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水資(zi)源(yuan)在糧食(shi)(shi)生產(chan)(chan)(chan)和生態修復(fu)中的關鍵作用(yong)(yong)(yong)(yong)，特別是在頻(pin)繁(fan)出現的高(gao)溫(wen)、干(gan)(gan)旱(han)等極端天氣條件下，威脅糧食(shi)(shi)生產(chan)(chan)(chan)，加速土地(di)退化。研究指出，中國(guo)(guo)作為(wei)人均(jun)水資(zi)源(yuan)低(di)于世(shi)界平均(jun)水平的國(guo)(guo)家，農(nong)業用(yong)(yong)(yong)(yong)水已占全國(guo)(guo)總用(yong)(yong)(yong)(yong)水量的60%以上，但整體用(yong)(yong)(yong)(yong)水效(xiao)率(lv)較低(di)且區(qu)(qu)域差異顯著。尤其在山(shan)區(qu)(qu)和丘(qiu)陵地(di)區(qu)(qu)，土壤侵蝕和厚度減少(shao)嚴重影響了(le)蓄(xu)水能力，加劇了(le)干(gan)(gan)旱(han)頻(pin)發和作物(wu)減產(chan)(chan)(chan)的風險。為(wei)應對這些(xie)挑(tiao)戰(zhan)，本文強調了(le)通(tong)過優化農(nong)業管理實踐，提高(gao)用(yong)(yong)(yong)(yong)水效(xiao)率(lv)，以緩解干(gan)(gan)旱(han)脅迫，維持作物(wu)產(chan)(chan)(chan)量的重要性。
本次田間試驗在中(zhong)國科學(xue)院鹽亭紫(zi)色土農業生(sheng)態站(zhan)進(jin)行(xing)，該站(zhan)位于(yu)中(zhong)國四川盆地中(zhong)北(bei)部，海拔400-600m（東經105° 27’，北(bei)緯 31°16’）（圖 1）。該地區屬于(yu)中(zhong)亞熱帶季風氣(qi)候，平(ping)均(jun)氣(qi)溫 17.3℃。年平(ping)均(jun)降(jiang)水(shui)量為826mm，蒸發量為680 mm。降(jiang)雨分布不(bu)均(jun)，約70%的年降(jiang)水(shui)發生(sheng)在夏秋季，季節性干(gan)旱頻繁，主要發生(sheng)在春(chun)季和初夏。
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圖(tu)1. 研究區域(yu)位置（a）、實驗(yan)地塊(kuai)圖(tu)片（b）、地塊(kuai)設計圖(tu)（c）、實驗(yan)地塊(kuai)剖面圖(tu)（d）。
本試驗(yan)(yan)土壤為(wei)鈣(gai)質(zhi)紫色(se)土，來源(yuan)于蓬(peng)萊鎮組(zu)，屬于中溫土壤質(zhi)地(di)，被稱為(wei)新土，占四(si)(si)川盆(pen)地(di)紫色(se)土總(zong)量的(de)(de)(de)四(si)(si)分(fen)之一以(yi)上（圖1）。鈣(gai)質(zhi)紫色(se)土剖面(mian)主要發(fa)育(yu)在(zai)頁巖(yan)和(he)泥(ni)巖(yan)中，常與不透水的(de)(de)(de)砂巖(yan)互層。淺層紫色(se)土的(de)(de)(de)下伏基巖(yan)限制(zhi)了(le)根系生(sheng)長，入滲的(de)(de)(de)大部分(fen)水分(fen)往往會(hui)因地(di)下徑流繞過根區而(er)流失。試驗(yan)(yan)土壤性質(zhi)相似，平均(jun)值為(wei)：pH 值為(wei)8.37，土壤有機(ji)碳 (SOC) 為(wei)5.80?g·kg?1，全氮含量 (TN) 為0.80?g·kg?1，容(rong)重為1.14?g·cm?1，陽離子交換容量 (CEC) 為8.22cmol(+)·kg?1，含沙量為17.28%，飽(bao)和水力傳導率(lv)為16.8mm·h?1。坡耕地冬小麥 (Triticumaestivum L.) 與夏玉米 (Zea mays L.) 輪作常規種植制度已持續 50 余年。
