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解析保护性耕作蓄水保墒在天水黄土丘陵沟壑区的效应

2020-04-03 291 上传者：管理员

摘要：因天水黄土丘陵沟壑区以侵蚀地貌为主，所以水力、重力侵蚀更多，由于人口密度大，土地生产率低，但光照充足，水热条件良好，更适合农作物生长。与天水黄土丘陵沟壑区的保护性耕作技术普及率过低的实际相结合，在一年一熟区开展不同保护性耕作技术模式及传统耕作模式下进行土壤蓄水保墒的对比试验，对保护性耕作技术模式在改善土壤水分条件方面的效果进行分析，提出适合该区域适宜的保护性耕作技术模式，希望为该区旱作农业保护性耕作的普及推广提供提科学理论依据和实践指导。

关键词：
保护性耕作
天水
蓄水保墒
黄土丘陵沟壑区
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天水黄土丘陵沟壑区属于典型的旱作雨养农业区，限制当地农业生产的主要因素是瘠薄的黄土和干旱胁迫。针对传统耕作弊端发展起来的保护性耕作技术通过免耕或少耕播种施肥技术，秸秆残茬处理技术，杂草、病虫害控制和防治技术，深松技术等，能有效减少水土流失、改善土壤结构、节省作业成本，解决传统耕作所带来的一系列问题[1]，达到节水抗旱、保肥增收的目的。受多种因素影响，天水黄土丘陵沟壑区的保护性耕作技术普及率过低，尚未形成适宜该区域的保护性耕作技术模式。

1、试验区概况

天水黄土丘陵沟壑区属黄土丘陵沟壑区第三副区，东依关山，南接西秦岭，西与定西的岷县、漳县、陇西相邻，北与定西的通渭和平凉的庄浪、静宁接壤，地势自西北向东南倾斜。渭河横贯该区，全区以侵蚀地貌为主，堆积地貌次之，以梁状丘陵为主要的地貌形态，河谷和阶地相间分布，沟壑密度1.5~3.0km／km2。年平均降水量为400~650mm，降水多以暴雨形式出现，集中在每年7-9月，全区多为黄土，土体结构松散，面蚀、沟蚀、崩塌、滑坡、泥石流等侵蚀比较活跃[2]。试验区选在甘肃省张家川县以西12km的木河乡上渠子村，试验区海拔1846m，土壤为黄土，年平均气温7.5℃，无霜期163d左右，全年日照时数2044h时，年平均降水量600mm。

2、试验设计与测定

2.1 试验设计

试验选取春玉米作为指示作物进行保护性耕作的研究，共设4个处理，分别为：

（1）传统耕作不覆盖：在春玉米播种前人工耕翻一次，耕翻深度约为20cm，无覆盖。

（2）传统耕作地膜覆盖：在传统耕作的基础上，春玉米播种前翻耕，随后覆盖地膜，膜上打孔种植，行间不覆膜。收获后玉米秸秆全部移走。

（3）免耕秸秆覆盖：全试验期免耕，当季玉米收获后，本小区收获的全部秸秆整秆均匀铺设覆盖，玉米播种时秸秆收拢，放置行间。

（4）免耕地膜覆盖：全试验期免耕，播种前去掉上年地膜，重新铺设，膜上种植，收获后移走全部秸秆。每个处理设三次重复，小区面积为7m×5m＝35m2，顺序排列。每年的4月中旬播种，10月上旬收获。试验所用地膜为宽60cm，厚0.015mm的聚乙烯薄膜。全生育期不灌水，田间管理同大田。

2.2 土壤水分测定与分析

试验采用浙江托普仪器有限公司生产的土壤水分速测仪（TP-SR-1土壤水分传感器）测定玉米生育期0-30cm土壤水分含量，从2015年10月开始到2017年10月结束，共测定16次。数据采用Excel软件处理，SAS软件统计分析。

3、试验结果与分析

土壤水分状况由于受区域气候、地形地貌、土壤性状、作物生长及田间管理等因素影响较大，降水年内分布的不均匀性和作物生长不同阶段对水分利用的差异是造成土壤水分时段差异性和垂直剖面差异性的重要原因[3]。试验表明，保护性耕作条件下土壤的保水、持水、渗水能力和水分恢复能力有一定程度的提升，蓄积降水、减少蒸发较传统耕作更为有效，对增加作物产量效果显著。

