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黄土高原南部地区属于暖温带季风气候,该地夏玉米各生育期降雨分布不均,作物供需不协调,严重地影响着作物的生长和产量的形成。农田地膜覆盖可以调节土壤水分的供需关系,改善作物生长状态,对作物增产稳产具有重要的意义。本试验设置露地平作种植(CK)、(60:60)等距垄沟处理(RE)、(80:40)宽窄行垄沟处理(RW),使用TRIME-TDR及EM50对农田土壤水分进行动态监测,并通过HYDRUS-2D模型对夏玉米土壤水分进行了模拟,最后,利用模型深入研究土壤水分的运移状态,揭示覆膜保水效应的规律。通过研究关中旱作区地膜覆盖栽培方式,对深入地了解农田土壤土壤水分变化,提高夏玉米产量有着积极的作用,为完善覆膜集雨种植技术提供必需的理论依据。通过试验研究,得到的结论如下:(1)在夏玉米收获后,覆盖处理可以显著地提高浅层土壤水分含量,0-40 cm土壤水分含量变化最剧烈。在轮作系统中,覆膜栽培下的冬小麦消耗了土壤深层水分,但在玉米整个生育期之后,土壤深层水分得到了补给,这有利于轮作农田生态的可持续性。在作物的耗水量方面,覆盖改变了作物耗水的时空分布,覆盖条件下夏玉米前期耗水量减少,中期耗水量增加,后期耗水量减少。三年平均水分利用效率RW和RE较CK增幅为36.73%和33.44%,宽垄集雨效果优于等行距起垄覆膜效果优于对照处理。覆膜有效地提高了降雨的利用效率,优化了降雨的生产潜力。三年平均降雨利用效率RW和RE较CK增幅为23.91%和29.06%。(2)采用2014年田间实测水分含水量数据对HYDRUS-2D模型进行标定,使用2015年的数据进行验证,模型可较好地反映土壤水分运动过程。从RMSE、MAE、MRE三种评价指标来看,评价指标变化范围分别为0.011-0.030 cm3.cm-3,0.0001-0.027cm3.cm-3和3.62-10.49%。该模型适用于黄土高原半湿润区覆膜情景,可以弥补大田试验费时的不足,为黄土高原地区适宜的农田种植方式提供理论和数据支持。土壤表层含水量的实测值与模拟值差异较大,主要是由于耕作改变了土壤的性质。反演的土壤参数和实测值有差异,其中,实测的残余含水量高于反演值,实测的饱和含水量低于反演值。土壤表层(0-20cm)饱和导水率与实测值相差较大,这主要是由于耕作改变了土壤的物理性质,使得大田的模拟数据和室内的测试数据相差较大。(3)探究沟垄内部的水量变化和通量变化可以发现,在时空分布不均的夏玉米生长季,垄作为独立单元,在降雨时,垄子区域作为“库”进行蓄水;当产生季节性干旱时,垄内的水分将补给到沟内以供土壤蒸发和根系吸收。设置沟垄比(沟:垄)为20:40、25:35、30:30、35:25四个梯度时,可以发现,不同沟垄比主要差异表现在土壤蒸发和土壤贮水量,这说明覆膜减少蒸发是保水、提高贮水量的主要原因。