覆盖免耕下大田作物高效滴灌的调控机理

The efficient irrigation models compounding the water-saving irrigation methods and agronomy methods are the main developing current in the efficient irrigation agricultural field, as the basic status for water resource safety, food security and eco-safety in China are becoming more and more serious. Aiming at dealing with the study weakness of the drip irrigation model used with the agronomy method, such as covering and no-tillage method, for field crop irrigation, the field experiment and numerical analysis methods are adopted to study the effect of the irrigation model on the microclimate change law near the soil surface and the soil environment parameters. In this task, the relationship between the irrigation model and soil evaporation, crop water usage and crop growing would be studied. In addition, the mathematical assessing model describing the relationship between drip irrigation model and soil evaporation would be set up, and the mathematical model describing the relationship between the soil water and soil heat also be set up in this study. Finally, the assessing method for selecting optimal drip irrigation model would be brought out. The research achievement would be helpful for explaining the superiority of efficient irrigation model and also contributed to selection for optimal irrigation models.

针对国家在水资源安全、粮食安全以及生态安全等方面的需求，基于农艺节水和先进灌溉模式相结合的田间高效灌溉模式是农业节水领域的重点发展方向。针对覆盖免耕下田间高效滴灌模式调控理论体系的薄弱环节，本项目拟采用多年连续田间试验和数值分析手段，定量系统研究滴灌模式与覆盖免耕结合条件下农田近地小气候特征及农田土水土环境关键要素变化规律，从机理方面揭示覆盖免耕下滴灌模式与土壤棵间蒸发、作物水分利用、作物生长之间的定量关系，构建定量估算基于覆盖滴灌下棵间蒸发的数学模型，建立覆盖免耕下水热耦合运移数学模型，探索性提出覆盖免耕下大田作物高效滴灌模式的评价方法。预期研究成果对进一步揭示田间高效灌溉模式优异内在原因，对于构建大田作物高效精量灌水模式具有重要的科学意义和实用价值。

基于国家在粮食安全、水安全和生态安全的战略需求，与农艺措施紧密结合的高效节水灌溉综合技术模式将是未来长时期内我国农业节水领域的主流发展方向。本基金项目通过3-4年连续田间试验，并结合数值模拟分析等手段，以我国北方地区粮食作物（夏玉米、冬小麦）为研究对象，重点研究了覆盖免耕下滴灌对冬小麦及夏玉米农田微气候环境参数的影响机理；研究分析了秸秆覆盖下滴灌热量平衡各分项再分布规律；充分滴灌下秸秆覆盖与否对冬小麦和夏玉米土壤棵间蒸发、作物耗水量、作物产量及水分利用效率的影响。基于小型自制蒸渗装置（MLS）测定棵间蒸发（Es），构建了Es简易估算模型，并对其模拟效果进行了验证。获得的主要结论有：1）研究构建了基于灌后天数（Dai）为主因子的田间棵间蒸发简易估算模型，该模型具有较高估算精度，能实现对滴灌条件下Es的估算，具有较好适用性；2）在冬小麦叶面积指数较小的生育阶段，覆盖下近地层露点温度要大于不覆盖处理，在玉米田间，覆盖在一定程度上改变了作物行间气温分布的梯度曲线；秸秆覆盖并没有显著影响农田中相对湿度的分布，相比不覆盖提高了田间湍流交换系数K；总体上并没有显著改变热量平衡各项的分配比例，但提高了土壤热通量和显热H值；3）潜热和显热消耗了绝大部分太阳辐射能量，在冬小麦生4-6月份生育期内的下午6点凌晨6点钟之间，显热(H)大部分时间内为负值，作物蒸腾蒸发所需的部分热量值来自于温暖的空气；4）基于田间冬小麦的气孔阻力系数实测值，采用P-M公式直接计算冬小麦日耗水量具有较高的精度和可靠度，与FAO单作物系数方法所获得值具有较高相关性；4-6月份期间冬小麦平均日耗水量在4.0-4.5 mm/d之间；5）秸秆覆盖显著降低了田间棵间蒸发，但在一定程度上也提高了作物蒸腾，充分滴灌下采取秸秆覆盖措尽管减少了7%-15%的灌溉定额，但并没有显著提升作物的产量和水分利用效率，也没有显著降低冬小麦日耗水量；6）在充分灌溉和一定追肥范围内，相比追肥效应，覆盖效应对作物株高和叶面积变化的影响更为关键。秸秆覆盖对叶面积的变化存在显著影响，在作物实施充分灌水管理的前提下，华北地区夏玉米种植可优先推荐采用“滴灌+秸秆覆盖+中度追肥”的综合技术措施。本基金项目研究成果主要揭示了秸秆覆盖滴灌下土壤棵间蒸发、作物耗水、田间微气候、作物生长等变化机理，相关结论对科学揭示田间高效灌溉模式优异内在原因具有具有重要意义。