玉米垄作沟灌对农田小气候的影响.doc

1玉米垄作沟灌对农田小气候的影响摘要：玉米垄作沟灌是克服了传统平作栽培的一些不利因素基础上发展起来的一种栽培方式，其对农田小气候的改善起到了积极的作用，本文对农田小气候观测指标及一些常用仪器进行了论述，并探讨了周年覆膜条件下垄作沟灌对土壤含水量，土壤水利用效率及地温等农田小气候的影响。关键词：农田小气候；垄作；观测指标；观测仪器农田小气候，是农田贴地层、土层与作物群体间的物理过程和生物过程相互作用所形成的小范围气候环境。常以农田贴地气层中的辐射、空气温度和湿度、风、二氧化碳以及土壤温度和湿度等农业气象要素的量值表示。是影响农作物生长发育和产量形成的重要环境条件1。垄作栽培是在克服了传统平作栽培一些不利因素的基础上发展起来的一种栽培方式，土地表面由平面型变为波浪型，增加了土地表面积和受光面积，改善了通风透光条件，光能利用率可提高 10%以上，垄作栽培改变了灌溉方式，由传统的大水漫灌改为垄沟内小水渗灌，比平作栽培节水 30%-40%提高了水分利用率和效率，有利于实现大田制种玉米的节水。而且小水渗灌消除了土壤板结增加了土壤的通气性 改善了土壤的光、热、水条件和微生物活动环境，是一项适合平川灌区制种玉米的节水栽培技术。玉米垄作沟灌是使水在玉米行间的水平灌水沟内流动，靠重力和毛管做用，湿润土壤的一种灌溉技术。沟灌较大水漫灌对土壤的团粒结构破坏轻，灌水后表土疏松，这对质地黏重的土壤更为重要，可避免板结和减少棵间蒸发量。灌水垄沟深1822厘米3。垄作沟灌比平作覆膜节水效果显著，大田漫灌改为垄作沟灌，节约了灌溉用水，节水率达到52.2%，玉米拔节水比大水漫灌节水41.4%。由于垄作沟灌扩大了土壤受光表面积,增强了光热效应,从而提高了土壤温度,增加了有效积温。边际效应明显，达到了促苗早发,霜前成熟4。观测的一般原则玉米农田小气候的必须根据研究的目的和对象来制订观测方案,以便用较少的人力、物力取得最好的效果。因此,首先应该抓住作物生育的关键期和影响作物正常生育的主要气象要素进行观测。第二、要合理选择测点。要求测点具有自身的小气候独立性,使其不受附近不同下垫面的影响。可在农田外设一对照点,以便进行对比。第三、在观测农田小气候的同时,必须进行物候观测。第四、尽量不破坏植被的自然状况。1、观测项目影响农作物生育的主要气象因子是温度、湿度、光照和风等。人们对温、湿度的观测比较重视,但光照、风速的观测往往被忽略。随着现代农业技术和产贫水平的不断提高以及人们对光能利用与作物产量关系的深入研究,逐步认识到产量形成不仅与温、湿度条件有关,而且与农田中的光照条件和风速（即二氧化碳的输送）密切相关。因此,在当前的农田小气候观测项目中必须考虑到它们。2、测点的选择农田中的测点可分为基本测点和流动测点。基本点要求能反映该农田的小气候特点,因此应尽量设田块中央,其观测项目应较完备。辅助测点是为弥补基本测点资料不足而设,它可以是流动的,也可以固定的。流动观测可采取往返一次取其平均的办法,但往返时间应尽量缩短,且在气象要素变化的转折时间不宜作流动观测。至于对照点的选择,则主要从观测方便考虑,可在农田附近设置。3、 观测高度观测高度通常根据作物的生长状况、气象要素特点和研究目的而定。空气温、湿度的观测,一般取20cm,2/3株高和150cm三个高度。20cm高度处的观测数据能代表贴地层的情况。2/3株高处为作物 主要器官所在的部位,气象要素在此高度上变化较大。150cm高度的观测是为了与气象站资料进行对比而设的。对高杆作物,可适当增加一些高度。在苗期,仪器可安在离地面5一10cm高度上土温一般取 0、5、10、15、20cm五个深度,水温可取水面和水、泥交界面两个部位,泥温观测深度与土温一样,在生长盛期可增加40cm。对于玉米而言,为减少人为影响,需在每个高度水平面七观测数次并取其平均值。风速观测高度设置与光照观测一样,但不必往返观测。为消除风速的阵性所引起的误差,最好用几个风速表同时观测,或用两个仪器分别在农田内、外进行同步观测。4、 观测时间农田小气候的观测时间,须根据试验目的、作物生长情况、天气条件、气象要素变化特点等因素来确定,农田小气候观测无须像气象台站那样逐日观测,一般只要选各种天气型 （晴、昙、阴）各观测若干天就行了。