秸稈帶狀覆蓋對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量及土壤水分的影響

宋亞麗，楊長剛，李博文，李守蕾，蘭雪梅，

?

秸稈帶狀覆蓋對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量及土壤水分的影響

宋亞麗1，楊長剛1，李博文1，李守蕾1，蘭雪梅1，

常 磊1，韓凡香1，程宏波2，黃彩霞3，柴守璽1

(1.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州 730070； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，

甘肅蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

摘要：為探討西北半干旱雨養(yǎng)條件下秸稈帶狀覆蓋麥田水分利用特征和增產(chǎn)效果，通過田間試驗(yàn)，以露地條播為對(duì)照(CK)，研究了3種不同覆蓋處理[秸稈帶狀覆蓋常規(guī)條播(SM1)、秸稈帶狀覆蓋寬幅條播(SM2)和全膜覆土穴播(PM)]對(duì)旱地冬小麥田土壤含水量、小麥產(chǎn)量和水分利用效率的影響。結(jié)果表明，秸稈帶狀覆蓋和全膜覆土穴播均可顯著改善小麥全生育期0～20 cm以及開花前20～90 cm土壤墑情，但開花后20～90 cm以及全生育期90～200 cm土壤墑情普遍不如CK。3種覆蓋處理均能促進(jìn)冬小麥對(duì)土壤貯水的利用，顯著提高開花至成熟階段的耗水量及其占總耗水量的比例。秸稈帶狀覆蓋和全膜覆土穴播生育期耗水量分別比CK增加4.6%和7.6%。秸稈帶狀覆蓋在孕穗前0～200 cm土壤墑情與全膜覆土穴播無顯著差異，孕穗期開始則好于全膜覆土穴播；全膜覆土穴播0～200 cm土壤貯水消耗量顯著高于秸稈帶狀覆蓋，而開花至成熟階段的耗水量及其占總耗水量的比例則略低于秸稈帶狀覆蓋。3種覆蓋處理均顯著提高產(chǎn)量和水分利用效率，PM、SM1和SM2較CK分別增產(chǎn)36.8%、29.7%和27.5%，水分利用效率分別提高27.3%、23.9%和22.7%。產(chǎn)量與生育期耗水量呈顯著正相關(guān)(r=0.97*)。覆蓋處理中，全膜覆土穴播產(chǎn)量雖最高，但從產(chǎn)量、水分利用效率和經(jīng)濟(jì)效益角度綜合考慮，秸稈帶狀覆蓋優(yōu)于全膜覆土穴播。因此認(rèn)為，秸稈帶狀覆蓋是一種更加高產(chǎn)高效、適宜在西北半干旱雨養(yǎng)區(qū)推廣的覆蓋種植方式。

關(guān)鍵詞：秸稈帶狀覆蓋；地膜覆蓋；旱地；冬小麥；土壤水分

西北旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)光照充足，但降水少且分布不均，氣候干旱冷涼，因此干旱和早春低溫是限制該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的主要問題[1-2]。地膜覆蓋具有顯著的保墑增溫效應(yīng)，使小麥等作物普遍增產(chǎn)30%以上[3-5]，是西北旱作區(qū)推廣應(yīng)用最成功的旱地栽培技術(shù)[6-7]。但目前生產(chǎn)使用地膜主要為聚乙烯材料，其殘留于土壤中很難被降解[8]，隨地膜殘片在土壤中大量積累，局部土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤發(fā)生板結(jié)、通氣狀況惡化，不利于作物根系生長和養(yǎng)分吸收，最終導(dǎo)致減產(chǎn)[9-10]。伴隨持續(xù)覆膜種植而來的“白色污染”和土壤水肥消耗等問題已引起人們關(guān)注，并引發(fā)對(duì)旱作覆膜可持續(xù)生產(chǎn)的思考。目前，西北旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨繼續(xù)提高降水生產(chǎn)效率和保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的雙重挑戰(zhàn)。秸稈覆蓋不僅可改善土壤物理?xiàng)l件，蓄水保墑效果明顯[11-12]，而且秸稈還田后還可培肥地力，促進(jìn)土地用養(yǎng)結(jié)合、循環(huán)可持續(xù)。Ghuman等[13]研究認(rèn)為少耕覆蓋和免耕覆蓋可使小麥產(chǎn)量提高7.2%～18.4%。逄煥成等[14]研究表明，覆蓋秸稈量為6 000 kg·hm-2時(shí)冬小麥較未覆蓋增產(chǎn)19.3%。謝瑞芝等[15]的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，中國旱作區(qū)約85%的秸稈覆蓋栽培實(shí)踐不會(huì)造成作物減產(chǎn)。因此，秸稈覆蓋是解決西北雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題的有效途徑，但由于西北旱作區(qū)積溫有限，秸稈覆蓋種植減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)較大，加之地形、機(jī)械發(fā)展水平等因素的限制，秸稈覆蓋種植在西北地區(qū)尚處于應(yīng)用探索階段。

