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1、旱地小麦土壤水分运行规律 与蓄水保墒技术研究进展,山西农业大学 高志强,TEL：0354-6287187 HTTP：/WWW Shanxi Agricultural University FAX：0354- 6287187 Email： 山西农业大学,2012年11月9日 北京,第十五次全国小麦栽培科学学术研讨会交流材料,汇 报 提 纲,前言 旱地麦田土壤水分循环与积耗规律 传统的蓄水保墒耕作技术 保护性耕作技术 覆盖保墒栽培技术 “三提前”蓄水保墒技术 今后研究内容设想,前 言,我国旱农地区的水资源在数量上不足、不稳，且利用难度大，而自然降水是旱地农田惟一的水分来源。因此最大限度地把自然降水
2、蓄于土壤，最大限度地降低地表无效蒸发，通过耕作技术、覆盖技术的使用合理地调控和充分利用土壤水分，提高自然降水的利用效率，是发展旱农生产、提高作物产量的永恒研究课题。通过麦田土壤耕作（翻耕、深松、旋耕、镇压、耙耱）、覆盖（地膜、秸秆、沙石、其它材料）与土壤培肥（加速土壤有机化过程）-充分发挥“土壤水库”作用-尽最大可能集蓄天然降水-调节天然降水与小麦生长不吻合的矛盾-满足小麦生长发育对水分的需要-提高土壤水分养分资源利用效率-达到降水资源周年调控与土壤水分跨季节利用。北方旱地小麦主要指年降水量在400600mm范围内的晋、冀、鲁、豫、陕、甘等广大秋播冬小麦的非灌溉区，面积近400万公顷左右，占北
3、方六省小麦总面积的30左右，旱地小麦蓄水保墒技术就成为旱地小麦产量高低的主要因素，其研究历来就得到广泛的重视。概括讲实际上是纳雨与聚墒的问题-解决的办法是耕作与覆盖措施的合理使用。关于旱地小麦蓄水保墒技术的研究概况可以概括为以下几个主要方面：,旱地麦田土壤水分循环与积耗规律,一、旱地麦田土壤水分的垂直变化（三个层次）旱地麦田土壤水分受降水与蒸发的季节变化、根系吸水深度、以及小麦冠层蒸腾的影响，存在明显的垂直分布的差异。一般可将小麦根系水分利用区分为三个层次：（1） 水分剧烈变化层(活跃层) 该层在黄土高原半干旱地区，深度约为0-80cm。该层易受大气影响，干湿变化剧烈，在春夏之交易降到凋萎湿度
4、，在雨季短期内可达到最大持水量湿度，一般变动在6-22之间，靠近地表的耕层常处于风干状态。（2） 水分缓慢变化层(次活跃层) 黄土高原半干旱麦区该层约为80-200cm左右，由于此层不易受大气直接影响，水分变化缓慢，土壤湿度一般在10-22之间，主要为深层根系耗水。（3） 水分稳定层 该层深度在黄土高原半干旱麦区，约在200cm以下的土层，一般水分消耗变化不显著，处于相对稳定状态，无物理蒸发的影响，仅有深层根的吸水消耗，但在连续高产耗水较多或遇干旱年份，该层土壤含水也可降到13%以下。,旱地麦田土壤水分循环与积耗规律,二、旱作麦田土壤水分的季节变化（四个阶段）从旱地麦田7月份的雨季开始，至来年
5、6月，可将土壤水分季节性变化分为四个特征时期： （1）土壤水分积蓄恢复期该阶段在山西最早从6月中下旬开始，最晚至10月上中旬，主要经历79月，降水约占全年降水的5060%左右。以南部麦区为例，在无作物生长的休闲裸地上，常年在该阶段末0200cm土层蓄水可达400500mm左右，净增蓄水可达130mm左右。 （2）土壤水分缓慢蒸发期该期指秋末冬初的1012月。此期降雨减少，温度逐渐降低，土壤处于雨季后的湿润状态，充满移动性很强的毛管上升水进行蒸发并得到下层水分补充，而使土壤贮水量开始下降。此期土壤水分十分适宜小麦秋冬生长的水分需求。,旱地麦田土壤水分循环与积耗规律,（3）土壤水分凝结扩散期此期一
