本试验于2002～2003年在中国科学院地理所禹城综合试验站完成,研究了秸秆覆盖节水效应及极度干旱条件下底墒差异对夏玉米耗水特性和光能利用的影响,结果如下:
1秸秆覆盖与灌溉条件下冬小麦——夏玉米一年两熟农田的耗水特性
在冬小麦和夏玉米生育期间分别降水222.2和326.9mm的情况下,若冬小麦生育期间灌水量相同,则覆盖与不覆盖处理间总耗水量差异不大,但阶段耗水量差异较大。秸秆覆盖具有明显抑制棵间蒸发的作用,在冬小麦播种——返青期间效果最明显,覆盖处理比不覆盖处理少蒸散52.25mm。自3月份以后,覆盖处理冬小麦的叶面积增长迅速,蒸腾量迅速增加,最终各处理总耗水量差异不大。在土壤含水量较高条件下,秸秆覆盖抑制无效蒸发的效果更为明显。秸秆覆盖能增强土壤水的入渗能力,灌水后3天能影响到地面以下80cm,而不覆盖处理只能影响到60cm。秸秆覆盖具有降低SMBS供水能力的作用。
灌溉具有增加农田耗水量,延迟冬小麦耗水强度峰值,降低冬小麦对SMBS利用的作用。
2 覆盖和灌溉相结合对冬小麦——夏玉米一年两熟农田产量和WUE的影响
通过本试验发现,秸秆覆盖能够降低冬小麦的产量和WUE,这主要是通过秸秆覆盖影响冬小麦的基本苗、冬前分蘖和春后分蘖,最终导致极显著降低穗数而引起的。秸秆覆盖和灌溉显著增加冬小麦的穗粒数,对千粒重影响不显著。在不覆盖条件下,夏玉米的产量随前茬冬小麦灌溉量的增加及灌水时期后移而增加;在覆盖条件下,前茬冬小麦不灌溉处理产量反而最高。总体上看,秸秆覆盖能够提高夏玉米的产量和WUE。
3 秸秆覆盖和灌溉对冬小麦农田小气候效应的影响
在大气温度极低条件下,秸秆覆盖能够提高土壤温度,大气温度越低,保温效果越好。自2月份开始,覆盖处理在14:00时的土壤温度明显低于不覆盖处理。一天中,随着大气温度的升高,覆盖处理土壤温度升温较慢,明显低于不覆盖处理。秸秆覆盖具有降低近地层空气湿度的作用,在土壤湿度较大条件下其效果更加明显。覆盖能够提高近地面空气温度,灌溉后
其作用更为突出。覆盖和灌溉能减少冠层反射率和底层漏射率,从而增加PAR在各层次的截获率。秸杆覆盖提高冬小麦总光能利用率和茎叶光能利用率,但降低籽粒光能利用率。
4 极度干旱条件下底墒差异对夏玉米耗水及光能利用特性的影响
土壤体积含水率随深度的增加而逐渐趋向稳定,但底墒影响各层次的水分含量和夏玉米的耗水深度。若夏玉米生育期间不进行补充灌溉且土壤体积含水率小于27%时,夏玉米的主要供水层在60～90cm范围内,冬小麦生育期间不灌水的夏玉米开始利用深层水,底墒相对充足的夏玉米利用的深度可达1.1 m土深。在冬小麦生育期间灌两水(120mm)条件下,对夏玉米进行补充灌溉可显著提高产量,但在冬小麦生育期间灌一水(60mm)条件下再进行补充灌溉,其增产作用不及充足的SMBS。
本试验同时表明,在冬小麦——夏玉米一年两熟种植制度下,冬小麦生育期间的灌溉制度明显影响夏玉米的SMBS,SMBS充足的处理夏玉米叶面积增长较快,显著提高夏玉米穗部叶片的PAR截获率,同时穗位叶的光合速率和光合势也相应提高,最终产量增加,经济系数提高。由于光能的截获率和转化率都得到了改善,导致光能利用率提高。本实验同时表明,研究作物的水分问题应与特定的种植制度相结合。
5 覆盖和灌溉对冬小麦——夏玉米一年两熟农田耕层土壤养分含量及主要土壤酶活性的影响
秸秆覆盖对提高土壤有机质含量有重要作用。不覆盖农田中,灌溉可降低有机质含量,而覆盖农田中,这种降低作用不明显。随土壤深度的增加,土壤全氮含量逐渐降低,冬小麦生育期间灌溉能够降低全氮含量,进而影响土壤的供氮水平。在冬小麦生育期间,灌溉可使碱解氮的含量下降,覆盖处理下降的程度更大。秸秆覆盖并没有明显提高耕层全磷的含量,但秸秆覆盖可明显提高速效磷的含量,灌溉可使其含量进一步增加。覆盖和灌溉对全钾含量没有明显影响,但秸秆覆盖可明显提高耕层内速效钾的含量,夏玉米生育期间,灌溉处理速效钾含量升高。
耕层内土壤脲酶和过氧化氢酶均以5～10cm处含量最高,其次是0～5cm,再次是10～20cm。这两种酶的活性均与外界大气温度呈负相关关系。
