半干旱风沙区周年聚水保墒方法
阅读说明：本技术 半干旱风沙区周年聚水保墒方法 (Method for year-round water accumulation and soil moisture preservation in semiarid windy sand area ) 是由 胡琦 潘学标 潘志华 郑诗然 邢梦媛 王靖 于 2021-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明涉及半干旱风沙区周年聚水保墒方法,采取“起宽垄,深沟植,来年垄沟互换”的方式实现旱作农业的水分高效利用。即第一年在垄沟内种植作物,垄面用于集雨,而在作物收获后,或者在再次种植作物之前,将垄沟与垄面的位置互换,原垄面变为垄沟,原垄沟变为垄面,则原垄面处收集的雨水则可高效的为作物的生长提供所需水分。采用半干旱风沙区周年聚水保墒方法后,在很大程度上提高了种植区的土壤水分含量以及降水利用效率,并且提高了作物的叶面积指数和单株干物重。(The invention relates to a method for year-round water accumulation and soil moisture conservation in semiarid windy and sandy areas, which realizes the high-efficiency utilization of water in dry farming by adopting a mode of 'wide ridge forming, deep groove planting and ridge-groove interchange in the next year'. The method is characterized in that crops are planted in furrows in the first year, the ridge surfaces are used for collecting rain, after the crops are harvested or before the crops are planted again, the positions of the furrows and the ridge surfaces are exchanged, the original ridge surfaces become the furrows, the original furrows become the ridge surfaces, and then rainwater collected at the original ridge surfaces can efficiently provide water for the growth of the crops. After the method for accumulating water and preserving soil moisture in semiarid sand areas all the year round is adopted, the soil moisture content and the precipitation utilization efficiency of the planting areas are improved to a great extent, and the leaf area index and the dry weight of a single plant of the crops are improved.)
技术领域
本发明涉及农业技术领域，具体的涉及一种半干旱风沙区周年聚水保墒方法。
背景技术
在我国北方农牧交错带，由于大气降水量不足且缺乏灌溉条件，水分条件成为了限制农业发展的主要因素，因此，农牧交错带地区多为雨养农业。随着全球气候的变化，我国北方干旱有进一步加重的趋势，且极端降雨事件发生频率增加，增加了雨养农业生产的不确定性。
田间集雨技术能够有效地缓解了干旱区农业需水压力，在半干旱偏旱地区农业发展过程中起着重要的作用。
因而如何提高干旱半干旱地区农牧交错带的田间雨水的利用率，以缓解旱作农业需水压力是当下的重要问题。
张建新等就国内外旱地集雨技术的特点和研究进展进行了系统地研究，指出集雨技术正逐步走向推广应用，在我国北方干旱半干旱地区有着显著的经济、社会和生态效益。其中，沟垄集雨技术是干旱半干旱区一项重要的田间雨水就地叠加利用技术，通过改善作物根区的水分满足度，可以提高农田生产力水平、作物产量和水分利用效率。沟垄集雨技术研究区域大多集中在西北黄土高原半干旱偏旱区，包括山西、甘肃、宁夏等省市，研究作物包括了一年生的小麦、燕麦、玉米、马铃薯等作物，也包括了老芒麦、紫花苜蓿等多年生牧草作物。