3.1 不同耕作处理玉米田休闲期土壤含水量比较

分析根据调查，当地玉米根系主要分布在30cm以内的土壤中。因此，我们在2015-2016年和2016-2017年春玉米冬闲期，于10月、11月和4月中旬分3次测定了4个处理0~30cm土层土壤含水量，各耕作处理冬闲期土壤含水量变化动态如图1所示。在2个冬闲期各耕作处理间土壤含水量差异显著，且随时间推移呈现逐渐降低趋势。图1显示，2015-2016年冬闲期末较冬闲期初，传统耕作不覆盖（CT）、传统耕作地膜覆盖（CP）、免耕秸秆覆盖（NS）、免耕地膜覆盖（NP）等4种耕作处理0~30cm受冬季降水量偏少的影响，土层土壤平均含水量均有不同程度下降，分别降低了2.9％、1.1％和3.5％和2.9％，对春玉米的出苗构成较大的直接影响。图2显示2016-2017年冬闲期4种耕作处理0~30cm土层土壤平均含水量分别降低了2.3％、1.7％、3.0％和3.1％，但由于秋季降水丰沛，冬闲期初土壤含水量较高，虽然土壤墒情略有下滑，但冬闲期末土壤墒情偏角较好，未影响春玉米的播种。4种耕作处理土壤含水量变化不显著，呈整体降低态势，各耕作处理间含水量差异显著。结合当地降水量资料，发现2个冬闲期土壤平均含水量明显受降水量影响。综合试验测定结果，在2个冬闲期，免耕地膜覆盖（NP）耕作处理的土壤平均含水量最高，传统耕作不覆盖（CT）耕作处理的最低，各耕作处理土壤含水量为：传统耕作不覆盖（CT）＜传统耕作地膜覆盖（CP）＜免耕秸秆覆盖（NS）＜免耕地膜覆盖（NP）。免耕耕作处理的土壤失墒较传统耕作处理稍大，分析系杂草生长消耗及水分下渗至土壤层30cm以下造成。

图1 2015年-2016年不同耕作处理春玉米田冬闲期0~30cm土壤含水量比较

图2 2016年-2017年不同耕作处理春玉米田冬闲期0~30cm土壤含水量比较

3.2 不同耕作处理玉米生育期土壤水分动态

在玉米生长的拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期和收获期等主要生育期，对传统耕作不覆盖（CT）、传统耕作地膜覆盖（CP）、免耕秸秆覆盖（NS）、免耕地膜覆盖（NP）等4种耕作处理0~30cm土层土壤平均含水量进行了同期测定。图3表明，由于2016年玉米生长前期降水较多，从拔节期到大喇叭口期各耕作处理土壤0~30cm平均含水量略有增加，此后玉米生育期耗水导致土壤平均含水量持续降低；在整个生育期内，免耕处理土壤平均含水量比传统耕作处理高，且与传统耕作处理（p＜0.05）差异显著。

图3 2016年玉米生育期不同耕作处理0~30cm土壤含水量变化动态作处理0~30cm土壤含水量变化动态图4为2017年玉米生育期土壤墒情变化动态，从拔节期到灌浆期0~30cm土层土壤含水量持续递减，灌浆期至收获期窗口因降水同比偏多影响，土壤墒情明显有所恢复；测定数据显示免耕处理较传统耕作处理土壤墒情较好，且与传统耕作处理（p＜0.05）差异显著。2个年度试验表明，玉米生育期内免耕处理土壤墒情较传统耕作处理好。

图4 2017年玉米生育期不同耕作处理0~30cm土壤含水量变化动态

4、结语

对比试验显示，不同耕作处理对玉米田土壤蓄水保墒效果影响显著，在2个试验年度冬闲期间，传统耕作不覆盖（CT）、传统耕作地膜覆盖（CP）、免耕秸秆覆盖（NS）、免耕地膜覆盖（NP）等4种耕作处理间土壤墒情差异显著；免耕处理平均土壤含水量较传统耕作处理高；在2个试验年度冬闲期末，免耕处理较传统耕作处理土壤含水量平均高3％。在2个冬闲期间，土壤含水量均是免耕地膜覆盖（NP）＞免耕秸秆覆盖（NS）＞传统耕作地膜覆盖（CP）＞传统耕作不覆盖（CT），免耕秸秆覆盖（NS）和传统耕作地膜覆盖（CP）处理间差异不显著。在玉米各生育期免耕处理土壤含水量均高于传统耕作处理，两者差异显著。

参考文献：

[1]师江澜,刘建忠,吴发启.保护性耕作研究进展与评述[J].干旱地区农业研究.2006.24(1):205-210.

[2]李建牢.甘肃省黄土丘陵沟壑区第三副区小流域综合治理模式研究[J].水土保持研究.1994.1(1):54-62.

[3]李有忠,陈垣,胡恒觉,等.半干旱地区覆盖少耕免耕的保墒效应[J].甘肃农业科技.1997(6):1-3.

刘乃君.天水黄土丘陵沟壑区保护性耕作蓄水保墒效应浅析[J].地下水,2019,41(5):66-67,159.

[基金项目]甘肃省天水市麦积区科技计划项目(201421-20).