現場監測共設計15個小(xiao)區。小(xiao)區尺寸(cun)為5mx 1.5m，坡度為6.5°，模(mo)擬長(chang)江(jiang)上游坡耕地(di)的平均(jun)梯田坡度。試(shi)驗設置了5種土(tu)壤厚(hou)度處理（20 cm、40 cm、60 cm、80 cm、100 cm），每(mei)個處理重復(fu)3次。試(shi)驗小(xiao)區通過無縫水(shui)泥(ni)墻和基(ji)座(zuo)進行(xing)水(shui)文隔離，構建不同(tong)厚(hou)度的防滲混凝土(tu)盆并重新填筑原有土(tu)層(ceng)。經過8年的常規耕作（小(xiao)麥-玉米輪作）后，確保土(tu)壤剖(pou)面保持原狀。所有處理均(jun)采用相同(tong)的施(shi)肥管(guan)理（氮肥150?kg·hm?2，磷(lin)肥90?kg·hm?2，鉀肥36?kg·hm?2）和種(zhong)植模式(shi)，玉米于2020年5月移栽，9月收(shou)獲，全(quan)程不(bu)灌溉(gai)。
采樣(yang)(yang)(yang)在干(gan)(gan)濕(shi)交(jiao)替條件下進(jin)行。2020年7月(yue)(yue)(yue)9日(ri)(ri)(ri)(ri)（拔節(jie)期(qi)(qi)）、7月(yue)(yue)(yue)27日(ri)(ri)(ri)(ri)（孕穗期(qi)(qi)）、8月(yue)(yue)(yue)10日(ri)(ri)(ri)(ri)（抽雄期(qi)(qi)）、8月(yue)(yue)(yue)27日(ri)(ri)(ri)(ri)（成熟期(qi)(qi)）分別采集土壤和玉(yu)米莖樣(yang)(yang)(yang)品(pin)。7月(yue)(yue)(yue)9日(ri)(ri)(ri)(ri)和8月(yue)(yue)(yue)27日(ri)(ri)(ri)(ri)為干(gan)(gan)旱期(qi)(qi)，持續7-8天；7月(yue)(yue)(yue)27日(ri)(ri)(ri)(ri)和8月(yue)(yue)(yue)10日(ri)(ri)(ri)(ri)為降(jiang)雨后的濕(shi)潤(run)期(qi)(qi)。上午8-9點，從15個地塊的玉(yu)米莖第一節(jie)間采集樣(yang)(yang)(yang)品(pin)，同時在莖采樣(yang)(yang)(yang)位(wei)(wei)置附近的不(bu)同深度(du)（0-100 cm）采集土壤樣(yang)(yang)(yang)品(pin)。部分樣(yang)(yang)(yang)品(pin)用玻璃瓶密封后冷凍(dong)保(bao)存(cun)，測定氫(qing)和氧穩(wen)定同位(wei)(wei)素；另一部分樣(yang)(yang)(yang)品(pin)帶(dai)回實驗室，在105℃烘(hong)干(gan)(gan)24小(xiao)時至恒重，以確(que)定土壤含水量。
表1. 采樣地(di)塊(kuai)詳情(qing)
本研究(jiu)采(cai)用LI-2100全(quan)自動真空冷凝抽(chou)提系統(tong)（北京理加(jia)聯合(he)科技有(you)限(xian)公司）從采(cai)集的玉米(mi)莖(jing)和(he)土(tu)壤樣(yang)品中提取水分。δ2H 和(he) δ18O 分析采用(yong) L2120-I 分析儀（Picarro，美國）進行(xing)分析。
圖(tu)2 土壤厚度20 cm (C1)、40 cm (C2)、60 cm (C3)、80 cm (C4)、100 cm (C5)處理土壤儲量(liang)及平均含水量(liang)的變化(hua)特征。
圖(tu)3 不(bu)同土層雨水、玉(yu)米(mi)莖水及土壤水的δ2H與δ18O關系。(a)所有采樣日期擬(ni)合δ2H與δ18O得到(dao)的線性方程；(b)7月(yue)9日(ri)擬合(he)δ2H與δ18O得(de)到(dao)的線性方程；(c)7月27日擬(ni)合δ2H與δ18O得到的(de)線性方程；(d)8月10日(ri)擬合δ2H與δ18O得到的線性方程；(e)8月(yue)27日擬合δ2H與δ18O得(de)到的線性方程。
