模擬降雨條件下集雨補(bǔ)灌旱作區(qū)節(jié)水模式研究

關(guān)鍵詞：模擬降雨；微集水種植模式；集雨補(bǔ)灌；節(jié)水模式；集雨效應(yīng)

中圖分類(lèi)號(hào)：X318 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

補(bǔ)灌技術(shù)、儲(chǔ)水技術(shù)和集水技術(shù)是集水農(nóng)業(yè)研究中的重點(diǎn)，同時(shí)發(fā)展雨水就地富集利用技術(shù)。在雨水就地利用理念的基礎(chǔ)上，微集水種植就是通過(guò)對(duì)農(nóng)田地表地形進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以此收集雨水。眾多學(xué)者均針對(duì)該方向進(jìn)行了相關(guān)研究，并得出一定的研究成果。如鄧浩亮等人在旱作區(qū)節(jié)水模式研究過(guò)程中將種植模式分為平作和壟作兩大類(lèi)，其中每大類(lèi)種植模式中又分為三種種植模式，分析上述模式在降雨條件下的土壤水熱狀況、水利用效率、耗水特性以及物候特征。岳桐葭等人首先對(duì)研究區(qū)域的降雨量數(shù)據(jù)展開(kāi)分析，結(jié)合GLIGEN模型和回歸分析方法對(duì)降雨量數(shù)據(jù)展開(kāi)處理，以此建立雨水收集系統(tǒng)的水文模型，分析不同節(jié)水模式下的徑流調(diào)控效應(yīng)。研究在上述研究方法的基礎(chǔ)上，模擬降水條件，開(kāi)展給水補(bǔ)灌旱作區(qū)節(jié)水模式研究。

1材料與方法

1.1模擬降雨裝置

研究設(shè)計(jì)的模擬降雨裝置由以下兩個(gè)部分構(gòu)成：

第一部分為供水裝置，該部分中包括備用儲(chǔ)水水箱、外界水管和潛水泵；

第二部分為降雨系統(tǒng)，主要由水箱和水箱支架組成，為了在模擬過(guò)程中提高降雨的真實(shí)性，將醫(yī)用針頭布置在水箱下部，模擬降雨條件，并在水箱側(cè)面設(shè)置余水排出管，其主要目的是保持水箱的基本水位，模擬降雨裝置結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

1.2降雨量確定

根據(jù)北方干旱區(qū)域的降雨時(shí)空分布特點(diǎn)以及降雨量特點(diǎn)確定試驗(yàn)周期內(nèi)的降雨量，劃分降雨量，分為以下三類(lèi)：

（1）大降雨量：440 mm；

（2）中降雨量：340 mm；

（3）小降雨量：230 mm。

研究設(shè)定的降雨方案見(jiàn)表1。

1.3設(shè)計(jì)方案

在試驗(yàn)中設(shè)置兩種種植方式：

（1）第一種為傳統(tǒng)平作種植模式；

（2）第二種為溝壟微集雨種植模式。

在試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)按照規(guī)劃好的尺寸分割試驗(yàn)田，獲得若干個(gè)小區(qū)域。將溝壟比例設(shè)置為一比一，隴上覆蓋塑料薄膜，塑料薄膜的寬度選取0.08 mm的，壟高為十五厘米，面積為2m×0.6 m，同時(shí)將2m的塑料膜埋在各小區(qū)邊緣，其目的是避免各小區(qū)之間滲透水分，具有水分隔離帶的作用。

1.4土壤水分含量

在土壤水分含量測(cè)定過(guò)程中，主要測(cè)定對(duì)象為0cm～200 cm的土層。文章在試驗(yàn)過(guò)程中引入烘干法對(duì)土壤中存在的水分展開(kāi)測(cè)定，開(kāi)始測(cè)定時(shí)間設(shè)定為降雨三天后，每隔兩天測(cè)定土壤水分含量。

在農(nóng)田水分平衡的基礎(chǔ)上模擬降雨條件下集雨補(bǔ)灌旱作區(qū)節(jié)水模式研究方法對(duì)水利用效率WUE展開(kāi)計(jì)算：

