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浅层土壤水分直接受到外界环境的影响很大，从图8.1可以看出，土壤水分第一生长季从玉米播种到收获持续降低，这与第一个生长季降雨少，导致全生育期水分一直没有得到有效的补给有关。尤其BMRF处理从播前的14%降低至收获期的6%左右，较其他处理，垄沟覆盖处理总体上土壤水分相对较高，而覆膜处理中，TMRF的保水、蓄水优势较为明显。
图8.1 两个不同生长季不同处理20cm处土壤含水率变化
第二生长季，各处理间玉米播前土壤水分出现了差异，表现为覆膜处理在休耕期水分的恢复能力要强于其他处理，含水率相对较高。整个生育期内土壤水分经历了先增加后减少的变化趋势，在80天左右出现了一次短暂的回升，这可能是由于降雨直接导致的水分提高。尽管两个生长季降雨量有较大差异，较其他处理，TMRF处理优势突出。到收获期各处理该层的水分被严重消耗。
如图8.2所示，作为较深的耕作层，玉米第一生长季该层土壤水分降低趋势趋于减慢，这可能由于作物毛根的分布相对较少，水分相对较高。在前40天，在各处理中，TMRF含水率最高。而当进入吐丝期，由于覆膜处理生长优势加速了水分的消耗，尤其是BMRF处理，后期水分持续降低，显著低于其他处理。第二生长季土壤水分变化趋势基本与表层0~20cm的变化趋势一致，土壤含水率最低值提高到了7%左右，该剖面覆膜处理组的微集雨优势进一步得到了凸显。尤其在前40天，土壤含水率要显著高于其他处理，而在作物生长后期，高耗水导致了垄沟处理的水分相对较低。但TMRF处理还是能够保持较高的含水率，这一阶段BRF处理高于其他处理，这表现出了其生长方面的劣势，但却反映了垄沟集雨的特性。
图8.2 两个不同生长季不同处理40cm处土壤含水率变化
从图8.3可以看到，60cm处土壤水分变化趋势基本和40cm处一致，而第二生长季随着玉米生育期的推进，这种变化更加显著。初始阶段含水率基本一致，第一生长季从播前的15.5%左右降至收获期的11.0%，且BMRF处理对水分的消耗最高，较其他处理，降低到了最低。而第二生长季在40天之前垄沟覆盖处理要高于其他处理，总体趋势为GMRF>TMRF>BMRF，而此阶段作物的繁殖生长优势突出，也对土壤水分提出了更高的需求。而40天之后，各处理的水分含量差异不再显著。与第一生长季一致的是，BMRF处理的土壤水分在收获期也降到了最低。两个生长季的实验结果表明，垄沟黑膜覆盖的各项生长指标都要高于其他处理，尤其与对照组之间差异更大。
从图8.4可以看出，80cm处土壤水分受外界环境影响变化逐渐减弱。较40~60cm土层，玉米收获期两个生长季剖面的最低含水率分别提高到了11%、8%，第一生长季BMRF处理的含水率在各个生育期都比较低，而该处理各个生育期地上生物量都要高于其他处理。因此为了满足作物的生长需求，开始逐渐消耗下层水分。由于垄沟覆膜系统造成的土层之间温度梯度也加速了水分向表层运移。而第二生长季在苗期之后各处理的水分变化开始趋于一致，受作物生长调节的影响进一步减弱。但总体而言，垄沟覆盖处理在保持土壤水分上依然具有优势，这可能是由于该系统的集雨性和抑蒸性将有限的降雨尽可能地转化成了有效的土壤水，提高了对自然降雨的利用效率。
图8.3 两个不同生长季不同处理60cm处土壤含水率变化
图8.4 两个不同生长季不同处理80cm处土壤含水率变化
从图8.5可以看出，由于土壤下渗受到了抑制，第一生长季，80~100cm土层土壤水分几乎没有得到降雨的补给，且在玉米拔节期水分出现了一次较大的消耗，尽管之后有短暂的恢复，但相对值一直降低。推测可能是该生长季全生育期降雨偏少，无效降雨到达地面无法汇集成有效的水分向下运输。而作物对水分的需求、覆膜近地面温度与下层温度的差异进一步加速了下层水分不断向近地面输送，导致覆膜处理组在该层发生了较为严重的水分损耗，尤其BMRF处理。第二生长季，该层与60~80cm土层的土壤水分变化较为相似，垄沟覆盖处理在生育前期对水分的消耗较为严重。同样是在收获期，BMRF处理的含水率最低，且两个生长季的播前与收获后水分之间的差异都基本一致。FP处理由于生长繁殖受到抑制，对下层水分消耗较少，因此在生育后期，较垄沟覆草处理、垄沟无覆盖处理高，但总体而言，垄沟栽培有一明显的特点，即能将有限的降雨快速转化为土壤水，能够促使各剖面土壤水分维持相对稳定。