每天观测的次数和时 间可参照 以下原则确定观测记录要能反映气象要素的日变化并能取得平均值和极值。对温、湿、风的常规观测,尽量与气象台站观测时间一致,再作若干天的昼夜观测 （如每隔 2-3小时一次）。夜间,气象要素变化平缓,可适当减少观测次数。光照、总辐射、反射率观测则在日间正点（地方时,包括正午和 日出、日落时刻）进行,夜间只观测辐射平衡5。观测仪器农业小气候仪器，主要包括五个方面：即测量辐射和光的仪器、测温仪器、测湿仪器、气体分析仪器以及风速测定仪器。本文也涉及到一些与农业小气候观测有关的其它仪器和设备。1、辐（射）照度和光照度仪器2型短波总辐射表2 型短波总辐射表（简称总辐射表）是用于短波总辐射观测的仪器，也可用于地面短波反射辐射的观测。该仪器配以万向吊架，可做为携带式农业小气候观测仪器使用。该仪器用于测量水平面上的短波总辐射和下垫面上的短波反射辐射。光量子仪 光量子仪用于与植物生长环境有关的农业小气候测量，尤其在光合作用环境测量时。它所测定的是光合有效辐射范围内的光量子通量密度(微摩尔/秒米2)，也是光合有效辐射的一种表示方法。照度计照度计是用于测定光照度(勒克斯)的仪器。 它是以人眼对光的明亮感觉为基础设计的仪器。它的单位是一种相对单位，不具有能量意义。5型净全辐射表5型净全辐射表是测量波长300-30000纳米的太阳、 大气和下垫面之间的辐射差额值（下垫面净辐射）的仪器，它是农业小气候观测中的重要仪器之一。2、 温度观测仪器干球温度表干球温度表主要是用于测定空气温度的，也可直接用于测量其它介质温度，它是最常用的测温仪器。干球温度表是水银套管式温度表。将水银装入玻璃毛细管内，利用水银的体积热胀冷缩的特性测量温度。湿球温度表湿球温度表可以和干球温度表组成干湿球温度表，用于测定空气湿度；它也可以独立地表示出一定空气温度和风速下，流经潮湿物体表面空气所能达到的温度。最高温度表最高温度表可用于观测某段时间间隔内所出现过的最高温度。最低温度表最低温度表可用于测定某段时间间隔内所出现过的最低温度。插入式温度表插入式温度表主要是用于野外流动观测土壤上层温度或其它介质内（如粮袋、堆肥堆中）温度。型数字温度表 型数字温度表为便携式手持数字温度表，由于使用了伏迭成电池供电，携带和使用都很方便。3、空气湿度、2浓度和氧浓度观测仪器3型电动通风干湿表3型电动通风干湿表是用于测定空气温度和湿度的。通风干湿表是根据干湿球测湿的原理制成的。根据干球温度、干湿球温度差值和风速、气压等参数，利用有关公式（道尔顿蒸发定律、牛顿公式等），便可计算出当时的空气湿度。型湿度测定仪型湿度测定仪是用高分子膜式湿敏电容元件制成的湿度传感器，配有电源及数字显示系统，用于空气相对湿度的测量，具有测量范围宽、线性好、精度高、响应时间短、使用寿命长、长期使用不需清洗、互换性好等特点，可以在一般农业小气候观测中使用。型红外2分析仪红外气体分析仪是利用2 气体对红外线具有选择性吸收的原理制成的。利用感光元件上的能量衰减， 建立了空气中二氧化碳浓度与光电讯号强度的关系。型测氧仪型便携式测氧仪可用于测量空气中的氧浓度和水体中的溶氧量。4、 风速观测仪器3型数字风速表 3型风速表是一种三杯风速表用于观测水平风速。由于转杯的起动风速较大，所以一般在田间、室外观测使用。其原理是风力推动垂直于水平面的圆形杯口带动铅直轴转动，由于单位时间内该轴转动的圈数与风速有关，可由转数的多少，测定风速。球式微风速计热球式微风速计在农业小气候观测中使用，对测定风速小于的微风较为适宜。在农业小气候系统中观测固定的通风速度尤其适用。5、 农业小气候自动综合观测仪器目前我国还没有定型的、适合于农业小气候观测的自动观测仪器生产，大多数情况下，都是使用单位自行组装16。为了方便使用者自行组装或便于厂家组装生产农业小气候自动综合观测仪器，需要有统一标准的传感器和数据采集处理系统6。垄作沟灌对农田小气候的影响本文主要讨论在周年覆膜条件下垄作沟灌对温度的影响对农田小气候进行分析，可利用小气候观测仪测定农田生态系统中同一环境下垫面的温度、湿度5。1、 垄沟周年覆膜栽培对土壤含水量的影响据对各栽培方式玉米出苗期土壤含水量测定分析(表1) , 垄沟周年覆膜栽培0 10 cm 土层平均含水量15. 85% , 较常规起垄覆膜栽培(ck) 13. 59% , 同层提高2. 