秸稈帶狀覆蓋是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的一種利用玉米整稈局部覆蓋、抗旱保墑的作物種植新技術(shù)，該技術(shù)增產(chǎn)效果顯著，通過2013年和2014年不同降雨年型的試驗(yàn)比較，可使西北旱地冬小麥產(chǎn)量較露地栽培提高30.0%以上[16]。目前，該技術(shù)在西北雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)有很好的推廣應(yīng)用前景，但對(duì)其增產(chǎn)機(jī)理和適宜栽培技術(shù)體系尚缺乏研究。為此，本研究在西北雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)典型代表區(qū)，設(shè)置秸稈帶狀覆蓋常規(guī)條播和寬幅條播兩種不同種植方式，以露地條播為對(duì)照，并對(duì)比西北旱作區(qū)應(yīng)用較廣的全膜覆土穴播種植技術(shù)，分析各覆蓋方式對(duì)土壤水分利用及冬小麥產(chǎn)量的影響，以期明確秸稈帶狀覆蓋通過土壤水分影響的增產(chǎn)機(jī)理，為該技術(shù)的完善和推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2014年9月-2015年7月在甘肅省通渭縣常河鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)基地為黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)典型代表區(qū)，屬溫帶半干旱性季風(fēng)氣候，土壤為黃綿土，海拔1 590 m，年日照時(shí)數(shù)2 100～2 430 h，年均溫7.4 ℃，無霜期120～170 d，年蒸發(fā)量>1 350 mm，年均降水量390.7 mm，且主要集中于7-9月份。試驗(yàn)?zāi)甓榷←溔诳偨邓?35.8 mm，≥5 mm有效降水為307.5 mm，其中播種至越冬期 61.7 mm，越冬至返青期11.2 mm，返青至拔節(jié)期86.2 mm，拔節(jié)至開花期86.9 mm，開花至成熟期61.5 mm。返青前降水量與多年均值相近，但返青至成熟期較多年同期高59.8%。試驗(yàn)地前茬為露地胡麻。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)4個(gè)處理，其中秸稈帶狀覆蓋處理2個(gè)(SM1、SM2)，地膜覆蓋處理1個(gè)(PM)，以無覆蓋露地種植為對(duì)照(CK)。小區(qū)面積45 m2(5 m ×9 m)，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

秸稈帶狀覆蓋常規(guī)條播(SM1)：秸稈覆蓋帶與小麥種植帶共80 cm；播種時(shí)預(yù)留覆蓋帶，寬度46 cm，于3葉期將玉米整稈放置于覆蓋帶；種植帶用普通條播機(jī)等行距播種3行小麥，總寬度34 cm，種植行寬約3 cm，每小區(qū)種19行，行播量63.9 g。

秸稈帶狀覆蓋寬幅條播(SM2)：秸稈覆蓋帶與種植帶共100 cm；覆蓋帶寬度54 cm，秸稈覆蓋方法同SM1；種植帶用寬幅條播機(jī)等行距播種3行小麥，總寬度44 cm，種植行寬約8 cm，每小區(qū)種15行，行播量80.9 g。

全膜覆土穴播(PM)：地膜全地面平鋪覆蓋，膜面覆土1 cm左右，穴播，穴距12 cm，行距20 cm，每小區(qū)種25行，行播量48.5 g。

露地條播(CK)：平作，條播，行距20 cm，每小區(qū)種25行，行播量48.5 g。

地膜覆蓋時(shí)間為2014年9月28日，采用幅寬120 cm、厚度0.008 mm高強(qiáng)度地膜；秸稈覆蓋時(shí)間為2014年11月8日，覆蓋量為風(fēng)干玉米整稈9 000 kg·hm-2。小麥于2014年10月5日播種，2015年7月10日收獲。冬小麥供試品種為蘭天26號(hào)，各小區(qū)播種量均為270 kg·hm-2。各小區(qū)播前結(jié)合旋耕整地將純N 150 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2作基肥一次性施入，生育期不再追肥。各處理所施磷肥為磷酸二銨，剩余氮肥用尿素補(bǔ)足。在冬小麥灌漿前期將葉面肥、殺蟲劑和殺菌劑等混合噴施，用于防止后期病蟲害、干熱風(fēng)和冬小麥植株早衰。

