旱地麥田休閑期覆蓋對土壤水分積耗的影響及與產(chǎn)量的關(guān)系

陳夢楠，孫 敏，高志強，任愛霞，楊珍平，郝興宇

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旱地麥田休閑期覆蓋對土壤水分積耗的影響及與產(chǎn)量的關(guān)系

陳夢楠，孫 敏，高志強，任愛霞，楊珍平，郝興宇

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801）

【目的】明確旱地麥田休閑期覆蓋的增產(chǎn)效果，探索旱地小麥休閑期覆蓋保水技術(shù)途徑，為促進旱地小麥產(chǎn)量和水分利用效率的提高提供理論依據(jù)?！痉椒ā坑?010—2013年在山西省聞喜縣邱家?guī)X村以冬小麥品種運旱20410為試驗材料，設(shè)休閑期深翻后覆蓋與不覆蓋2個處理，測定休閑期和小麥各生育時期土壤水分及產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素，研究休閑期覆蓋對麥田土壤水分積耗規(guī)律和小麥產(chǎn)量、水分利用效率的影響?！窘Y(jié)果】休閑期覆蓋后播種期3 m內(nèi)土壤蓄水量提高，豐水年提高47 mm，平水年提高55 mm，欠水年提高63 mm，且欠水年更有利于土壤水分蓄保于深層。休閑期覆蓋后土壤蓄水效率顯著提高，豐水年提高35%，平水年提高48%，欠水年提高101%，且蓄水效果至開花期仍顯著。休閑期覆蓋后生育期耗水量雖顯著增加，但休閑期耗水量顯著降低，因而周年總耗水量無明顯變化。休閑期覆蓋后拔節(jié)前耗水比例顯著降低，拔節(jié)后耗水量及日平均耗水量顯著增加，拔節(jié)后耗水比例增加，尤其在欠水年休閑期覆蓋對生育后期耗水有較大調(diào)控作用。休閑期覆蓋后產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素均顯著提高，其中對穗數(shù)影響最大，尤其在欠水年提高了19%，且欠水年對穗粒數(shù)和千粒重的影響也較大，最終豐水年產(chǎn)量提高30%，平水年提高35%，欠水年提高50%。此外，在休閑期覆蓋條件下，各生育階段的耗水量與產(chǎn)量均密切相關(guān)，尤其是拔節(jié)后的耗水量。結(jié)果還表明，休閑期覆蓋處理，每多蓄1 mm播種期土壤水分可增產(chǎn)17—26 kg·hm-2，每多消耗1 mm生育期土壤水分可增產(chǎn)22—26 kg·hm-2，且降水生產(chǎn)效率和水分利用效率均顯著提高，尤其欠水年更能高效用水。【結(jié)論】休閑期覆蓋有利于蓄積休閑期降水直至開花期；有利于實現(xiàn)降水周年調(diào)控，減少生育前期耗水，增加生育中后期耗水；有利于優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成因素，尤其穗數(shù)，提高產(chǎn)量，最終實現(xiàn)降水的高效利用。在欠水年，休閑期覆蓋的蓄水增產(chǎn)效果最佳。

降水年型；休閑期覆蓋；旱地小麥；耗水量；產(chǎn)量；水分利用效率

0 引言

【研究意義】黃土高原旱作麥區(qū)年平均自然降水約500 mm，且集中在小麥休閑期（7—9月），這與小麥生長季不吻合，可見，小麥產(chǎn)量提升的主要限制因素是干旱。因此，如何最大限度地利用降水，提高土壤積蓄水能力，是該地區(qū)要解決的關(guān)鍵問題?！厩叭搜芯窟M展】前人有關(guān)旱作麥田耕作蓄水和覆蓋保水的研究已有較大進展。休閑期免耕[1-2]、深松[1-2]、深翻[3]等耕作措施均能不同程度地改善土壤結(jié)構(gòu)，增加對降水的蓄積能力，提高播前土壤蓄水量。劉爽等[4]、吳金芝等[5]研究表明，較傳統(tǒng)耕作，休閑期免耕可降低土壤容重，具有良好的抑蒸保墑作用；休閑期深松可疏松土壤，打破犁底層，提高對降水的蓄保能力，有利于小麥出苗生長。自1978年地膜覆蓋栽培技術(shù)引入中國后，由于其集雨保墑和增產(chǎn)效果顯著[6-8]，已得到大面積推廣[7]。地膜覆蓋能調(diào)節(jié)土壤水分環(huán)境，土壤貯水量增加30%，蒸散量降低50%，水分虧缺減少15%以上[9-10]。侯慧芝等[11]研究表明，地膜覆蓋能顯著改善麥田土壤水熱條件，充分利用深層土壤水分，增產(chǎn)效果顯著，且以旱年效果最好。但也有研究表明，降水較少的年份采用地膜覆蓋技術(shù)，可能會造成穗數(shù)不足，導(dǎo)致減產(chǎn)嚴(yán)重[12]。黃土高原旱作區(qū)60%的降水集中在夏季，但由于地表溫度高，土壤水分蒸發(fā)量也大，因此，休閑期覆蓋的蓄水保墑技術(shù)逐漸被研究者所重視[4,13-14]。薛澄等[15]、樊廷錄等[16]研究表明，休閑期覆蓋在不同降水年份均能較好地發(fā)揮集雨、保水效果，最大限度地提高夏季休閑效率，達49%—77%。鄭國璋等[17]研究表明，休閑期覆蓋能擴大土壤水庫，產(chǎn)量提高11%—29%，水分利用效率提高2%—15%?！颈狙芯壳腥朦c】地膜覆蓋技術(shù)前移至休閑期，可有效提高底墑，提高土壤水分貯備水平，避免了地膜覆蓋播種造成的弊端?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過連續(xù)3年采用休閑期深翻后覆蓋技術(shù)，研究旱地小麥3 m土壤水分積耗變化特征及其與產(chǎn)量的關(guān)系，旨在探索年際間休閑期地膜覆蓋的蓄水保墑技術(shù)，以期突破旱地小麥水資源短缺的瓶頸，實現(xiàn)高效用水和穩(wěn)定增產(chǎn)的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2010—2013年度在山西省聞喜縣邱家?guī)X村旱地小麥試驗基地進行。試驗地位于35°20′N，111°17′E，為丘陵旱地，無灌溉條件，一年一作，夏季休閑。該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均氣溫12.9℃，年均日照時數(shù)2 242.0 h，年均降雨量489.9 mm，60%左右集中于7—9月。2010—2011年，6月18日測定0—20 cm土壤基礎(chǔ)肥力：有機質(zhì)8.57 g·kg-1、全氮0.65 g·kg-1、堿解氮32.83 mg·kg-1、速效磷20.11 mg·kg-1；2011—2012年，6月10日測定0—20 cm土壤基礎(chǔ)肥力：有機質(zhì)8.72 g·kg-1、全氮0.78 g·kg-1、堿解氮40.16 mg·kg-1、速效磷19.87 mg·kg-1；2012—2013年，6月13日測定0—20 cm土壤基礎(chǔ)肥力：有機質(zhì)11.88 g·kg-1、堿解氮38.62 mg·kg-1、速效磷14.61 mg·kg-1。

