旱地麦田休闲期覆盖对土壤水分积耗的影响及与产量的关系

陈梦楠，孙 敏，高志强，任爱霞，杨珍平，郝兴宇



旱地麦田休闲期覆盖对土壤水分积耗的影响及与产量的关系

陈梦楠，孙 敏，高志强，任爱霞，杨珍平，郝兴宇

（山西农业大学农学院，山西太谷 030801）

【目的】明确旱地麦田休闲期覆盖的增产效果，探索旱地小麦休闲期覆盖保水技术途径，为促进旱地小麦产量和水分利用效率的提高提供理论依据。【方法】于2010—2013年在山西省闻喜县邱家岭村以冬小麦品种运旱20410为试验材料，设休闲期深翻后覆盖与不覆盖2个处理，测定休闲期和小麦各生育时期土壤水分及产量和产量构成因素，研究休闲期覆盖对麦田土壤水分积耗规律和小麦产量、水分利用效率的影响。【结果】休闲期覆盖后播种期3 m内土壤蓄水量提高，丰水年提高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层。休闲期覆盖后土壤蓄水效率显著提高，丰水年提高35%，平水年提高48%，欠水年提高101%，且蓄水效果至开花期仍显著。休闲期覆盖后生育期耗水量虽显著增加，但休闲期耗水量显著降低，因而周年总耗水量无明显变化。休闲期覆盖后拔节前耗水比例显著降低，拔节后耗水量及日平均耗水量显著增加，拔节后耗水比例增加，尤其在欠水年休闲期覆盖对生育后期耗水有较大调控作用。休闲期覆盖后产量和产量构成因素均显著提高，其中对穗数影响最大，尤其在欠水年提高了19%，且欠水年对穗粒数和千粒重的影响也较大，最终丰水年产量提高30%，平水年提高35%，欠水年提高50%。此外，在休闲期覆盖条件下，各生育阶段的耗水量与产量均密切相关，尤其是拔节后的耗水量。结果还表明，休闲期覆盖处理，每多蓄1 mm播种期土壤水分可增产17—26 kg·hm-2，每多消耗1 mm生育期土壤水分可增产22—26 kg·hm-2，且降水生产效率和水分利用效率均显著提高，尤其欠水年更能高效用水。【结论】休闲期覆盖有利于蓄积休闲期降水直至开花期；有利于实现降水周年调控，减少生育前期耗水，增加生育中后期耗水；有利于优化产量构成因素，尤其穗数，提高产量，最终实现降水的高效利用。在欠水年，休闲期覆盖的蓄水增产效果最佳。

