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不同秸秆翻土还田量对土壤水分蒸发和入渗的影响 摘要：设置不同的玉米（Zea mays L.）秸秆还田量分别为3 680、4 907、6 133、7 360、8 567 kg/hm2和对照共6个处理。土体内含水量在90 g/kg时，秸秆覆盖对抑制土体内水分蒸发不显著，水分子之间在毛管力的作用下比较稳定。当土体内含水量较高，为180 g/kg时，此时土体内毛管水连续运动，下层水分向上层土体弥补得较快。而秸秆翻土覆盖对土体起到阻碍作用，随着还田量增大，阻碍越明显，拟合方程为S=ptq。秸秆翻埋覆盖阻碍雨后雨水的入渗，使水分入渗延迟。 关键词：秸秆还田量；玉米（Zea mays L.）；土壤水分蒸发；土壤水分入渗 中图分类号：S152.7 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）02-0314-04 DOI：10.14088/j.c; word-spacing: 0px; text-transform: none; color: rgb(51,51,51); text-align: left; font: 16px/28px 微软雅黑, Helvetica; letter-spacing: normal; text-indent: 0px; -webkit-text-stroke-width: 0px / 秸秆还田具有改变农田下垫面性质和能量平衡，减少土壤水分蒸发、蓄水保墒、调节地温、提高肥力等综合作用，同时还可提高作物产量，具有较好的生态效应和经济效益。 影响秸秆还田效益重要因素之一为秸秆还田量，还田量的大小直接影响其对土壤的保湿效果和玉米（Zea mays L.）的生长发育及产量。有研究认为小麦秸秆还田量以4 5006 000 kg/hm2为宜；玉米秸秆还田量以6 0007 500 kg/hm2为宜。玉米免耕整秸秆还田在半干旱区以12 00015 000 kg/hm2的产量最高。免耕还田玉米秸秆4 500 kg/hm2处理的土壤水分利用效率最高。小麦田秸秆还田量与020 cm土层保水效应密切相关。旱地玉米免耕秸秆还田适宜的还田量在7 50015 000 kg/hm2，平均每增加100 kg/hm2还田量，土壤含水量增加0.08%0.24%。但是在沈阳地区草甸土玉米秸秆最适宜的还田量仍然是一片空白。 1 试验方法 本试验于20132014年在沈阳农业大学水利学院的综合试验基地进行，该基地位于辽宁省沈阳市沈河区（41°44′N，123°27′E），平均海拔44.7 m。属丘陵地带，地面不平，土壤主要为草甸土，土层深厚，保水、保土和保肥效果较好。该基地属于温带半湿润大陆性气候，一年四季分明。 如表1所示，本试验共有6个处理，每个处理3次重复，每个试验小区的规格长6 m，宽3 m，供试作物为玉米，品种为沈农15号，种植密度为0.55 m0.45 m，秸秆传统还田量分别为3 680、4 907、6 133、7 360和8 567 kg/hm2。这是按照2013年秋天每棵玉米秸秆质量230 g，每个3 m6 m的测区种植96棵玉米结算，还田量按照全部覆盖的30%、40%、50%、60%和70%求得。 2 不同秸秆翻土还田量对土壤水分蒸发的影响 2.1 不同翻土还田量对生长期内玉米棵间蒸发的影响 土壤中的水分一部分提供给了作物，一部分蒸发到空气中，而蒸发的这一部分是无效的，为了给作物的生长提供充足的水分，减小无效损失是惟一的途径。根据所测得的棵间蒸发量，绘制生育期内各措施的变化趋势图，如图1所示。 2.1.1 各生育期棵间蒸发的变化情况 由图1可见，在玉米整个生育期内，抽穗期棵间蒸发最大，苗期略小，拔节期和灌浆期依次下降，到了成熟期，蒸发量降至最低，这主要是受到作物生长时期和作物生长情况的影响。