采用國內(nèi)較常用的降水年型劃分標(biāo)準(zhǔn)[18]劃分降水年型。圖1為試驗地降水情況，2010—2011年度總降水量為553.1 mm，略高于年均降水量，屬平水年，其中休閑期降水較多；2011—2012年度總降水量為661.9 mm，高于年均降水量35.1%，屬豐水年，其中休閑期、播種—越冬期降水較多；2012—2013年度總降水量為355.7 mm，低于年均降水量27.4%，屬枯水年，其中開花—成熟期降水較多。

數(shù)據(jù)來源：山西省聞喜縣氣象站。休閑期：6月下旬至9月下旬；播種—越冬：10月上旬至11月下旬；越冬—拔節(jié)：12月上旬至4月上旬；拔節(jié)-開花：4月中旬至5月上旬；開花—成熟：5月中旬至6月中旬。下同

1.2 試驗設(shè)計

試驗品種為運旱20410，由山西省聞喜縣農(nóng)委提供。采用隨機區(qū)組設(shè)計，連續(xù)3年休閑期深翻后，設(shè)置覆蓋（M）與不覆蓋（NM）2個處理，重復(fù)3次，小區(qū)面積150 m2（3 m×50 m）。前茬小麥?zhǔn)斋@時留高茬（20—30 cm），7月上旬撒施生物有機肥（山西大學(xué)研制，品牌為“沃豐”，有效活菌數(shù)≥2×108·g-1，有機質(zhì)≥25%，N+P2O5+K2O≥6%）1 500 kg·hm-2，深翻25—30 cm，將麥茬秸稈、有機肥全部翻埋于土壤中，耙平后用滲水地膜（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研制，具有微通透結(jié)構(gòu)，能滲水、透氣，用法同普通地膜）將地面全部覆蓋。2010—2013試驗?zāi)甓确謩e于7月15日、7月10日、7月15日深翻，8月28日、8月25日、8月23日揭膜、旋耕、耙耱，9月29日、10月1日、10月1日播種，播前均施純氮、P2O5和K2O各150 kg·hm-2，機械條播，行距20 cm，基本苗225×104株/hm2。

1.3 測定項目與方法

于前茬小麥?zhǔn)斋@后，選取具有代表性的地塊挖一3 m深的剖面坑，根據(jù)土壤剖面層次自上至下取土，每20 cm為一土層，采用環(huán)刀法測定土壤容重[19]。于前茬小麥?zhǔn)蘸?0 d（覆蓋處理前）、60 d（覆蓋處理后20 d）、80 d（覆蓋處理后40 d）及小麥播種期、越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、成熟期用土鉆取0—3 m土層土樣，每20 cm為一土層，采用烘干法測定土壤含水量。成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)、每穗粒數(shù)及千粒重，每小區(qū)取50株測定生物產(chǎn)量，收割16 m2測定經(jīng)濟產(chǎn)量。計算方法如下[19]。

Wi=hi×ρi×ωi×10，式中W為土壤蓄水量（mm）；h為土層深度（cm）；ρ為土壤容重（g·cm-3），ω為土壤含水量（%），i為土層，10為換算系數(shù)。

ET1=ΔS1+P1，式中ET1為休閑期農(nóng)田耗水量（mm），ΔS1為播種期與休閑期覆蓋前土壤蓄水量之差（mm），P1為休閑期降水量（mm）。

ET2=ΔS2+P2，式中ET2為小麥生育期耗水量（mm），ΔS2為成熟期與播種期土壤蓄水量之差（mm），P2為生育期降水量（mm）。

ET3= ET1+ ET2，式中ET3為周年總耗水量（mm）。

WSE=ΔS1/P1，式中WSE為休閑期土壤蓄水效率（%），ΔS1為休閑期覆蓋前至播種期增加的土壤蓄水量（mm），P1為休閑期降水量（mm）。

PUE=Y/(P1+P2)，式中PUE為降水生產(chǎn)效率（kg·hm-2·mm-1），Y為籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2），P1+P2為年降水量（mm）。

