秸秆和地膜覆盖下土壤水热耦合运移机制

本研究以黄土塬区旱作麦田秸秆和地膜覆盖模式下土壤水热耦合为研究对象，利用长期持续田间定位监测土壤剖面水分和温度数据、以及室内土壤理化性质的测定，结合数值模型模拟的方法，准确刻画垄地和沟内两种微立地条件下土壤水分和温度差异及其动态变化特征，应用HYDRUS-2/3D模型模拟分析不同覆盖模式下二维土壤水热耦合运移机制，并利用田间实测蒸散量数据验证模型模拟蒸散量值，从而准确计算田间作物耗水量和作物水分利用效率。在深入认识该模式下土壤水热耦合运移特征的基础上，从水资源数量、周年和季节水分调配以及覆盖措施的有效实施等方面，探究如何将夏闲期自然降水保蓄起来，为该区提高水分利用效率提供思路。

在我国西北半干旱地区，秸秆和地膜覆盖被广泛用来节水保墒，提高作物产量和水分利用效率。然而对于该模式下水热运移机制认识不清，限制了该覆盖栽培措施的有效发挥。本研究以黄土塬区旱作麦田秸秆和地膜覆盖模式下土壤水热耦合为研究对象，利用长期持续田间定位监测土壤剖面水分和温度数据、以及室内土壤理化性质的测定，结合数值模型模拟的方法，详细刻画了垄地和沟内两种微立地条件下土壤水分和温度差异及其动态变化特征，应用HYDRUS-1/2D 模型模拟分析不同覆盖模式下二维土壤水热耦合运移机制，并利用田间实测蒸散量数据验证模型模拟蒸散量值，从而准确计算田间作物耗水量和作物水分利用效率。田间试验处理包括对照、减氮追肥、秸秆还田、垄覆沟播等四个处理。研究结果表明：(1) 冬小麦不同处理生育期内0-100 cm剖面不同土层土壤含水量既随降雨波动，又受不同覆盖栽培条件的影响，其中垄覆沟播模式0-100 cm土壤储水量最高；(2)秸秆和地膜覆盖都可提高作物水分利用效率，但垄覆沟播处理要高于夏闲秸秆处理。这是由于地膜覆盖更能有效抑蒸保墒，是更适合旱地作物生产的集成栽培措施。(3) 不同处理土壤日平均温度动态变化差异较小，但土壤温度日内变化差异较大，不同处理的增温效果为垄覆沟播 > 减氮追肥 > 夏闲秸秆。(4) HYDRUS模型模拟值同实测值拟合度较好，可用于不同覆盖模式下土壤水热过程模拟分析。特别是HYDRUS-2D模型能够详细模拟不同覆盖模式下微区域中可能存在的土壤水热侧向流（水平运动），温度梯度引起的水分运动及土壤水分含量不同导致的温度分布差异，从而实现旱作麦田不同覆盖模式下二维土壤水热耦合运移机制的数值模型分析。本研究在深入认识该模式下土壤水热耦合运移特征的基础上，从降水资源的总量、季节水分调配以及覆盖措施的有效实施等方面，为该区提高水分利用效率提供了参考。