1.3土壤水分測(cè)定及相關(guān)指標(biāo)計(jì)算

在冬小麥主要生育時(shí)期，分0～20、20～40、40～60、60～90、90～120、120～150、150～180和180～200 cm共8個(gè)土層取土樣，采用烘干法測(cè)定0～200 cm土壤含水量，各處理取樣位置均位于小麥行間。0～200 cm平均含水量為8個(gè)土層含水量的加權(quán)平均值。

土壤含水量=(土壤鮮重-土壤干重)/土壤干重×100%。

土壤貯水量W=d×r×w× 0.1，式中d為土層厚度(cm)，r為土壤容重(g·cm-3)，w為土壤含水量(%)。

農(nóng)田耗水量ET =(W1-W2) +Pγ，式中Pγ為作物生育期≥5 mm有效降雨量，W1、W2分別為生育期某一時(shí)段開始和結(jié)束時(shí)的土壤貯水量(mm)。

水分利用效率WUE=Y/ET，式中WUE為水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)，Y為小麥籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)。

1.4小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定

小麥成熟前一周，從每小區(qū)中選3點(diǎn)測(cè)定單位面積穗數(shù)；小麥成熟后按小區(qū)收獲，脫粒后曬干稱重，計(jì)算產(chǎn)量，籽粒含水量約為12.5%。在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20個(gè)穗子帶回室內(nèi)按國標(biāo)方法測(cè)定穗粒數(shù)和千粒重。

1.5經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算

產(chǎn)量收入= 籽粒產(chǎn)量×市場價(jià)格

產(chǎn)量純收益= 產(chǎn)量收入-總投入

總投入包括化肥、種子、農(nóng)藥、地膜和人工投入，還有播種、耕作的機(jī)械投入。

1.6數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2結(jié)果與分析

2.1覆蓋方式對(duì)小麥產(chǎn)量和種植效益的影響

與露地條播(CK)相比，全膜覆土穴播(PM)和秸稈帶狀覆蓋(SM1和SM2)均可顯著提高冬小麥產(chǎn)量、穗數(shù)、千粒重和水分利用效率(表1)，但對(duì)穗粒數(shù)影響不顯著。PM、SM1和SM2處理的增產(chǎn)幅度分別為36.8%、29.7%和27.5%，但PM與SM1、SM1與SM2產(chǎn)量差異不顯著。覆蓋處理水分利用效率平均增幅為24.6%(22.7%～27.3%)，而覆蓋處理間無顯著差異。

進(jìn)一步分析，全膜覆土穴播和秸稈帶狀覆蓋增產(chǎn)的首要因素是增加了穗數(shù)(增幅13.2%～23.0%)，其次是提高了千粒重(增幅10.0%～12.1%)。處理間穗數(shù)的變異系數(shù)(8.5%)明顯高于千粒重(5.2%)和穗粒數(shù)(1.3%)，這進(jìn)一步說明穗數(shù)是引起處理間產(chǎn)量差異的首要因素。

3種覆蓋處理均可提高冬小麥種植效益。秸稈帶狀覆蓋和全膜覆土穴播的純收益分別比CK高37.6%和20.6%。由于全膜覆土穴播時(shí)購買地膜的費(fèi)用為1 470元·hm-2，且播種后遇雨，易出現(xiàn)板結(jié)壓苗現(xiàn)象，從而又增加了人工掏苗的費(fèi)用，提高了生產(chǎn)總投入，使得秸稈帶狀覆蓋的純收益較全膜覆土穴播高947.4元·hm-2。

表1　覆蓋方式對(duì)冬小麥產(chǎn)量和種植效益的影響

除地膜、人工外，總投入還包括種子、肥料、農(nóng)藥和機(jī)械投入，各處理均為2 858元·hm-2，其中磷酸二銨2.5元·kg-1，尿素1.6元·kg-1，小麥的市場價(jià)格為2.4元·kg-1。同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，表2、表3同

The total cost for seed,fertilizer,pesticide,and mechanization were same in all treatments,which were 2 858 yuan·hm-2.The prices of diammonium phosphate and urea were 2.5 yuan·kg-1and 1.6 yuan·kg-1,respectively.The income was from benefit of wheat product at the price of 2.4 yuan kg-1.Different letters following data within a column indicate significant difference among treatments(P<0.05).The same as in table 2 and table 3.GY:Grain yield; SN:Spike number per square meter; GNS:Grain numbers per spike; GW:1 000-grain weight; WUE:Water use efficiency