WUE-=Y/ET2，式中WUE-為生育期水分利用效率（kg·hm-2·mm-1）。

ΔY1=(Y1-Y2)/(W1-W2)，式中ΔY1為單位蓄水量下的增產(chǎn)量（kg·hm-2·mm-1），Y1、Y2分別為休閑期覆蓋和不覆蓋下的產(chǎn)量（kg·hm-2），W1、W2分別為休閑期覆蓋和不覆蓋下播種期土壤蓄水量（mm）。

ΔY2=(Y1-Y2)/(E1-E2)，式中ΔY2為單位耗水量下的增產(chǎn)量（kg·hm-2·mm-1），E1、E2分別為休閑期覆蓋和不覆蓋下作物生育期耗水量（mm）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2003軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，用SAS 9.0軟件進行統(tǒng)計分析，采用LSD法檢驗處理間差異顯著性，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 休閑期覆蓋后土壤水分的積累

2.1.1 播種期3 m內(nèi)土壤水分的垂直變化 休閑期覆蓋后，播種期0—300 cm土壤蓄水量提高，豐水年提高47 mm，且0—160 cm各土層差異顯著；平水年提高55 mm，且0—220 cm和240—260 cm各土層差異顯著；欠水年提高63 mm，且0—40 cm和80—300 cm各土層差異顯著（圖2）?？梢姡蓍e期覆蓋能蓄積休閑期降水，改善底墑，以欠水年效果最佳，且更有利于深層土壤水分的蓄積。

圖2 休閑期覆蓋對播種期土壤蓄水量的影響

2.1.2 土壤水分的周年變化 休閑期覆蓋后，前茬小麥?zhǔn)斋@后60 d（覆蓋處理后20 d）至成熟期3 m內(nèi)土壤蓄水量提高，且前茬收獲后80 d至開花期差異顯著，其中平水年和欠水年在播種期、拔節(jié)期和開花期的提高幅度較豐水年大，欠水年尤其明顯（圖3）?？梢?，休閑期覆蓋有利于蓄積降水，其效果可延續(xù)至開花期，以欠水年的蓄水效果最佳。

M：休閑期覆蓋；NM：休閑期不覆蓋；PH：收獲后；SS：播種期；PS：越冬期；JS：拔節(jié)期；BS：孕穗期；AS：開花期；MS：成熟期。下同

2.2 休閑期覆蓋后土壤水分的消耗

2.2.1 周年耗水 休閑期覆蓋后，休閑期耗水量顯著降低，生育期耗水量顯著增加，最終周年總耗水量無顯著差異（表1）?？梢姡蓍e期覆蓋能減少地表水分蒸發(fā)，雖然促進小麥生長耗水，但通過大幅降低休閑期農(nóng)田耗水來維持周年水分平衡，不影響下年度作物生長，而是在一定程度上滿足了生育期小麥對水分的需求。

表1 休閑期覆蓋對耗水量的影響

表中同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。下同

Tables with the same small letter within a column are not significantly different at the 0.05 level. The same as below

2.2.2 階段耗水 小麥各生育階段的耗水量（表2）和日平均耗水量（圖4）均以拔節(jié)—開花階段最高，其次為開花—成熟階段，播種—拔節(jié)階段最低?？梢?，小麥生育中后期耗水較多，尤其是生育中期。欠水年較豐水年和平水年，各階段的耗水量及播種—拔節(jié)階段的耗水比例顯著降低，拔節(jié)—開花和開花—成熟兩階段的耗水比例增加，尤其是拔節(jié)—開花階段?？梢姡匪晖寥浪种饕┙o作物生育中后期需水。

表2 休閑期覆蓋對各生育階段耗水量及其所占比例的影響

STJ：播種—拔節(jié)Sowing stage to jointing stage；JTA：拔節(jié)—開花Jointing stage to anthesis；ATM：開花—成熟Anthesis to mature。下同 The same as below

圖4 休閑期覆蓋對各生育階段日平均耗水量變化的影響

休閑期覆蓋后，拔節(jié)—開花和開花—成熟兩階段耗水量和日平均耗水量顯著增加，拔節(jié)—開花階段耗水量所占比例顯著增加，開花—成熟階段耗水量所占比例也增加，且欠水年差異顯著；播種—拔節(jié)階段耗水量和日平均耗水量無顯著變化，而階段耗水量所占比例顯著降低?？梢?，休閑期覆蓋減少生育前期耗水比例，促進小麥生育中后期耗水，且在欠水年生育后期有較大的調(diào)控效應(yīng)。

2.3 休閑期覆蓋對產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

旱地小麥產(chǎn)量受降雨年型影響有較大波動，休閑期覆蓋后欠水年產(chǎn)量顯著高于休閑期不覆蓋條件下平水年產(chǎn)量，平水年產(chǎn)量與休閑期不覆蓋條件下豐水年產(chǎn)量差異不顯著（表3）?？梢?，休閑期覆蓋的蓄水技術(shù)在一定程度上可緩解降水不足造成的減產(chǎn)損失，對產(chǎn)量提升有較大的調(diào)控性。

表3 休閑期覆蓋對產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

休閑期覆蓋后，產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均顯著提高。豐水年穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量分別提高17%、7%、4%和30%；平水年分別提高15%、8%、7%和35%；欠水年分別提高19%、10%、12%和50%，其中千粒重超過豐水年和平水年，達顯著水平?？梢?，休閑期覆蓋主要通過提高穗數(shù)實現(xiàn)增產(chǎn)，以欠水年的增產(chǎn)效果最佳，且欠水年休閑期覆蓋對穗粒數(shù)和千粒重的影響也較大。