26 个百分点; 10 20 cm 土层平均15. 02% ,较常规起垄覆膜栽培(ck) 14. 03% , 同层提高0. 99个百分点; 20 40 cm 土层平均15. 55% , 较常规起垄覆膜栽培(ck) 14. 97% , 同层提高0. 58 个百分点;40 60 cm 土层平均15. 98% , 较常规起垄覆膜栽培(ck) 15. 54% , 同层提高0. 44 个百分点。垄沟覆膜栽培, 0 10 cm、 10 20 cm、 20 40 cm、 40 60 cm 土层含水量分别为 15. 22%、 14. 25%、15. 12%、 15.49% , 较常规起垄覆膜栽培(ck)同层分别提高1. 63、0. 22、 0. 15、 - 0. 05 个百分点, 尽管不同程度优于常规起垄覆膜栽培(ck) , 但与垄沟周年覆膜栽培比较,又明显处于劣势。 结果表明, 垄沟周年覆膜栽培具有较好的集雨增墒和保墒效能, 使土壤含水量显著提高11。表一另据对垄沟周年覆膜栽培较常规起垄覆膜栽培(ck)土层含水量提高幅度分析, 010cm 土层提高2. 26 个百分点, 土壤含水量提高幅度最大, 1020cm 土层提高0. 99 个百分点次之, 20 40cm 土层提高0. 58 个百分点, 4060cm 土层提高0. 44 个百分点, 土壤含水量提高幅度最小。说明垄沟周年覆膜栽培除有较好的保墒效应外, 还有一定的提墒效果12。2、 垄沟周年覆膜栽培对水分利用效率的影响水分利用效率是指每公顷农田消耗1 mm 水分所生产的经济产量数。 在玉米生产中, 水分利用效率可以玉米耗水系数的倒数作为判断指标。玉米耗水系数指每公顷农田生产1 kg 经济产量所消耗的水分毫米数, 可表示为: R = F/G。式中, R 为玉米耗水系数(mm/kg),G为玉米经济产量(kg/h),F为玉米全生育期的农田耗水量(mm)。农田耗水量F由玉米全生育期的降水量P、径流量L、 玉米播前2 m土层贮水量W1、收获后2 m 土层贮水量W2 确定,F = P - L + W1- W2。经试验表明玉米垄沟周年覆膜栽培对水分利用效率具有显著的影响。3、 垄沟周年覆膜栽培对地温的影响据对各栽培方式玉米出苗期(4月25日5月4日)5cm、10cm、 15cm、20cm深度土层地温逐日(每天上午9时测定1次)测定,各栽培方式土层地温有较大差异。资料表明,垄沟周年覆膜栽培能显著提高地温,具有较好的保温效能,在保证了玉米正常生长对地温的需求条件下,提前了抽雄期,拉长了花粒期的时限,为争取粒多、 粒重,达到丰产,创造了良好条件。参考文献1地方气候、小气候与应用气候J.中国地理与资源文摘 2000，（02）2华和春.垄作节水栽培技术对制种玉米的影响研究J.中国种业，2009,（04）：43-443山东农业信息.2005，（05）4韩文丽.长城塬灌区玉米垄作沟灌试验与示范J.宁夏农林科技，2009,(04):33-345沈觉成、高家表、陈万隆.农田小气候观测方法J.6黄寿波.农田小气候学M.浙江大学出版社.7李志军, 赵爱萍, 丁晖兵, 李科, 简毓峰.旱地玉米垄沟周年覆膜栽培增产效应研究J.干旱地区农业研究,2006，（24）：12-178Hai-Jun Liu, Yaohu Kang.Regulating Field Microclimate using Sprinkler Misting under Hot-dry Windy ConditionsJ.Biosystems Engineering,95,3,2006,349-3589Wang Fahong, Wang Xuqing, Ken Sayre .Comparison of conventional, flood irrigated, flat planting with furrow irrigated, raised bed planting for winter wheat in ChinaJ,Field Crops Research,87,1,15 April 2004,35-42 10Wang Xing-cui and Ke-chang. 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