基于氢氧稳定同位素技术的黄土塬区深层土壤水对冬小麦生育耗水的贡献研究

Soil water storage is an impotent water resources for winter wheat in the Loess Area. However, there is still no quantitative study of the contributions of soil water in different soil layers to winter wheat water consumption, especially the contribution of soil water in deep soil layer (below the depth of 3 meters). In this study, the precipitation, soil water in 0~10 m soil layers, and the stem water of wheat will be sampled in different growth periods of winter wheat on the Changwu Tableland, and the compositions of 2H and18O of samples will be measured. The difference of utilization of soil water in the different growth stages of winter wheat will be determined by comparing the stable oxygen and hydrogen isotope compositions in plant stem water and soil water in different soil layer.The contribution of soil water in different soil layer, especially soil water in deep soil layer to winter wheat water consumption will be quantified. Further, the influence of dry soil layer on the water use law of winter wheat will be explored, and finally, the water use strategy of winter wheat on the Loess Area will be obtained definitely. The results has a theoretical significance for revealing the soil water balance in dry farmland ecological system, and practically serving the sustainable development of rain-fed agriculture in the Loess Plateau on the aspect of the utilization of soil water resource.

黄土区土壤储水是冬小麦生长发育不可忽视的重要水源，但是不同土层土壤水对小麦耗水的贡献是否相同，尤其是深层土壤水（3 m以下土层）对小麦耗水贡献尚无定量研究。本研究以长武塬区为研究区域，采集冬小麦不同生育期内雨水、0～10 m土层土壤水、植物茎水，并对其氢氧稳定同位素组成（2H和18O）进行测定；通过分析植物茎水和不同土层土壤水氢氧稳定同位素组成之间的关系，进而研究冬小麦不同生育期对土壤水分利用的差异，量化不同土层土壤水，尤其是深层土壤水对冬小麦生长耗水的贡献，探讨土壤干层对小麦水分利用规律的影响，最终明确黄土区冬小麦水分利用策略。本研究旨在进一步细化旱作农田水量平衡研究，从土壤水资源利用角度服务于旱作农业的持续发展。

黄土塬区土壤储水是冬小麦生育的重要水源，但是不同土层土壤储水，尤其是3 m以下深层土壤储水对冬小麦耗水贡献并无定量研究。本项目按照项目计划书开展工作，通过采集冬小麦不同生育期降水、土壤水和小麦茎秆水，并测定其氢氧稳定同位素组成，定量研究不同土层土壤水对冬小麦生长耗水的贡献。降水是小麦利用水分的主要来源，其贡献率与试验期间降水量的多少有关；不同土层土壤水分对冬小麦的贡献率具有随深度增加而减小的趋势，但变化不大。无降水条件下，土壤水分是冬小麦唯一能够利用的水源，不同土层土壤水分对冬小麦的贡献率基本相当。随生育期推进，冬小麦所能利用土壤水分深度逐渐加深。氘水示踪表明，5月23日（开花期-灌浆期）起，冬小麦已经能够利用3 m以下土层土壤水分；有降水条件下3 m以下深层土壤水对冬小麦耗水贡献率在5月29日（灌浆期）和6月10日（灌浆期）分别为12.3%和11.9%，而在无降水条件下3 m以下深层土壤水对冬小麦耗水贡献率在灌浆期和灌浆期高达24.4%和26.9%。表明在无降水且形成土壤干层的条件下，冬小麦能够调整水分利用策略，吸取更多深层土壤水分，以满足自身生育需要。因此，生产实践中需要做好夏闲期的雨水蓄存，促使深层土壤水分恢复，以缓解生育期干旱影响。在该项目的支持下，目前发表论文5篇（EI论文1篇），送审论文2篇（SCI论文1篇）。项目执行期间，培养研究生3名，本科生4名，获批科研项目1项。