抽穗期蒸发量最大是因为在这一时期尽管玉米的生长会阻碍阳光对地表的直射，但是此时气温偏高，土壤蒸发量大；而苗期蒸发量略小，是因为苗期气温较低，但是这一时期经常出现南风天气，地表几乎没有玉米叶子的遮挡；随着玉米的生长和气温的降低，到了灌浆期土壤的蒸发量降低了；等到成熟期，玉米的叶面积达到了最大，这时已经过了9月，每天早晚的温差大幅度下降，所以蒸发量最小。 2.1.2 不同秸秆还田量棵间蒸发的大小分析 在整个生育期蒸发量的大小均为CTJF30JF40JF50JF60JF70。在玉米苗期JF70与CT的蒸发量差距最大，JF70比CT高出43.0%。而到了玉米的成熟期，JF70比CT高12.3%，此时各处理的差异较小。出现此种情况的原因是苗期阳光和风直接作用于地表，秸秆还田抑制蒸发明显，随着玉米长高，玉米叶面积增大，玉米叶子能够阻碍外界因素影响玉米棵间蒸发。 2.2 不同秸秆还田量对不同含水量土体累计蒸发的影响 将土样风干过2 mm筛，取2份试验基地土样，加入不同量水，使土壤含水量分别为90和180 g/kg。用内径32 cm、高32 cm封底自制铝桶作为容器，分别装入干重3 000 g的两种含水量的土壤，控制土壤容重为1.24 g/cm3，将秸秆切成35 cm的碎段，拌入土壤中，放入温度为2730 的3 m5 m电控恒温室内，室内空气相对湿度维持在30%40%。每种含水量土壤设6种处理：对照（不拌入秸秆）；拌入秸秆25 g；拌入秸秆33 g；拌入秸秆42 g；拌入秸秆50 g；拌入秸秆58 g。试验结束后的3、16、25、35、50、60、75、85、100、150、155、200和300 h，对铝桶进行称量，测定土壤水分损失量。不同秸秆还田量下土壤水分累计蒸发量与时间的关系曲线如图2所示。 由图2可知，所有处理土壤的水分蒸发曲线均呈抛物线，且随时间的变化，土壤蒸发速率降低。对于同一土壤含水量处理，在同一时间，所有秸秆处理的土壤水分蒸发量均小于传统耕作，说明秸秆还田对保持土壤水分有较好的效果。这是因为秸秆翻埋覆盖给土壤表面设置了一层物理阻隔，切断了下层土壤与蒸发面的毛管联系，减弱了土壤空气与大气之间的乱流交换强度，土壤水分蒸发被有效的抑制，从而达到保水的目的。当土壤初始含水量较小（90 g/kg）时，秸秆不同还田量对土壤水分蒸发量的抑制作用相差不明显。这是由于当土壤含水量较小时，土壤水分呈毛管断裂状态，水分移动为毛管-薄膜机制和薄膜-扩散机制，土壤水分由下层向上层移动较慢，不能迅速弥补上层土壤水分的蒸发损失，土壤水分蒸发速率被限制了。因此，为了保水，首先需抑制上层土壤水分的蒸发。秸秆翻埋还田后，土壤水分蒸发的阻力增大了，使得土壤水分由表面直接蒸发转变为扩散蒸发，从而减少了土壤水分散失。随时间变化，对照处理上层土壤变干，水分散失速率降低，因此还田处理与传统的蒸发速率差异减小。随着土壤初始含水量的增加，秸秆翻埋还田量对土壤水分蒸发量的降低作用变的明显，秸秆翻埋还田量越大，土壤水分蒸发量越小。当土壤含水量达180 g/kg（接近于土壤田间持水量）时，不同秸秆翻埋还田量处理间的土壤水分累积蒸发量的差异明显。当土壤含水量较大时，土壤中毛管水处于连续运动状态，土壤水分由下层向上层运移速度快，可以及时弥补上层土壤水分损失。秸秆翻埋覆盖后，给土壤表面增加了水分蒸发阻滞层，该阻滞层越厚，对土壤水分蒸发的阻滞作用越明显，控制土壤水分损失的效果也越明显。因此，秸秆翻埋还田量越大，土壤水分损失量越小。2.3 不同秸秆还田量下土壤水分蒸发动力学曲线拟合 利用3种常用动力学模型（线性方程、对数方程和指数方程）对不同秸秆还田量处理的土壤水分蒸发积累量S（g）与时间t（h）进行回归拟合，所得拟合方程S=ptq，W=p+qlnt和S=p+qt，拟合所得相关系数r值均达显著水平。但是比较3个拟合方程可知，S=ptq的拟合性最好。用S=ptq方程来描述土壤水分蒸发过程更贴近实际。土壤水分蒸发速率dS/dt=pqt（q-1），说明q是影响水分蒸发速率的参数。