不同覆盖措施对土壤水分及冬小麦生长过程的影响

摘要

地表进行秸秆覆盖、地膜覆盖或砂石覆盖，不仅能有效地保存土壤水分、抑制土壤蒸发，而且可增温保墒、控制盐碱化、减少土壤侵蚀和提高作物品质。为探讨不同覆盖措施下冬小麦生长规律及各种蒸散发估算方法的适用性，首先进行了2014-2015和2015-2016两年度遮雨棚下4种砂石覆盖量（0、23、46和69 kg/m2）的地上式蒸渗仪系统冬小麦试验研究。采用精度较高的重力传感器建立小型蒸渗仪观测系统，测定土壤水分动态变化。无麦和有麦情况下砂石覆盖量从0到69 kg/m2的处理名分别记为NW0、NW23、NW46、NW69及W0、W23、W46、W69。另外，进行了2015-2016和2016-2017两年度遮雨棚下不同覆盖的地埋式蒸渗仪系统冬小麦试验研究，覆盖物分别为当年收获的玉米秸秆（长度分别为1mm、1cm、5cm和10cm）、黑色地膜（厚度为0.006mm）、白色地膜（厚度为0.006mm）及砂石（厚度为4cm）。利用Penman-Monteith公式、单作物系数法、双作物系数法和R-K模型分别对冬小麦ETc进行估算，其中R-K 模型是由冠层阻力rc的计算公式与Penman-Monteith 公式结合的方法。并基于两年度不同砂石覆盖量下冬小麦实测ETc和两年度不同覆盖措施下冬小麦实测ETc数据，对双作物系数法和R-K模型进行改进和修正，得到适用于不同覆盖措施下双作物系数法和R-K模型。基于试验研究得出以下主要结果： （1）土壤贮水量随着砂石覆盖量的增加而增大，逐月土壤蒸发量、逐月蒸散量、累积土壤蒸发量和累积蒸散量均随砂石覆盖量的增加而减小。有麦的各处理土壤贮水量整体比无麦的低，有麦的各处理逐月蒸散量比无麦的逐月土壤蒸发量高，累积蒸散量亦比无麦的累积土壤蒸发量高。无麦情况下，第一、二年度3个覆盖处理比不覆盖处理的累积土壤蒸发量分别减少了11.6%~18.1%和28.5%~7.5%；有麦情况下，累积蒸散量分别减少了2.2%~3.7%和0.7%~3.6%。 （2）冬小麦的株高、叶面积指数、有效穗数、产量及水分利用效率均随着砂石覆盖量的增加而增大。第一、二年度3个覆盖处理比不覆盖处理的最大株高分别增长了5.3%~17.2%和1.0%~5.8%，最大叶面积指数分别增大了17.9%~74.6%和7.9%~28.2%，产量分别增大了6.6%~14.2%和12.3%~44.6%，水分利用效率分别增大了8.0%~16.2%和15.6%~67.1%。最适宜冬小麦生长的砂石覆盖量为69 kg/m2。进行砂石覆盖能够将冬小麦生长前期增加的土壤储水有效用于生长后期，从而对提高冬小麦产量和水分利用效率做出了重要贡献。 （3）冬小麦不同生长阶段的单作物系数与砂石覆盖量具有很好的线性关系，进一步结合估算的参考作物腾发量（ET0）计算，能很好的模拟两年度不同砂石覆盖量下的冬小麦蒸散量ETc。基于冬小麦实测ETc对双作物系数进行修正，可得到其修正系数A 与砂石覆盖量之间的线性关系。进一步结合ET0可准确估算两年度不同砂石覆盖量下的冬小麦各生长阶段ETc。不同砂石覆盖量下，双作物系数法比单作物系数法、Penman模型估算冬小麦ETc的精度更高。总体上，单、双作物系数法在估算砂石覆盖条件下的冬小麦ETc中仍有一定的适用性，但需经实测数据进行修正。 （4）两年度覆盖处理与不覆盖处理对比，能够有效抑制土壤水分的蒸发，提高土壤贮水量。地表覆盖可以显著地增加冬小麦有效穗数、千粒重、产量和水分利用效率。覆盖条件下冬小麦的产量及产量构成要素均较不覆盖有不同程度的提高。综合不同覆盖，得出，对冬小麦生长来说，黑白膜覆盖优于秸秆覆盖和砂石覆盖。地表进行覆盖能够将冬小麦生长前期增加的土壤储水有效用于生长后期，从而对提高冬小麦产量和水分利用效率做出了重要贡献。 （5）利用实测值确定出的R-K模型中的经验系数x和y得R2均不小于0.706，说明x和y可用于R-K模型在估算不同覆盖条件下冬小麦蒸散量中。在播后80天前，ETcR-K估算值与ETcM相差较大，播后80-240天，ETcR-K能够很好的估算ETcM。由R2均大于0.771， NSE均在0-1的范围内，D均大于0.774，得出R-K模型估算不同覆盖条件下冬小麦全生育期蒸散量准确度较高。 （6）两年度改进的双作物系数法估算不同覆盖措施下冬小麦的ETcD与ETcM具有相同的变化规律。不同覆盖措施下的作物蒸腾量Tr和土壤蒸发量Es随时间的变化趋势相同。冬小麦全生育期蒸散量以作物蒸腾为主，土壤蒸发为辅。两年度，不同覆盖措施下ETcD与ETcM的R2均大于0.883，RMSE均小于0.511，NSE均接近于1，D均大于0.911，表明ETcD能很好的描述ETcM的逐日变化，估算结果准确，可信度高。因此，改进的双作物系数法能够准确估算和区分不同覆盖措施下的冬小麦蒸散量，总体上，改进的双作物系数法在估算和区分不同覆盖措施下的冬小麦蒸散量时适用性较强，为揭示不同覆盖措施下的蒸散量变化规律提供依据。

目录

第一章 绪 论

1.1 研究的目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 研究思路

1.4 小结

第二章 不同砂石覆盖量对土壤水分及冬小麦生长过程的影响

2.1 材料与方法

2.2 结果与分析

2.3 小结

第三章 砂石覆盖条件下冬小麦蒸散量的估算

3.1 基本原理

3.2 结果与分析

3.3 小结

第四章 不同覆盖措施下土壤水热及冬小麦生长的研究

4.1 材料与方法

4.2 结果与分析

4.3 小结

第五章 基于R-K模型估算不同覆盖措施下冬小麦蒸散量

5.1 基本原理

5.2 结果与分析

5.3 小结

第六章 不同覆盖措施下冬小麦蒸散量的双作物系数法改进

6.1 基本原理

6.2 结果与分析

6.3 小结

第七章 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

参考文献

致谢

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