1、旱地小麥土壤水分運(yùn)行規(guī)律與蓄水保墑技術(shù)研究進(jìn)展山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 高志強(qiáng)TELHTTP：/ Shanxi Agricultural UniversityFAX：0354- 6287187 Email： 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)2012年11月9日 北京第十五次全國(guó)小麥栽培科學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)交流材料匯 報(bào) 提 綱前言旱地麥田土壤水分循環(huán)與積耗規(guī)律傳統(tǒng)的蓄水保墑耕作技術(shù) 保護(hù)性耕作技術(shù) 覆蓋保墑栽培技術(shù) “三提前”蓄水保墑技術(shù)今后研究?jī)?nèi)容設(shè)想前 言 我國(guó)旱農(nóng)地區(qū)的水資源在數(shù)量上不足、不穩(wěn)，且利用難度大，而自然降水是旱地農(nóng)田惟一的水分來源。因此最大限度地把自然降水蓄于土壤，最大限度地降低地表無

2、效蒸發(fā)，通過耕作技術(shù)、覆蓋技術(shù)的使用合理地調(diào)控和充分利用土壤水分，提高自然降水的利用效率，是發(fā)展旱農(nóng)生產(chǎn)、提高作物產(chǎn)量的永恒研究課題。 通過麥田土壤耕作（翻耕、深松、旋耕、鎮(zhèn)壓、耙耱）、覆蓋（地膜、秸稈、沙石、其它材料）與土壤培肥（加速土壤有機(jī)化過程）-充分發(fā)揮“土壤水庫”作用-盡最大可能集蓄天然降水-調(diào)節(jié)天然降水與小麥生長(zhǎng)不吻合的矛盾-滿足小麥生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)水分的需要-提高土壤水分養(yǎng)分資源利用效率-達(dá)到降水資源周年調(diào)控與土壤水分跨季節(jié)利用。 北方旱地小麥主要指年降水量在400600mm范圍內(nèi)的晉、冀、魯、豫、陜、甘等廣大秋播冬小麥的非灌溉區(qū)，面積近400萬公頃左右，占北方六省小麥總面積的30左右

3、，旱地小麥蓄水保墑技術(shù)就成為旱地小麥產(chǎn)量高低的主要因素，其研究歷來就得到廣泛的重視。 概括講實(shí)際上是納雨與聚墑的問題-解決的辦法是耕作與覆蓋措施的合理使用。 關(guān)于旱地小麥蓄水保墑技術(shù)的研究概況可以概括為以下幾個(gè)主要方面：旱地麥田土壤水分循環(huán)與積耗規(guī)律一、旱地麥田土壤水分的垂直變化（三個(gè)層次）旱地麥田土壤水分受降水與蒸發(fā)的季節(jié)變化、根系吸水深度、以及小麥冠層蒸騰的影響，存在明顯的垂直分布的差異。一般可將小麥根系水分利用區(qū)分為三個(gè)層次：（1） 水分劇烈變化層(活躍層) 該層在黃土高原半干旱地區(qū)，深度約為0-80cm。該層易受大氣影響，干濕變化劇烈，在春夏之交易降到凋萎濕度，在雨季短期內(nèi)可達(dá)到最大持

4、水量濕度，一般變動(dòng)在6-22之間，靠近地表的耕層常處于風(fēng)干狀態(tài)。 （2） 水分緩慢變化層(次活躍層) 黃土高原半干旱麥區(qū)該層約為80-200cm左右，由于此層不易受大氣直接影響，水分變化緩慢，土壤濕度一般在10-22之間，主要為深層根系耗水。 （3） 水分穩(wěn)定層 該層深度在黃土高原半干旱麥區(qū)，約在200cm以下的土層，一般水分消耗變化不顯著，處于相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，無物理蒸發(fā)的影響，僅有深層根的吸水消耗，但在連續(xù)高產(chǎn)耗水較多或遇干旱年份，該層土壤含水也可降到13%以下。 旱地麥田土壤水分循環(huán)與積耗規(guī)律二、旱作麥田土壤水分的季節(jié)變化（四個(gè)階段） 從旱地麥田7月份的雨季開始，至來年6月，可將土壤水分季節(jié)