经拟合q值均小于1而大于0，当t1时，q值增大，t（q-1）也增大，说明dS/dt与q值呈正相关；当t=1时，dS/dt=pq，说明pq表示t=1即第1小时的土壤水分蒸发速率。 由dS/dt=pqt（q-1）可知，土壤水分蒸发速率与pq和t（q-1）有关，当pq和t（q-1）增大时，土壤水分蒸发速率也增加，而当t1时，t（q-1）与q-1呈正相关。因此，在同一时间（t1时），不同处理的土壤水分蒸发速率pq和q-1的大小有关，pq和q-1越大，土壤水分蒸发速率也越大。同一处理中，pq和q-1为常数。各处理pq和q-1值如表2所示，由表2可知，在同一土壤含水量处理中，所有还田处理的pq值均远远小于对照，说明覆盖可明显降低土壤水分前期（1 h）的蒸发速率。 3 雨水入渗过程 本次入渗试验选在2014年6月9日进行，本次降雨时间为7：0010：40，降雨量为8 mm。雨前6：00用TDR测一次土壤含水率，雨后1、2和5 h分别测一次各处理的土壤含水率。 由图3可知，未降雨时（图3a），土壤040 cm的土壤含水率差异明显。在地表以下040 cm，秸秆还田处理要比对照处理土壤含水率平均高2.4%，可以看出秸秆覆盖有助于提高040 cm的土壤含水率，5060 cm不显著。随着秸秆还田量的增加，土壤含水率也随着增加。 雨后1 h（图3b）， CT的土壤10 cm含水率上升10.5%，而20 cm的含水率上升5.7%，上升的速度较10 cm缓慢。秸秆还田地表以下3060 cm含水率变化并不明显。这说明秸秆还田明显的减缓了雨水的入渗，随着还田量的增大，抑制越明显。 雨后2 h（图3c），雨水继续入渗，CT地表下10 cm含水率略微下降，从2040 cm含水率均上升。本次降雨后2 h，对照处理雨水已经下渗到地表以下40 cm，还田处理刚刚下渗到30 cm。 雨后5 h（图3d），土壤含水率变化明显，地表以下10 cm土壤含水率均下降，20 cm处的含水率排序为JF70JF60JF50JF40JF30CT，30 cm处的含水率变化趋势和20 cm的一样，JF的含水率上升较明显，上升了2.6%，高于对照4.8%。40 cm处的含水率，JF均有下降，CT有所上升。5060 cm的土壤含水率CT最高。这说明降雨5 h后，无还田传统处理的雨水已经下渗到地表以下5060 cm，而有覆盖处理土壤含水率能够影响到地表以下50 cm。 综上所述，在整个雨水入渗过程中，CT入渗最快，随着秸秆覆盖量的增大，入渗速度变慢。秸秆覆盖能够有效的减小雨水的入渗。 4 小结 秸秆翻埋还田有利于抑制土体的水分蒸发，其中在玉米苗期最为明显，随着时间的推移，不同的秸秆还田量的差异性变得不明显。秸秆还田量越高，抑制水分蒸发能力越强。 土体内含水量较低，在90 g/kg时，秸秆覆盖对抑制土体内水分蒸发不显著，水分子之间在毛管力的作用下比较稳定。当土体内含水量较高，在180 g/kg时，此时土体内毛管水连续运动，下层水分向上层土体弥补得较快。而秸秆翻土覆盖对土体起到阻碍作用，随着覆盖量增大，阻碍越明显。拟合方程为S=ptq，其中影响因子p和q值随着秸秆量不同和土壤含水量的变化而变化。 秸秆覆盖像在土体上层盖上了一层厚棉被，阻碍了雨后雨水的入渗，使水分入渗延迟。从而充分的被玉米有效的吸收，促进玉米生长和发育。 秸秆翻埋覆盖能够有效的抑制土体内水分的蒸发，延迟雨水入渗。随着秸秆还田量的增加，效果越明显。 参考文献： 高亚军，李生秀.旱地秸秆覆盖条件下作物减产的原因及作用机制分析J.农业工程学报，2005，21（7）：14-19. 刘 婷，贾志宽，张 睿，等.秸秆覆盖对旱地冬小麦灌浆动态及产量的影响J.干旱区农业研究，2010，28（2）：33-37. 崔运峰，董 洁，邹皆明.秸秆覆盖节水保墒效应的研究进展J.农技服务，2011，28（8）：1228，1230. 逢焕成.秸秆覆盖对土壤环境及