通過階段耗水量與產(chǎn)量的相關(guān)性分析表明，休閑期覆蓋條件下，產(chǎn)量與播種—拔節(jié)階段耗水量呈正相關(guān)（=0.8285*），與拔節(jié)—開花、開花—成熟階段耗水量呈極顯著正相關(guān)（=0.9865**，=0.9898**）?？梢姡魃A段耗水量對產(chǎn)量有較大影響，尤其拔節(jié)后的耗水量。

2.4 休閑期覆蓋對土壤水分利用效率的影響

休閑期覆蓋后，每增加1 mm土壤貯水，可增產(chǎn)17—26 kg·hm-2，每消耗1 mm土壤水分，可增產(chǎn)22—26 kg·hm-2，且以豐水年的增產(chǎn)效果最明顯（表4）。休閑期覆蓋后，土壤蓄水效率、降水生產(chǎn)效率、水分利用效率均顯著提高，豐水年分別提高35%、30%和31%，平水年分別提高48%、35%和38%，欠水年分別提高101%、50%和54%（表5）?？梢?，休閑期覆蓋能充分利用降水，對提高小麥產(chǎn)量有較大貢獻，以豐水年的增產(chǎn)效果較好，且欠水年更有利于休閑期降水的蓄積和生育期土壤水分的高效利用。

表4 休閑期覆蓋土壤水分積耗對產(chǎn)量的貢獻

表5 休閑期覆蓋對降水利用狀況的影響

3 討論

3.1 休閑期覆蓋的蓄水效應(yīng)

覆蓋栽培可以集雨保墑，減少水分蒸發(fā)，提高降水入滲，最終提高土壤底墑。Chen等[21]和廖允成等[22]研究表明，旱地小麥休閑期采用地膜秸稈兩元覆蓋技術(shù)能顯著提高休閑期降雨蓄保能力，較露地栽培能多蓄水108.4 mm，蓄水效率達73.2%，最終提高底墑。劉爽等[4]研究表明，休閑期免耕或深松后進行覆蓋能抑蒸保墑，提高播前土壤水分，有利于小麥出苗。本研究表明，休閑期深翻后覆蓋能提高播種期0—300 cm土壤蓄水量，顯著提高休閑期土壤蓄水效率，豐水年提高35%，平水年提高48%，欠水年提高101%，且欠水年更有利于水分蓄積于深層?？梢?，不同降水年型休閑期覆蓋均具有良好的納雨蓄水效果，有效改善播前底墑，為小麥生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)，但年型之間休閑期覆蓋的蓄水效果存在差異，以欠水年效果更明顯。究其原因，一方面深翻增大了土壤孔隙度，有利于土壤水分下滲，并蓄保于深層；另一方面地膜覆蓋在地表形成了一道物理阻隔，切斷了土壤與大氣之間的蒸發(fā)通道，迫使土壤水分進行橫向遷移，減少了無效蒸發(fā)，達到蓄水保墑的目的。本研究表明，休閑期深翻后覆蓋能顯著提高小麥?zhǔn)斋@后80 d至開花期土壤蓄水量，且以欠水年提高幅度較大。說明休閑期深翻后覆蓋有利于前期蓄積深層土壤水分，欠水年的干旱條件有利于根系下扎，促進吸收深層土壤水分，實現(xiàn)伏雨春夏用，蓄水效果延續(xù)時間長，有利于兩級分化，滿足后期穗數(shù)形成和籽粒灌漿所需的水分。

3.2 休閑期覆蓋對耗水的影響

各個生育時期土壤蓄水量的變化影響作物生長，從而影響各個生育階段的耗水過程。朱自璽等[23]研究表明，覆蓋栽培能改變作物的耗水模式，即減少前期土壤無效蒸發(fā)，增加后期植株有效蒸騰，將有限的水分更多地用于物質(zhì)生產(chǎn)，使土壤水分消耗由物理過程轉(zhuǎn)化為生物學(xué)過程，從而提高水分利用效率。本研究表明，不同降水年型小麥各生育階段耗水規(guī)律基本一致，階段耗水量和日平均耗水量均以拔節(jié)—開花階段最高，以播種—拔節(jié)階段最低，尤其是該階段的日平均耗水量較低；但年型間存在差異，欠水年顯著降低了播種—拔節(jié)階段耗水量及其比例，增加了拔節(jié)—開花和開花—成熟階段耗水比例?？梢?，小麥生育中后期耗水強度大，欠水年對該階段的供水量大，有利于小麥成穗和籽粒形成。本研究也表明，休閑期覆蓋可調(diào)節(jié)不同生育階段耗水需求，顯著降低播種—拔節(jié)階段耗水量所占比例，增加拔節(jié)—開花、開花—成熟階段的耗水量及其所占比例，尤其欠水年的增幅較大。可見，休閑期覆蓋能減少小麥生育前期耗水比例，增加生育中后期耗水比例，為小麥中后期物質(zhì)生產(chǎn)提供充足的水分，尤其欠水年對生育后期的調(diào)控作用較大。這可能因為休閑期覆蓋后小麥的根系更加發(fā)達，尤其欠水年，通過根系的橫、縱方向?qū)λ诌M行再分配運輸[24]，在干旱缺水時可充分調(diào)動深層土壤貯水供小麥生長所需，同時可在需水較少的冬前貯存水分，供后期生長旺盛的階段利用[25]。

本研究表明，休閑期覆蓋處理的休閑期耗水量減少，生育期耗水量增加，而對周年耗水量無明顯影響。說明雖然休閑期覆蓋處理高產(chǎn)高耗水，但關(guān)鍵在于降低休閑期農(nóng)田的無效蒸發(fā)，提高有限降水的蓄積能力，實現(xiàn)跨季節(jié)利用，最終提高產(chǎn)量和水分利用效率，即通過降水資源的高效利用來達到增產(chǎn)，而并非以持續(xù)惡化土壤墑情為代價，不影響下年度小麥生長。