莫非等总结了近30年黄土高原雨养农业区田间微集雨技术，指出垄沟覆盖微集雨栽培技术为西北旱区粮食单产大幅度提高提供了强大的支撑作用。以往的沟垄集雨试验多集中在研究不同材料集雨面的集雨效应，或是不同比例沟垄的集雨效应。
上述垄沟集雨技术为现有的普通开沟起垄，对改善雨水的利用率起到了一定的作用，但仍以提高的空间。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供为了解决现有技术的上述问题，提供了效率更高的一种半干旱风沙区周年聚水保墒方法。
本发明的一种半干旱风沙区周年聚水保墒方法，其包括：
起垄，垄面宽度与垄沟宽度相同；
人工夯实垄面并使其呈拱形；
在垄沟内种植作物；
在头茬作物收获后或次茬作物种植之前，推平并修整原有垄面、垄沟，在原有垄面的位置形成新的垄沟，在原有垄沟的位置形成新的垄面，实现垄沟位置互换。
优选的，所述垄沟位置互换具体方法为：以原有垄面中间为分界线，将垄上0-25cm的土分别翻向两侧的垄沟中，并夯实新垄顶部，以形成新的垄面和垄沟。
优选的，所述垄面和所述垄沟的宽度为1.0m～1.5m。
优选的，所述垄面的高度为0.20m～0.25m。
优选的，所述垄面的高度为0.25m。
优选的，所述垄面为集雨区，且所述集雨区的坡度为30°～40°。
优选的，所述垄面的纵截面为梯形。
根据本发明的技术方案，对现有的技术进行了改进，针对半干旱偏旱区的北方农牧交错带雨养农业产量低且不稳的问题，采用半干旱风沙区周年聚水保墒方法种植马铃薯，研究不同的垄宽和沟宽对土壤水分以及马铃薯生长、产量和水分利用效率的影响，旨在为我国农牧交错带地区采用半干旱风沙区周年聚水保墒方法种植马铃薯提供理论依据和参考，为该地区雨养农业实现稳产提供科学思路。
本发明的半干旱风沙区周年聚水保墒方法，采取“起宽垄，深沟植，第二年垄沟互换”的方式实现旱作农业的水分高效利用。垄沟可以实现聚水的效果，而垄面用于存储水分，以供第二年垄沟互换后进行有效的利用。即第一年在垄沟内种植作物，垄面用于集雨，而在作物收获后，或者在再次种植作物之前，将垄沟与垄面的位置互换，原垄面变为垄沟，原垄沟变为垄面，则原垄面处收集的雨水则可高效的为作物的生长提供所需水分。
采用半干旱风沙区周年聚水保墒方法后，在很大程度上提高了种植区的土壤水分含量以及降水利用效率，并且提高了作物的叶面积指数和单株干物重，在应用于马铃薯的种植中，商品薯率明显提高。
附图说明
图1a为本发明的半干旱风沙区周年聚水保墒作业的平面示意图；
图1b为本发明的半干旱风沙区周年聚水保墒作业的示意图；
图2a为2015年在不同处理下20～50cm土壤贮水量；
图2b为2016年在不同处理下20～50cm土壤贮水量；
图3a为2015年不同生长期时不同处理对干物重的影响；
图3b为2016年不同生长期时不同处理对干物重的影响；
图4a为2015年不同生长期时不同处理对叶面积指数的影响；
图4b为2016年不同生长期时不同处理对叶面积指数的影响；
图5为2015～2016年不同处理下马铃薯商品薯率的对比；
图6为2015～2016年不同处理下马铃薯产量的对比；
图7为2015～2016年不同处理对降水利用效率的影响。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
参照附图1a-7所示，为本发明提供的半干旱风沙区周年聚水保墒方法，以及采用该方法取得的有益效果的说明。
代田集雨耕作机理：代田集雨技术采取“起宽垄，深沟植，来年垄沟互换”的方式实现旱作农业的水分高效利用。第一年，起宽垄，深沟植，降落在垄面的雨水大部分形成径流汇集到种植区，连同种植区的降雨共同渗入到地下，一部分形成下渗流储存于垄面上，另一部分形成侧渗流进入垄下在作物生长季形成逆流反补于沟中，为作物的生长提供更充足的水分。农牧交错带旱作农业降水不足，采用此法能使种植区作物获得更多的水分，保证生长和发育。第二年，垄沟互换，作物种植在原垄面所在的位置，通过垄沟互换将前一年储存于垄面上的水充分利用，从而提高干旱半干旱地区作物产量。
1、发明设计
图1a-1b为代田集雨耕作技术示意图，技术要点为：
起垄，代田集雨技术需起宽垄，且垄面宽度与垄沟宽度相同，垄面为集雨区，垄沟为种植区。优选的，垄面和垄沟的宽度为1.0m～1.5m。本申请的具体实施例中主要以垄面和垄沟的宽度均1.0m或1.5m来进行说明。
