第3章
微集雨种植对土壤水分的影响

3.1 两种降雨年型不同处理土壤贮水量时间变化

通过图3.1和图3.2可以看出，两年在播种前各处理的贮水量相差不显著；不同处理贮水量变化趋势呈现 3 个阶段。第一阶段，前期土壤贮水量略有增加阶段；第二阶段，播种后40~90天期间土壤贮水量急剧下降阶段；第三阶段，成熟期的贮水量回升阶段。

从图3.1和图3.2还可以看出，在第一阶段，覆膜处理的土壤贮水量相对于土垄的较高，这主要是由于垄沟覆膜微集雨模式的集水效率高于土垄集雨模式和平地种植模式；而在第二阶段，膜垄处理的贮水量消耗大于土垄和平地，这与地膜处理叶面积指数相对于土垄处理和平地大，植物蒸腾作用旺盛有关。在播种前土壤贮水量基本相同的情况下，2009年，M20处理和M60处理的贮水量最低减少到约97mm，而在2010年的同期M60处理减少到136mm，这与2009年灌浆期前降雨量过少、膜垄处理为满足正常的生长加大了对土壤水分的消耗有关，而在2010年的同期由于降雨量较丰富，作物对降雨的利用较多，故土壤水下降幅度较小；第三阶段，2009年，在生育期中后期降雨量过少，各处理间土壤含水率都显著降低，随着降雨的到来，各处理的贮水量显著增加，而在2010年，由于前期降雨相对较多，而平地处理和土垄处理由于其土壤初始含水率相对膜垄较高，故造成其产流快，平均入渗率小，从而造成贮水量上升不显著，垄沟覆膜处理在后期含水率相对较低，减少了径流量，所以该处理可以更有效地储存水分，尤以M40处理和M60处理最为明显。由此可见，膜垄较传统的平地种植模式可以汇集更多的降雨，并最终转换为土壤水。

3.2 两种降雨年型不同处理3个剖面土壤水分变化

3.2.1 播种至收获土壤水分变化

从表3.1可以看出，两个试验年度0~30cm剖面的贮水量变化趋势相似，与B处理相比，其余各处理贮水量均显著增加，在2009年M20处理和NM20处理贮水量回升显著高于（p<0.05）其他处理，分别达到了29.9mm和29.8mm，而在2010年相对于B处理，F处理和NM20处理贮水量减少，其余各处理均显著高于B处理，膜垄增加显著，其中以M40处理贮水量增加最显著，达到33.9mm。30~90cm剖面为作物根系主要分布区，相对于B处理（贮水量增加），其余各处理贮水量在两年均表现出不同程度的降低，总体上表现为膜垄处理和平地处理较土垄处理水分消耗更大，2010年各种植处理水分消耗显著大于2009年。在90~130cm剖面，2009年各处理表现为贮水量减少。相对于B处理贮水量的略有减少，其余各种植处理的贮水量与裸地相比消耗更大，其中以平地处理和膜垄处理最显著，而在2010年各处理则表现为贮水量增加，与B处理的贮水量的增加相比，除NM60处理外其余各处理贮水量均减少，这也是NM60处理在2010年相对于土垄处理和平地处理产量较高的一个重要影响因素。就垄作处理尤其是膜垄处理来讲，2010年，0~130cm剖面水分总体表现为增加，而在2009年降雨年型下各处理的水分是减少的。

注： 负号表示贮水量的亏缺，同一行中不同字母表示不同处理间达到0.05水平显著差异（p<0.05）。

3.2.2 2009—2010年冬春季休耕期土壤剖面水分变化

从表3.2可以看出，就各处理土壤水分的变化来看，膜垄的减少更大些，造成这种现象的原因为在成熟期时降雨量丰富造成耕作层水分高，但是在休耕期间降雨量显著减少，而表层水分受外界环境影响较大，故水分下降显著；对于30~90cm剖面，各处理的贮水量除去B处理以外均表现出不同程度的增加，F处理的水分恢复效果最明显，最小的是NM60处理，基本没有变化，这与在收获后耕作层水分下渗有关；而对于90~130cm剖面，则表现出膜垄处理的减少和土垄处理与平地处理的增加，但是增加和减少的幅度不显著。

注： 负号表示贮水量的亏缺，同一行中不同字母表示不同处理间达到0.05水平显著差异（p<0.05）。

从0~130cm总贮水量变化来看，各处理中除去F和NM20处理之外，各处理贮水量均减少，以膜垄集雨模式和裸地处理的减少最为显著，而F处理增加最显著，达35.5mm。