2.2覆蓋方式對(duì)麥田0～200 cm土壤水分的影響

從圖1可見，3種覆蓋處理均顯著影響小麥各生育時(shí)期0～200 cm土壤含水量，但影響大小因覆蓋材料不同而不同。播種至拔節(jié)期，3種覆蓋處理0～200 cm土壤水分含量平均較CK高0.7%(覆蓋與CK的差值，下同)，覆蓋處理間無顯著差異；返青期至拔節(jié)期增墑效應(yīng)明顯，覆蓋處理土壤含水量較CK顯著高0.7%～1.1%。從孕穗期開始，覆蓋處理0～200 cm土壤墑情逐漸低于CK；在孕穗至成熟期，全膜覆土穴播平均比CK低1.0%，秸稈帶狀覆蓋雖比CK低0.3%，但與CK無顯著差異?？梢?，秸稈帶狀覆蓋在孕穗前具有全膜覆土穴播相同的保墑效果，而沒有全膜覆土穴播從孕穗期開始顯著存在的降墑效應(yīng)。

2.3覆蓋方式對(duì)麥田各時(shí)期、各土層土壤水分的影響

比較各時(shí)期、各土層土壤水分的差異發(fā)現(xiàn)，3種覆蓋處理均可顯著改善全生育期0～20 cm土壤墑情，20～90 cm土壤墑情在開花前顯著好于CK，從開花期開始則普遍不如CK，90～200 cm土壤墑情全生育期普遍低于CK(圖2)。

SD:播種期；WT:越冬期；RV:返青期；JT:拔節(jié)期；BT:孕穗期；FL:開花期；GF:灌漿期；MT:成熟期

SD:Seeding; WT:Over-wintering; RV:Revival; JT:Jointing;BT:Booting; FL:Flowering; GF:Grain-filling; MT:Maturity

圖1覆蓋方式對(duì)各時(shí)期麥田0～200 cm土壤含水量的影響

Fig.1Effect of mulching on soil water content in 0-200 cm soil layers of wheat field at different growth stages

SD:播種期；WT:越冬期；RV:返青期；JT:拔節(jié)期；BT:孕穗期；FL:開花期；GF:灌漿期；MT:成熟期

SD:Seeding; WT:Over-wintering; RV:Revival; JT:Jointing; BT:Booting; FL:Flowering; GF:Grain-filling; MT:Maturity

圖2覆蓋方式對(duì)麥田各時(shí)期、各土層土壤含水量的影響

Fig.2Effect of mulching on soil water content in different soil layers of wheat field at different growth stages

播種至拔節(jié)期，3種覆蓋處理的0～90 cm土壤含水量普遍顯著高于CK，在播種期、越冬期、返青期和拔節(jié)期分別平均比CK高0.9%、1.6%、1.7%和1.5%，而90～200 cm土壤含水量分別平均比CK低0.9%、0.8%、0.6%和0.9%。從孕穗期開始，3種覆蓋處理0～90 cm各土層土壤墑情開始逐漸不如CK。在孕穗期，3種覆蓋處理0～60 cm土壤含水量平均比CK高0.7%，90～200 cm土層則平均比CK低0.9%；開花至成熟期，3種覆蓋處理僅0～20 cm土壤墑情仍顯著高于CK，在開花期、灌漿期和成熟期分別平均比CK高0.8%、0.7%和0.7%，而20～200 cm土壤含水量分別平均比CK低0.4%、0.6%和1.0%。

不同處理間土壤水分差異在開花前90 cm以上土層顯著大于90 cm以下土層，從開花期開始90 cm以下土層則顯著大于90 cm以上土層；以越冬期、返青期和拔節(jié)期差異較大。從各土層含水量變化趨勢(shì)看，播種至越冬期，上層土壤含水量明顯大于下層；返青至拔節(jié)期，各土層含水量差異縮??；從孕穗期開始，下層土壤含水量明顯大于上層，而0～60 cm土層土壤含水量明顯高于下層，這與試驗(yàn)?zāi)甓仍兴肫诤蠼邓^多有關(guān)。

2.4覆蓋方式對(duì)麥田0～200 cm各土層土壤貯水消耗量的影響

由表2可見，3種覆蓋處理均可促進(jìn)冬小麥對(duì)土壤貯水的利用，PM、SM1和SM2處理0～200 cm土壤貯水消耗量分別較CK增加31.5、21.4和16.7 mm，PM顯著高于SM1和SM2，而SM1與SM2無顯著差異。3種覆蓋處理在促進(jìn)土壤貯水消耗的同時(shí)，使冬小麥生育期耗水量也同步增加。秸稈帶狀覆蓋和全膜覆土穴播生育期總耗水量分別較CK提高4.6%和7.6%。

