松嫩平原黑土区不同覆盖耕作模式保墒固土机理及墒情预报系统研究

东北黑土带是我国重点粮食产区，其粮食生产能力关系到国家粮食安全战略。但多年来该地区不合理的垦殖与利用，严重破坏当地黑土资源和生态环境，损害了东北粮仓的农业综合能力，迫切需要探寻一条合理解决途径。.本申请项目针对以往覆盖耕作研究中忽视黑土区域特性和旱区垄作特点及培肥优势、难以扩大黑土区该技术推广的弊端，选取东北黑土为研究对象，以松嫩平原为平台，采用田间试验与理论分析相结合方法，探索不同覆盖耕作模式影响作物生产机制，抗蚀保土效应，养分流失特征，蓄水保墒机理；根据动力学原理建立二维土壤水分传输数值计算模型；采用计算机数值模拟技术建立适用不同覆盖与耕作方式的土壤墒情预报系统；应用该预报系统定量定性分析东北黑土在不同覆盖耕作模式下，抗旱抑蒸能力、高产稳产效果、抗蚀保肥潜力及其机理；同时采用数学模型寻优方法明确东北黑土区最佳抗旱节水与水土保持综合技术集成模式，用以科学指导黑土地农业生产。

松嫩平原黑土区是东北地区重要粮食生产基地，探索不同覆盖耕作模式蓄水保墒固土增产机理，筛选适宜模式是在该地区因地制宜推广保护性耕作技术、推进黑龙江千亿斤粮食产能工程及缓解水土流失的核心问题。.本课题以东北黑土为研究对象，以松嫩平原为平台采用田间试验与数值模拟相结合的技术手段对不同覆盖耕作模式下玉米植株生长发育状况、玉米根系空间分布特点、产量、休闲期及生育期土壤剖面墒情、地表温度、土壤容重、耕作层养分等年际年内空间动态变化进行研究，分析了不同覆盖耕作条件下土壤水分运动规律和作物生长生产优势，揭示了不同覆盖耕作模式保墒抑蒸抗蚀机理、固土培肥缓解水土流失特点、节水效应、作物耗水特性、根系调控机理、助长增产优势。建立了免耕覆盖、残茬覆盖、浅松覆盖等不同覆盖耕作模式下二维有效根密度分布函数及针对松嫩平原垄作特点基于根重密度、根长密度、根表面积为影响因子的二维玉米根系吸水模型，实现了根系吸水速率的量化。建立了适用于免耕覆盖、残茬覆盖、浅松覆盖等不同覆盖耕作模式，基于土壤水动力学理论的蒸发及入渗条件下二维土壤水分运动数值模型，通过数值模拟再现降雨及蒸发条件下土壤水分动态变化过程，解决了实时掌握复杂覆盖耕作条件下田间土壤墒情空间动态变化问题。同时通过数值模拟结合土壤特性及作物生长信息的区域变化特征，得到6种覆盖耕作措施对土壤水、肥、热改善及作物生长发育产量及水分利用效率提高等方面均具有积极作用，采用模糊综合评价法提出在本试验条件下浅松压实模式为黑土区最佳覆盖耕作模式。本课题研究成果丰富完善了覆盖条件下SPAC水分传输模拟理论体系，也为保护性耕作技术在松嫩平原黑土地区应用和推广提供理论指导和决策依据。