的日蒸散量:孕穗 抽穗期﹥开花期﹥起身期﹥拔节期﹥灌浆期﹥返青期﹥成熟期﹥越冬期;生长前期蒸散受温度影响较大,中期受叶面积指数影响较大,后期土壤水分成为蒸散的限制因子,灌浆期内冬小麦日均蒸散量因受土壤水分亏缺影响而显著下降,日均蒸散量从孕穗 抽穗期的625 mm·d^-1 减小到灌浆期的2.66 mm·d^-1;月蒸散以4～6月最高,3个月蒸散量占试验期间总蒸散量的80％以上;麦田逐日蒸散变化曲线上的波动峰值反映了受降水作用土壤水分状况改善条件下的蒸散特征;时蒸散过程在总体遵循周期性的前提下表现出随天气而改变的现象.     

陇东黄土旱塬作物组合系统农田耗水规律研究

本文根据１９８８－１９９１年陇东黄土旱塬作物组合模式（即作物轮作与复种模式）田间试验土壤水分测定资料,对作物组合系统中主要组分作物田间耗水量及其构成特征、变异规律及农田土壤水分的利用程度进行了研究,并探讨了不同作物组合系统的田间耗水量及其构成特征。结果表明,不同作物组合系统的田间耗水量及其构成特征存在明显差异;作物田间耗水量是一个动态变量,因作物种类、降水年型等不同而异,并与生育期有效降水量呈显著正相关;来自播前土壤有效储水的土壤供水量对秋播作物冬小麦和冬油菜生育期水分不足有重要补偿作用,是维持其较高的生产稳定性的关键原因;无论丰水年还是欠水年,冬小麦、玉米、谷子和马铃薯４种主要作物在农田水分利用程度上均存在一定差异。     

黄土塬区深剖面土壤水分垂直分布特征及其时间稳定性

研究土地利用方式对深剖面土壤水分时空动态的影响,对于了解区域水循环在变化环境下的表现特征具有重要意义.本研究基于长期定位监测数据,对2012年9月至2015年12月黄土塬区4种土地利用方式0～15 m剖面土壤水分状况进行分析.结果表明: 苜蓿草地(>7年)、休闲地、高产农田和低产农田平均土壤含水量分别为15.1%、22.0%、19.6%和21.1%(0～15 m、年度平均值);干湿交替层季节性失水和蓄水分别出现在3—6月和7—10月,其深度范围分别为0～2、0～4.6、0～3和0～4.2 m.深层土壤水分具有较好的时间稳定性,其垂直分布受土地利用方式的影响.观测年份内苜蓿产量和耗水量均呈逐年增加趋势,造成深层土壤的干燥化程度加大,2～10 m土层形成稳定土壤干层,阻断了降水补给地下水的途径.对于其他3种土地利用方式下的土壤水分平衡,冬小麦生长季农田与休闲地均表现为负平衡;玉米生长季高产农田表现为负平衡,而低产农田与休闲地表现为正平衡;在作物休闲期,农田与休闲地均表现为正平衡.通过施肥处理所形成的高产农田的作物水分利用效率是低产农田的3倍以上.     

黄土塬区不同土层土壤水分对旱作冬小麦耗水的贡献

通过采集长武塬区旱作冬小麦拔节期和抽穗期土壤水、小麦茎秆水,测定其氢氧稳定同位素组成,分析不同深度土壤水分对冬小麦耗水的贡献.结果表明:与大气降水相比,黄土塬区小麦茎秆水和土壤水均富集氢氧稳定同位素;无土壤干层条件下,冬小麦拔节期和抽穗期0～30 cm土层土壤水对其耗水的贡献率仅为5.4%和2.6%,60～90 cm土层土壤水贡献率为73.4%和67.3%,是冬小麦的主要水源,120 cm以下土层贡献率为7.9%和13.5%;随着生育期的推进,90 cm以下土层贡献率持续增加.研究时段内土壤物理蒸发水分主要来自于30 cm以上土层,而小麦蒸腾则主要由60 cm以下土壤水分提供.生产实践中需要做好夏闲期的雨水蓄存与合理的氮磷配施,以增加小麦底墒、促进根系深扎,提高深层土壤水分的利用率.     