6、般从1月下旬开始至第二年3月中旬，历时很长，是全年降水量最少的阶段，约占全年的1015%左右，且多为固态降水，水量不大。经过越冬，土壤水分凝结，直至初春蒸发都很缓慢，一般占总耗水量近2030%，该阶段为小麦越冬期，旱地小麦该阶段是用水形成冬前壮苗的关键期，该期土壤贮水一般可满足小麦之需。 （4）土壤水分大量蒸发干湿交替期此期从3月中下旬开始至6月，为北方春夏季风转换期，气温由寒乍暖，风多风大，作物生长加快，土壤蒸发和作物蒸腾耗水增大，占生长期总耗水量的50%。此时旱作农田土壤水分由上到下垂直递减的速度加快，050cm土层经常处于凋萎界限上下，作物多靠深层根系吸收水分，为中下层土壤水分消耗期。此
7、期从四月以后虽然降水逐渐增多，但降水强度小数量少，达到土壤水分亏缺的顶点，常年耗水深度可达两米，其中1.5m以上常可接近凋萎系数。甚至到6月初时，2米深处土壤含量也可下降到1315%。,传统的蓄水保墒耕作技术,1、深耕翻技术 2、深松耕技术 3、“四早三多”技术,（一）深耕翻蓄水技术,深耕翻是旱地农田蓄水保墒的重要措施，通过深耕，打破犁底层等障碍层次，增加土壤孔隙度，提高土壤渗水速度，增加蓄水容量，有利于最大限度地接纳雨水（王小彬 ，2006）。由于作物、气候、土壤的不同，要达到蓄水保墒的效果，在深耕时间、次数和深度上均有严格的要求。深耕的时间应与当地雨季的来临相吻合，深耕适宜的时间是伏耕优于
8、秋耕，早耕优于迟耕，西北农林科技大学在陕西省蒲城县的试验结果表明伏前耕翻的小麦产量比伏后增产62.4%；深耕深度不能一概而论，据各地经验，土壤耕层越厚、越疏松，越有利于雨季贮水蓄墒，但也并不是越深越好（张树清，1998 ）。伏秋耕作技术可促进旱地土壤熟化，提高地温及土壤含水量，接纳秋季雨水, 调节土壤水肥气热状况，达到“秋雨春用”的目的。,（二）深松耕蓄水技术,土壤深松技术是在土壤管理和农作物生产过程中一项重要的应用技术，它是一种保水、抗旱、抗涝和保肥的新的耕作技术，由于多年的耕作会在距地表15cm25cm以下形成犁底层，犁底层密实，不透水、不透气，阻隔了耕作层和心土层之间水分的移动，使小麦的
9、根系难于穿插发育，因而是小麦增产的一大障碍。通过土壤深松，深度可达到25cm35cm，地表平整，无坷垃，无深沟。 深松对保持土壤水分的作用：地面残茬减少了地面径流，土壤可接纳更多降水；土壤导水率提高，可增加水分入渗；减少土壤翻耕时水分的大量散失；地表覆盖物削弱太阳对土壤的照射、降低土壤温度，减少地面水分蒸发。有许多研究表明，深松耕作可通过深松铲疏松土壤，加深耕层，增加土壤的通透性，提高土壤蓄水量（Borghei，2008；吕美蓉，2010；王小彬，2003；侯贤清，2009；毛红玲，2010）。,（三）“四早三多”蓄水保墒耕作技术,苗果园教授总结山西省闻喜县东官庄夏闲期耕作技术，归纳出“四早三
10、多”蓄水保墒技术。“四早”就是早灭茬，破土保表墒；早深耕，纳雨贮深墒；早细犁，破垡活土匀墒；早带耙，立足秋旱收全墒。“三多”就是，多浅犁，多细犁，多耙地。多细犁有利于晒垡纳雨，多细犁有利于破垡活土，使墒情均匀，多耙地有利于滴雨归田。 “四早三多”的关键，一是早、二是细，而且各个环节不可分割而形成为体系，掌握早中求适时，多中求适量。其具体做法是：麦收后立即浅耕灭茬，伏前抢时深耕，伏季雨后多犁，立秋后多耙少犁，播前无雨只耙不犁。这种技术的形成与降水的规律有关。采用“四早三多”精细耕作可使播前0200cm土层内多蓄水20.3mm，蓄水量增加10.5，可使小麦的根量增加，可改善麦田产量结构，增加产量。
11、,保护性耕作技术,许多研究表明，保护性耕作起到了保持土壤水分、降低蒸发、促进降水入渗以及减少土壤侵蚀的效果（Rao，1996；Papendick，1977；Gauer，1982；Good，1978；Unger，1980）。美国中西部大平原基本上属于半干旱农业区，近七十年来，形成了由多耕到少耕免耕，由表层松土覆盖到残茬秸秆覆盖，由机械耕作除草到化学除草，逐步提高保土、保肥、保水效果和农业产量的技术模式，耕作次数减少或实行免耕，休闲地土壤蓄水量和作物产量提高，解决了大平原的土壤风蚀、土壤培肥与增产问题。到目前为止，美国已有60%的耕地实行了保护性耕作。在澳大利亚，过去的一个世纪以来其旱地小麦产量和
