黄土丘陵沟壑区农业生产以旱作为主,水分条件是粮食丰歉的主要决定因素。由于降水的不足导 致农田水分供需的矛盾十分突出。川地和梯田是目前黄土丘陵沟壑区两种主要的适于农作的土地类 型。梯田能有效地降低地面坡度,改变小地形,达到蓄积雨水、增加入渗、提高作物产量的目的; 川地地势较低,接近河床,水分条件好,又由于地势开阔平坦,非常适宜作物的生产。关于谷子- 水分关系研究已有很多文献报道<1～6>,其中包括对谷子的水分动态及水量平衡的探讨。但到 目前为止,对比研究丘陵沟壑区不同立地条件下谷子农田水量平衡的文献还较少。本文从这个角度 出发,对黄土丘陵沟壑区旱作条件下川地和山地梯田谷子农田水分的补给、消耗的动态变化情况进 行对比研究,并分析两种立地条件下农田蒸散的差异,这对于科学合理地进行黄土丘陵沟壑区土壤 水分管理,合理利用水资源,提高水分生产效率具有重要意义。1 材料与方法1.1 试验区简 介本试验设在中国科学院安塞水土保持综合试验站内。安塞位于黄土高原腹地,地处东经109° 19′,北纬36°51′,属暖温带半干旱气候,多年平均降水量497mm(1970～20 00年,县城所在地真武洞),降水量年际差异较大,年内分布也不均匀,且多暴雨,7、8、9 三个月降雨量占全年的61%,生长季(4～10月)的降雨量占全年降水量的90%左右。主要 土壤类型为黄绵土。试验分为川地(海拔1050m)和山地梯田(海拔1200m)两部分,各 设3个重复,小区面积2m×3m。播前分别于川地和梯田采土样,分析其养分组成,梯田耕层的 全N、全P、全K分别为0.22g/kg、0.55g/kg、16.4g/kg,水解N、速 效P、速效K分别是24.5mg/kg、1.92mg/kg、38.3mg/kg,有机质为 3.12g/kg,川地养分含量除全K外均大于梯田,其全N、全P、水解N、速效P、速效K 和有机质的含量分别是梯田土壤的1.95、1.16、1.41、4.90、2.13和2.0 1倍,川地耕层土壤的全K含量为7.0g/kg。整体而言,川地耕层土壤的养分状况要优于梯 田。供试谷子品种为晋汾7号。留苗数15株/m2。试验田于2002年4月20日开始播种, 川地与山地分别于2002年10月2日和10月8日收获。谷子生育期间川地和山地小区实行同 一耕作方式和肥料管理,产量和千粒重在谷子收获后直接测得。1.2 水面蒸发量和降雨量的测 定水面蒸发量的测量采用E-601水面蒸发器;降雨量的测定用20cm口径的雨量器,山地和 川地各一套,测定时间为每天上午8∶00。1.3 土壤含水量测定本试验土壤含水量的测定采 用土钻烘干法进行。测定时间由作物生育期确定,测量的深度生育期始末均为3m,中间为2m。 1.4 叶面积的测定叶面积的测定采用长宽叶面积相关法。用直尺测得每片叶子的长与宽,然后 对二者进行相乘并累加求和后再乘以一个折算系数。根据CID-203型叶面积仪的校正,
谷子 叶片采用0.80作为其折算系数。1.5 水量平衡方程黄土区土层深厚,地下水埋藏深,故试 验不考虑地下水对农田土壤水分的影响。川地试验小区设隔离墙,梯田筑土垄,两种处理小区均无 地表径流发生。所以,本试验农田的水平衡可以简单表示为:ΔW=P-ET式中:P、ET、Δ W分别表示分析时段内降雨量、农田蒸散量、蒸散作用层内土壤蓄水变化量,该试验中蒸散作用层 深度取2m。2 结果与分析2.1 谷子全生育期水量平衡分析全生育期降雨量为455.2m m。根据农田水量平衡方程式,计算谷子整个生育期的实际耗水量为,川地544.1mm,梯田 468.4mm,其中降水供给分别为83.7%与97.2%,土壤供水量分别为16.3%与 2.8%。2.2 谷子各生育阶段耗水量和耗水强度从表1看,总的来说川地和梯田谷子的耗水 规律表现出同一个趋势。即前期与后期耗水强度小,中期大。这是谷子自身生物学特性、气象因素 和土壤水分条件共同作用的结果。主要是由于在苗期,谷子以生长次生根为主,植株叶片数目少, 叶面积较小,植株需要的水分不多。谷子进入拔节期后,营养生长和生殖生长并进,植株生长加快 ,干物质积累量急剧增加,这时气温日渐升高,蒸腾蒸发旺盛,谷子需水量增大,日耗水强度增强 。到了谷子的抽穗-成熟阶段,植株的高度和叶面积都达到最大值,所以在此阶段谷子维持着较强 的蒸腾作用,所以耗水也维持在较大值。进入谷子的成熟晚期,植株叶片逐渐发黄,需水量明显减 少。表1 谷子各生育阶段的耗水量和耗水强度Table1 Waterconsumptio nofmilletpergrowthstagesandperday生育阶段Growth stage处 理Treatment起止日期Date(M-d)天 数Numberofda ys(d)耗水量Waterconsumption(mm)耗水强度Dailywaterc onsumption(mm/d)苗期Seedlingstage川地Flatland梯田 Terrace04-20～06-2504-21～07-116681229.38191. 