黄土丘陵半干旱区土壤水资源利用限度

以柠条为对象,采用中子水分仪对黄土丘陵半干旱区人工植被恢复过程中土壤水分与植物生长进行长期定位观测.结果表明:撂荒地播种后,随着时间推移,植物群落保持水能力增强,根系吸收利用水分的土层深度增加、土壤含水量下降.林地土壤出现干层,且干层土壤的深度和厚度逐年增加.植物对土壤水资源的利用限度为干层土壤深度等于最大补给深度时的土壤储水量.在黄土丘陵半干旱区人工柠条林地土壤水资源利用限度是0～290 cm土层的土壤储水量为249.4 mm.当人工林地土壤水资源接近或等于土壤水资源利用限度时,需要采取措施降低土壤水分消耗,或增加土壤水分补给,维持根系吸收利用水资源的相对稳定.     

黄土塬区不同土地利用方式土壤水分消耗与补给变化特征

对黄土塬区不同土地利用方式下2012年3—10月7龄果园(挂果初期)、17龄果园(盛果期)、小麦地、玉米地土壤水文状况进行分析,结果显示,0—600 cm试验土层7龄果园土壤贮水量最高,其次为玉米地、小麦地,17龄果园最低,且不同土地利用方式下贮水量随着降水量的变化而上下波动,但其变化滞后于降水。不同土地利用方式均表现为随土壤深度增加土壤含水量变异程度减弱的特征,且其土壤剖面的水分含量变化存在季节变异。农田和7龄果园中不存在土壤干燥化现象,而17龄果园土壤剖面存在较厚的干燥化土层,其分布深度为320—600 cm。不同的土地利用方式的土壤水分的消耗和补充深度有较大差异,17龄果园消耗深度为500 cm,补充深度为200 cm;7龄果园、玉米地和小麦地消耗深度分别为200、300 cm和300 cm,且补充深度均超过了测定的土壤深度,大于600 cm。     

黄土塬区不同土地利用方式下深层土壤水分变化特征

利用长期定位监测数据,对陕西省长武黄土塬区裸地、高产农田、苜蓿草地和苹果林地下0—15 m黄土剖面土壤水分环境进行了研究。结果表明,不同土地利用方式下,干湿交替层内土壤水分具有明显季节性波动变化特征,但其深度范围有别。裸地、高产农田、苜蓿草地和苹果林地分别约为0—5 m,0—4 m,0—2 m和0—3.5 m。干湿交替层以下深层土壤水分状况主要受土地利用方式的影响,其影响大小依次为苜蓿草地苹果林地高产农田裸地,各土地利用方式下表现出不同的时间变化特征。黄土塬区土壤水量平衡计算中土层厚度大小的确定非常重要,这不仅与土地利用方式相关,也与林草植被的生长阶段相联。裸地和高产农田土层厚度选择不宜小于5 m和4 m;未形成深厚稳定土壤干层的苜蓿草地和苹果林地,土层厚度选择不宜小于15 m和10 m;对于已经形成稳定土壤干层的林草地来说,进行年尺度的水量平衡分析时,其计算深度可取降水入渗深度。研究可从土壤水资源的保持及利用的角度上服务于黄土塬区旱作农业的持续发展和土地利用方式的优化配置。     

半干旱雨养区不同覆膜方式对冬小麦土壤水分利用及产量的影响

在黄土高原半干旱雨养条件下,于2008—2009、2009—2010两个年度,以露地种植为对照(CK),研究了不同覆膜方式(全膜覆土穴播,全膜穴播,垄膜沟播)对旱地冬小麦产量和水分利用的影响。结果表明:两年度覆膜平均较CK产量分别显著提高49.4%和53.2%,水分利用效率提高11.8%和14.3%。覆膜的高产建立在高生长量、高耗水基础上,产量与生育期耗水量显著正相关(r=0.952*—0.958*),两年度覆膜分别平均较CK多耗水33.5%和34.1%。覆膜处理中以全膜穴播较CK的增产幅度和WUE提高幅度最大,耗水量也最大。由于覆膜耗水量大,覆膜各处理收获期0—200 cm土壤贮水量均显著低于CK,但通过全年连续覆膜和夏闲期降水补充,在下茬秋播时,覆膜各处理0—200 cm土壤贮水量均超过CK,夏闲期覆膜的水分休闲效率两年度分别平均高出CK 41.8和86.4个百分点,覆膜有利于土壤水分恢复和下茬作物的可持续生产。覆膜方式中,以全膜覆土穴播种植效益最高,两个年度纯收益平均达5531.6元/hm2,较CK增收2542.2元/hm2。综合考虑,全膜覆土穴播是一种高产高效兼顾、操作简单、适宜于半干旱雨养区推广应用的冬小麦覆膜种植方式。     

