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1第五章旱地农业蓄水保墒工程技术第一节旱农地区水资源特点和土壤蓄水保墒机制一、旱农地区水资源特点中国旱农地区水资源的基本特点是：降水有限，水资源数量少，作物水分亏缺量大；降水季节分配不均，春旱十分突出。且降水年变率和季变率大，旱灾频率高；降水强度大．洪涝威胁，水土流失严重；蒸发量大，蓄水保墒难；地形破碎，水低田高，用水难度大。但由于旱农地区面积大，水资源时空分布不均，差异大，因此旱农区内不同地区，不同地块上述特点的程度不同，应采用的措施也不尽相同。(一)降水有限，水资源数量少，作物水分亏缺量较大半干旱偏旱区多年平均降水量在250一350mm之间，80％保证率的年降水量为200一250mm。地上和地下水贫乏，每亩耕地和草地每年只有10m3左右水资源，仅为全国亩均水量(1753m3)的0.06%，作物平均亏缺100一130mm的水分。半干旱区多年平均降水量为350一450mm，80％保证率的年降水量为250一400mm。地上、地下水资源分布极不均匀．少的每年每亩平均仅为33.2m3，仅占全国亩均水量的1.9％；多的每年每亩平均为139.2m3：也只占全国亩均水量的7.9％。作物平均亏缺多的达60mm，较好的情况可略盈20mm，但不稳定。半湿润偏旱区多年平均降水量为450一600mm，80％保证率的年降水量为400—500mm。黄河、海河和辽河流经本区，水资源较前两区丰富，但亩均水量也只有188—280m3，是全国亩均水量的11％一16％。(二)降水季节分配不均，春旱突出；降水年变化率、季变化率大，旱灾频繁中国绝大部分旱农地区内降水量集中在夏秋季，6—8月或7—9月3个月内的降水量占全年降水的50％一70％，而春、冬两季6个月内仅占10％一20％。从而造成春旱突出，一般春旱频率达70％，严重的达90％以上。另外，降水年变率和季变率大，一般来说，降水变率出东北至西北逐渐加大，如东北地区一般为15％一20％，华北地区为25％以上，西北内陆地区最大，可达30％一40％。各地最多与最少的年降水量的差异一般为2—3倍(如榆林地区，年降水量最多曾达578mm，最少则仅为192.2mm，相差3倍)，也有更大的，如呼和浩特，1959年降水量为929mm，而1966年仅为155.1mm，相差6倍之多。由于夏季季风的影响，不仅年降水变率大．也使季变率大。如榆林地区，7月平均降水为96.6mm，但最多年曾达213.6mm，而最少年仅为l9.2mm．相差达10倍以上。由于年变率和季变率大，干旱必然频繁，因而有“十年九旱”、“三年两头旱”等说法。(三)降水强度大，水土流失严重旱农地区多暴雨，如黄土高原16个县市20一28年内共发生1710场暴雨，年暴雨次数少则1.32次，多达6.10次，最多年甚至达l2次。暴雨多集中在6—8月。单场暴雨持续历时在3小时以内的占70％一80％，历时1小时以内的暴雨强度大，出现的机会也多，是黄土高原水土流失主要降雨类型。暴雨造成黄土高原水土流失的面积高达81.4％～93.4％．其中强度流失面积占40%以上，土壤侵蚀模数达4000一10000t／km2：“三跑田”比比皆是。暴雨还引起严重的洪涝灾害。(四)土壤水分蒸发量大，蓄水保墒艰难我国旱农地区冬春季节，盛行干燥寒冷的西北风，因而土壤水分剧烈蒸发，蒸发量常成倍地大于降水量，致使春季平均相对湿度偏低。春季土壤大量失墒，影响春播作物发芽，甚至在半湿润偏早地区，春季土壤耕层水分也常常难以保证全苗。2（五）地形破碎，田高水低，有水难用我国早农地区除部分是平整的川地和低塬外，多为丘陵沟壑地区，占旱农面积较大的黄土高原，高平原既少又高，河床深切，水面低下，高低相差几十米，甚至几百米，有水难利用。另外，有许多地区地下水埋藏很深，常达一、二百米，打深井提水灌溉也很困难。一些墚峁纵横的丘陵沟壑区，更不利于灌溉。从上述各点看到我国旱农地区的水资源在数量上不足、不稳，而且利用难度大。