3.3 休閑期覆蓋對產(chǎn)量和水分利用效率的影響

覆蓋栽培在優(yōu)化作物耗水模式的同時，有效地促進了土壤-作物-降水系統(tǒng)的良性循環(huán)，充分滿足作物生長水分需求，優(yōu)化了產(chǎn)量構(gòu)成因素，提高了產(chǎn)量[10]。武繼承等[6]研究表明，旱地麥田休閑期地膜覆蓋能促進小麥分蘗，提高穗粒數(shù)和千粒重，最終提高產(chǎn)量和水分利用效率。任小龍等[26]模擬不同降水量下溝壟覆蓋栽培對春茬玉米的研究表明，降水越少，覆蓋栽培提高產(chǎn)量和水分效率的程度越大。本研究表明，采用休閑期覆蓋的蓄水技術(shù)，欠水年千粒重甚至超過豐水年和平水年；增產(chǎn)幅度達30%以上，但年型間差異較大，欠水年產(chǎn)量可超越平水年不覆蓋的產(chǎn)量，平水年產(chǎn)量與豐水年不覆蓋的產(chǎn)量差異不顯著。這可能是因為，休閑期覆蓋后，欠水年尤其促進小麥生育后期耗水，有利于籽粒灌漿，在一定程度上彌補干旱對產(chǎn)量的影響，對產(chǎn)量的提升有較大調(diào)控作用。本研究還表明，休閑期覆蓋能顯著提高產(chǎn)量構(gòu)成因素，尤其穗數(shù)提高15%以上，顯著提高降水生產(chǎn)效率和水分利用效率，尤其欠水年分別提高50%和54%?？梢姡蓍e期覆蓋能改善農(nóng)田水分狀況，促進有效穗數(shù)形成，從而實現(xiàn)增產(chǎn)和有限降水的高效利用，且以欠水年效果較好。此外，休閑期覆蓋后產(chǎn)量與拔節(jié)—開花、開花—成熟階段耗水量呈極顯著正相關(guān)，與播種—拔節(jié)階段呈顯著正相關(guān)，說明拔節(jié)后的耗水量對小麥產(chǎn)量影響更大。

3.4 休閑期覆蓋的增產(chǎn)效應(yīng)

充足的播前底墑是旱地小麥實現(xiàn)高產(chǎn)的前提條件，不同降水年型地膜小麥均表現(xiàn)出隨底墑的提高而增產(chǎn)，低底墑時播種會導(dǎo)致產(chǎn)量低、效益差[27-28]。孟曉瑜等[29]研究表明，每增加1 mm的播前底墑，籽粒產(chǎn)量增加10.6—11.4 kg·hm-2。楊長剛等[30]通過兩年的試驗研究表明，生育期覆蓋后每增加1 mm生育期耗水量，籽粒產(chǎn)量增加20 kg·hm-2和15 kg·hm-2。前人對生育期覆蓋栽培技術(shù)的增產(chǎn)效果研究較多，而對休閑期覆蓋鮮有報道。本研究表明，休閑期覆蓋后每增加1 mm播前土壤水分，增產(chǎn)達17—26 kg·hm-2，且隨著降水量的減少，增產(chǎn)效果有所降低；每消耗1 mm生育期土壤水分，增產(chǎn)達22—26 kg·hm-2，且以豐水年的效果最好，欠水年其次?？梢?，休閑期覆蓋通過增加休閑期降水的蓄積和生育期水分的高效利用實現(xiàn)增產(chǎn)，且欠水年更能有效地將土壤水分用于籽粒生產(chǎn)。

覆蓋保水栽培技術(shù)是旱作農(nóng)業(yè)重要的蓄水保墑技術(shù)之一，但有研究表明，在降水偏少的地區(qū)或年份，采用地膜覆蓋播種技術(shù)會造成有效種植面積減小，植株局部擁擠，穗數(shù)不足，導(dǎo)致減產(chǎn)，經(jīng)濟效益低下[31-32]。本研究將地膜覆蓋技術(shù)前移至休閑期，可有效提高底墑，增加冬前分蘗，彌補降水不足帶來的減產(chǎn)損失，避免地膜覆蓋播種造成的弊端。筆者于2009年開始在聞喜試驗基地進行旱地麥田休閑期覆蓋蓄水保墑技術(shù)的研究，研究表明休閑期深翻后覆蓋可極大地提高有限降水的利用效率[17,32-33]，最終每畝節(jié)本增收200— 300元。因此，若在生產(chǎn)上大面積推廣休閑期覆蓋栽培技術(shù)，對旱地冬小麥增產(chǎn)增收具有重要意義。

4 結(jié)論

休閑期深翻后覆蓋，小麥的穗數(shù)提高15%—19%，產(chǎn)量提高30%—50%，水分利用效率提高31%—54%，尤其欠水年增產(chǎn)增效明顯。休閑期覆蓋顯著提高播前3 m內(nèi)土壤蓄水量，土壤蓄水效率提高35%—101%，改變小麥階段耗水比例，將有限水分更多地用于小麥成穗和籽粒形成的拔節(jié)—開花和開花—成熟階段。最終，每積累1 mm播種期土壤水分可增產(chǎn)17—26 kg·hm-2，每消耗1 mm生育期土壤水分可增產(chǎn)22—26 kg·hm-2。休閑期覆蓋栽培技術(shù)在高耗水的同時不會惡化下年度土壤墑情，可實現(xiàn)土壤水分周年平衡，在旱作麥區(qū)生產(chǎn)中具有重要的應(yīng)用前景。

References：

[1] 侯賢清, 韓清芳, 賈志寬, 李永平, 楊寶平. 半干旱區(qū)夏閑期不同耕作方式對土壤水分及小麥水分利用效率的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2009, 27(5): 52-58.