黄土塬区几种典型土地利用类型的土壤水稳定同位素特征

对陕西省长武县黄土塬区降水及主要土地利用方式下0～20 m剖面土壤水进行采样和稳定同位素测定,研究了该区深层土壤水稳定同位素特征及土壤水运动机制.结果表明：长武塬区大气降水线方程为δD=7.39δ18O+4.34（R2=0.94,n=71）,其降水稳定同位素值具有明显的冬春高、夏秋低的季节变化特征.土壤水稳定同位素值落于当地大气降水线下侧,且高于7-10月降水稳定同位素值,该区土壤主要接受同位素值偏负的夏秋降水的补给.土壤剖面上,不同土地利用方式之间土壤水同位素值随土壤深度增加而趋于一致;相同土地利用条件下,浅层土壤水同位素组成随时间推移而变化的程度剧烈,随土壤深度增加,土壤水同位素值的变化程度减弱,甚至无变化.对比降水和土壤水的稳定同位素值变化发现,在黄土塬区,活塞流和优先流并存于降水入渗过程中,但优先流入渗的发生与土地利用方式存在一定关系.通常情况下,高耗水型人工林草因水分负平衡形成的土壤干层将减小优先流发生的可能性,而农田、荒草地等土地利用方式均易发生优先流形式的降水入渗,从而对深层土壤水分或地下水形成补给.     

休闲期深翻时间对旱地麦田土壤水分特性和小麦产量的影响

通过3个年度田间试验,研究了休闲期深翻时间对小麦播前0～200 cm土壤蓄水、生育期耗水及生长发育的影响.结果表明: 休闲期蓄水量受深翻时间、休闲期降雨量和降雨分布的影响.随休闲期深翻时间的推迟,0～200 cm土壤蓄水量先升高后降低,8月上中旬深翻蓄水效果好,较7月中旬深翻多蓄水23.9～45.8 mm;休闲期降雨多或集中在8—9月有利于增加土壤蓄水.休闲期适时深翻可增加土壤蓄水量,促进小麦对氮、磷的吸收,增加冬前茎数和成穗数,8月中上旬深翻较7月中旬深翻增产3.7%～18.2%.产量与休闲期0～200 cm土壤蓄水量、生育期各层土壤耗水量呈正相关,且受春季小麦生育关键期降雨影响较大,降雨多时相关性低,否则相关性高.深翻时间对生育期60～140 cm土层耗水量影响较大.当前耕作条件下,山西南部丘陵旱地在立秋(8月6日)前发挥留高茬和麦秸覆盖的保墒作用,立秋后至处暑(8月21日)期间深翻可提高土壤渗水特性,纳秋雨多蓄水,增加小麦冬前茎数和成穗数,使产量增加.     

黄土高原旱作区土壤贮水力和农田耗水量对冬小麦水分利用率的影响

选择黄土高原旱作区8个冬小麦测站2m土层深度多年土壤贮水量与产量资料,从大气降水-土壤水-作物循环系统的理论观点出发,研究了土壤贮水力和农田耗水量对冬小麦水分生产力的影响。该区域是一个贮水和保水性能良好的天然土壤水库,半干旱区、半湿润区、湿润区1m和2m土层内最大贮水力分别为270、299、331mm和561、605、676mm,随湿润度增加而增大;但实际贮水能力只有111、183、269mm和230、370、550mm,相当于半干旱区、半湿润区和湿润区最大贮水力的41%、61%和81%,可达到最适宜贮水量的51%、76%、102%。半干旱区远不能满足冬小麦生长需要,达到严重干旱程度;半湿润区只能勉强维持生存需要,达到轻度干旱,必须采取一套有效保墒耕作抗旱措施。冬小麦全生育期2m土层农田实际耗水量和蒸腾系数分别为304-343mm和330-648,随干旱程度增加而增大。冬小麦全生育期降水量只能满足耗水量的65%-95%,有5%-35%的耗水量是从播前土壤贮水量补给的。冬小麦营养生长阶段浅层耗水量大于生殖阶段,但深层耗水量正好相反。土壤贮水量是该区域冬小麦生产力最重要因素,冬小麦土壤水分籽粒生产力为0.30-1.38kg/mm,平均为0.87kg/mm,生物产量生产力为1.416kg/mm,随干旱程度增大明显递减。旱作区冬小麦水分生产力低而不稳,但潜力很大。必须在肥力、耕作、管理等措施要跟上,水分生产力水平才能提高。