因此，如何充分地利用全部的天然降水将其蓄于土壤中，以供作物生长发育之需，成为发展旱农生产、提高作物产量的重要课题。二、早农地区全年土壤墒情季节性变化概况我国旱农地区主要是雨养农业，作物需水依靠天然降水，但天然降水的数量和季节与作物生长的需要常常不相协调，因而严重地影响作物的产量。为了搞好旱地农田的蓄水保墒工作，提高降水的生产效率，给旱地作物创造良好的生长发育的土壤环境条件，就需要了解旱农地区土壤水分季节性变化规律。土壤水分季节性变化除了受气候上雨量分布的影响外．还受气温、地形、植被、土壤性质和耕作措施的影响，因而农田土壤水分的季节变化有与雨量分布不一致之处，如在冬季严寒、高纬皮地区，春季融冻返浆，几乎是一年小土壤最湿的时期，但在气候上春季却是旱季。我国北方早农地区土壤水分季节变化一般可分为：墒情相对稳定期或称冻结期，失墒期及墒情恢复期等几个主要时期，但因地理位置、土壤性质等因素，各地有所差异。一般说土壤墒情恢复期和失墒期由于各地雨季和暖季来临时间不同，自北而南，逐渐提早；冻结期或墒情稳定期也相应缩短。下面介绍我国北方主要旱农地区农田土壤水分季节变化规律，以便因地制宜地进行土壤耕作。(一)东北黑土地区黑土地区年降水量为450一550mm，夏季温暖多雨，有利于作物生长，冬季严寒少雪，土壤冻结时间长，冻土层厚达1.5—2.0m，甚至更厚；地下水位深，一殷在20一30m甚至100m以下。所以水分主要来自降水，水分的循环也主要在大气与土壤之间进行。土壤水分季节变化可分4个主要时期：1．春季融冻高湿期从3月下旬到5月末。气候上是干旱时期，但土壤由于融冻而处于湿润返浆阶段，含水量达25％一30％，甚至更高。这一时期，土壤含水量的高低．持续时间的长短及是否出现旱象主要取决于前——年土壤合水量的多寡及是否进行顶凌耙地等保墒措施。保墒措施不及时会影响春播，2．夏季失墒期6一8月。尽管进人雨季，降水增加，但出于作物旺盛生长．蒸腾强烈，土壤水分人不敷出，贮水下降，达到一年内的最低水平。上层40m土层可降至调萎湿度(15％一19％)，但深层处仍处于融冻——毛管湿润状态。3．秋季聚水墒情恢复期9一l0月。作物成熟，开始枯萎收获．耗水量大大降低、又由于气温下降，蒸发量减少，因而土壤水分可得到聚集、墒请可以恢复到田间持水量上下水平，土壤又出现高湿期，含水量达25％一30％或更高。这时期及时采取适当措施，保蓄好这些土壤水分，对下年春播保苗有重要意义。4．冬季土壤水分冻结期从11月到次年3月。土壤水分基本处于冻结状态，由于土层出现上冷下暖的温差，使下层土壤水分向表层移动积聚，因而融冻后土壤贮水量较冻结前有所增加，在1m土层中约可增加15一l9mm(见表5—1)．这些水分有利于第—年的春播。3(二)华北褐土地区褐土地区地下水位较深，作物难以利用。褐土主要分布在燕山、太行山、吕梁山与秦岭等山地及关中、晋南、豫西等山麓及盆地之中。以其县为例，常年平均降水621.7mm，而蒸发量高达2020.5mm，是半湿润偏旱地区。土壤水分季节变化可分6个时期：1、初春土壤“返浆”黑墒期褐土区冻土层浅，一般不超过50cm，2月上旬开始化冻．到3月初完全化通，土壤墒情达到高峰，即“黑墒”期。这阶段是春季保墒最有利的时机．一股为10天左右。2、春季强烈失墒期2月中旬到5月上旬，返浆过去，气温升高，地表蒸发加强、出现干土层．土壤水分由黑墒进入黄墒阶段。这时由毛管运来的水分已不能达到地表，而在于土层以下就汽化，通过于土层散失。此时宜进行耱地碎土，减少土壤大孔隙，以降低土壤水分的气态损失：3、初夏严重缺墒期5月下旬到6月中旬。继春季失墒后，旱情继续发展，干土层逐渐加厚，直至0一40cm或0一50cm底层的有效水分完全丧失，土壤严重缺墒，可使小麦青干枯死、夏播作物不能播种．甚至形成“卡脖旱”：能否顺利渡过此时期，关键在于前期蓄水保墒及当年雨季来临的迟早。4．雨季底墒蓄积期6月下旬到9月上旬，是全年降水最多的时期。此时止值秋作物生长盛期。此时期的中心任务是利用雨季多蓄水，蓄足水．