降水年型；休闲期覆盖；旱地小麦；耗水量；产量；水分利用效率

0 引言

【研究意义】黄土高原旱作麦区年平均自然降水约500 mm，且集中在小麦休闲期（7—9月），这与小麦生长季不吻合，可见，小麦产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，提高土壤积蓄水能力，是该地区要解决的关键问题。【前人研究进展】前人有关旱作麦田耕作蓄水和覆盖保水的研究已有较大进展。休闲期免耕[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结构，增加对降水的蓄积能力，提高播前土壤蓄水量。刘爽等[4]、吴金芝等[5]研究表明，较传统耕作，休闲期免耕可降低土壤容重，具有良好的抑蒸保墒作用；休闲期深松可疏松土壤，打破犁底层，提高对降水的蓄保能力，有利于小麦出苗生长。自1978年地膜覆盖栽培技术引入中国后，由于其集雨保墒和增产效果显著[6-8]，已得到大面积推广[7]。地膜覆盖能调节土壤水分环境，土壤贮水量增加30%，蒸散量降低50%，水分亏缺减少15%以上[9-10]。侯慧芝等[11]研究表明，地膜覆盖能显著改善麦田土壤水热条件，充分利用深层土壤水分，增产效果显著，且以旱年效果最好。但也有研究表明，降水较少的年份采用地膜覆盖技术，可能会造成穗数不足，导致减产严重[12]。黄土高原旱作区60%的降水集中在夏季，但由于地表温度高，土壤水分蒸发量也大，因此，休闲期覆盖的蓄水保墒技术逐渐被研究者所重视[4,13-14]。薛澄等[15]、樊廷录等[16]研究表明，休闲期覆盖在不同降水年份均能较好地发挥集雨、保水效果，最大限度地提高夏季休闲效率，达49%—77%。郑国璋等[17]研究表明，休闲期覆盖能扩大土壤水库，产量提高11%—29%，水分利用效率提高2%—15%。【本研究切入点】地膜覆盖技术前移至休闲期，可有效提高底墒，提高土壤水分贮备水平，避免了地膜覆盖播种造成的弊端。【拟解决的关键问题】本研究通过连续3年采用休闲期深翻后覆盖技术，研究旱地小麦3 m土壤水分积耗变化特征及其与产量的关系，旨在探索年际间休闲期地膜覆盖的蓄水保墒技术，以期突破旱地小麦水资源短缺的瓶颈，实现高效用水和稳定增产的目的。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2010—2013年度在山西省闻喜县邱家岭村旱地小麦试验基地进行。试验地位于35°20′N，111°17′E，为丘陵旱地，无灌溉条件，一年一作，夏季休闲。该地区属于暖温带大陆性季风气候，年均气温12.9℃，年均日照时数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日测定0—20 cm土壤基础肥力：有机质8.57 g·kg-1、全氮0.65 g·kg-1、碱解氮32.83 mg·kg-1、速效磷20.11 mg·kg-1；2011—2012年，6月10日测定0—20 cm土壤基础肥力：有机质8.72 g·kg-1、全氮0.78 g·kg-1、碱解氮40.16 mg·kg-1、速效磷19.87 mg·kg-1；2012—2013年，6月13日测定0—20 cm土壤基础肥力：有机质11.88 g·kg-1、碱解氮38.62 mg·kg-1、速效磷14.61 mg·kg-1。

采用国内较常用的降水年型划分标准[18]划分降水年型。图1为试验地降水情况，2010—2011年度总降水量为553.1 mm，略高于年均降水量，属平水年，其中休闲期降水较多；2011—2012年度总降水量为661.9 mm，高于年均降水量35.1%，属丰水年，其中休闲期、播种—越冬期降水较多；2012—2013年度总降水量为355.7 mm，低于年均降水量27.4%，属枯水年，其中开花—成熟期降水较多。

数据来源：山西省闻喜县气象站。休闲期：6月下旬至9月下旬；播种—越冬：10月上旬至11月下旬；越冬—拔节：12月上旬至4月上旬；拔节-开花：4月中旬至5月上旬；开花—成熟：5月中旬至6月中旬。下同

1.2 试验设计

试验品种为运旱20410，由山西省闻喜县农委提供。采用随机区组设计，连续3年休闲期深翻后，设置覆盖（M）与不覆盖（NM）2个处理，重复3次，小区面积150 m2（3 m×50 m）。前茬小麦收获时留高茬（20—30 cm），7月上旬撒施生物有机肥（山西大学研制，品牌为“沃丰”，有效活菌数≥2×108·g-1，有机质≥25%，N+P2O5+K2O≥6%）1 500 kg·hm-2，深翻25—30 cm，将麦茬秸秆、有机肥全部翻埋于土壤中，耙平后用渗水地膜（山西省农业科学院研制，具有微通透结构，能渗水、透气，用法同普通地膜）将地面全部覆盖。2010—2013试验年度分别于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日播种，播前均施纯氮、P2O5和K2O各150 kg·hm-2，机械条播，行距20 cm，基本苗225×104株/hm2。

1.3 测定项目与方法

于前茬小麦收获后，选取具有代表性的地块挖一3 m深的剖面坑，根据土壤剖面层次自上至下取土，每20 cm为一土层，采用环刀法测定土壤容重[19]。于前茬小麦收后40 d（覆盖处理前）、60 d（覆盖处理后20 d）、80 d（覆盖处理后40 d）及小麦播种期、越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期用土钻取0—3 m土层土样，每20 cm为一土层，采用烘干法测定土壤含水量。成熟期调查单位面积穗数、每穗粒数及千粒重，每小区取50株测定生物产量，收割16 m2测定经济产量。计算方法如下[19]。