Hou X Q, Han Q F, Jia Z K, Li Y P, Yang B P, Effects of different tillage practices in summer fallow period on soil water and crop water use efficiency in semi-arid areas., 2009, 27(5): 52-58. (in Chinese)

[2] 李友軍, 黃明, 吳金芝, 姚宇卿, 呂軍杰. 不同耕作方式對豫西旱區(qū)坡地水肥利用與流失的影響. 水土保持學(xué)報, 2006, 20(2): 42-45, 101.

Li Y J, Huang M, Wu J Z, Yao Y Q, Lü J J. Effects of different tillage on utilization and run-off of water and nutrient in sloping farmland of Yuxi dryland area., 2006, 20(2): 42-45, 101. (in Chinese)

[3] 孫敏, 溫斐斐, 高志強, 任愛霞, 鄧妍, 趙維峰, 趙紅梅, 楊珍平, 郝興宇, 苗果園. 不同降水年型旱地小麥休閑期耕作的蓄水增產(chǎn)效應(yīng). 作物學(xué)報, 2014, 40(8): 1459-1469.

Sun M, Wen F F, Gao Z Q, Ren A X, Deng Y, Zhao W F, Zhao H M, Yang Z P, Hao X Y, Miao G Y. Effects of farming practice during fallow period on soil water storage and yield of dryland wheat in different rainfall years, 2014, 40(8): 1459-1469. (in Chinese)

[4] 劉爽, 武雪萍, 吳會軍, 梁二, 蔡典雄. 休閑期不同耕作方式對洛陽冬小麥農(nóng)田土壤水分的影響. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2007, 28(3): 292-295.

Liu S, Wu X P, Wu H J, Liang E, Cai D X. Influence of different tillage practices during summer fallow on soil moisture in winter wheat field in Luoyang, 2007, 28(3): 292-295. (in Chinese)

[5] 吳金芝, 黃明, 李友軍, 陳明燦, 姚宇卿, 郭大勇, 黃海霞. 不同耕作方式對冬小麥光合作用產(chǎn)量和水分利用效率的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2008, 26(5): 17-21.

Wu J Z, Huang M, Li Y J, Chen M C, Yao Y Q, Guo D Y, Huang H X. Effects of different tillage systems on the photosynthesis functions, grain yield and WUE in winter wheat., 2008, 26(5): 17-21. (in Chinese)

[6] 武繼承, 管秀娟, 楊永輝. 地面覆蓋和保水劑對冬小麥生長和降水利用的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(1): 86-92.

Wu J C, Guan X J, Yang Y H. Effects of ground cover and water-retaining agent on winter wheat growth and precipitation utilization, 2011, 22(1): 86-92. (in Chinese)

[7] Dai J L, Dong H Z. Intensive cotton farming technologies in China: Achievements, challenges and countermeasures., 2014, 155: 99-110.

[8] Qin S H, Zhang J L, Dai H L, Wang D, Li D M. Effect of ridge- furrow and plastic-mulching planting patterns on yield formation and water movement of potato in a semi-arid area., 2014, 131: 87-94.

[9] 張永濤, 湯天明, 李增印, 王開增. 地膜覆蓋的水分生理生態(tài)效應(yīng). 水土保持研究, 2001, 8(3): 45-47.

Zhang Y T, Tang T M, Li Z Y, Wang K Z. Soil physiological and ecological effects of mulching film, 2001, 8(3): 45-47. (in Chinese)

[10] 王紅麗, 張緒成, 宋尚有, 馬一凡, 于顯楓. 西北黃土高原旱地全膜雙壟溝播種植對玉米季節(jié)性耗水和產(chǎn)量的調(diào)節(jié)機制. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2013, 46(5): 917-926.

Wang H L, Zhang X C, Song S Y, Ma Y F, Yu X F. Regulation of whole field surface plastic mulching and double ridge-furrow planting on seasonal soil water loss and maize yield in rain-fed area of northwest Loess Plateau, 2013, 46(5): 917-926. (in Chinese)

[11] 侯慧芝, 呂軍峰, 郭天文, 張國平, 張平良, 張緒成. 西北黃土高原半干旱區(qū)全膜覆土穴播對土壤水熱環(huán)境和小麥產(chǎn)量的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2014, 34(19): 5503-5513.

Hou H Z, Lü J F, Guo T W, Zhang G P, Zhang P L, Zhang X C. Effects of whole field soil-plastic mulching on soil thermal- moisture status and wheat yield in semiarid region on northwest Loess Plateau., 2014, 34(19): 5503-5513. (in Chinese)

[12] 李鳳民, 鄢珣, 王俊, 李世清, 王同朝. 地膜覆蓋導(dǎo)致春小麥產(chǎn)量下降的機理. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2001, 34(3): 330-333.

Li F M, Yan X, Wang J, Li S Q, Wang T Z. The mechanism of yield decrease of spring wheat resulted from plastic fim mulching., 2001, 34(3): 330-333. (in Chinese)

[13] 楊海迪, 海江波, 賈志寬, 韓清芳, 張保軍, 任世春. 不同地膜周年覆蓋對冬小麥土壤水分及利用效率的影響. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2011, 29(2): 27-34.

Yang H D, Hai J B, Jia Z K, Han Q F, Zhang B J, Ren S C. Effect of different plastic-film mulching in the whole growth period on soil moisture and water use efficiency of winter wheat, 2011, 29(2): 27-34. (in Chinese)

[14] 范穎丹, 柴守璽, 程宏波, 陳玉章, 楊長剛, 黃彩霞, 常磊, 逄蕾. 覆蓋方式對旱地冬小麥土壤水分的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2013, 24(11): 3137-3144.

