秸秆覆盖可以减少土壤表面水分蒸发,提高水分利用效率。以不覆盖处理为对照,2005年10月至2007年10月在获嘉县农场对冬小麦和夏玉米生育期间进行了秸秆覆盖处理对比观测。结果表明,秸秆覆盖后近地层气象要素发生了改变,覆盖后近地层空气温度升高,水汽压降低,地表土壤温度下降;秸秆覆盖有明显的保墒、蓄水作用,提高了土壤水分利用率;同时秸秆覆盖对提高冬小麦的成穗数,增加冬小麦和玉米的千粒重有明显作用。试验期间,推广田冬小麦增产幅度为8.7%,夏玉米增产幅度为8.9%。
The straw stalk cover may reduce the soil surface moisture evaporation, and raise the moisture content use efficiency. By taking the processing without straw stalk cover as comparison, the observational experiments of the straw stalk cover in wheat and corn growing period were conducted from October 2005 to October 2007. The experimental result indicates that, the straw mulching led to changes of meteorological elements near the ground, the air temperature increased, while the vapor pressure near the ground decreased, the radiation to the ground was blocked by the straw mulching, the soil temperature decreased, and the moisture content was increased, thus the water use efficiency was raised. Meanwhile the straw mulching increased the mature spike number of wheat, and increased the thousand-grain weights of wheat and maize. During the straw mulching tests, the yield of wheat increased 8.7 percent, and the yield of maize increased 8.9 percent.
获嘉县试验区位于河南省北部的平原地带,以农业为主,主要农作物为小麦和玉米。冬小麦一般年份10月上旬播种,次年6月初收获;生育期内降水较少,平均降水量不足150mm,降水量与潜在蒸散量的比值为0.28,借鉴干旱模式进行分析[
试验在获嘉县农场进行。土壤类型为沙壤土,肥力中等;0~100cm深的田间持水量为21.4%~21.8%,容重为1.26~1.55g/cm3,凋萎湿度6.3%~9.3%;试验田面积1.33hm2,对照田面积6.67hm2;试验于2005年10月开始,2007年10月结束,共进行2年。
试验采用同时进行大面积推广和对比观测相结合的方法,对秸秆覆盖的节水效果进行进一步的研究。分别选取试验地段和对照地段各一组,试验地段1.33hm2均进行秸秆覆盖,并在试验田中设置3个小区,每个小区处理设3个重复,每个重复面积为11m2;对冬小麦、玉米分别进行覆盖处理,覆盖物为麦秸或玉米秸,覆盖量为4500kg/hm2。冬小麦秸秆覆盖时间在越冬开始(12月25日前后),夏玉米覆盖在播种后、出苗前。对照地段根据当地农民习惯进行播种、田间管理等。
推广区内地势平坦,土质主要为壤土和粘土,其肥力中等,常年小麦平均单产在5250~6000kg/hm2,玉米单产6750~8250kg/hm2,区内渠井配套,灌溉条件好,为新乡市高产区之一,但由于干旱发生频繁,灌溉用水量较大,地下水连年超采,其水位下降较快,迫使灌溉机具不断更新,水资源日趋短缺。
选取获嘉县气象局1971—2007年的降水资料。
获嘉县农业局对试验田作了土壤水文常数测定。获嘉县农业技术推广中心提供了冬小麦、玉米各不同生育期间作物需水量资料(作物需水量同土壤水文常数一样,为常量,但不同地段和不同作物生育期及品种不同,测定的作物需水量也不相同)。
试验期间, 试验田小区和对照田的土壤墒情测定每旬逢8进行,采用土钻取土结合烘干法测定;均采用3个重复平均,测墒深度为100cm,每10cm一层。
试验田和对照田观测小区在小麦拔节期(3月20日前后)和玉米拔节期(7月10日前后),对0、5、10、15、20cm地温进行逐日连续观测,并选择不同天气类型用阿斯曼通风干湿表、热球微风仪等仪器进行小气候观测,观测项目为地面和覆盖物以上10、20、50cm高度(小麦)和10、20、40、70cm高度(玉米)的空气温度、湿度、风速等要素值。
在作物成熟后收获前,试验地段和对照地段分别取样(五点取样)进行考种、田间测产,对产量构成要素和实际产量进行分析,收获后测定试验地段和对照地段的实产。
根据1971—2006年试验区冬小麦各生育期的气象资料以及农业技术推广中心提供的冬小麦各生育期平均需水量资料(
冬小麦生育期平均降水及需水量分布(单位:mm)
生育期 | 播种—越冬 | 越冬—返青 | 返青—拔节 | 拔节—抽穗 | 抽穗—灌浆 | 灌浆—成熟 | 全期 |
时间(日/月) | 10/10—30/11 | 1/12—16/2 | 17/2—4/4 | 5/4—27/4 | 28/4—18/5 | 19/5—2/6 | 10/10—2/6 |
降水量 | 37.1 | 13.1 | 22.4 | 33.5 | 27.3 | 16.4 | 149.8 |
需水量 | 40.7 | 40.1 | 92.4 | 138 | 106.5 | 26.4 | 444.1 |
