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1、灌溉排水学报2010年6月第29卷第3期JournalofIrrigationandDrainage文章编号:16723317(2010)03000606不同水分条件下冬小麦浅层地下水*利用试验研究1,2,31,21,2刘铁刚,罗毅,袁国富(1.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101;2.中国科学院生态网络观测与模拟重点实验室,北京100101;3.中国科学院研究生院,北京100039)摘要:使用蒸渗仪群开展了冬小麦对浅层地下水利用试验,讨论了在降雨、灌溉和不同地下水埋深等多种水分条件下冬小麦对浅层地下水的利用规律,并确定了适宜冬小麦生长的地下水埋深上
2、限和相应的合理灌水量。结果表明,从返青至收获期,在40~150cm埋深范围内,无灌溉无降雨条件下地下水对作物腾发的贡献率可达到90.0%以上,而降雨和灌溉处理的地下水贡献率减小到54.0%~78.9%。另外,无论是否有降雨影响,随着地下水埋深的增加,地下水贡献率都降低。试验结果还表明,150cm是适宜冬小麦生长的地下水埋深上限,每公顷穗数较大是冬小麦产量高于其他埋深处理的主要原因。从返青至灌浆期,在150cm埋深下,只需在拔节期灌水约60.0mm,冬2小麦产量就可达到8846kg/hm,在无灌水和降雨时产量可达到拔节灌溉处理的80.0%左右。关键词:浅层地下水;冬小麦;潜
3、水蒸发;产量中图分类号:S273.4文献标志码:A在引黄下游灌区,地下水浅埋现象普遍。浅层地下水会在水势梯度的作用下向水势较低的非饱和带运[1][2]移,当地下水位于作物根区底部附近时,地下水可以毛管水的形式从饱和区进入根系吸水区,在干旱或[3]半干旱地区灌溉水量可因此减少甚至不需要灌溉。在湿润地区,浅层地下水可能使雨养作物的产量增加。[4]但是如果地下水埋深过浅,根区缺氧又可能会降低根系的活力和养分的吸收,并影响作物的产量。然而,[5]目前的农田灌溉中通常没有考虑到浅层地下水对作物耗水和生长的影响。研究作物对浅层地下水利用,不但有利于地下水资源的合理利用,节约灌溉
4、用水和灌溉成本,而且有利于提高作物产量和水分利用效率。[69]已有多位学者应用蒸渗仪研究了冬小麦对地下水的利用规律,但很少有人通过蒸渗仪群开展不同地下水埋深、降雨和灌溉等多水分条件下的地下水利用试验研究。事实上,地下水埋深通常处于动态变化之中,不同年份的降雨特征可能不同,灌溉管理策略也并非一成不变。每一个因素的变化都可能会对冬小麦利用地下水的过程以及最终产量产生影响。1材料与方法1.1试验场地与试验设计试验在中国科学院禹城综合试验站进行。试验站位于山东禹城西南,海拔高度20m,属暖温带半湿润季风性气候,年蒸发量1100mm,年降水量600mm,多年平均温度14。土质以
5、粉砂壤和轻壤为主,主要作物为冬小麦和夏玉米。禹城市的引黄灌溉条件好,地下水开采程度低,地下水位常年在0.2~4m间变化。试验所用设备为一组蒸渗仪,共12套,可对潜水蒸发和灌溉或降雨对地下水的渗漏补给过程进行观测。2蒸渗仪由测筒和供水马氏瓶组成(图1),测筒用5mm钢板制成,横截面为1m正方形,高度为2.17m,底*收稿日期:20100128基金项目:国家自然科学基金项目(90502005);国家863计划项目(2007AA10Z223)作者简介:刘铁刚(1979),男,内蒙古人。博士研究生,研究方向为生态水文学。通讯作者:罗毅。6部封口。马氏瓶为测筒提供定水位供水及水位
6、调节,马氏瓶中减少的水量等于潜水蒸发量。地下水的电导3率为2.04dS/m,pH为7.84。供试用土为当地典型的轻壤土,土壤密度为1.42g/cm。蒸渗仪从2005年投入使用,各年份的试验设置因为研究目的不同有些差异。采用2005年和2009年数据进行分析讨论。表1地下水埋深设置试验处理试验时段地下水埋深/cm重复P20050323060870/90/110/1502I2009031506041501NPI20090315060440/70/110/1502按照降雨和灌溉情况将各试验处理划分为P处理(降雨处理)、I处理(灌溉处理)与NPI处理(无降雨无灌溉处理)(表
7、1)。P处理和NPI处理各设置4个地下水埋深,I处理只设1个埋深。各处理的试验时段基本都处于返青至收获期内,P处理的试验天数为78d,I处理和NPI处理为82d。P处理在试验时段内受降雨影响,降雨分布见表2。I处理包括1次灌溉处理I1(150)和2次灌溉处理I2图1体积蒸渗仪构造图(150),括号内数字指地下水埋深为150cm。无重复,灌水时间和灌水量见表3。2次灌水分别发生在拔节期和灌浆期,与当地农田的灌水时间基本一致。为研究灌溉对地下水的渗漏补给特征,每次灌溉都超过实际的灌溉需水量,产生了深层渗漏