圖 4?采樣日期土壤厚度為 20 厘米 (C1)、40 厘米 (C2)、60 厘米 (C3)、80 厘米 (C4)、100 厘米 (C5) 的處理中土壤水和莖水的 δ2H 和 δ18O 值(zhi)的(de)變化。
圖5 采樣期間土(tu)壤厚度20 cm (C1)、40 cm (C2)、60 cm (C3)、80 cm (C4)、100 cm (C5)處(chu)理不同土(tu)層(ceng)土(tu)壤水(shui)及雨水(shui)對莖(jing)水(shui)相(xiang)對貢獻比例的變(bian)化(hua)。
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本研(yan)究(jiu)基于(yu)天然同位素示蹤技術結(jie)合(he)現場(chang)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)水分(fen)與生理形態特(te)(te)征測(ce)定，研(yan)究(jiu)了西南坡耕地(di)(di)不同土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)厚(hou)度(du)(du)下夏(xia)季玉(yu)米(mi)(mi)的(de)水分(fen)利(li)用機制。結(jie)果表明：淺(qian)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)（0～40cm）玉(yu)米(mi)(mi)種植(zhi)對(dui)深層(ceng)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)水分(fen)的(de)依賴性更強，土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)厚(hou)度(du)(du)超過60cm的(de)玉(yu)米(mi)(mi)更傾向于(yu)利(li)用各土(tu)(tu)(tu)(tu)層(ceng)中分(fen)布較(jiao)(jiao)為(wei)均勻(yun)的(de)水分(fen)。淺(qian)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)夏(xia)玉(yu)米(mi)(mi)由于(yu)水資(zi)源有限，長(chang)期(qi)水分(fen)利(li)用效率(lv)較(jiao)(jiao)高，但株高、葉面(mian)積、光合(he)和蒸騰(teng)速率(lv)較(jiao)(jiao)低，尤其(qi)是(shi)在(zai)干(gan)旱條件下，導致干(gan)物質積累(lei)較(jiao)(jiao)少，產量(liang)降低。表明60cm以上土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)厚(hou)度(du)(du)具有較(jiao)(jiao)大的(de)水分(fen)生態位寬度(du)(du)，適合(he)亞熱(re)帶(dai)坡耕地(di)(di)紫色土(tu)(tu)(tu)(tu)玉(yu)米(mi)(mi)生長(chang)。本研(yan)究(jiu)對(dui)亞熱(re)帶(dai)淺(qian)紫色土(tu)(tu)(tu)(tu)區(qu)旱地(di)(di)作物（玉(yu)米(mi)(mi)）的(de)土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)-植(zhi)物-水分(fen)關(guan)系提供了新的(de)、關(guan)鍵(jian)的(de)見解。未來研(yan)究(jiu)應(ying)注重根系形態的(de)年際變化及不同土(tu)(tu)(tu)(tu)壤(rang)(rang)類(lei)型(xing)或農田(tian)下墊面(mian)特(te)(te)征，以加強山地(di)(di)丘陵(ling)地(di)(di)區(qu)農業綜合(he)管(guan)理。