沟垄集雨种植可持续发展机理及优化设计

我国半干旱区降雨量较少和年内分配不均，地表水和地下水缺乏，干旱和水土流失严重。沟垄集雨种植将降雨适时、适量和适地聚集起来，解决降雨和作物需水错位矛盾，减少水土流失，提高降水利用效率，保持该地区农业生态持续发展。沟垄集雨种植在聚水和作物增产方面研究较多，但对降雨时空调度、水土保持、沟垄优化设计及效益区间等问题研究不足.本项目通过集雨垄的径流观测，揭示不同覆盖材料和不同垄宽的临界产流降雨量和径流效率，为土壤水分计算提供参考；结合野外调查和大田试验，观测不同覆盖方式、不同覆盖材料和不同沟垄比（沟宽为定值）对半干旱区典型作物和紫花苜蓿的经济产量、土壤有效养分及土壤含水量的影响，确定适宜覆盖材料和覆盖方式，计算经济产量较高的垄宽；在适宜覆盖方式和覆盖材料下继续种植作物和牧草，观测沟垄集雨种植沟中径流量，通过土壤水分平衡方程计算沟中入渗量，确定溃坝效应的垄宽；将产量垄宽和溃坝垄宽比较，选择较小值。

为探索垄沟集雨种植增产机理，2012-2015年观察集雨垄的径流效率和临界产流降雨量。SR30、SR45、SR60、BMR30、BMR45、BMR60、CMR30、CMR45和CMR60 (SR、BMR和 CMR代表土垄、生物可降解膜垄和普通膜垄，下标表示垄宽(30、45和60cm))的4a径流效率为24%、25%、26%、90%、92%、94%、92%、95%和96%，临界产流降雨量为2.8、3.8、3.3、1.9、1.1、0.5、1.4、1.5和0.7 mm。..为寻求垄沟集雨种植燕麦适宜覆盖材料和最佳沟垄比，2012-2014年研究垄覆盖材料和沟垄比对燕麦产量和WUE等影响。垄上土壤温度和沟中土壤贮水量随沟垄比减小而增加，排列次序CMR≈BMR>SR >平作。与平作相比，SR30、SR45和SR60的3a燕麦籽粒产量降低3%、16% 和 27%，BMR30、BMR45、BMR60、CMR30、CMR45和CMR60的3a燕麦籽粒产量提高24%、17%、13%、30%、25% 和 19%。CMR、BMR和SR的WUE分别是平作1.43、1.55 和 1.62倍。CMR和BMR最佳垄宽为32-38 cm和30-36 cm。..为寻求垄沟集雨种植紫花苜蓿适宜覆盖材料和最佳沟垄比，2012-2015年研究垄覆盖材料和沟垄比对紫花苜蓿干草产量和WUE等影响。与平作相比，2012-2014年SR30、SR45和SR60的3a干草产量降低5%、14%和21%，2015年提高20%、9%和6%；BMR30、BMR45、BMR60、CMR30、CMR45和CMR60的4a干草产量提高35%、27%、17%、41%、34%和21%。CMR、BMR和SR的WUE是平作1.66、1.68 和 1.78倍。CMR和BMR最佳垄宽为32-37 cm和33-36 cm。..为寻求垄沟集雨种植环保沟覆盖材料，2013-2015年研究沟覆盖方式对高粱和玉米产量及WUE等影响。与无覆盖相比，生物可降解液体地膜、秸秆和生物可降解地膜的青贮产量提高1.4-2.8%、7.1-11.5%和18.8-18.9%，籽粒产量提高1.4-6.0%、9.2-9.8%和16.8-19.0%，WUE提高0.4-0.6、1.2-2.8和2.4-4.5 kg hm-2 mm-1。生物可降解地膜为垄沟集雨适宜覆盖材料。