图8.5 两个不同生长季不同处理100cm处土壤含水率变化
玉米苗期土壤水分对作物的生长十分关键，土壤底墒是关系出苗率的主要指标，适宜的水分能够保证作物种子及时萌发、建苗。当水分无法供应时，会延缓出苗，甚至会出现死苗，直接影响出苗率，使作物产量受损。从图8.6可以看出，两个生长季的变化分两部分：第一部分是0~60cm土层土壤水分增加，第二部分是60~100cm土层土壤水分减小。由于苗期水分的消耗相对较低，且作物根系主要集中在表层，各处理之间的差异不明显。垄沟覆膜处理由于其抑制了表面的蒸发，表现为TMRF>BMRF>GMRF>BRF>FP，因此，垄沟微集雨覆盖栽培技术较常规平作能够显著增加耕作层土壤含水率，其中垄沟覆膜处理的优势更为凸显。
从图8.7可以看，拔节期随着玉米植株增高，叶面积指数增大，作物对水分的需求逐渐增加。受到降雨的影响，第一生长季各剖面的下层水分开始被消耗，40cm以下的水分被迫向表层输送，供给该阶段作物的需求。从60~100cm土层土壤含水率曲线变化几乎没有出现拐点，含水率为12%~14%，各剖面的平均含水率表现为：TMRF>GMRF>BMRF>BRF>FP，其值分别为13.09%、12.04%、12.77%、12.74%、12.18%，说明垄沟覆盖处理土壤含水率要高于传统平种，膜覆盖处理对水分消耗尤为严重。第二生长季各处理的各剖面平均含水率依次为 13.69%、13.52%、13.49%、12.70%、12.36%，与上一生长季趋势相似。较上一生长季，总体土壤含水率有所提高，这与该生长季在拔节期的降雨要好于上一个生长季有关，且第二生长季拔节期随着水分消耗的加大，各处理之间水分差异不显著。
图8.6 两个不同生长季苗期100cm深不同剖面土壤含水率变化
图8.7 两个不同生长季拔节期100cm深不同剖面土壤含水率变化
从图8.8可以看出，玉米抽雄期两个生长季土壤水分变化趋势较为相似。从表层向下逐渐增高，0~40cm土层土壤水分下降比较快，该层第一生长季处理TMRF、GMRF、BMRF、BRF、FP平均土壤含水率分别为10.74%、9.97%、10.60%、11.96%、10.31%；较上一生长季，第二生长季处理TMRF、GMRF、BMRF、BRF、FP平均土壤含水率分别降低到了7.9%、8.6%、8.1%、7%、7.16%。第一生长季对BMRF处理的水分消耗较为严重，但总的两个生长季垄沟覆盖处理的水分都要高于垄沟无覆盖和传统平种处理。而两个生长季上述处理40~60cm土层的平均土壤含水率依次为13.69%、12.55%、13.87%、13.74%、13.96%；11.28%、11.20%、11.82%、11.33%、11.72%。覆膜处理要低于其他处理，也证明了覆膜处理加速了对下层水分的摄取，以满足该阶段作物生长发育对水分的需求。
图8.8 两个不同生长季抽雄期100cm深不同剖面土壤含水率变化
灌浆期是产量形成的关键时期，也是作物需水的关键阶段。从图8.9可以看出，玉米灌浆期两个生长季表层土壤含水率平均降到7%左右，这是由于地表耕作层受到外界环境的影响较大，而覆膜处理由于其作物生长茂盛，遮阴效果较好，同时地膜抑制了水分的蒸发始终保持较高的水分，尤其是TMRF处理优势更为突出。传统平种由于地上作物长势差，整个小区没有形成较好的冠幅层，地表直接暴露在外，近地面蒸发大，同时深层水分也逐渐以无效的蒸发而被损耗。因此，在该阶段各剖面的水分都要低于垄沟栽培处理组。两个生长季处理TMRF、GMRF、BMRF、BRF、FP平均的含水率分别为 11.61%、10.8%、10.91%、11.19%、10.61%；10.01%、9.35%、9.46%、9.95%、9.19%，较其他处理，黑膜覆盖和传统平种处理组最低。前者反映了该处理的生物量繁殖优势，后者反映了传统播种无法有效地利用水分，大部分以蒸发的形式被损耗。
从图8.10可以看出，成熟期玉米营养繁殖和生殖繁殖基本都已经停止，地上生物量基本稳定，地下根系不再增加。各个剖面的土壤水分相对稳定，不再有大的起伏，两个生长季的土壤含水率曲线一致，自上而下略有增加，该阶段作物对水分的调节作用逐渐的弱化，转而受到大气温度、降雨、蒸发的影响较大。同时，该阶段表层土壤水分含量为各阶段的最低值，各处理之间的差异较小，首先是由于没有降雨补给，其次是成熟期作物叶片干枯、脱落遮阴减小。在第一生长季，TMRF、GMRF、BMRF、BRF、FP处理0~100cm整个剖面的平均土壤含水率分别为10.80%、9.58%、10.04%、10.36%、10.42%；第二生长季其值分别降低到了7.49%、6.87%、7.38%、7.54%、7.32%。而两个生长季收获期水分在各剖面上变化趋势一致，但垄沟黑膜覆盖对水分的消耗严重，显著低于其他处理，也为休耕期水分恢复带来了潜在的困难。