比較0～200 cm各土層耗水量的差異，隨著土層的加深，各處理的土壤貯水消耗量均表現(xiàn)為先增后減的趨勢(shì)，并在60～90 cm土層達(dá)到最大。從各土層耗水量占土壤貯水消耗總量的比例看，土壤貯水消耗主要集中于0～120 cm土層。0～120 cm土壤貯水消耗比例表現(xiàn)為CK(93.9%)>SM(90.3%)>PM(88.2%)，可見覆蓋處理促進(jìn)了冬小麥對(duì)深層土壤水分的利用。進(jìn)一步比較各處理各土層耗水量的變異系數(shù)，依次為CK(76.4%)>SM(68.0%)>PM(63.6%)，說明3種覆蓋處理促進(jìn)了冬小麥對(duì)深層土壤水分調(diào)用的同時(shí)，對(duì)各土層土壤水分的利用也較CK均衡。

經(jīng)相關(guān)分析，冬小麥產(chǎn)量與耗水量(r=0.97*)呈顯著正相關(guān)，與水分利用效率(r=0.99**)呈極顯著正相關(guān)，而耗水量與水分利用效率相關(guān)不顯著(r=0.82)。

2.5覆蓋方式對(duì)冬小麥階段耗水的影響

地表覆蓋改變了土壤水熱狀況，會(huì)影響冬小麥生長發(fā)育，以致各生育階段耗水發(fā)生顯著改變(表3)。播種至越冬期，冬麥田耗水以地表蒸發(fā)為主，3種覆蓋處理由于有效抑制土壤水分蒸發(fā)[17-18]，農(nóng)田耗水應(yīng)低于CK，而覆蓋處理此階段耗水量及其占總耗水量的比例均顯著高于CK，其原因是3種覆蓋處理在冬前小麥植株生長較旺盛，故而農(nóng)田耗水較多。越冬至返青期，冬小麥生長基本停止，3種覆蓋處理因具有顯著的保墑效果，此階段的耗水量及其占總耗水量的比例均顯著低于CK，PM顯著低于SM1、SM2，SM1與SM2差異不顯著。返青至拔節(jié)期，冬小麥生長耗水開始增多，3種覆蓋處理此階段耗水量及其占總耗水量的比例均顯著高于CK。拔節(jié)至開花期，此階段的耗水量及其占總耗水量的比例均以PM的最大，SM1的次之。開花至成熟期，3種覆蓋處理的耗水量均顯著高于CK，耗水量占總耗水量的比例，SM1、SM2顯著高于PM，PM與CK無顯著差異。

表2　覆蓋方式對(duì)各土層貯水消耗量和生育期總耗水量的影響　mm

SWC:Soil water consumption amount; WC:Water consumption amount

與CK相比，3種覆蓋處理均能降低越冬至返青期的耗水量，增加開花至成熟期的耗水量。秸稈帶狀覆蓋在拔節(jié)至開花期的耗水比例低于全膜覆土穴播，而在開花至成熟期的耗水比例高于全膜覆土穴播，表明秸稈帶狀覆蓋更加有利于冬小麥灌漿階段對(duì)水分的高效利用。

表3　覆蓋方式對(duì)冬小麥階段耗水的影響

3討 論

旱地水資源緊缺，生產(chǎn)用水主要依靠自然降水，通過增加降水蓄納入滲、抑制土壤水分蒸發(fā)、充分利用土壤貯水和減少植株蒸騰耗水等途徑可提高農(nóng)田降水的利用效率。本研究中，3種覆蓋處理均顯著影響各生育時(shí)期0～200 cm土壤含水量，孕穗前均具有顯著的增墑效應(yīng)；從孕穗期開始全膜覆土穴播具有顯著的降墑效應(yīng)，而秸稈帶狀覆蓋土壤墑情與CK無顯著差異。從各時(shí)期、各土層土壤水分的動(dòng)態(tài)看，3種覆蓋處理能顯著改善全生育期0～20 cm土壤墑情，20～90 cm土壤墑情在開花前顯著好于CK，從開花期開始則普遍不如CK，3種覆蓋處理全生育期90～200 cm土層含水量則普遍低于CK?？傮w上看，3種覆蓋處理在不同土層和生育期均表現(xiàn)出階段的增墑和降墑的雙重效應(yīng)。分析原因，首先全膜覆土穴播土壤基本處于全封閉狀態(tài)，抑制了土壤水分的垂直蒸發(fā)，土壤耗水屬植株蒸騰性耗水，而秸稈帶狀覆蓋地表有空隙，難免有一定比例的土壤蒸發(fā)耗水，而露地土壤蒸發(fā)耗水的比例更高，但在降水入滲方面地膜覆蓋不如秸稈覆蓋和露地栽培。其次，不同覆蓋材料和覆蓋方式對(duì)土壤溫度的影響不同，土壤溫度高，將加劇土壤水分蒸發(fā)和植株蒸騰，導(dǎo)致耗水加快和土壤含水量下降，反之亦然。