人工夯实垄面并使其呈拱形，垄面的高度优选为20～25cm，即 0.20m～0.25m。集雨面坡度设置为锐角，可设置为30°～40°，以便在集雨时，垄沟可以实现聚水的效果，用于作物生长，而垄面用于存储水分，以供第二年垄沟互换后进行有效的利用。本发明的一个优选实施例中将该坡度β设置为40°，如图1b所示。当然，β还可以具体设置为 30°。
作物在垄沟内种植。
当头茬(第一年)作物收获后或者在次茬(第二年)作物种植之前，对农田实行修整，推平垄沟、垄面，然后在原有垄面的位置形成垄沟，在原有垄沟的位置形成垄面，实现垄沟位置互换。具体的，将垄面的土从中间拨入两侧垄沟中，推平原有的垄面，在头茬(第一年)的垄沟中重新垄起20-25cm高的垄面，将两茬(两年)的垄面和垄沟的位置进行互换。
具体的，上述垄沟位置互换的具体操作方法为：以原有垄面中间为分界线，将垄上0-25cm的土分别翻向两侧的垄沟中，并夯实新垄顶部，以形成新的垄面和垄沟。
本发明实施例以马铃薯的种植为例，对代田集雨耕作的技术方法及有益效果给出了详细说明。当然了，应当理解的是，该代田集雨耕作对于其余作物的集雨作用亦然。
本发明的半干旱风沙区周年聚水保墒方法，采取“起宽垄，深沟植，第二年垄沟互换”的方式实现旱作农业的水分高效利用。垄沟可以实现聚水的效果，而垄面用于存储水分，以供第二年垄沟互换后进行有效的利用。即第一年在垄沟内种植作物，垄面用于集雨，而在作物收获后，或者在再次种植作物之前，将垄沟与垄面的位置互换，原垄面变为垄沟，原垄沟变为垄面，则原垄面处收集的雨水则可高效的为作物的生长提供所需水分。
采用半干旱风沙区周年聚水保墒方法后，在很大程度上提高了种植区的土壤水分含量以及降水利用效率，并且提高了作物的叶面积指数和单株干物重，在应用于马铃薯的种植中，商品薯率明显提高。
技术人员连续两年(2015年-2016年)进行了代田集雨技术效果测试，种植作物为马铃薯，种植地点为干旱半干旱典型区域内蒙古武川县。代田集雨耕作采取2种规格：NM1.5(即垄面和垄沟的宽度都为1.5m) 和NM1.0(即垄面和垄沟的宽度都为1.0m)，对照组(CK)为常规种植，不起垄沟。马铃薯种植方式为穴播，人工种植，深度6～10cm，每个小区马铃薯播种均为行距50cm，沟中左右两侧边行据垄25cm，株距 50cm，对照组种植密度为每公顷40000株，NM1.5和NM1.0代田集雨耕作种植密度分别为每公顷26000株和30000株。播种前施入基肥：磷酸二氢铵75kg/hm2，尿素90kg/hm2，氯化钾60kg/hm2。马铃薯生育期期间没有追肥和补灌。
2、方法结果
2.1土壤贮水量(SWS)
代田集雨耕作技术可以通过改变地形结构从而达到将降水在地表重新分配的效果，从而改善种植区的土壤水分，且第一年部分雨水储存在垄面下，第二年垄沟互换利用该部分储存的雨水，也起到了降水再分配的效果。
如图2a-2b所示，半干旱风沙区周年聚水保墒方法中，20～50cm土壤贮水量高于CK(对照组)处理。2015年和2016年NM1.0和NM1.5 处理的全生育期20～50cm土壤贮水量分别较CK处理高16.1％和21.0％以及21.1％和26.0％。两年的全生育期土壤贮水量平均值均呈增加趋势，且2016年较2015年增加的幅度更大，NM1.0处理下2016年的增加幅度较2015年提高了31.8％，NM1.5处理下2016年的增加幅度较2015 年提高了25.4％。7月份雨季开始后(播种后50天左右)，代田集雨耕作对土壤贮水量的提高作用更为显著，2015年较CK分别提高22.8％和 25.1％，2016年较CK分别提高28.7％和37.8％，且2016年NM1.0处理下的土壤贮水量提高程度较2015年提高了41.79％，NM1.5处理则提高了68.19％。
2.2叶面积指数(LAI)和干物重
代田集雨耕作可以在作物生育期内提供更多水分，更利于作物的生长发育。如图3a-3b所示，为2015年和2016年集雨处理的马铃薯单株干物重与对照组的相比，其显示2015年和2016年马铃薯单株干物重均有显著的提高。成熟期NM1.0和NM1.5处理的单株干物质重较CK 处理分别提高了35.5％和25.7％(2015年)，50.6％和37.9％(2016年)。成熟期时NM1.0和NM1.5处理在两年中对单株干物质重的提高效果也不同，NM1.0处理2016年的单株干物质重较2015年提高了2.86％， 2016年NM1.5处理下的单株干物质重相较于2015年则变化不大，降低了0.17％。
