河北省是我国缺水最严重的省份之一,水资源短缺严重制约着国民经济发展。河北省又是我国粮棉生产基地,水资源紧缺加剧各部门用水矛盾,农业灌溉用水受到挤占,粮食生产受到冲击。这给传统灌溉提出了新的挑战,即不但要获得灌溉面积上的最大产量,而且要获得最大的经济效益。实施非充分灌溉是农业获得最大经济效益的有效方法,可以节约灌溉水量,提高灌水利用效率,达到作物高产条件下的高效用水。 结合国家粮食丰产科技工程河北省项目的子项目《河北省冬小麦—夏玉米高效用水技术研究》,针对夏玉米秸秆覆盖条件下的水热传输机理、水分产量关系和高效用水技术,进行了田间试验研究。田间试验采用组合设计,设秸秆覆盖量和灌溉次数两个因素,秸秆覆盖量设覆盖150%、覆盖100%、覆盖50%和不覆盖4个水平;灌水次数设灌一次和不灌水两个水平。对试验结果进行趋势线分析和方差分析,结果表明:覆盖量的大小和灌水次数与夏玉米产量及构成要素有密切相关,覆盖量越大,玉米产量越高,覆盖150%处理的亩产量达693.22kg,比不覆盖对照增产33.36%。同时分析水分利用效率发现,覆盖可以明显提高水分利用效率,覆盖150%的试验处理水分利用效率达2.97kg/m~3,比不覆盖处理提高45.58%。 根据土壤水动力学和非充分灌溉理论中水热运移理论,建立了秸秆覆盖条件下SPAC系统中夏玉米冠层温度模型、根系吸水模型、土壤水热运移模型,通过试验确定模型中的部分参数,采用有限差分法对模型进行离散,借助于MATLAB、CURXPT软件求解模型,并用试验数据进行验证。模拟结果表明:玉米生长期间主要利用0～80cm土层内的土壤水量,热量吸收利用则集中于0～15cm土层。该模型较好地反映了不同秸秆覆盖量和灌水次数夏玉米生育期冠层温度和田间水热运移的变化规律,与试验数据吻合较好。最后研究了秸秆覆盖条件下夏玉米的腾发量,提出了适用于河北省夏玉米秸秆覆盖的高效用水技术。研究结果表明:秸秆覆盖条件下夏玉米节水和增产效果明显,并为节水条件下的作物高产提供了理论根据。 秸秆覆盖条件下夏玉米水热传输和高效用水试验研究,不仅揭示了秸秆覆盖条件下水分和热量的运移规律,而且分析了覆盖量与玉米产量及构成因素的关系,为建立夏玉米高产高效用水的技术体系奠定了理论基础,对河北省提高粮食产量、缓解水资源紧张具有较大的应用价值。