Fan Y D, Chai S X, Cheng H B, Chen Y Z, Yang C G, Huang C X, Chang L, Pang L. Effects of mulching on soil moisture in a dryland winter wheat field, northwest China, 2013, 24(11): 3137-3144. (in Chinese)

[15] 薛澄, 王朝輝, 李富翠, 趙護兵, 周玲, 李小涵. 渭北旱塬不同施肥與覆蓋栽培對冬小麥產(chǎn)量形成及土壤水分利用的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(21): 4395-4405.

Xue C, Wang Z H, Li F C, Zhao H B, Zhou L, Li X H. Effects of different fertilization and mulching cultivation methods on yield and soil water use of winter wheat on Weibei Dryland, 2011, 44(21): 4395-4405. (in Chinese)

[16] 樊廷錄, 王勇, 王立明, 唐小明. 旱地冬小麥周年地膜覆蓋栽培的增產(chǎn)機理及關(guān)鍵技術(shù)研究. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 1999, 17(2): 4-10.

Fan T L, Wang Y, Wang L M, Tang X M. Yield-increasing mechanism and key cultivation techniques of winter wheat with perennial film mulching in dryland of East Gansu, 1999, 17(2): 4-10. (in Chinese)

[17] 鄭國璋, 鄭瑋, 孫敏, 高志強, 張錦朝. 旱地小麥休閑期地膜覆蓋對土壤水分和產(chǎn)量的影響. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2015, 46(3): 357-362.

Zheng G Z, Zheng W, Sun M, Gao Z Q, Zhang J Z. Effect of plastic film mulching in fallow period on soil water storage and dry-land wheat yield, 2015, 46(3): 357-362. (in Chinese)

[18] 張北贏, 徐學(xué)選, 劉文兆, 陳天林. 黃土丘陵溝壑區(qū)不同降水年型下土壤水分動態(tài). 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2008, 19(6): 1234-1240.

Zhang B Y, Xu X X, Liu W Z, Chen T L.Dynamic changes of soil moisture in loess hilly and gully region under effects of different yearly precipitation patterns, 2008, 19(6): 1234-1240. (in Chinese)

[19] 孔凡偉. 如何精測土壤容重. 黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010(10): 178.

Kong F W. How to determinate soil bulk density accurately., 2010(10): 178. (in Chinese)

[20] 侯賢清, 王維, 韓清芳, 賈志寬, 嚴(yán)波, 李永平, 蘇秦. 夏閑期輪耕對小麥田土壤水分及產(chǎn)量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(10): 2524-2532.

Hou X Q, Wang W, Han Q F, Jia Z K, Yan B, Li Y P, Su Q. Effects of rotational tillage during summer fallow on wheat field soil water regime and grain yield, 2011, 22(10): 2524-2532. (in Chinese)

[21] Chen Y L, Liu T, Tian X H, Wang X F, Li M, Wang S X, Wang Z H. Effects of plastic film combined with straw mulch on grain yield and water use efficiency of winter wheat in Loess Plateau., 2015, 172: 53-58.

[22] 廖允成, 溫曉霞, 韓思明, 賈志寬. 黃土臺原旱地小麥覆蓋保水技術(shù)效果研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2003, 36(5): 548-552.

Liao Y C, Wen X X, Han S M, Jia Z K. Effect of mulching of water conservation for dryland winter wheat in the Loess Tableland, 2003, 36(5): 548-552. (in Chinese)

[23] 朱自璽, 趙國強, 鄧天宏, 方文松, 付祥軍. 秸稈覆蓋麥田水分動態(tài)及水分利用效率研究. 生態(tài)農(nóng)業(yè)研究, 2000, 8(1): 36-39.

Zhu Z X, Zhao G Q, Deng T H, Fang W S, Fu X J. Study of water dynamics and water use efficiency in mulched winter wheat field, 2000, 8(1): 36-39. (in Chinese)

[24] Burgess S S, Adams M A, Turner N C, Ong C K. The redistribution of soil water by tree root systems., 1998, 115(3): 306-311.

[25] 王喜慶, 李生秀, 高亞軍. 地膜覆蓋對旱地春玉米生理生態(tài)和產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報, 1998, 24(3): 348-353.

Wang X Q, Li S X, Gao Y J. Effect of plastic film mulching on ecophysiology and yield of the spring maize's on the Arid Land, 1998, 24(3): 348-353. (in Chinese)

[26] 任小龍, 賈志寬, 陳小莉. 不同模擬雨量下微集水種植對農(nóng)田水肥利用效率的影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2010, 26(3): 75-81.

Ren X L, Jia Z K, Chen X L. Effect of micro-catchment rainwater harvesting on water and nutrient use efficiency in farmland under different simulated rainfall conditions, 2010, 26(3): 75-81. (in Chinese)

[27] 王勇. 旱地地膜冬小麥播前底墑對產(chǎn)量效應(yīng)的研究. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2003, 11(3): 123-126.

Wang Y. Effect of soil stored water before sowing on yield of winter wheat mulched with plastic in dryland, 2003, 11(3): 123-126. (in Chinese)

[28] 謝英荷, 李廷亮, 洪堅平, 劉麗萍, 龐嬌, 馮倩, 鄧樹元, 單杰. 施氮和壟膜溝播種植對晉南旱地冬小麥水分利用的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2011, 22(8): 2038-2044.

Xie Y H, Li T L, Hong J P, Liu L P, Pang J, Feng Q, Deng S Y, Dan J. Effects of nitrogen application and ridge film furrow planting on water use of winter wheat in dry land of South Shanxi, 2011, 22(8): 2038-2044. (in Chinese)

[29] 孟曉瑜, 王朝輝, 李富翠, 李可懿, 薛澄, 李生秀. 底墑和施氮量對渭北旱塬冬小麥產(chǎn)量與水分利用的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2012, 23(2): 369-375.

