基于稳定性氢氧同位素的夏玉米-冬小麦蒸腾耗水及水分来源研究

深入分析和定量解析农田作物水分消耗及其水分利用来源对节水农业的发展极为重要。本项目以黄淮海平原河南封丘地区夏玉米-冬小麦轮作体系为研究对象，以稳定性氢氧同位素技术为手段，定量分析夏玉米-冬小麦各典型生育期蒸腾耗水量及各种不同水源对作物的贡献，旨在进一步推进农田生态系统的水分循环研究，并为我国节水农业的发展提供理论基础和参考。

本项目以黄淮海平原河南封丘地区夏玉米-冬小麦轮作体系为研究对象，以稳定性氢氧同位素技术为手段，定量分析夏玉米-冬小麦轮作下各典型生育期蒸腾耗水量及各种不同水源对作物的贡献。主要完成了以下三个方面的研究内容：（1）基于稳定性氢氧同位素技术定量解析了不同水源对夏玉米-冬小麦的贡献。作物水源是SPAC（Soil Plant Atmosphere Continuum）中水分循环及节水农业的重要研究方面。传统方法很难确定不同水源对作物的贡献。线性混合模型和δD-δ18O曲线曾广泛应用于定量计算不同水源对植物的贡献，但是当植物水源超过3个时，这两种方法均无法应用。因此，本研究通过田间试验和稳定性同位素技术，建立了一个新的耦合模型，并采用该耦合模型计算了各水源对各生育期玉米和小麦的贡献；（2）基于稳定性定性氧同位素技术将田间蒸散定量区分为作物蒸腾和土面蒸发。田间蒸散是水分在SPAC中循环的一个重要组成部分，包括作物蒸腾和土面蒸发。但是在田间条件下田间蒸散难以准确测定，而且传统方法难以区分作物蒸腾与土面蒸发。本研究采用大型称重式蒸渗仪（large-scale weighing lysimeter）对黄淮海平原地区玉米季不同生育期的田间蒸散进行测定，同时采用田间水量平衡模型对大型称重式蒸渗仪的测定结果进行比较修正，并采用稳定性同位素技术对田间蒸散组分进行了计算。（3）解析了玉米-小麦轮作下降雨、土壤水和地下水的动态变化，以及对作物利用的影响。黄淮海平原属于半干旱地区，降雨稀少且季节性分配不均；土壤水主要来自于地下水（灌溉主要采取井灌，其水分也来自于地下水）和降雨。土壤由于在自然条件下受蒸发和入渗双重影响大，土壤含水量处于经常性的波动状态。因此，如何调控利用各种水分对缓解华北平原农业用水紧张和发展节水农业具有积极意义，而且田间水分转化关系研究是陆地水文循环研究的重要内容。因此，本研究基于玉米-小麦轮作试验，探讨了降雨、土壤水和地下水动态变化，且研究了这些动态变化对作物水分利用的影响，以期进一步了解田间各水分转化关系，推动我国节水农业的发展。并在项目的资助下发表了5篇学术论文。