图8.9 两个不同生长季灌浆期100cm深不同剖面土壤含水率变化
图8.10 两个不同生长季成熟期100cm深不同剖面土壤含水率变化
如图8.11所示，玉米全生育期除去裸地外各处理土壤水分的变化经历以下变化阶段：减小—增长—减小—增长—减小。但就整个生育期总体贮水量而言，从播种期到收获期水分一直降低。第一个降低阶段，种子萌发开始消耗水分，垄沟覆膜处理要高于垄沟覆草和垄沟无覆盖，而平种和裸地相对较高，到拔节期平地由于其蒸发较大，降至最低，而TMRF处理仍然为最高。第二阶段受降雨入渗的影响，土壤贮水量出现了一次短暂的回升，相比于垄沟黑膜处理，其他垄沟处理贮水量有了一定的恢复，而贮水量最高的TMRF处理与最低的BMRF处理之间的差值达到了将近40mm。这是由于前期垄沟黑膜覆盖导致水分亏缺较为严重，极少量的降雨很难提供有效土壤水分补给。第三个阶段水分持续下降，到65天左右，裸地处理和传统平种处理要高于其他垄沟栽培处理，表明随着生育期的推进，高效的垄沟集雨栽培逐渐加速作物对各剖面土壤水分的摄取。第四个阶段，由于降雨存在，土壤贮水量再次出现了短暂恢复，垄沟覆盖处理贮水量又高于FP处理，也表明当降雨发生时，垄沟覆盖微集雨技术能够发挥其产流快、抑制蒸发、减少径流的特点，将更多近地面的降雨汇集、向下渗流，转化为土壤水。最后一个阶段，贮水量持续降低，到收获期时各处理土壤贮水量均值降低到了50mm左右。在全生育期内，垄沟黑膜和白膜出现了两个峰值点，垄沟黑膜覆盖表现为水分的高消耗，而垄沟白膜覆盖更能集雨，抑制蒸发。
图8.11 第一生长季全生育期不同处理1m深土壤贮水量变化
如图8.12所示，玉米第二生长季土壤贮水量呈双峰型变化趋势，分4个变化阶段，分别是增加—减小—增加—减小。与第一生长季相比，由于休耕期较短，表层土壤水分没有得到及时的恢复，整体贮水量较低，但较其他处理，两个垄沟覆膜处理土壤贮水量还是相对较高。在第一阶段，3个垄沟覆盖处理TMRF、GMRF、BMRF贮水量增加，但是仅仅持续了苗期的几天，而BRF处理和FP处理的贮水量从播种持续增加。在20天左右，达到了全生育期的最高值185mm，但显著低于覆盖处理。在第二阶段，各处理土壤贮水量大幅下降，该阶段由于降雨很少，蒸发大，加之作物对水分的需求高，因此到60天左右，贮水量降低至105mm左右。但较其他处理而言，TMRF处理贮水量仍然最高。在第三个阶段，随着生育后期降雨的发生，土壤水分得到了补给，贮水量开始回升，此时垄沟栽培TMRF、GMRF、BMRF处理由于产流快、集雨特性，贮水量要高于FP处理。在第四个阶段，从灌浆期到收获期水分再次下降，水分消耗最严重的垄沟黑膜覆盖从播前的170mm降低至收获期的100mm。B处理由于降雨少、蒸发大，无种植在全生育期的贮水量反倒是低于有种植的处理。而第二生长季受上一个季节的水分消耗亏缺和降雨补给的影响，初始含水量较低，导致整体生育期总体贮水量都要低于第一生长季。
图8.12 第二生长季全生育期不同处理1m深土壤贮水量变化
图8.13所示为两个生长季全生育期不同处理玉米耗水量。在第一生长季，除去裸地，TMRF、GMRF、BMRF、BRF、FP处理的耗水量都要高于第二生长季。第一个生长季的降雨为89.9mm，要显著低于第二生长季的138mm。且从多年的降雨平均值来看，长雨季和短雨季都要低于多年的平均值，因此，降雨越是偏少，就越是加速了作物进一步对土壤深层土壤贮水的消耗。在第一生长季，垄沟覆盖处理TMRF、BMRF之间土壤耗水量没有显著差异，但BMRF处理显著性高于其他处理。而GRFM、BRF、FP、B处理之间也不存在显著性差异，也表明了垄沟地膜覆盖栽培方式的高生物量繁殖、高耗水的特点。在第二生长季，BMRF处理耗水量更高，显著高于其他处理，而传统种植处理FP由于第二生长季的蒸发大，耗水量相对较高。B处理土壤水分仅仅只通过土壤表层蒸发损耗，不存在棵间蒸发，因此耗水量相对较低。
图8.13 两个生长季全生育期不同处理耗水量