模擬降雨條件下集雨補灌旱作區(qū)節(jié)水模式研究

關鍵詞：模擬降雨；微集水種植模式；集雨補灌；節(jié)水模式；集雨效應

中圖分類號：X318 文獻標志碼：A

前言

補灌技術、儲水技術和集水技術是集水農(nóng)業(yè)研究中的重點，同時發(fā)展雨水就地富集利用技術。在雨水就地利用理念的基礎上，微集水種植就是通過對農(nóng)田地表地形進行適當調(diào)整，以此收集雨水。眾多學者均針對該方向進行了相關研究，并得出一定的研究成果。如鄧浩亮等人在旱作區(qū)節(jié)水模式研究過程中將種植模式分為平作和壟作兩大類，其中每大類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。岳桐葭等人首先對研究區(qū)域的降雨量數(shù)據(jù)展開分析，結(jié)合GLIGEN模型和回歸分析方法對降雨量數(shù)據(jù)展開處理，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。研究在上述研究方法的基礎上，模擬降水條件，開展給水補灌旱作區(qū)節(jié)水模式研究。

1材料與方法

1.1模擬降雨裝置

研究設計的模擬降雨裝置由以下兩個部分構成：

第一部分為供水裝置，該部分中包括備用儲水水箱、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，為了在模擬過程中提高降雨的真實性，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)構圖見圖1。

1.2降雨量確定

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

（1）大降雨量：440 mm；

（2）中降雨量：340 mm；

（3）小降雨量：230 mm。

研究設定的降雨方案見表1。

1.3設計方案

在試驗中設置兩種種植方式：

（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。

在試驗區(qū)域內(nèi)按照規(guī)劃好的尺寸分割試驗田，獲得若干個小區(qū)域。將溝壟比例設置為一比一，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

在土壤水分含量測定過程中，主要測定對象為0cm～200 cm的土層。文章在試驗過程中引入烘干法對土壤中存在的水分展開測定，開始測定時間設定為降雨三天后，每隔兩天測定土壤水分含量。

在農(nóng)田水分平衡的基礎上模擬降雨條件下集雨補灌旱作區(qū)節(jié)水模式研究方法對水利用效率WUE展開計算：

為了便于分析，下面將簡化描述平作方式、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，兩種土壤的儲水量均有所增加，按照從大到小的排序為：模式4gt;模式5gt;模式2gt;模式3gt;模式1，通過上述分析可知，在模式4條件下，可增加土壤中的儲水量。

2.2集雨效應

不同降雨強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水量變化情況見圖2?；闆r見圖3。

由圖3（a）中數(shù)據(jù)可知，當降雨強度為12 mm、16 mm和20 mm時，土層中土壤含水量的變化較小，在13%～16%范圍內(nèi)波動，當降雨強度為4 mm和8 mm時，由于作物蒸騰作用和地表蒸發(fā)作用會蒸發(fā)一部分雨水，因此地膜和壟收集的雨水較少，無法完全的滲入到土壤中。通過上述分析可知，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系，當降雨強度為16 mm和20 mm時，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。

在上述分析的基礎上對試驗區(qū)域的土壤含水量展開研究。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，隨著時間的推移變化較為顯著。隨著時間的推移，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

二十世紀九十年代中國提出了集水農(nóng)業(yè)理念，主要是通過提高降水利用效率和利用率，通過降水徑流調(diào)控實現(xiàn)雨水利用的一種技術，受到了專家和學者的廣泛關注，隨著集雨補灌技術的發(fā)展，在干旱地區(qū)積累了較多經(jīng)驗，對增加農(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灌旱作區(qū)節(jié)水模式研究。研究設計了模擬降雨裝置，根據(jù)北方干旱區(qū)域的降雨時空分布特點以及降雨量特點確定降雨量，并對比傳統(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、集雨效應和水分動態(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。