傳統(tǒng)秸稈全面覆蓋在熱量積溫不足地區(qū)有明顯的降低土溫效應(yīng)[19]，影響小麥出苗率[20]，且抑制前期營養(yǎng)生長[21]，導(dǎo)致增產(chǎn)不明顯甚至減產(chǎn)[22-23]。本研究中，秸稈帶狀覆蓋將麥田分為覆蓋帶和種植帶，形成“種的地方不覆蓋，覆蓋的地方不種”的田間種植格局，一定程度上減緩了傳統(tǒng)秸稈覆蓋保墑和降溫的矛盾限制，進(jìn)而也改變了作物田間耗水結(jié)構(gòu)，最終形成增產(chǎn)。從本研究結(jié)果看，3種覆蓋處理均能降低越冬至返青期的耗水量，增加開花至成熟期的耗水量，將更多的水分用于生育后期籽粒形成。而秸稈帶狀覆蓋相比全膜覆土穴播，在開花至成熟期的耗水比例更高，這表明秸稈帶狀覆蓋種植下冬小麥灌漿階段對(duì)水分的利用更加高效，這也是其產(chǎn)量接近全膜覆土穴播的一個(gè)原因。

全膜覆土穴播技術(shù)一次覆膜可多茬使用，增產(chǎn)增效明顯，但若田間覆膜質(zhì)量不高，會(huì)造成苗孔錯(cuò)位，而且播后遇雨，也易出現(xiàn)板結(jié)壓苗現(xiàn)象，需人工掏苗，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。目前，西北地區(qū)秸稈資源豐富，每年所產(chǎn)出的玉米秸稈約30%用作飼草[24]，其余均被堆積閑置或被焚燒，而秸稈帶狀覆蓋種植技術(shù)用秸稈覆蓋代替地膜覆蓋，不僅減少購膜成本，還可避免地膜對(duì)土壤污染和秸稈焚燒引起的霧霾污染，且秸稈通過地表長時(shí)間的風(fēng)化腐解，可輕易地被旋耕打碎還田，有利于培肥地力、改良土壤結(jié)構(gòu)。綜合比較，全膜覆土穴播雖產(chǎn)量最高，但從產(chǎn)量、水分利用效率和經(jīng)濟(jì)效益等角度考慮，秸稈帶狀覆蓋優(yōu)于全膜覆土穴播。因此認(rèn)為，秸稈帶狀覆蓋是一種更加高產(chǎn)高效的覆蓋種植方式，有利于旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張 強(qiáng),鄧振鏞,趙映東,等.全球氣候變化對(duì)我國西北地區(qū)農(nóng)業(yè)的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(3):1210-1218.

Zhang Q,Deng Z Y,Zhao Y D,etal.The impacts of global climatic change on the agricultural in Northwest China [J].ActaEcologicaSnica,2008, 28(3):1210-1218.

[2]王志強(qiáng),方偉華,何 飛,等.中國北方氣候變化對(duì)小麥產(chǎn)量的影響-基于EPIC模型的模擬研究[J].自然災(zāi)害學(xué)報(bào),2008,17(1):109-114.

Wang Z Q,Fang W H,He F,etal.Effect of climate change on wheat yield in Northern China:a research based on EPIC model [J].JournalofNaturalDisasters,2008,17(1):109-114.

[3]張 睿,劉新倫,劉黨校,等.播種方式對(duì)小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J].麥類作物學(xué)報(bào),2001,21(2):92-95.

Zhang R,Liu X L,Liu D X,etal.Effect of different planting ways on winter wheat growth and development [J].JournalofTriticeaeCrops,2001,21(2):92-95.

[4]馬忠明,白玉龍,薛 亮,等.不同覆膜栽培方式對(duì)旱地土壤水熱效應(yīng)及西瓜產(chǎn)量的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,48(3):514-522.

Ma Z M,Bai Y L,Xue L,etal.Effects of different plastic film mulching methods on soil water and temperature as well as watermelon yield in loess dryland [J].ScientiaAgriculturaSinica,2015,48(3):514-522.

[5]宋 婷,王紅麗,陳年來,等.旱地全膜覆土穴播和全沙覆蓋平作對(duì)小麥田土壤水分和產(chǎn)量的調(diào)節(jié)機(jī)理[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2014,22(10):1174-1181.

Song T,Wang H L,Chen N L,etal.Regulation of whole field soil-plastic mulching with bunch planting and whole field sand mulching with flat planting on soil moisture and yield of spring wheat in semiarid dryland areas [J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2014,22(10):1174-1181.

[6]張德奇,廖允成,賈志寬.旱區(qū)地膜覆蓋技術(shù)的研究進(jìn)展及發(fā)展前景[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(1):208-213.

Zhang D Q,Liao Y C,Jia Z K.Research advances and prospects of film mulching in arid and semi-arid areas [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2005,23(1):208-213.