5、性變化分為四個(gè)特征時(shí)期：（1）土壤水分積蓄恢復(fù)期 該階段在山西最早從6月中下旬開始，最晚至10月上中旬，主要經(jīng)歷79月，降水約占全年降水的5060%左右。以南部麥區(qū)為例，在無作物生長(zhǎng)的休閑裸地上，常年在該階段末0200cm土層蓄水可達(dá)400500mm左右，凈增蓄水可達(dá)130mm左右。（2）土壤水分緩慢蒸發(fā)期 該期指秋末冬初的1012月。此期降雨減少，溫度逐漸降低，土壤處于雨季后的濕潤(rùn)狀態(tài)，充滿移動(dòng)性很強(qiáng)的毛管上升水進(jìn)行蒸發(fā)并得到下層水分補(bǔ)充，而使土壤貯水量開始下降。此期土壤水分十分適宜小麥秋冬生長(zhǎng)的水分需求。旱地麥田土壤水分循環(huán)與積耗規(guī)律（3）土壤水分凝結(jié)擴(kuò)散期 此期一般從1月下旬開始至第二年

6、3月中旬，歷時(shí)很長(zhǎng)，是全年降水量最少的階段，約占全年的1015%左右，且多為固態(tài)降水，水量不大。經(jīng)過越冬，土壤水分凝結(jié)，直至初春蒸發(fā)都很緩慢，一般占總耗水量近2030%，該階段為小麥越冬期，旱地小麥該階段是用水形成冬前壯苗的關(guān)鍵期，該期土壤貯水一般可滿足小麥之需。（4）土壤水分大量蒸發(fā)干濕交替期 此期從3月中下旬開始至6月，為北方春夏季風(fēng)轉(zhuǎn)換期，氣溫由寒乍暖，風(fēng)多風(fēng)大，作物生長(zhǎng)加快，土壤蒸發(fā)和作物蒸騰耗水增大，占生長(zhǎng)期總耗水量的50%。此時(shí)旱作農(nóng)田土壤水分由上到下垂直遞減的速度加快，050cm土層經(jīng)常處于凋萎界限上下，作物多靠深層根系吸收水分，為中下層土壤水分消耗期。此期從四月以后雖然降水逐漸

7、增多，但降水強(qiáng)度小數(shù)量少，達(dá)到土壤水分虧缺的頂點(diǎn)，常年耗水深度可達(dá)兩米，其中以上常可接近凋萎系數(shù)。甚至到6月初時(shí)，2米深處土壤含量也可下降到1315%。傳統(tǒng)的蓄水保墑耕作技術(shù)1、深耕翻技術(shù)2、深松耕技術(shù)3、“四早三多”技術(shù)（一）深耕翻蓄水技術(shù)深耕翻是旱地農(nóng)田蓄水保墑的重要措施，通過深耕，打破犁底層等障礙層次，增加土壤孔隙度，提高土壤滲水速度，增加蓄水容量，有利于最大限度地接納雨水（王小彬 ，2006）。由于作物、氣候、土壤的不同，要達(dá)到蓄水保墑的效果，在深耕時(shí)間、次數(shù)和深度上均有嚴(yán)格的要求。深耕的時(shí)間應(yīng)與當(dāng)?shù)赜昙镜膩砼R相吻合，深耕適宜的時(shí)間是伏耕優(yōu)于秋耕，早耕優(yōu)于遲耕，西北農(nóng)林科技大學(xué)在陜西省

8、蒲城縣的試驗(yàn)結(jié)果表明伏前耕翻的小麥產(chǎn)量比伏后增產(chǎn)62.4%；深耕深度不能一概而論，據(jù)各地經(jīng)驗(yàn)，土壤耕層越厚、越疏松，越有利于雨季貯水蓄墑，但也并不是越深越好（張樹清，1998 ）。伏秋耕作技術(shù)可促進(jìn)旱地土壤熟化，提高地溫及土壤含水量，接納秋季雨水, 調(diào)節(jié)土壤水肥氣熱狀況，達(dá)到“秋雨春用”的目的。（二）深松耕蓄水技術(shù)土壤深松技術(shù)是在土壤管理和農(nóng)作物生產(chǎn)過程中一項(xiàng)重要的應(yīng)用技術(shù)，它是一種保水、抗旱、抗?jié)澈捅７实男碌母骷夹g(shù)，由于多年的耕作會(huì)在距地表15cm25cm以下形成犁底層，犁底層密實(shí)，不透水、不透氣，阻隔了耕作層和心土層之間水分的移動(dòng)，使小麥的根系難于穿插發(fā)育，因而是小麥增產(chǎn)的一大障礙。通過