773.482.37拔节期Jointingstage川地Flatland梯田Terra ce06-25～07-2207-11～08-032723120.89129.654.4 85.64抽穗期Headingstage川地Flatland梯田Terrace07-2 2～08-0308-03～08-16121350.8146.314.233.56灌浆期 Milkingstage川地Flatland梯田Terrace08-03～10-020 8-16～10-086053143.02100.672.381.90全生育期Whole growingperiod川地Flatland梯田Terrace04-20～10-02 04-21～10-08165170544.10468.403.302.762.3 谷子 叶面积指数的变化从图1看出两种处理谷子的叶面积指数变化形状基本相同,即前期增长慢,后期 下降快,在整个生育期中以抽穗-灌浆阶段为大。并且,图中还显示梯田谷子在苗期和拔节期的叶 面积指数要明显小于川地谷子。由表1知,两种处理谷子生育期耗水强度的最大值出现在拔节-抽 穗阶段,早于叶面积指数达到最大的时间。2.4 农田蒸散与土壤水分及作物生长状况的关系特 定时段的水面蒸发综合地反映了当时大气蒸发力的强度,通过对谷子各生育期耗水量与同期水面蒸 发量之比值的比较,可以一定程度地消除山地和川地气象因素差异的影响,进而揭示谷子本身生长 状况和土壤水分方面差异引起的耗水的不同。图1 谷子生育期叶面积指数变化Fig.1 Va riationofLAIatvariousgrowthstagesofmillet表2 谷子各生育阶段农田蒸散量与水面蒸发量的比值Table2 TheratioofETof milletstowatersurfaceevaporationatvariousgr owthstagesofmillet各生育时期Gowingperiod川地Flatla nd梯田TerraceET(mm)E0(mm)ET/E0ET(mm)E0(mm)ET/ E0苗期Seedling229.38216.001.06191.77315.000.6 1拔节期Jointing120.89118.301.02129.65114.501.1 3抽穗期Heading50.8128.301.8046.3147.000.99灌浆期M ilking143.02196.200.73100.67197.500.51全生育期W holegrowingperiod544.10559.400.97468.40674. 000.69 由表2可看出,川地谷子全生育期内的ET/E0为0.97;山地谷子的ET /E0仅为0.69,这说明山地谷子与川地相比,更多地受土壤水分限制与自身生长状况的影响 而使山地农田蒸散量显著低于潜在蒸散。两者的差别主要表现在谷子的苗期和抽穗期。苗期两种处 理的农田蒸散都以土壤蒸发为主,因此苗期山地的ET/E0低于川地主要是由于当时山地土壤含 水量较低,土壤蒸发较小的缘故(图2左);在抽穗期,则由于山地谷子LAI较小(图1)和土 壤水分低(图2中)的综合作用,而使山地的ET/E0低于川地。图2右是生育期末土壤水分剖 面分布,川地在40～100cm土层的含水量显著减低,表明在生长后期,这个土层范围内的土 壤水分有较大消耗。2.5 谷子耗水量与产量川地和梯田谷子的产量分别为3369.6kg/ hm2和3132.9kg/hm2,千粒重十分接近分别为2.66g与2.65g,WUE分 别为6.08kg/(mm·hm2)与6.69kg/(mm·hm2)。相比较而言,单位耗 水量的产出效率梯田要比川地高。图2 谷子播前(左)、抽穗期(中)、收获期(右)
土壤水分 剖面图Fig.2 Soilmoistureinmillet'sowing(left), milking(middle),andharvest(right)stages3 讨 论试验年份黄土丘陵沟壑区川地和山地谷子生育期降雨量各占总耗水量的83.7%和97.2% ,降雨和谷子生长时序配合较好。川地谷子的ET/E0在全生育期内为0.97,山地谷子为0 .69,两处理之间以苗期和抽穗期的差别为大。山地谷子苗期ET/E0偏低的主要原因是土壤 水分含量低,以致土面蒸发小,因而农田蒸散量小。而抽穗期山地谷子ET/E0偏低的原因则是LAI小和土壤水分含量低共同引起的。在同样的耕作、施肥管理条件下,试验年度山地梯田谷子和川地谷子的产量和千粒重没有明显的差异,山地谷子WUE略高于川地谷子。旱作条件下川地与梯田谷子水量平衡过程的比较@赵姚阳$西北农林科技大学资源与环境学院中国科学院水利部水
More abstracts about the 旱作条件下川地与梯田谷子水量平衡过程的比较