同样对进行试验推广的两年观测资料分析可知,随着品种更新,小麦生育期间的需水量虽有所减少,但降水量仍不能完全满足小麦生长发育需要。推广试验的两年间,冬小麦生育期间降水量不足小麦需水量的三分之一(
试验期小麦需水和降水量(单位:mm)
年度 | 降水量 | 需水量 | 降水量占需水量的比例(%) |
2005—2006 | 106.8 | 414.1 | 25.8 |
2006—2007 | 119.3 | 396.4 | 30.1 |
对玉米生育期间降水量的分布和玉米需水量特征进行分析可知(
冬小麦生育期平均降水及需水量分布(单位:mm)
生育期 | 播种—拔节 | 拔节—抽雄 | 抽雄—乳熟 | 乳熟—成熟 | 全生育期 | 降水量占需 | |
(日/月) | 20/5—10/7 | 11/7—31/7 | 1/8—20/8 | 21/8—20/9 | 26/5—20/9 | 水量比例(%) | |
1971—2006年 | 降水量 | 134.6 | 95.4 | 93 | 77 | 400 | 83.3 |
需水量 | 239.5 | 86.8 | 86 | 68 | 480 | ||
2006年 | 降水量 | 222.1 | 36.4 | 55.6 | 45.2 | 359.3 | 90.6 |
需水量 | 156.6 | 103.8 | 76.4 | 36.1 | 396.7 | ||
2007年 | 降水量 | 55.2 | 160.8 | 99.7 | 34.8 | 350.5 | 83.1 |
需水量 | 174.4 | 113.7 | 94.9 | 38.9 | 421.9 |
对进行试验推广的两年观测资料分析可知,随着品种更新,玉米生育期间(尤其是播种到拔节期)的需水量明显减少,但由于降水量分布不均,仍不能满足玉米各生育期的需水要求。2007年玉米从播种到拔节期的降水量以及2006年玉米从拔节到抽雄期降水量分别都只有同期需水量的三分之一左右。因而在土壤裸露比例相对加大、土壤蒸发较大且降水相对较少的玉米生长前期采取措施,提高水分利用率十分必要。
由于覆盖物导热率和反射率与裸露农田不同, 加之粗糙度亦发生变化, 使近地层空气温度、湿度、风和不同深度的地温分布均发生明显的变化。
分析试验田和对照田气温变化曲线可知,覆盖与不覆盖秸秆在近地面温度变化不同。地面覆盖秸杆后, 导热率变小, 反射率增大, 使近地层的空气温度明显升高。小麦田10cm高度气温覆盖田比未覆盖田最高可偏高1.3℃,玉米田最高可偏高2.6℃。这种差异随着高度的增加而减小。从小麦田10cm高度气温日变化曲线(
试验和对比小麦田10cm高度气温日变化曲线
由于覆盖物切断了土壤水分向空气中逸散的通道,从而使得覆盖地段近地层的水汽压明显低于未覆盖地段,在13—14时,小麦田10cm高度处未覆盖田水汽压比覆盖田偏高2.0hPa,玉米田偏高1.9hPa。随着高度的增加, 覆盖与未覆盖地段水汽压的差异逐渐减小。
地面覆盖秸杆后, 会使近地层的粗糙度增大, 从而使空气的扰动增强, 所以覆盖地段株间风速应大于未覆盖地段株间风速, 但由于小气候观测是在小麦和玉米拔节前后进行, 植株高度已较高, 观测结果表明, 覆盖与未覆盖地段风速差异不甚明显。
由于覆盖物具有很小的导热率,阻挡了太阳辐射向地面的传播,所以白天能明显降低地面温度。
试验和对比小麦田0cm地温日变化曲线
分别对试验地段和对照地段2006年和2007年的土壤湿度资料进行对比分析,结果表明:覆盖田土壤含水量比未覆盖田增多, 至拔节期达到最大值。此后, 土壤含水量差值逐渐减小(
试验和对比小麦田100cm土壤含水量
分析2006年和2007年对比试验期间作物观测及产量分析资料(
群体结构和产量的差异
实验处理 | 冬小麦 | 玉米 | |||||
亩穗数(万) | 千粒重(g) | 产量(kg/hm2) | 有效株数(株/亩) | 百粒重(g) | 产量(kg/hm2) | ||
2006 | 覆盖 | 43.2 | 41.8 | 9295.5 | 3500 | 37.0 | 9430.5 |
对照 | 40.4 | 40.7 | 9004.5 | 3500 | 34.1 | 7293 | |
增幅(%) | 6.9 | 2.7 | 3.2 | 0.0 | 8.5 | 29.3 | |
2007 | 覆盖 | 42 | 42 | 9636 | 3800 | 38.6 | 10704 |
对照 | 40.1 | 41.6 | 9318 | 3800 | 35.2 | 8805 | |
增幅(%) | 4.7 | 1.0 | 3.4 | 0.0 | 9.7 | 21.6 |
2007年在获嘉全县进行了推广,推广面积13333.33hm2,其中冬小麦秸秆覆盖6666.67hm2,推广面积平均6144kg/hm2,对照田平均5607kg/hm2,增产幅度8.7%,玉米秸秆覆盖6666.67hm2,推广面积平均8212.5kg/hm2,对照田平均7480.5kg/hm2,增产幅度8.9%,增产效果明显。
(1) 秸秆覆盖后,改变了下垫面的状况,近地层的气象要素也随之改变。覆盖使近地层气温升高,水汽压降低,0cm地温降低。
(2) 秸秆覆盖具有一定的保墒作用,可提高水分的利用率。小麦覆盖田土壤含水量增加的最大值在返青到拔节前后;玉米主要在苗期。
(3) 秸秆覆盖对提高冬小麦的成穗数,冬小麦和玉米的千粒重有明显的作用;推广试验期间,示范田冬小麦两年分别增产3.2%和3.4%;玉米分别增产29.3%和21.6%。推广田冬小麦增产幅度为8.7%,夏玉米增产幅度为8.9%,增产效果明显。
(4) 秸秆覆盖是减少水分无效支出,增加有效水分利用,提高水分利用率的有效措施,而且充分利用了本地秸秆资源,培肥了地力,改良了土壤结构。该项技术操作简便,容易掌握,利于推广应用,再配合关键期补充灌溉将是农作物增收节支的有效途径。
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