3.3 作物不同生育期耗水特征

3.3.1 2009年各处理全生育期耗水量变化

2009年各处理全生育期耗水量曲线如图3.3所示。

3.3.2 2010年各处理全生育期耗水量变化

从图3.4可以看出，2010年降雨变律年型下，各处理作物耗水量曲线同样在全生育期呈现出一个先大后小的“双峰型”耗水变化过程。总体来看，苗期（0~30天）各处理水分消耗并不显著，最高的充分供水处理达到了约40mm，膜垄处理的耗水量没有土垄处理和平地处理的显著；在苗期到拔节期间（30~60天）各处理耗水量显著增加，膜垄处理的增加幅度显著高于土垄处理和平地处理，耗水量最大的为M60处理和M20处理，分别达到了99.67mm和97.23mm；从拔节期到孕穗期（60~75天）呈现出土垄处理和平地处理的耗水量高于膜垄处理的，该时段降雨量大于作物耗水量，说明作物该阶段加大了对土壤水的消耗；从孕穗期到灌浆期间（75~90天），随着日照的加强以及前一个时期后半段降雨的储存，作物的耗水量又开始逐渐加大，由于前一时间段膜垄处理相对于土垄处理和平地处理较好的雨水截留和储存作用，膜垄处理尤其是M60处理耗水量显著高于其余两个膜垄处理、土垄处理和平地处理，阶段耗水量达到了 68.64mm，而同期的NM20 处理耗水量只有31.82mm，其余两个土垄处理的耗水量也只有约40mm，此时期作物耗水量大是增产的关键时期。从灌浆期到成熟期几个处理，与此同时，一年中降雨量最多的时间段的到来，垄作处理尤其是膜垄处理对雨水的截留和防止径流的作用导致膜垄在该阶段的耗水量较土垄平地处理小，同时，由于平地处理在防止水土流失方面作用没有垄作处理好，降雨没有很好地转化为土壤水，所以该时段平地处理耗水量在各处理中最高，达到69.4mm。

3.4 播前和成熟期不同剖面土壤水分动态

3.4.1 2009年各处理播种—成熟期土壤水分变化

从图3.5和图3.6可以看出，2009年，作物播种期各处理的不同剖面水分总体呈显著“上层少、中层多和下层少”的总体分布，表层的水分约为12%，中层的水分大约保持在16%，而深层的土壤含水率约为14%，各处理之间的土壤含水率总体没有显著的差异，播种前土壤含水率条件基本一致。但是在成熟期各处理之间表现出了一定的差异性，在耕作层剖面各处理中除了B处理之外差异性不是很显著，这可能与生育后期降雨显著多于多年平均值，因而掩盖了垄沟地膜覆盖措施集雨的作用有关。在30~60cm的剖面段各处理之间水分差异不显著，但是在60~130cm的剖面段膜垄处理与土垄处理、平地处理和裸地处理呈现不同的变化趋势，即膜垄处理和裸地处理呈现出先减小后增大的趋势，但是土垄处理却呈现先增大后减少的趋势，最终在130cm处，各处理含水率出现交汇且变化不显著。

3.4.2 2010年各处理播种—成熟期—来年春季土壤水分变化

从图3.7~图3.9可以看出，2010年作物在播种期由于有效的降雨导致耕作层土壤含水率保持在20%左右，30~130cm土壤含水率各处理间差别很小，土壤水分从18%基本呈线性下降到最底端12%左右。在作物的成熟期，由于在作物生育期的后半期降雨量显著小于多年平均值，因此，垄沟覆膜集雨技术的优越性在各处理之间表现得很明显，在0~50cm的剖面段，各处理土壤含水率表现为B<NM20<F<NM60<NM40<M20<M60<M40，土壤含水率变化区间为14%~27%，膜垄集雨模式的优越性非常显著；在50~70cm剖面段，除去B处理之外各处理的含水率呈显著的下降趋势，各处理的土壤含水率基本都在10%左右，显著小于播种期的土壤含水率；在70~130cm剖面段，各处理的含水率开始逐渐呈线性变化趋势的回升，最终各处理的含水率在最底端保持在16%~20%之间。作物成熟后至翌年春季休耕期间，在0~10cm剖面段，各处理土壤含水率基本保持在10%~12%，显著低于2010年成熟期土壤表层水分，但是和多年春季土壤含水率差不多；而在10~30cm的剖面段，各处理的含水率均出现回升，各处理的含水率保持在12%~17%，其中膜垄处理的要显著高于土垄处理，土垄处理的略高于平地处理；在30~50cm剖面段，膜垄处理的土壤水分开始显著下降，而土垄处理、平地处理和裸地处理变化不明显；在50~90cm剖面区段，各处理的含水率变化不明显，基本保持在11%~15%，但是相对于2010年成熟期该剖面段的含水率（9%~12%）表现出了含水率的恢复；在90~130cm剖面段，含水率各处理同样表现出线性的水分增长，但是膜垄处理与土垄处理、平地处理和裸地处理差距很明显，膜垄处理的底端含水率保持在15%左右，而其余的几个处理基本在19%~21%之间，各处理相对于2010年播种时增加显著，同样相对于2010年成熟期也略有增加，尤其是土垄处理。

3.5 降雨量“前倾”的2010年深层土壤水分恢复决定时段

了解造成降雨变律呈现“前多后少”年型土壤含水率增加的原因对于研究深层水分恢复应对深层土壤干层具有重要的研究意义。由于在生育期各剖面的含水率只测到90cm，没有测定90~130cm剖面段，因此也可以间接地通过70~90cm剖面段的含水率变化大致推测深层含水率变化，从图3.10可以看出，70~90cm剖面段的水分大体呈现“含水率先增后减”的变化趋势，播种后40天大致是含水率变化的分水岭，在0~40天的时间段各处理的水分是增加的，而在40~120天之间各处理在该剖面的水分基本呈现下降的趋势。

在0~40天期间，2010年的降雨量为60.2mm，占全生育期总降雨量的44.8%，显著高于多年同期降雨量均值，此时段作物正处于分蘖前期，作物耗水量较低，仅有20多mm，多余的降雨就有机会下渗到土壤中尤其是深层。与此同时，前期的降雨增多可以使得作物根系不会因为降雨常规年份水分胁迫而造成根系下扎深度加大，这样可以保蓄土壤中下层的水分。