Meng X Y, Wang Z H, Li F C, Li K Y, Xue C, Li S X. Effects of soil moisture before sowing and nitrogen fertilization on winter wheat yield and water use on Weibei Plain of Loess Plateau, 2012, 23(2): 369-375. (in Chinese)

[30] 楊長剛, 柴守璽, 常磊, 楊德龍. 不同覆膜方式對旱作冬小麥耗水特性及籽粒產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(4): 661-671.

Yang C G, Chai S X, Chang L, Yang D L. Effects of plastic mulching on water consumption characteristics and grain yield of winter wheat in arid region of northwest China, 2015, 48(4): 661-671. (in Chinese)

[31] 李儒, 崔榮美, 賈志寬, 韓清芳, 路文濤, 侯賢清. 不同溝壟覆蓋方式對冬小麥土壤水分及水分利用效率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(16): 3312-3322.

Li R, Cui R M, Jia Z K, Han Q F, Lu W T, Hou X Q. Effects of different furrow-ridge mulching ways on soil moisture and water use efficiency of winter wheat., 2011, 44(16): 3312-3322. (in Chinese)

[32] 高艷梅, 孫敏, 高志強, 崔凱, 趙紅梅, 楊珍平, 郝興宇. 不同降水年型旱地小麥覆蓋對產(chǎn)量及水分利用效率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2015, 48(18): 3589-3599.

Gao Y M, Sun M, Gao Z Q, Cui K, Zhao H M, Yang Z P, Hao X Y. Effects of mulching on grain yield and water use efficiency of dryland wheat in different rainfall years., 2015, 48(18): 3589-3599. (in Chinese)

[33] 鄧妍, 高志強, 孫敏, 趙維峰, 趙紅梅, 李青. 夏閑期深翻覆蓋對旱地麥田土壤水分及產(chǎn)量的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2014, 25(1): 1-7.

Deng Y, Gao Z Q, Sun M, Zhao W F, Zhao H M, Li Q. Effects of deep plowing and mulch in fallow period on soil water and yield of wheat in dryland., 2014, 25(1): 1-7. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 李莉）

Effects of Mulching during Fallow Period on Soil Water Storage and Consumption and its Relationship with Wheat Yield of Dryland

CHEN Meng-nan, SUN Min, GAO Zhi-qiang, REN Ai-xia, YANG Zhen-ping, HAO Xing-yu

(College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi)

【Objective】Strategies and practices are required to increase yield of dryland wheat and improve water use efficiency. The objective of this study was to confirm the effects of mulching during fallow period on the yield of dryland wheat, and to provide a solution to soil water retention.【Method】Field experiments were carried out with a winter wheat cultivar Yunhan 20410 from 2010 to 2013 in Qiujialing Village, Wenxi, Shanxi, and soil water storage was observed during fallow period and different wheat growth periods, yield and yield components were observed in two treatments, with and without mulching during fallow period after deep plowing. Changes in soil water storage and consumption, wheat yield and water use efficiency were analyzed.【Result】The results showed that soil water storage in the 0-3 m depth was increased at sowing stage by 47 mm in humid year under mulching during fallow period, 55 mm in normal year and 63 mm in dry year, and more water was stored in deep soil layers in dry year. Soil water storage efficiency was increased significantly, which was increased by 35% in humid year under mulching during fallow period, 48% in normal year and 101% in dry year, and its effect was still significant on the anthesis. The effects of water consumption during different growth periods were different under mulching during fallow period, which was increased significantly in the wheat growth period, but reduced significantly during fallow period, thus the annual waterconsumption did not change much. Whilethe percentage of water consumption before jointing stage was decreased significantly under mulching during fallow period, water consumption and daily water consumption after jointing stage were increased significantly. The percentage of water consumption after jointing stage was also increased, especially the regulatory effect of water consumption at later growth stage of wheat in dry year. Wheat yield and yield components were increased significantly under mulching during fallow period, especially spike number, and wheat yield was increased by 30% in humid year, 35% in normal year and 50% in humid year. In dry year, spike number was increased by 19%, grain number per spike and 1000-grain weight also received a large effect. In addition, water consumption at each growth stage had close correlation with wheat yield under mulching during fallow period, especially after jointing stage. In mulching during fallow period treatment, soil water storage increased by 1 mm at sowing stage could improve wheat yield by 17-26 kg·hm-2, soil water consumption in growth period increased by 1 mm could improve wheat yield by 22-26 kg·hm-2.Rainfall productive efficiency and water use efficiency were increased significantly under mulching during fallow period, especially in dry year.【Conclusion】It could benefit the soil water storage from the fallow period to anthesis under mulching during fallow period. The annual precipitation was regulated by reducing water consumption at earlier growth stage, and increasing water consumption at middle and later growth stage under mulching during fallow period. In addition, the yield components were optimized, especially the spike, through the method, which was favorable for increasing production, and ultimately to achieve efficient use of rainfall. The effect of mulching during fallow period was better in dry year.

rainfall years; mulching during fallow period; dryland wheat; water consumption; yield; water use efficiency

2016-03-25；接受日期：2016-05-16

國家“十二五”科技支撐計劃（2015BAD23B04）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303104）、國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS- 03-01-24）、山西省科技攻關(guān)項目（20140311008-3）、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專項（201503120）、山西省研究生教育創(chuàng)新項目（2016SY025）

陳夢楠，E-mail：chenmengnan2010@163.com。通信作者高志強，Tel：0354-6288373；E-mail：gaozhiqiang1964@126.com