尽量把降水蓄存于土壤之中．以供冬春旱季利用。5、秋季快速蒸发失墒期9月中旬到l0月中旬，此时是秋季作物生长末期及冬小麦的播种时期。雨季已过，降水减少，但气温尚高，所以土壤失水仍较强烈。6．冬季凝集冻结期11月下旬到次年2月中旬。此时冬小麦矮小，叶面蒸腾少．但裸露的地面蒸发未停止。土壤中的下层水分，以气态向上扩散，受地面低温的影响而凝集于上层，使上层土壤含水量增大，形成较厚的陈土层，墒差的地块，冻结得较慢，也较迟缓，干土石冻结。（三）西北黄土地区西北黄上地区多属半干旱或半湿润偏旱地区，大致是呼和浩特至兰州一线以西以北属半干旱气候，年降水量在400mm以下；此线以东以南届半湿润偏旱气候．年降水量为400一600mm，全年蒸发量在1200一1800mm。我国黄土地区范围很广，自阴山山脉以南、秦岭以北，太行山以西，日月山以东均有大面积的黄土分布。雨量与温度大体上自北而南，由西向东逐渐增加和升高。降雨主要集中在夏秋季节，占全年降水总量的70％一80％以上。土壤水分季节变化基本上与降水季节分布一致，可分4个时期：41、融冻春旱失墒期2月中旬至6月中旬。冻土层深度在区内的北部及西部为50～60㎝．东部和南部不过l0一20cm。黄土透水性较好．土壤湿度在冬前巳降至田间持水量以下，所以剖面上冬季水分再分配现象不十分明显，但春季解冻后土壤退潮现象仍有，只是因大气干燥、温度回升快、风大雨少．由融冻水分而潮湿的地表，很快就出现干土层，另外，融冻后冬麦很快进入旺盛生长期，耗水量急剧增加，虽有少量雨水，但失多于入，因而干土层不断加厚。此阶段进行耕作保墒很重要。此时期末(5月底，6月上旬)正值越冬作物收获期，一般土壤贮水量出现年内最低值。而春播作物的农田上土壤水分往往稍高于越冬作物收获后的农田，2夏秋雨季增墒期6月中旬到10月上旬，此时期为雨季，土壤水分开始恢复与积累，随着雨水下渗，墒层逐渐加厚，到此时期末期整层土壤贮水量达到年内最高慎。上层蓄水的多少．入渗的深度与当年降水量多少密切相关．也与地形地貌、土壤性质及耕作保墒措施有密切关系。这—时期是黄土地区蓄墒的重要阶段。3．秋冬缓慢失墒期lo月上旬到11月下旬。此时期地面温度还高于0℃．加上雨季后土壤含水量较高，天气多风，因而土壤水分仍有少量损失，平均净损失量可达20一30mm。应尽可能保好这些冬前墒情，以防春旱。4．冬季冻结稳墒期12月至2月上旬。气候特点是干旱，气温—般均在0℃以下，降水很少；土壤封冻后，随着冻层的加厚凝聚着一定量的固态水，土壤表层有厚薄不等的干土层，整层土壤水分呈稳定状态。在此时期应尽量减少土壤表面大孔隙反裂隙，以减少这部分土壤水分的损失。黄土地区土壤水分季节变化．一般均有上述4个时期，但由于各地气候不同，土壤性质各异．因而各时期出现的早晚和时间的长短很不一致。(四)内蒙古东部栗钙土地区栗钙土主要分布在内蒙古高原的东部相南部．鄂尔多斯高原东部，呼伦贝尔高原西部及大兴安岭东南麓的丘陵平原地区。根据内蒙古农业科学院作物所栗仲兴等在兴安盟乌兰浩持(科尔沁右前旗)早坡耕地上的观测；年平均降水足416．9mm(1951—1985年)，雨量集中于6—8月，占全年降水量的74.4％，年平均蒸发量为1800mm，属半干旱气候。根据1984一l956三年来的观测，该地区土壤水分季节变化基本趋势是两谷两峰型，其土壤水分季节变化可分为5个时期：1．春末夏初跑墒期3月中旬至6月上旬。春季气温逐渐升高．土壤自上向下解冻，但由于风大风多，土壤水分蒸发强烈，此时期土壤贮水量最低，—舷低于植物生长阻滞含水量．形成第一谷。2．夏秋蓄墒期6月中旬至7月中旬和8月中旬至9月下旬。夏秋雨季来临．降水量增加．土壤水分不断得到补充，在6月中旬至7月中旬出现第一次高峰。秋初(8月中旬至9月下旬)，降水虽有减少，但气温逐渐降低，土壤蒸发和作物蒸腾也降低，土壤贮水量出现第二次高峰。这一时期是土壤水得到补充的主要时期，是年内土壤贮水量最大的时期，一般达到田间持水量水平。3.夏伏低贮量时期7月下旬至8月上旬。夏季