较高的叶面积指数对作物进行光合作用积累生物量有利，从而对提高最终产量产生积极作用。图4a-4b为不同处理下叶面积指数的情况，可以看出，2015年和2016年代田集雨耕作的马铃薯叶面积指数相比对照组，均有显著的提高。播种后70-102天(即马铃薯块茎形成期至淀粉积累期)，NM1.0和NM1.5处理的叶面积指数均显著高于CK；所有处理的叶面积指数均于播种后85天或85天左右(即马铃薯块茎膨大期)达到最大值，2015年NM1.0和NM1.5处理的叶面积指数分别较 CK提高43.0％和31.9％，2016年则分别提高48.7％和57.8％；播种后 100天或100天左右(即马铃薯淀粉积累期)，NM1.0和NM1.5处理的叶面积指数高于CK处理，分别是2015年提高了75.5％和96.7％，2016 年提高了72.1％和75.4％。
2.3产量
图5示出了不同处理下马铃薯商品薯率的情况，可以看出，代田集雨耕作下的马铃薯商品薯率明显高于对照组，NM1.0和NM1.5处理下马铃薯的商品薯率分别比CK高21.3～22.9％和15.5～30.5％。
如图6所示，显示为2015～2016年不同集雨处理下的马铃薯产量，其中，Y1为带田产量(带田产量是指计算垄面的面积和沟的面积的产量，反映了平均产量水平)，Y2为植区产量(带田产量是指只计算沟的面积的产量，反映了单株产量水平)。首先，就带田产量而言，两年测试中，马铃薯带田总产量规律不完全一致，2015年集雨处理下的马铃薯带田总产量与对照组相比差异不显著；2016年测试中NM1.0处理的马铃薯带田总产量有更大增幅，增产16.4％，差异显著(P<0.05)，而NM1.5处理与对照组相比差异并不显著。同时，集雨处理下马铃薯带田商品薯产量与对照组相比均有较大提高，NM1.0处理的带田商品薯产量分别增产52.0％(2015年)和81.0％(2016年)，差异显著；NM1.5 (2016年)处理的带田商品薯与对照组相比也存在显著性差异，带田商品薯产量提高了64.0％，且NM1.0处理的马铃薯带田商品薯产量在两年的测试中均高于NM1.5处理。
其次，就植区产量而言，集雨处理下的植区产量与对照组处理相比，也有较大增幅。2015～2016年，NM1.0和NM1.5处理的植区总产量增产38.5％～55.1％，差异显著。在两年测试中，马铃薯植区总产量规律一致，NM1.0处理的植区商品总产量均高于NM1.5处理。与对照组相比， 2015年测试中NM1.0和NM1.5处理的马铃薯植区商品薯产量分别增产102.6％、79.2％，2016年测试中NM1.0和NM1.5处理的马铃薯植区商品薯产量分别增产141.3％、146.0％，差异均显著，且2016年植区商品薯产量增幅较2015年更大。
2.4水分利用效率(WUE)
图7示出了不同集雨处理对降水利用效率的影响，能够清楚的看出，2015年NM1.0处理和NM1.5处理下的水分利用效率分别较对照组处理显著提高12.7％和15.4％；2016年NM1.0处理和NM1.5处理下的水分利用效率分别较对照组处理显著提高23.4％、17.9％。两年测试中集雨处理下水分利用效率的变化规律有所不同，2015年NM1.0处理下的水分利用效率比NM1.5处理略低，而2016年NM1.0处理下的水分利用效率与NM1.5处理相比有一定的提高，且增幅较大。2016年水分利用效率较对照组变化率高于2015年，NM1.0提高了83.8％，NM1.5 提高了14.8％。
3、结论
①.代田集雨耕作技术提高了种植区的土壤水分含量，马铃薯生育期内20～50cm土壤贮水量，NM1.0和NM1.5处理较对照组高16.1％～26.0％，2016年全生育期土壤贮水量平均值较2015年增加的幅度更大，2016年的增加幅度较2015年提高了25.4％～31.8％。
②.其叶面积指数和单株干物重均高于对照组。成熟期NM1.0和 NM1.5处理的单株干物质重较CK处理提高25％～50％，马铃薯块茎膨大期NM1.0和NM1.5处理的叶面积指数分别较CK提高30％以上。
③.半干旱风沙区周年聚水保墒方法的商品薯率均高于对照组， NM1.0和NM1.5处理植区商品薯产量最高，分别增产102.6％～141.3％、 79.2％～146.0％；NM1.0处理的带田商品薯产量较对照组相比也显著提高。
④.半干旱风沙区周年聚水保墒方法能够提高降水利用效率， 2015～2016年NM1.0处理的水分利用效率分别比对照组提高24.8％和 16.5％，差异显著，且2016年水分利用效率较对照组变化率高于2015 年，NM1.0提高了83.8％，NM1.5提高了14.8％。
综合而言，代田集雨耕作能够显著改善北方农牧交错带土壤水分，并提高农田生产力。
对于本领域普通技术人员来说，根据本发明的上述实施方式所作出的任何修改、变动，在不脱离本发明宗旨的情况下，均应包含于本发明的保护范围之内。
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