Wi=hi×ρi×ωi×10，式中W为土壤蓄水量（mm）；h为土层深度（cm）；ρ为土壤容重（g·cm-3），ω为土壤含水量（%），i为土层，10为换算系数。

ET1=ΔS1+P1，式中ET1为休闲期农田耗水量（mm），ΔS1为播种期与休闲期覆盖前土壤蓄水量之差（mm），P1为休闲期降水量（mm）。

ET2=ΔS2+P2，式中ET2为小麦生育期耗水量（mm），ΔS2为成熟期与播种期土壤蓄水量之差（mm），P2为生育期降水量（mm）。

ET3= ET1+ ET2，式中ET3为周年总耗水量（mm）。

WSE=ΔS1/P1，式中WSE为休闲期土壤蓄水效率（%），ΔS1为休闲期覆盖前至播种期增加的土壤蓄水量（mm），P1为休闲期降水量（mm）。

PUE=Y/(P1+P2)，式中PUE为降水生产效率（kg·hm-2·mm-1），Y为籽粒产量（kg·hm-2），P1+P2为年降水量（mm）。

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

ΔY1=(Y1-Y2)/(W1-W2)，式中ΔY1为单位蓄水量下的增产量（kg·hm-2·mm-1），Y1、Y2分别为休闲期覆盖和不覆盖下的产量（kg·hm-2），W1、W2分别为休闲期覆盖和不覆盖下播种期土壤蓄水量（mm）。

ΔY2=(Y1-Y2)/(E1-E2)，式中ΔY2为单位耗水量下的增产量（kg·hm-2·mm-1），E1、E2分别为休闲期覆盖和不覆盖下作物生育期耗水量（mm）。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2003软件处理数据和作图，用SAS 9.0软件进行统计分析，采用LSD法检验处理间差异显著性，显著性水平设定为α=0.05。

2 结果

2.1 休闲期覆盖后土壤水分的积累

2.1.1 播种期3 m内土壤水分的垂直变化 休闲期覆盖后，播种期0—300 cm土壤蓄水量提高，丰水年提高47 mm，且0—160 cm各土层差异显著；平水年提高55 mm，且0—220 cm和240—260 cm各土层差异显著；欠水年提高63 mm，且0—40 cm和80—300 cm各土层差异显著（图2）。可见，休闲期覆盖能蓄积休闲期降水，改善底墒，以欠水年效果最佳，且更有利于深层土壤水分的蓄积。

图2 休闲期覆盖对播种期土壤蓄水量的影响

2.1.2 土壤水分的周年变化 休闲期覆盖后，前茬小麦收获后60 d（覆盖处理后20 d）至成熟期3 m内土壤蓄水量提高，且前茬收获后80 d至开花期差异显著，其中平水年和欠水年在播种期、拔节期和开花期的提高幅度较丰水年大，欠水年尤其明显（图3）。可见，休闲期覆盖有利于蓄积降水，其效果可延续至开花期，以欠水年的蓄水效果最佳。

M：休闲期覆盖；NM：休闲期不覆盖；PH：收获后；SS：播种期；PS：越冬期；JS：拔节期；BS：孕穗期；AS：开花期；MS：成熟期。下同

2.2 休闲期覆盖后土壤水分的消耗

2.2.1 周年耗水 休闲期覆盖后，休闲期耗水量显著降低，生育期耗水量显著增加，最终周年总耗水量无显著差异（表1）。可见，休闲期覆盖能减少地表水分蒸发，虽然促进小麦生长耗水，但通过大幅降低休闲期农田耗水来维持周年水分平衡，不影响下年度作物生长，而是在一定程度上满足了生育期小麦对水分的需求。

表1 休闲期覆盖对耗水量的影响

表中同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著。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 阶段耗水 小麦各生育阶段的耗水量（表2）和日平均耗水量（图4）均以拔节—开花阶段最高，其次为开花—成熟阶段，播种—拔节阶段最低。可见，小麦生育中后期耗水较多，尤其是生育中期。欠水年较丰水年和平水年，各阶段的耗水量及播种—拔节阶段的耗水比例显著降低，拔节—开花和开花—成熟两阶段的耗水比例增加，尤其是拔节—开花阶段。可见，欠水年土壤水分主要供给作物生育中后期需水。

表2 休闲期覆盖对各生育阶段耗水量及其所占比例的影响

STJ：播种—拔节Sowing stage to jointing stage；JTA：拔节—开花Jointing stage to anthesis；ATM：开花—成熟Anthesis to mature。下同 The same as below

