垄作和覆盖对农田水分循环和作物生长过程的影响研究及模型研建

针对近几年干旱缺水的日益严重和对我国农业发展的约束，尤其对粮食主产区作物生产的影响，本研究以东北地区春玉米农田为例，通过对田间降雨、灌溉、蒸发、土壤水分等的高空间密度和高频率的测定，定量研究垄作和覆盖条件下降雨被冠层和微地形的再分配过程和径流过程、补充灌溉水的分布过程、土壤水分的时空变化、土面蒸发的时空变化等农田水分循环过程，利用作物株高、叶面积、干物质累积的动态监测和测产数据，定量研究垄作和覆盖措施对作物生长发育动态过程和产量的影响，为该地区春玉米的节水高产高效提供科学和技术支撑；基于田间试验获得的科学规律和数据，建立考虑田间微地形和覆盖条件的土壤水分运动模型和作物模型，为垄作和覆盖田间下农田的相关研究提供研究工具。详细、系统地定量研究垄作和覆盖条件对农田水分循环各个过程时空变化规律的影响，并利用获得的规律建立非独立的两域土壤水分运动模型和水分驱动的作物模型，是本项目的特色与创新之处。

针对近几年干旱缺水的日益严重和对我国农业发展的约束，尤其对粮食主产区作物生产的影响，本研究以东北地区春玉米农田为例，通过2011-2013年田间试验对田间降雨、蒸发、土壤水分等的高空间密度和高频率的测定，定量研究垄作和覆盖条件下降雨被冠层和微地形的再分配过程、土壤水分的时空变化、土面蒸发的时空变化等农田水分循环过程，利用作物株高、叶面积、干物质累积的动态监测和测产数据，定量研究垄作和覆盖措施对作物生长发育动态过程和产量的影响；基于田间试验获得的科学规律和数据，建立考虑田间微地形和覆盖条件的土壤水分运动模型和作物模型。获得的主要成果是，初步提出了不将秸秆覆盖和垄作集水作为半湿润的东北黑土区提高玉米产量和水氮利用效率的措施，基本证实了秸秆覆盖和垄作集水在半湿润的东北风沙土区提高玉米产量和水氮利用效率的作用，初步证实了在玉米行间降水再分布、土面蒸发和0-40cm土体土壤水分受行间位置的显著影响；利用验证的模型和历史数据，发现在雨养条件下在各种降雨年型下玉米产量在黑土区较稳定而在沙土区波动幅度非常大，灌溉措施可主要用于沙土区的玉米产量提升，而在黑土区除干旱年份外基本上不需要灌溉，风沙土区的玉米产量潜力大于黑土区；初步建立和验证了可以同时模拟垄沟集水种植体系中垄区和沟区土壤含水量的两区土壤水分模型。这些成果可为东北地区玉米水分管理提供有价值的技术支持和科学参考。