半干旱地区降水的保蓄和高效利用

1、半干旱地区降水的保蓄和高效利用 年降水与潜在蒸散量的差值 ( mm ). (W.D. Kemper, A.D. Nicks, and A.T. Corey. 1994. Accumulation of water in soils under gravel and sand mulches. Soil Sci. Soc. Am. J. 58:56-63.) Kemper 等 (1994)在田间测定了表层覆盖沙子和石子、长米的土柱388天的蒸发损失、降水和水分积累。结果表明， 蒸发的减少量与土壤表面沙、石覆盖的厚度、颜色和颗粒大小有关。他们建立了用以预测这类覆盖对蒸发和土壤与地下水聚集影响的方程

2、。5厘米厚的砾石覆盖可起到蓄积80% - 85%年降水的作用。 (Soil Sci. Soc. Am. J. 58:56-63) Adams (1966) 在德克萨斯Temple 4%坡度的Austin clay土壤（土壤类型，质地粘）上做了一个小区面积40平米的3年的研究。小区内种植粒用高粱，土壤表面用秸秆（5厘米）或砾石（或5厘米）覆盖。径流明显减少，土壤流失基本消除。秸秆和砾石覆盖一个月或更长时间在控制蒸发方面效果大致相同。(John Adams. 1966. Influence of mulches on runoff, erosion, and soil moisture deple

3、tion. Soil Sci. Soc. Am. Proc. 30:110-114.) Adams (1965) 报道，所有砾石覆盖小区的平均产量为2225公斤/公顷，不覆盖小区的平均产量为3380公斤/公顷，差异达到1%统计显著水平。尽管砾石下面的温度处于硝化作用的最适范围，但有砾石覆盖小区的植株在整个生育期都表现明显缺氮。在光照高峰期，砾石覆盖表面的散射增加了69%。植株茎部周围的高温带可能影响了植株的生理功能。 (John Adams. 1965. Effect of mulches on soil temperature and grain sorghum development. A

4、gron. J. 57:471-474.)Photo from Don WilliamsPanhandle, TX area1936年首次开发的Noble blade（深松铲）的一种后期改进型sweep plow （中耕犁？）掩埋大约 20% 的土表秸秆残茬印度的稻草. 国家地理, 2009年6月德克萨斯Bushland粒用高粱播期多年品均体积土壤水含量 (Unger and Baumhardt, 1999). 土壤含水量，毫米1970年前平均102毫米1970年后平均173毫米年份 前面的几张幻灯片展示了在过去的几十年中，特别是自19世纪70年代中期广泛应用除草剂、少耕或免耕的应用变得非常普

5、及以来，播期土壤中储存的植物可利用的土壤水量显著增加。这使得种植在旱地条件下的作物产量大幅提高。 一个还不太被注意的研究领域是“操控” 或“管理”植物使其在生长期中对有限数量的水的利用获得尽可能高的水分效率。特别是干旱地区的粒用作物，由于其在敏感的灌浆期缺水，绝大多数年份的产量不高。 最普通的对策一直是降低密度，使得植株间的距离加大。这一措施常常导致植株产生大量消耗水分和养分而结实很少甚至不结实的分蘖。 在过去的几年中我们从事了作物“丛播”的研究，每丛种植3到4株，但群体密度与等距种植的保持一致。我们认为这样可以减少分蘖、增加相互遮避、降低风害，并可增加微气候湿度。农民的高粱地-德克萨斯 20

6、05旱地高粱丛, Bushland 2007农民的玉米地-科罗拉多 2007每丛3株与等距种植的3株对比丛中的植株相互遮避较多，可起更多挡风保护作用成丛的植株趋向于长得直立，植株可起到对灼热的阳光和风相互保护的作用单独的植株 趋向于向外生长，几乎每一片叶都完全暴露于阳光和风中。行距75厘米的等距种植 株距44厘米，密度12000株/公顷每丛3株、行距75厘米、丛距125厘米的玉米密度12000株/公顷每串5株的植株， 跳过了5个株距 密度12000株/公顷 另有一个行距150厘米的隔行种植处理 密度保持12000株/公顷，因此株距为22厘米。 总之，所有的4个处理密度都是12000株/公顷，但

7、株距相差很大。丛播 株距 8 cm 串播 株距 22 cm隔行 株距22 cm等距 株距 44 cm 在另一块覆盖较少的地块设置了相同的处理这块地完全无灌溉而前一块地灌溉了约100 mm 。 稀植的植株往往形成一到两个分蘖，这些分蘖消耗盐分和水分而对产量贡献很小甚至不形成产量行距75厘米、株距33厘米的旱地植株的分蘖， Bushland, 2007农民的高粱田-德克萨斯 2005 Terry McAlister 农场, Vernon, 德克萨斯 2005 旱地丛播高粱, Bushland 2007 我想用俄亥俄州立大学的Rattan Lal博士提出的“可持续性10定律”来结束我的发言。Lal博

8、士和我都是土壤科学进展的主编，我们刚开始筹划一本有关这些定律的书，每项定律用一章进行描述。定律 1 土壤退化的原因土壤退化的生物物理过程是由经济、社会和政治力量驱动的。退化威胁的大小取决于“怎样种”而不是“种什么” 。定律2 土壤管理与人类苦难当人们遭受贫困、绝望和饥饿时，他们把自己的苦难传递给土地。 定律3 养分、碳和水储蓄不可能从土壤中攫取比投入多而不导致其质量下降。定律4 临界原理以低投入耕种的贫瘠的土壤导致不高的产量、 维持最低生活 。有可循环物质时，循环好的策略。定律 5 有机养分与无机养分植物不会区分有机来源或无机来源的养分。定律6 土壤碳与温室效应开采煤炭对全球变暖的影响是相同的，无论它是来自土壤有机质的矿化、掠夺式生产还是烧化石燃料、消耗泥