9、土壤深松，深度可達(dá)到25cm35cm，地表平整，無坷垃，無深溝。深松對(duì)保持土壤水分的作用：地面殘茬減少了地面徑流，土壤可接納更多降水；土壤導(dǎo)水率提高，可增加水分入滲；減少土壤翻耕時(shí)水分的大量散失；地表覆蓋物削弱太陽對(duì)土壤的照射、降低土壤溫度，減少地面水分蒸發(fā)。有許多研究表明，深松耕作可通過深松鏟疏松土壤，加深耕層，增加土壤的通透性，提高土壤蓄水量（Borghei，2008；呂美蓉，2010；王小彬，2003；侯賢清，2009；毛紅玲，2010）。（三）“四早三多”蓄水保墑耕作技術(shù)苗果園教授總結(jié)山西省聞喜縣東官莊夏閑期耕作技術(shù)，歸納出“四早三多”蓄水保墑技術(shù)。“四早”就是早滅茬，破土保表墑；早深

10、耕，納雨貯深墑；早細(xì)犁，破垡活土勻墑；早帶耙，立足秋旱收全墑。“三多”就是，多淺犁，多細(xì)犁，多耙地。多細(xì)犁有利于曬垡納雨，多細(xì)犁有利于破垡活土，使墑情均勻，多耙地有利于滴雨歸田。“四早三多”的關(guān)鍵，一是早、二是細(xì)，而且各個(gè)環(huán)節(jié)不可分割而形成為體系，掌握早中求適時(shí)，多中求適量。其具體做法是：麥?zhǔn)蘸罅⒓礈\耕滅茬，伏前搶時(shí)深耕，伏季雨后多犁，立秋后多耙少犁，播前無雨只耙不犁。這種技術(shù)的形成與降水的規(guī)律有關(guān)。采用“四早三多”精細(xì)耕作可使播前0200cm土層內(nèi)多蓄水，蓄水量增加，可使小麥的根量增加，可改善麥田產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，增加產(chǎn)量。保護(hù)性耕作技術(shù)許多研究表明，保護(hù)性耕作起到了保持土壤水分、降低蒸發(fā)、促進(jìn)降水

11、入滲以及減少土壤侵蝕的效果（Rao，1996；Papendick，1977；Gauer，1982；Good，1978；Unger，1980）。美國(guó)中西部大平原基本上屬于半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)，近七十年來，形成了由多耕到少耕免耕，由表層松土覆蓋到殘茬秸稈覆蓋，由機(jī)械耕作除草到化學(xué)除草，逐步提高保土、保肥、保水效果和農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的技術(shù)模式，耕作次數(shù)減少或?qū)嵭忻飧蓍e地土壤蓄水量和作物產(chǎn)量提高，解決了大平原的土壤風(fēng)蝕、土壤培肥與增產(chǎn)問題。到目前為止，美國(guó)已有60%的耕地實(shí)行了保護(hù)性耕作。在澳大利亞，過去的一個(gè)世紀(jì)以來其旱地小麥產(chǎn)量和水分利用效率穩(wěn)步增加，也得益于農(nóng)學(xué)措施的改良諸如少耕、合理輪作、適時(shí)播種、品種改