為了便于分析，下面將簡(jiǎn)化描述平作方式、平作全膜、平作半膜、壟作全膜和壟作半膜種植方式：

（1）平作方式一種植模式1；

（2）平作全膜一種植模式2；

（3）平作半膜一種植模式3；

（4）壟作全膜一種植模式4；

（5）壟作半膜一種植模式5。

在模擬降雨后，兩種土壤的儲(chǔ)水量均有所增加，按照從大到小的排序?yàn)椋耗Ｊ?gt;模式5gt;模式2gt;模式3gt;模式1，通過(guò)上述分析可知，在模式4條件下，可增加土壤中的儲(chǔ)水量。

2.2集雨效應(yīng)

不同降雨強(qiáng)度下粘壤土和沙壤土的集雨效果變

2結(jié)果與分析

2.1土壤水分

研究區(qū)域粘壤土和沙壤土在模擬降雨條件下的土壤儲(chǔ)水量變化情況見(jiàn)圖2。化情況見(jiàn)圖3。

由圖3（a）中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)降雨強(qiáng)度為12 mm、16 mm和20 mm時(shí)，土層中土壤含水量的變化較小，在13%～16%范圍內(nèi)波動(dòng)，當(dāng)降雨強(qiáng)度為4 mm和8 mm時(shí)，由于作物蒸騰作用和地表蒸發(fā)作用會(huì)蒸發(fā)一部分雨水，因此地膜和壟收集的雨水較少，無(wú)法完全的滲入到土壤中。通過(guò)上述分析可知，土壤含水量受土層深度的影響，隨著后者的加深，前者不斷減小。

分析圖3（b）可知，在沙壤土條件下，土層深度與土壤含水量之間呈反比關(guān)系，當(dāng)降雨強(qiáng)度為16 mm和20 mm時(shí)，沙壤土中的含水量變化較小。因此，種植模式4可以在粘壤土表層蓄積12 mm以上的降水，但土壤中的水分變化不明顯，表明沙土壤在模擬降雨條件下的集雨效果較差。

式中，s表示膜壟面的集水效率。

在上述分析的基礎(chǔ)上對(duì)試驗(yàn)區(qū)域的土壤含水量展開(kāi)研究。2021年平作區(qū)、壟中、膜側(cè)和溝中的土壤含水量變化情況見(jiàn)表2。

分析表2中的數(shù)據(jù)可知，平作種植區(qū)、微集水種植溝壟交界處和溝中的水分含量由于受到表土層蒸發(fā)和模擬降雨的影響，隨著時(shí)間的推移變化較為顯著。隨著時(shí)間的推移，集水壟下的水分由于種植溝的側(cè)滲作用不斷增加。

3結(jié)語(yǔ)

二十世紀(jì)九十年代中國(guó)提出了集水農(nóng)業(yè)理念，主要是通過(guò)提高降水利用效率和利用率，通過(guò)降水徑流調(diào)控實(shí)現(xiàn)雨水利用的一種技術(shù)，受到了專(zhuān)家和學(xué)者的廣泛關(guān)注，隨著集雨補(bǔ)灌技術(shù)的發(fā)展，在干旱地區(qū)積累了較多經(jīng)驗(yàn)，對(duì)增加農(nóng)業(yè)產(chǎn)量具有顯著作用。在此背景下，提出模擬降雨條件下集雨補(bǔ)灌旱作區(qū)節(jié)水模式研究。研究設(shè)計(jì)了模擬降雨裝置，根據(jù)北方干旱區(qū)域的降雨時(shí)空分布特點(diǎn)以及降雨量特點(diǎn)確定降雨量，并對(duì)比傳統(tǒng)平作種植模式與溝壟微集雨種植模式在不同模擬降雨條件下的土壤水分、集雨效應(yīng)和水分動(dòng)態(tài)變化，研究結(jié)果表明，微集水種植模式下的壟作全膜種植模式儲(chǔ)水能力最佳，優(yōu)于平作種植模式。因此，微集水種植模式下的壟作全膜種植模式表現(xiàn)出良好的性能。