黄土丘陵沟壑区地处黄土高原的晋西、陕北、宁南、陇中等地,面积35.85 万km~2,其中较为严重的水土流失面积为15.6 万km2,年输入黄河泥沙达14 亿t,占黄河泥沙量的80%。黄土丘陵沟壑区为大陆季风气候,降水量小,降水相对变率大,年内主要集中于6 月～9 月份且多暴雨,蒸发强烈,植被覆盖度低下,干旱、土壤贫瘠和水土流失是该区影响生态环境、农业生产及地方经济发展的重要限制因素。几十年的水土流失综合防治过程中,黄土丘陵沟壑区建设了大面积的基本农田,其中梯田380 万hm~2,占74%。但是由于该区降水往往与作物生长需水关键期错位,加之黄土粉沙粒含量高,保墒能力弱,土壤水分蒸发量大,即使是保水、保土、保肥的梯田都不能保证高产、稳产。为此,我们将水土保持、抗旱耕作、农艺保水、雨水集蓄补灌四大措施有机集成为梯田系统雨水集蓄优化利用技术体系,在分析区域降水特征、梯田系统可利用雨水资源量的基础上,将2 种耕作措施和5 种雨水集蓄补灌形式优化组合设计出10 种处理在晋西黄土丘陵沟壑区王家沟流域进行了田间小区试验。研究结果表明:(1)试验地多年平均降水量479.3mm,年际间相对变率为0.6%～57.8%,平均23.1%,表现出年际间降雨量的差异很大。月与月之间的相对变率为6.1%～186.7%,平均78.4%,月降雨量平均相对变率比年降雨量平均相对变率更大,反映了当地一年中各月降雨量十分悬殊的特点。降水的年际和年内分配不均,使得该区在平水年、甚至丰水年都可能发生春旱、伏旱等旱灾或夏秋的涝灾。(2)王家沟流域梯田周边的道路、坡耕地和疏林地3 种地类为较理想的集流场地,年集流量可达5.07 万m3,按可利用率70%计算,梯田系统可利用雨水资源量为3.55 万m~3。王家沟流域梯田田面5 月～10 月份可集流352.2mm,若梯田田面的1/9 用于集流,现有230.8hm2 梯田可集流10.16 万m~3。(3)梯田地采用集流补灌措施能提高天然降水的利用率,明显改善梯田地土壤水分状况,有效抵御旱灾。7 月份严重干旱时,2001 年、2002 年垄作覆膜处理0cm～40cm 土层土壤含水量分别为8.23%、7.77%,丰产沟覆膜处理为8.67%、8.66%,而常规种植处理仅6.12%、7.31%,补灌处理的土壤含水量明显高于常规种植处理,显示出较强的抗旱性。就整个玉米生育期来看,常规种植的土壤水分变化剧烈,其次为起垄覆膜处理,丰产沟覆膜处理较缓和,蓄水保墒作用最好。(4)二因素试验方差分析显示,耕作方式间、补灌形式间以及耕作方式与补灌形式交互作用都存在显著差异,对作物产量有很大影响。垄作覆膜和丰产沟覆膜处理产量均显著高于常规种植处理,其中垄作覆膜1∶7 补灌种植模式为最好,1∶5 补灌模式最差。丰产沟覆膜周边补灌种植模式为最优,1∶5 补灌模式最次。丰产沟覆膜模式普遍优于垄作覆膜模式。