图4 休闲期覆盖对各生育阶段日平均耗水量变化的影响

休闲期覆盖后，拔节—开花和开花—成熟两阶段耗水量和日平均耗水量显著增加，拔节—开花阶段耗水量所占比例显著增加，开花—成熟阶段耗水量所占比例也增加，且欠水年差异显著；播种—拔节阶段耗水量和日平均耗水量无显著变化，而阶段耗水量所占比例显著降低。可见，休闲期覆盖减少生育前期耗水比例，促进小麦生育中后期耗水，且在欠水年生育后期有较大的调控效应。

2.3 休闲期覆盖对产量及产量构成因素的影响

旱地小麦产量受降雨年型影响有较大波动，休闲期覆盖后欠水年产量显著高于休闲期不覆盖条件下平水年产量，平水年产量与休闲期不覆盖条件下丰水年产量差异不显著（表3）。可见，休闲期覆盖的蓄水技术在一定程度上可缓解降水不足造成的减产损失，对产量提升有较大的调控性。

表3 休闲期覆盖对产量和产量构成因素的影响

休闲期覆盖后，产量及其构成因素均显著提高。丰水年穗数、穗粒数、千粒重和产量分别提高17%、7%、4%和30%；平水年分别提高15%、8%、7%和35%；欠水年分别提高19%、10%、12%和50%，其中千粒重超过丰水年和平水年，达显著水平。可见，休闲期覆盖主要通过提高穗数实现增产，以欠水年的增产效果最佳，且欠水年休闲期覆盖对穗粒数和千粒重的影响也较大。

通过阶段耗水量与产量的相关性分析表明，休闲期覆盖条件下，产量与播种—拔节阶段耗水量呈正相关（=0.8285*），与拔节—开花、开花—成熟阶段耗水量呈极显著正相关（=0.9865**，=0.9898**）。可见，各生育阶段耗水量对产量有较大影响，尤其拔节后的耗水量。

2.4 休闲期覆盖对土壤水分利用效率的影响

休闲期覆盖后，每增加1 mm土壤贮水，可增产17—26 kg·hm-2，每消耗1 mm土壤水分，可增产22—26 kg·hm-2，且以丰水年的增产效果最明显（表4）。休闲期覆盖后，土壤蓄水效率、降水生产效率、水分利用效率均显著提高，丰水年分别提高35%、30%和31%，平水年分别提高48%、35%和38%，欠水年分别提高101%、50%和54%（表5）。可见，休闲期覆盖能充分利用降水，对提高小麦产量有较大贡献，以丰水年的增产效果较好，且欠水年更有利于休闲期降水的蓄积和生育期土壤水分的高效利用。

表4 休闲期覆盖土壤水分积耗对产量的贡献

表5 休闲期覆盖对降水利用状况的影响

3 讨论

3.1 休闲期覆盖的蓄水效应

覆盖栽培可以集雨保墒，减少水分蒸发，提高降水入渗，最终提高土壤底墒。Chen等[21]和廖允成等[22]研究表明，旱地小麦休闲期采用地膜秸秆两元覆盖技术能显著提高休闲期降雨蓄保能力，较露地栽培能多蓄水108.4 mm，蓄水效率达73.2%，最终提高底墒。刘爽等[4]研究表明，休闲期免耕或深松后进行覆盖能抑蒸保墒，提高播前土壤水分，有利于小麦出苗。本研究表明，休闲期深翻后覆盖能提高播种期0—300 cm土壤蓄水量，显著提高休闲期土壤蓄水效率，丰水年提高35%，平水年提高48%，欠水年提高101%，且欠水年更有利于水分蓄积于深层。可见，不同降水年型休闲期覆盖均具有良好的纳雨蓄水效果，有效改善播前底墒，为小麦生产奠定基础，但年型之间休闲期覆盖的蓄水效果存在差异，以欠水年效果更明显。究其原因，一方面深翻增大了土壤孔隙度，有利于土壤水分下渗，并蓄保于深层；另一方面地膜覆盖在地表形成了一道物理阻隔，切断了土壤与大气之间的蒸发通道，迫使土壤水分进行横向迁移，减少了无效蒸发，达到蓄水保墒的目的。本研究表明，休闲期深翻后覆盖能显著提高小麦收获后80 d至开花期土壤蓄水量，且以欠水年提高幅度较大。说明休闲期深翻后覆盖有利于前期蓄积深层土壤水分，欠水年的干旱条件有利于根系下扎，促进吸收深层土壤水分，实现伏雨春夏用，蓄水效果延续时间长，有利于两级分化，满足后期穗数形成和籽粒灌浆所需的水分。