[7]何春雨,杜久元,劉廣才,等.全膜覆土穴播冬小麥農(nóng)田土壤含水率與耗水量時(shí)空動(dòng)態(tài)[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2014,23(1):131-141.

He C Y,Du J Y,Liu G C,etal.Study on the special-temporal dynamics of winter wheat water use efficiency and evapotranspiration under bunch planting and plastic film mulching with soil on flat field during the whole growth season [J].ActaPrataculturaeSinica,2014,23(1):131-141.

[8]薛少平,朱 琳,姚萬生,等.麥草覆蓋與地膜覆蓋對(duì)旱地可持續(xù)利用的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2002,18(6):71-73.

Xue S P,Zhu L,Yao W S,etal.Influence of straw and plastic-film mulching on sustainable production of farmland [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2002,18(6):71-73.

[9]卜玉山,苗果園,周乃健,等.地膜和秸稈覆蓋土壤肥力效應(yīng)分析與比較[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2006,39(5):1069-1075.

Bu Y S,Miao G Y,Zhou N J,etal.Analysis and comparison of the effects of plastic film mulching and straw mulching on soil fertility [J].ScientiaAgriculturaSinica,2006,39(5):1069-1075.

[10]畢繼業(yè),王秀芬,朱道林,等.地膜覆蓋對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2008,24(11):172-175.

Bi J Y,Wang X F,Zhu D L,etal.Effect of plastic-film mulch on crop yield [J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering,2008,24(11):172-175.

[11]劉 婷,賈志寬,張 睿,等.秸稈覆蓋對(duì)旱地土壤水分及冬小麥水分利用效率的影響[J].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,38(7):68-76.

Liu T,Jia Z K,Zhang R,etal.Effect of straw mulching on soil moisture and water use efficiency of winter wheat in dryland [J].JournalofNorthwestA&FUniversity(NaturalScienceEdition),2010,38(7):68-76.

[12]Zhu H H,Wu J S,Huang D Y,etal.Improving fertility and productivity of a highly-weathered upland soil in subtropical China by incorporating rice straw [J].PlantandSoil,2010,331(1-2):427-437.

[13]Ghuman B S,Sur H S.Tillage and residue management effects on soil properties and yields of rainfed maize and wheat in a subhumid subtropical climate [J].SoilandTillageResearch,2001,58(1):1-10.

[14]逄煥成.秸稈覆蓋對(duì)土壤環(huán)境及冬小麥產(chǎn)量狀況的影響[J].土壤通報(bào),1999,30(4):174-175.

Pang H C.Effect of straw mulch on soil environment and yield of winter wheat [J].ChineseJournalofSoilScience,1999,30(4):174-175.

[15]謝瑞芝,李少昆,金亞征,等.中國保護(hù)性耕作試驗(yàn)研究的產(chǎn)量效應(yīng)分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,41(2):397-404.

Xie R Z,Li S K,Jin Y Z,etal.The analysis of conservation tillage in China-conservation tillage and crop production:reviewing the evidence [J].ScientiaAgriculturaSinica,2008,41(2):397-404.

[16]柴守璽.一種旱地秸稈帶狀覆蓋作物種植新技術(shù)[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2014,49(5):42.

Chai S X.The cultivation of bundled straw mulching of winter wheat and potato in arid region of Northwest China [J].JournalofGansuAgriculturalUniversity,2014,49(5):42.

[17]李 儒,崔榮美,賈志寬,等.不同溝壟覆蓋方式對(duì)冬小麥土壤水分及水分利用效率的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,44(16):3312-3322.

Li R,Cui R M,Jia Z K,etal.Effects of different furrow-ridge mulching ways on soil moisture and water use efficiency of winter wheat [J].ScientiaAgriculturaSinica,2011,44(16):3312-3322.

[18]趙聚寶,梅旭榮,薛軍紅,等.秸稈覆蓋對(duì)旱地作物水分利用效率的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),1996,29(2):59-66.

Zhao J B,Mei X R,Xue J H,etal.The effect of straw mulch on crop water use efficiency in dryland [J].ScientiaAgriculturaSinica,1996,29(2):59-66.

[19]陳素英,張喜英,孫宏勇,等.華北平原秸稈覆蓋冬小麥減產(chǎn)原因分析[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2013,21(5):519-525.

Chen S Y,Zhang X Y,Sun H Y,etal.Cause and mechanism of winter wheat yield reduction under straw mulch in the North China Plain [J].ChineseJournalofEco-Agriculture,2013,21(5):519-525.

[20]董文旭,陳素英,胡春勝.少免耕模式對(duì)冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量性狀的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2007,22(2):141-144.

Dong W X,Chen S Y,Hu C S.The effect of minimum tillage and no-tillage on growth and yield of winter wheat [J].ActaAgriculturaeBoreali-Sinica,2007,22(2):141-144.