12、水分利用效率稳步增加，也得益于农学措施的改良诸如少耕、合理轮作、适时播种、品种改良以及合适的肥料用量等（Neil C，2004）。,保护性耕作技术,我国传统农业中有很多保护性耕作经验，如东北地区垄作，西北地区沙田种植，华北地区铁茬播种等，但长期形成的深翻改土、精耕细作的传统耕作方式一直是土壤耕作技术的主流。我国对少免耕的研究起步比较晚，20世纪50年代，黑龙江试验了免耕播小麦；60 年代，江苏开展了稻茬免耕播种小麦的试验；70年代，又开展了三麦免耕研究，西南农大提出了“自然免耕”理论；20世纪80年代，以秸秆覆盖和少耕作为标志的旱作技术得到迅速发展（曾木祥，2001），北方很多科研机构都进行了
13、免耕、少耕、覆盖、深松等试验，取得了一定的成果。,机械化保护性耕作旱地麦田,覆盖保水技术,地表覆盖通过在地表设置一层不透气的膜或通透结构不同的层，改变了土壤表面与大气的接触，达到阻止或改变土壤水分的垂直蒸发，促进水分横向运移的目的。地表覆盖可有效保蓄土壤水分，减少蒸发，协调作物生长用水、需水矛盾，并且可促进深层水分的利用（UCER P W.，1976；TOLK JA, 1999；张德奇，2005）。侯连涛（2006）等研究指出膜垄与秸秆覆盖加大了深层土壤水分的利用，膜垄在冬小麦生长前期（播种一返青）的集雨保墒效应具有明显的优势，且覆盖影响土壤水分的时空分布。刘金海（2005）研究表明：平膜、秸
14、秆均显著增加小麦籽粒产量，覆盖栽培具有明显增温保墒效应，提高土壤水分利用率，有效协调水热资源利用的同步性。,覆盖种植技术,我国自1979年开始引进地膜覆盖栽培技术后，由于其显著的增产作用得到了大面积的推广，尤其在早春低温、有效积温少或高寒的干旱半干旱地区。覆膜穴播种植技术有较好的增温效果和保墒效果，增加有效的作物生育期积温，研究表明，覆膜穴播冬小麦春季积温增加68105（张睿，2001）。此项技术可变无效的棵间蒸发为有效的作物蒸腾，在小麦、玉米、棉花、谷子等作物应用。垄盖膜际种植技术具有较好的蓄水、集水效果。通过田间微集水种植技术，可以将小雨变大雨，无效降水变有效降水，提高水分利用效率。而且，
15、也能够使肥料集中使用，农田水土流失也得到控制，该技术曾在山西、陕西、甘肃、宁夏等地区大面积推广。但近几年推广面积萎缩，但我们都清楚不是技术本身的问题，而是小麦的种植效益低的原因。,机械配套,覆盖效果比较,地膜覆盖旱地麦田,休闲期“三提前”蓄水保墒技术,旱地小麦生产的主要问题: 1 有机肥投入少地力低，土壤蓄水保水能力低，致使水分利用效率不高； 2 秸秆还田时间晚，不能及时腐烂，达不到当季增加有机质的作用，同时影响播种质量； 3 休闲期虽然降雨相对较多，占到全年降雨的60%以上，但夏季温度高，地表水分蒸发损失多，达不到伏雨春用的目的； 4 旱地小麦基本上是趁墒或等雨播种，所以播种时间或早或晚，过
16、早播种冬前旺长和过晚播种苗小苗弱几乎每年都有发生。 生产现状：生产上呈现“两强一弱”的新形势： 物质能量投入的强化（生物有机肥进入市场使有机培肥成为可能） 农机作业硬件的强化（大马力深松施肥机械的研制成功使肥料深施成为可能） 农田人力投入的弱化（妇女、老人农业）,休闲期“三提前”蓄水保墒技术,山西农业大学旱地小麦研发团队针对旱地小麦生产上存在的问题以及21世纪作物生产出现的“两强一弱的新局面，充分利用大型农业机械的作用，将旱地小麦休闲期多次作业的“四早三多”蓄水保墒技术提升为耕作、培肥、秸秆还田（覆盖）多功能作业为一体的“三提前”蓄水保墒技术。 该技术操作简单、实用性强、蓄水效果明显，创新性地利用深松施肥机械，实现深松与深施肥一次完成，真正体现了农机与农艺的有机结合、耕作蓄水与培肥保水的协调互作、实现了麦作休闲期伏雨深蓄及其跨季节利用。,