3.2 休闲期覆盖对耗水的影响

各个生育时期土壤蓄水量的变化影响作物生长，从而影响各个生育阶段的耗水过程。朱自玺等[23]研究表明，覆盖栽培能改变作物的耗水模式，即减少前期土壤无效蒸发，增加后期植株有效蒸腾，将有限的水分更多地用于物质生产，使土壤水分消耗由物理过程转化为生物学过程，从而提高水分利用效率。本研究表明，不同降水年型小麦各生育阶段耗水规律基本一致，阶段耗水量和日平均耗水量均以拔节—开花阶段最高，以播种—拔节阶段最低，尤其是该阶段的日平均耗水量较低；但年型间存在差异，欠水年显著降低了播种—拔节阶段耗水量及其比例，增加了拔节—开花和开花—成熟阶段耗水比例。可见，小麦生育中后期耗水强度大，欠水年对该阶段的供水量大，有利于小麦成穗和籽粒形成。本研究也表明，休闲期覆盖可调节不同生育阶段耗水需求，显著降低播种—拔节阶段耗水量所占比例，增加拔节—开花、开花—成熟阶段的耗水量及其所占比例，尤其欠水年的增幅较大。可见，休闲期覆盖能减少小麦生育前期耗水比例，增加生育中后期耗水比例，为小麦中后期物质生产提供充足的水分，尤其欠水年对生育后期的调控作用较大。这可能因为休闲期覆盖后小麦的根系更加发达，尤其欠水年，通过根系的横、纵方向对水分进行再分配运输[24]，在干旱缺水时可充分调动深层土壤贮水供小麦生长所需，同时可在需水较少的冬前贮存水分，供后期生长旺盛的阶段利用[25]。

本研究表明，休闲期覆盖处理的休闲期耗水量减少，生育期耗水量增加，而对周年耗水量无明显影响。说明虽然休闲期覆盖处理高产高耗水，但关键在于降低休闲期农田的无效蒸发，提高有限降水的蓄积能力，实现跨季节利用，最终提高产量和水分利用效率，即通过降水资源的高效利用来达到增产，而并非以持续恶化土壤墒情为代价，不影响下年度小麦生长。

3.3 休闲期覆盖对产量和水分利用效率的影响

覆盖栽培在优化作物耗水模式的同时，有效地促进了土壤-作物-降水系统的良性循环，充分满足作物生长水分需求，优化了产量构成因素，提高了产量[10]。武继承等[6]研究表明，旱地麦田休闲期地膜覆盖能促进小麦分蘖，提高穗粒数和千粒重，最终提高产量和水分利用效率。任小龙等[26]模拟不同降水量下沟垄覆盖栽培对春茬玉米的研究表明，降水越少，覆盖栽培提高产量和水分效率的程度越大。本研究表明，采用休闲期覆盖的蓄水技术，欠水年千粒重甚至超过丰水年和平水年；增产幅度达30%以上，但年型间差异较大，欠水年产量可超越平水年不覆盖的产量，平水年产量与丰水年不覆盖的产量差异不显著。这可能是因为，休闲期覆盖后，欠水年尤其促进小麦生育后期耗水，有利于籽粒灌浆，在一定程度上弥补干旱对产量的影响，对产量的提升有较大调控作用。本研究还表明，休闲期覆盖能显著提高产量构成因素，尤其穗数提高15%以上，显著提高降水生产效率和水分利用效率，尤其欠水年分别提高50%和54%。可见，休闲期覆盖能改善农田水分状况，促进有效穗数形成，从而实现增产和有限降水的高效利用，且以欠水年效果较好。此外，休闲期覆盖后产量与拔节—开花、开花—成熟阶段耗水量呈极显著正相关，与播种—拔节阶段呈显著正相关，说明拔节后的耗水量对小麦产量影响更大。