[21]高麗娜,陳素英,張喜英,等.華北平原冬小麥麥田覆蓋對(duì)土壤溫度和生育進(jìn)程的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2009,27(1):107-114.

Gao L N,Chen S Y,Zhang X Y,etal.Effect of mulching on soil temperature and crop growth of winter wheat in plain of North China [J].AgriculturalResearchintheAridAreas,2009,27(1):107-114.

[22]汪丙國,靳孟貴,方連玉,等.衡水試驗(yàn)場冬小麥田土壤水流動(dòng)系統(tǒng)分析[J].水土保持研究,2001,8(1):89-92,141.

Wang B G,Jin M G,Fang L Y,etal.Analysis of soil water flow system of the winter wheat cropland in Hengshui experimental area [J].ResearchofSoilandWaterConservation,2001,8(1):89-92,141.

[23]李全起,陳雨海,于舜章,等.灌溉與秸稈覆蓋條件下冬小麥農(nóng)田小氣候特征[J].作物學(xué)報(bào),2006,32(2):306-309.

Li Q Q,Chen Y H,Yu S Z,etal.Micro-climate of winter wheat field under the conditions of irrigation and straw mulching [J].ActaAgronomicaSinica,2006,32(2):306-309.

[24]王亞靜,畢于運(yùn),高春雨.中國秸稈資源可收集利用量及其適宜性評(píng)價(jià)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(9):1852-1859.

Wang Y J,Bi Y Y,Gao C Y.Collectable amounts and suitability evaluation of straw resource in China [J].ScientiaAgriculturaSinica,2010,43(9):1852-1859.

收稿日期：2015-12-07修回日期：2016-01-23

基金項(xiàng)目：國家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303104)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-3-2-49)；盛彤笙科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目(GSAU-STS-1512)

通訊作者：柴守璽(E-mail:sxchai@126.com)

中圖分類號(hào)：S512.1；S311

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-1041(2016)06-0765-08

Effect of Bundled Straw Mulching on Yield of Winter Wheat and Soil Moisture in Arid Region

SONG Yali1,YANG Changgang1,LI Bowen1,LI Shoulei1,LAN Xuemei1,CHANG Lei1,HAN Fanxiang1,CHENG Hongbo2,HUANG Caixia3,CHAI Shouxi1

(1.College of Agronomy,Gansu Agricultural University/Gansu Provincial Key Lab of Aridland Crop,Lanzhou,Gansu 730070,China; 2.College of Life Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China;3.College of Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou,Gansu 730070,China )

Abstract:In order to determine the effects of bundled straw mulching on grain yield and water use efficiency(WUE) of winter wheat in a semi-arid rainfed area of Northwestern China,a field experiment was conducted under four cultivation patterns:bundled straw mulching and row-seeding(SM1),bundled straw mulching and wide belt planting(SM2),whole field plastic mulching with soil covering on the top of mulch and bunch-seeding(PM),and non-mulching with row-seeding as control(CK).Soil moisture content,grain yield and WUE for winter wheat were analyzed.For the three mulching treatments,the 0-20 cm soil moisture during the whole growth season and the 20-90 cm soil moisture before flowering were obviously higher than that in CK,however the 20-90 cm soil moisture after flowering and the 90-200 cm soil moisture during the whole growth season were lower than that in CK.The three mulching treatments were beneficial for wheat to absorb soil water and improved the water consumption amount from flowering to maturity stage and its water consumption percentage.As a result,the total water consumption amount in the bundled straw mulching treatments and in the plastic mulching treatment was 4.6% and 7.6% higher than that in CK,respectively.In the two straw mulching treatments,the 0-200 cm soil moisture before booting had no significant difference with that in PM,however the 0-200 cm soil moisture from booting to harvest was higher than that in PM.The 0-200 cm consumption of soil water storage in PM was higher than that in the straw mulching treatments,however the water consumption amount from flowering to maturity stage and its water consumption percentage was lower than that in the straw mulching treatments.Compared with CK,PM,SM1 and SM2 increased winter wheat yield by 36.8%,29.7% and 27.5%,and water use efficiency by 27.3%,23.9% and 22.7%,respectively.There was a significantly positive correlation between the crop productivity and the soil water consumption during the growth period(r=0.97*).In a comprehensive consideration of yield,water use efficiency and economic benefits,the bundled straw mulching is recommended as an applicable technique in semi-arid rainfed wheat production aiming at high yield and high efficiency.

Key words:Bundled straw mulching; Plastic film mulching; Dryland; Winter wheat; Soil moisture

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2016-05-30

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160530.1549.024.html

第一作者E-mail：SAL219600@163.com