12、良以及合適的肥料用量等（Neil C，2004）。保護(hù)性耕作技術(shù)我國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中有很多保護(hù)性耕作經(jīng)驗(yàn)，如東北地區(qū)壟作，西北地區(qū)沙田種植，華北地區(qū)鐵茬播種等，但長(zhǎng)期形成的深翻改土、精耕細(xì)作的傳統(tǒng)耕作方式一直是土壤耕作技術(shù)的主流。我國(guó)對(duì)少免耕的研究起步比較晚，20世紀(jì)50年代，黑龍江試驗(yàn)了免耕播小麥；60 年代，江蘇開展了稻茬免耕播種小麥的試驗(yàn)；70年代，又開展了三麥免耕研究，西南農(nóng)大提出了“自然免耕”理論；20世紀(jì)80年代，以秸稈覆蓋和少耕作為標(biāo)志的旱作技術(shù)得到迅速發(fā)展（曾木祥，2001），北方很多科研機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了免耕、少耕、覆蓋、深松等試驗(yàn)，取得了一定的成果。機(jī)械化保護(hù)性耕作旱地麥田覆蓋保水技術(shù)

13、地表覆蓋通過在地表設(shè)置一層不透氣的膜或通透結(jié)構(gòu)不同的層，改變了土壤表面與大氣的接觸，達(dá)到阻止或改變土壤水分的垂直蒸發(fā)，促進(jìn)水分橫向運(yùn)移的目的。地表覆蓋可有效保蓄土壤水分，減少蒸發(fā)，協(xié)調(diào)作物生長(zhǎng)用水、需水矛盾，并且可促進(jìn)深層水分的利用（UCER P W.，1976；TOLK JA, 1999；張德奇，2005）。侯連濤（2006）等研究指出膜壟與秸稈覆蓋加大了深層土壤水分的利用，膜壟在冬小麥生長(zhǎng)前期（播種一返青）的集雨保墑效應(yīng)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，且覆蓋影響土壤水分的時(shí)空分布。劉金海（2005）研究表明：平膜、秸稈均顯著增加小麥籽粒產(chǎn)量，覆蓋栽培具有明顯增溫保墑效應(yīng)，提高土壤水分利用率，有效協(xié)調(diào)水熱資

14、源利用的同步性。覆蓋種植技術(shù) 我國(guó)自1979年開始引進(jìn)地膜覆蓋栽培技術(shù)后，由于其顯著的增產(chǎn)作用得到了大面積的推廣，尤其在早春低溫、有效積溫少或高寒的干旱半干旱地區(qū)。 覆膜穴播種植技術(shù)有較好的增溫效果和保墑效果，增加有效的作物生育期積溫，研究表明，覆膜穴播冬小麥春季積溫增加68105（張睿，2001）。此項(xiàng)技術(shù)可變無效的棵間蒸發(fā)為有效的作物蒸騰，在小麥、玉米、棉花、谷子等作物應(yīng)用。 壟蓋膜際種植技術(shù)具有較好的蓄水、集水效果。通過田間微集水種植技術(shù)，可以將小雨變大雨，無效降水變有效降水，提高水分利用效率。而且，也能夠使肥料集中使用，農(nóng)田水土流失也得到控制，該技術(shù)曾在山西、陜西、甘肅、寧夏等地區(qū)大面

15、積推廣。但近幾年推廣面積萎縮，但我們都清楚不是技術(shù)本身的問題，而是小麥的種植效益低的原因。 機(jī)械配套覆蓋效果比較地膜覆蓋旱地麥田休閑期“三提前”蓄水保墑技術(shù) 旱地小麥生產(chǎn)的主要問題: 1 有機(jī)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 秸稈還田時(shí)間晚，不能及時(shí)腐爛，達(dá)不到當(dāng)季增加有機(jī)質(zhì)的作用，同時(shí)影響播種質(zhì)量；3 休閑期雖然降雨相對(duì)較多，占到全年降雨的60%以上，但夏季溫度高，地表水分蒸發(fā)損失多，達(dá)不到伏雨春用的目的；4 旱地小麥基本上是趁墑或等雨播種，所以播種時(shí)間或早或晚，過早播種冬前旺長(zhǎng)和過晚播種苗小苗弱幾乎每年都有發(fā)生。生產(chǎn)現(xiàn)狀：生產(chǎn)上呈現(xiàn)“兩強(qiáng)一弱”的新形勢(shì)：物質(zhì)能量