3.4 休闲期覆盖的增产效应

充足的播前底墒是旱地小麦实现高产的前提条件，不同降水年型地膜小麦均表现出随底墒的提高而增产，低底墒时播种会导致产量低、效益差[27-28]。孟晓瑜等[29]研究表明，每增加1 mm的播前底墒，籽粒产量增加10.6—11.4 kg·hm-2。杨长刚等[30]通过两年的试验研究表明，生育期覆盖后每增加1 mm生育期耗水量，籽粒产量增加20 kg·hm-2和15 kg·hm-2。前人对生育期覆盖栽培技术的增产效果研究较多，而对休闲期覆盖鲜有报道。本研究表明，休闲期覆盖后每增加1 mm播前土壤水分，增产达17—26 kg·hm-2，且随着降水量的减少，增产效果有所降低；每消耗1 mm生育期土壤水分，增产达22—26 kg·hm-2，且以丰水年的效果最好，欠水年其次。可见，休闲期覆盖通过增加休闲期降水的蓄积和生育期水分的高效利用实现增产，且欠水年更能有效地将土壤水分用于籽粒生产。

覆盖保水栽培技术是旱作农业重要的蓄水保墒技术之一，但有研究表明，在降水偏少的地区或年份，采用地膜覆盖播种技术会造成有效种植面积减小，植株局部拥挤，穗数不足，导致减产，经济效益低下[31-32]。本研究将地膜覆盖技术前移至休闲期，可有效提高底墒，增加冬前分蘖，弥补降水不足带来的减产损失，避免地膜覆盖播种造成的弊端。笔者于2009年开始在闻喜试验基地进行旱地麦田休闲期覆盖蓄水保墒技术的研究，研究表明休闲期深翻后覆盖可极大地提高有限降水的利用效率[17,32-33]，最终每亩节本增收200— 300元。因此，若在生产上大面积推广休闲期覆盖栽培技术，对旱地冬小麦增产增收具有重要意义。

4 结论

休闲期深翻后覆盖，小麦的穗数提高15%—19%，产量提高30%—50%，水分利用效率提高31%—54%，尤其欠水年增产增效明显。休闲期覆盖显著提高播前3 m内土壤蓄水量，土壤蓄水效率提高35%—101%，改变小麦阶段耗水比例，将有限水分更多地用于小麦成穗和籽粒形成的拔节—开花和开花—成熟阶段。最终，每积累1 mm播种期土壤水分可增产17—26 kg·hm-2，每消耗1 mm生育期土壤水分可增产22—26 kg·hm-2。休闲期覆盖栽培技术在高耗水的同时不会恶化下年度土壤墒情，可实现土壤水分周年平衡，在旱作麦区生产中具有重要的应用前景。

References：

[1] 侯贤清, 韩清芳, 贾志宽, 李永平, 杨宝平. 半干旱区夏闲期不同耕作方式对土壤水分及小麦水分利用效率的影响. 干旱地区农业研究, 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] 李友军, 黄明, 吴金芝, 姚宇卿, 吕军杰. 不同耕作方式对豫西旱区坡地水肥利用与流失的影响. 水土保持学报, 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] 孙敏, 温斐斐, 高志强, 任爱霞, 邓妍, 赵维峰, 赵红梅, 杨珍平, 郝兴宇, 苗果园. 不同降水年型旱地小麦休闲期耕作的蓄水增产效应. 作物学报, 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] 刘爽, 武雪萍, 吴会军, 梁二, 蔡典雄. 休闲期不同耕作方式对洛阳冬小麦农田土壤水分的影响. 中国农业气象, 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] 吴金芝, 黄明, 李友军, 陈明灿, 姚宇卿, 郭大勇, 黄海霞. 不同耕作方式对冬小麦光合作用产量和水分利用效率的影响. 干旱地区农业研究, 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] 武继承, 管秀娟, 杨永辉. 地面覆盖和保水剂对冬小麦生长和降水利用的影响. 应用生态学报, 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] 张永涛, 汤天明, 李增印, 王开增. 地膜覆盖的水分生理生态效应. 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] 王红丽, 张绪成, 宋尚有, 马一凡, 于显枫. 西北黄土高原旱地全膜双垄沟播种植对玉米季节性耗水和产量的调节机制. 中国农业科学, 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, 吕军峰, 郭天文, 张国平, 张平良, 张绪成. 西北黄土高原半干旱区全膜覆土穴播对土壤水热环境和小麦产量的影响. 生态学报, 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] 李凤民, 鄢珣, 王俊, 李世清, 王同朝. 地膜覆盖导致春小麦产量下降的机理. 中国农业科学, 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] 杨海迪, 海江波, 贾志宽, 韩清芳, 张保军, 任世春. 不同地膜周年覆盖对冬小麦土壤水分及利用效率的影响. 干旱地区农业研究, 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] 范颖丹, 柴守玺, 程宏波, 陈玉章, 杨长刚, 黄彩霞, 常磊, 逄蕾. 覆盖方式对旱地冬小麦土壤水分的影响. 应用生态学报, 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, 王朝辉, 李富翠, 赵护兵, 周玲, 李小涵. 渭北旱塬不同施肥与覆盖栽培对冬小麦产量形成及土壤水分利用的影响. 中国农业科学, 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] 樊廷录, 王勇, 王立明, 唐小明. 旱地冬小麦周年地膜覆盖栽培的增产机理及关键技术研究. 干旱地区农业研究, 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] 郑国璋, 郑玮, 孙敏, 高志强, 张锦朝. 旱地小麦休闲期地膜覆盖对土壤水分和产量的影响. 沈阳农业大学学报, 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] 张北赢, 徐学选, 刘文兆, 陈天林. 黄土丘陵沟壑区不同降水年型下土壤水分动态. 应用生态学报, 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] 孔凡伟. 如何精测土壤容重. 黑龙江农业科学, 2010(10): 178.