16、投入的強(qiáng)化（生物有機(jī)肥進(jìn)入市場(chǎng)使有機(jī)培肥成為可能）農(nóng)機(jī)作業(yè)硬件的強(qiáng)化（大馬力深松施肥機(jī)械的研制成功使肥料深施成為可能）農(nóng)田人力投入的弱化（婦女、老人農(nóng)業(yè)） 休閑期“三提前”蓄水保墑技術(shù)山西農(nóng)業(yè)大學(xué)旱地小麥研發(fā)團(tuán)隊(duì)針對(duì)旱地小麥生產(chǎn)上存在的問題以及21世紀(jì)作物生產(chǎn)出現(xiàn)的“兩強(qiáng)一弱的新局面，充分利用大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的作用，將旱地小麥休閑期多次作業(yè)的“四早三多”蓄水保墑技術(shù)提升為耕作、培肥、秸稈還田（覆蓋）多功能作業(yè)為一體的“三提前”蓄水保墑技術(shù)。該技術(shù)操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、蓄水效果明顯，創(chuàng)新性地利用深松施肥機(jī)械，實(shí)現(xiàn)深松與深施肥一次完成，真正體現(xiàn)了農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝的有機(jī)結(jié)合、耕作蓄水與培肥保水的協(xié)調(diào)互作、實(shí)現(xiàn)了

17、麥作休閑期伏雨深蓄及其跨季節(jié)利用。休閑期“三提前”蓄水保墑技術(shù)“三提前”蓄水保墑技術(shù)是指前茬小麥?zhǔn)斋@時(shí)留高茬，麥?zhǔn)蘸?015天，提前深耕或深松、提前深施有機(jī)肥或保水劑或生物菌肥、提前秸稈還田（覆蓋）的一次性操作技術(shù)，以此達(dá)到打破犁底層、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高有機(jī)質(zhì)含量、增加土壤微生物數(shù)量、增加土壤水庫的蓄水量、有效提高土壤蓄水保水能力的目的，真正實(shí)現(xiàn)旱地小麥伏雨春夏用。目前已經(jīng)形成比較成熟的A、B兩套技術(shù)體系在生產(chǎn)上正在推廣應(yīng)用： A:深耕+深施肥+秸稈還田“三提前”技術(shù)體系 B:深松+深施肥+秸稈覆蓋“三提前”技術(shù)體系兩種模式各有特點(diǎn)，據(jù)近三年的研究結(jié)果看，A模式在前兩年效果較好，第三年B模式效

18、果理想，因此，在生產(chǎn)上交替使用效果更好。休閑期“三提前”蓄水保墑技術(shù)模式圖兩大技術(shù)體系一、休閑期深耕+深施肥+秸稈還田“三提前”技術(shù)二、休閑期深松+深施肥+秸稈覆蓋“三提前”技術(shù)蓄水保墑技術(shù)的實(shí)施離不開大型農(nóng)機(jī)的配合研究進(jìn)展1、“三提前”技術(shù)提高播前土壤蓄水量，增加底墑，使土壤播前含水量提高2-3個(gè)百分點(diǎn)，為適期播種創(chuàng)造了有利條件。有效解決了旱地小麥趁雨過早播種造成冬前旺苗和等雨晚播導(dǎo)致冬前弱苗的問題，為培育冬前壯苗，緩解旱災(zāi)、凍災(zāi)等隱性災(zāi)害造成的損失，實(shí)現(xiàn)旱地小麥高產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2、初步明確了“三提前”技術(shù)在不同降水年型的的蓄水保墑效果。2009-2010年（欠水年）采用深翻模式水分利用效率可提高38.16%；2010-2011年（平水年）采用深翻模式可提高31.20%，深松模式可提高22.15%；2011-2012年（豐水年）采用深翻模式可提高28.22%，深松模式可提高28.05%。根據(jù)三年試驗(yàn)研究結(jié)果，“三提前”技術(shù)模式可提高水分利用效率22%-38%。3、“三提前”技術(shù)模式可提高花前氮運(yùn)轉(zhuǎn)量和花后氮積累量，提高了花后氮積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，2009-2010年采用深翻模式氮素利用效率可提高12.45%，深松模式可提高5.31%；2010-2011年深翻模式可提高12.40%，深松模式可提高11.51%。4、“三提前”技術(shù)的增產(chǎn)效果顯著，2009-2010年深