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

[20] 侯贤清, 王维, 韩清芳, 贾志宽, 严波, 李永平, 苏秦. 夏闲期轮耕对小麦田土壤水分及产量的影响. 应用生态学报, 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, 温晓霞, 韩思明, 贾志宽. 黄土台原旱地小麦覆盖保水技术效果研究. 中国农业科学, 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] 朱自玺, 赵国强, 邓天宏, 方文松, 付祥军. 秸秆覆盖麦田水分动态及水分利用效率研究. 生态农业研究, 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] 王喜庆, 李生秀, 高亚军. 地膜覆盖对旱地春玉米生理生态和产量的影响. 作物学报, 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] 任小龙, 贾志宽, 陈小莉. 不同模拟雨量下微集水种植对农田水肥利用效率的影响. 农业工程学报, 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. 旱地地膜冬小麦播前底墒对产量效应的研究. 中国生态农业学报, 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] 谢英荷, 李廷亮, 洪坚平, 刘丽萍, 庞娇, 冯倩, 邓树元, 单杰. 施氮和垄膜沟播种植对晋南旱地冬小麦水分利用的影响. 应用生态学报, 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] 孟晓瑜, 王朝辉, 李富翠, 李可懿, 薛澄, 李生秀. 底墒和施氮量对渭北旱塬冬小麦产量与水分利用的影响. 应用生态学报, 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] 杨长刚, 柴守玺, 常磊, 杨德龙. 不同覆膜方式对旱作冬小麦耗水特性及籽粒产量的影响. 中国农业科学, 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, 崔荣美, 贾志宽, 韩清芳, 路文涛, 侯贤清. 不同沟垄覆盖方式对冬小麦土壤水分及水分利用效率的影响. 中国农业科学, 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] 高艳梅, 孙敏, 高志强, 崔凯, 赵红梅, 杨珍平, 郝兴宇. 不同降水年型旱地小麦覆盖对产量及水分利用效率的影响. 中国农业科学, 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] 邓妍, 高志强, 孙敏, 赵维峰, 赵红梅, 李青. 夏闲期深翻覆盖对旱地麦田土壤水分及产量的影响. 应用生态学报, 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)

（责任编辑 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

国家“十二五”科技支撑计划（2015BAD23B04）、国家公益性行业（农业）科研专项（201303104）、国家现代农业产业技术体系建设专项（CARS- 03-01-24）、山西省科技攻关项目（20140311008-3）、农业部公益性行业科研专项（201503120）、山西省研究生教育创新项目（2016SY025）

陈梦楠，E-mail：chenmengnan2010@163.com。通信作者高志强，Tel：0354-6288373；E-mail：gaozhiqiang1964@126.com