覆盖方式对春小麦产量及土壤肥力、微生物的影响综述

高 丽，宋展树，贾纯社，张建峰，柳小刚，高鹏聪，张彦平

（甘肃省庆阳市农业技术推广中心，甘肃庆阳745000）

小麦是仅次于玉米和水稻的第三大粮食作物，总种植面积约占全国总耕地面积的20%～30%[1]。春小麦作为我国广泛种植的作物之一，其种植区大多分布在北方，而主要产区则是在西北地区[2]。据不完全统计，春小麦在我国西北地区的种植面积约占全国小麦总种植面积的20%，占当地耕作面积的40%，占粮食播种面积的51%[3]。水资源短缺严重限制西北地区农业生产，作物播种期间干旱缺水，降雨季节与作物生长季节严重错位，水分不足成为该地区农业生产的关键限制因子[4]。农田覆盖栽培技术的出现一定意义上推动了国内农业发展的进程[5]，农田覆盖对于降低土壤水分无效损耗，增加对自然降雨的拦截和储水具有重要意义，农田覆盖能够促进降雨向更深的土壤入渗，对于旱作农业区农业生产具有重要意义[6]，广泛应用于西北内陆雨养农业区。诸多研究证明：农田覆盖在很大程度上能够改善农业生产环境[7]。农田覆盖在保土保水、抑制蒸发、保墒蓄水、改善土壤肥力、增加固碳潜力、提高作物产量方面有显著效益[8]。不同覆盖方式必然对麦田土壤的物理、化学及生物学性状产生影响，进而直接或间接影响麦田土壤水分和养分，最终影响小麦产量。

1 覆盖方式对春小麦产量的影响

覆盖作为一种有效的保水保墒措施，在旱地作物生产中发挥了重要的增产作用，随着覆盖技术的发展，覆盖材料越来越多样化。近年来，农田覆盖技术发展较快，涌现出了大量不同覆盖方式与效果，对推动我国乃至全球小麦生产的可持续发展起到了积极作用。目前，我国小麦生产中常用的农田覆盖方式主要有以下几种。

1.1 春小麦产量对地膜覆盖的响应

地膜覆盖主要是将蒸发耗水转变为蒸腾耗水，进而影响作物产量[9]。有研究表明：覆盖地膜在地表形成保护层，减少土壤水分无效蒸发，同时提高土壤温度，进而增加作物产量[10，11]。程宏波[12]研究认为，与露地栽培相比，地膜覆盖显著提高小麦水分利用效率(Water Use Efficiency)，增产30%以上。杨长刚等[13]研究表明：增产效果表现为全膜穴播＞全膜覆土穴播＞垄膜沟播。侯慧芝等[14]研究表明：小麦全膜覆土穴播较露地穴播增产35.4%～61.9%。

地膜覆盖对干旱地区农业生产带来了一定的优势，但同时也带来了一系列的负面影响，诸如农田生态环境的污染，白色污染加剧了农田深层水分消耗等[15]，并且地膜的残留会污染土壤环境，不利于耕作[16]。此外，地膜的增温作用加速作物的生育进程，缩短生育期，加剧了土壤养分的分解，从而导致作物生长后期营养失衡，致使植株早衰，不利于农业的可持续生产[9]。

1.2 秸秆覆盖对春小麦产量的影响

我国作为世界农业大国，具有丰富的农作物秸秆资源。据统计，全世界每年产各类秸秆约45 亿t，而我国的各类秸秆约8.4 亿t，占世界总量的19%[17]。发达国家将秸秆直接还田，英国和美国秸秆还田率分别为76%和66%，我国仅有25%[18]。在一定的区域内，秸秆覆盖有等同于地膜覆盖的作用，且秸秆覆盖还能培肥地力，增加农田有机质含量[19]。有研究表明：秸秆覆盖在环境温度较高时，表现出降温效应，在环境温度较低时，表现出增温效应，对于缓冲土壤温度变化，促进作物生长提供了良好环境[20]。杨长刚等[21]研究发现，与露地条播相比，秸秆带状覆盖显著增加单位面积穗数和成熟期生物量，籽粒产量显著增加19%～52%。黄明等[22]研究了耕作方式和秸秆覆盖对旱地麦豆轮作下小麦籽粒产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响，发现在耕作方式相同的条件下，与露地栽培相比，秸秆覆盖下小麦的穗数、穗粒数、千粒重和收获指数显著增加，同时还提高了拔节前和开花后的氮素积累量。有研究发现，秸秆带状覆盖能显著改善旱地冬小麦花后光合效率，促进干物质积累转运，从而达到增产的效果[23]。秸秆覆盖是一种更为绿色、可持续的覆盖模式。秸秆覆盖具有诸多优点，但在应用时一定要结合地区的气候条件，温度较低或者寒冷地区，秸秆覆盖可能会引起作物生长季内积温不足，甚至出现0～20 cm 土层温度降低等现象[24]。因此，在后续的秸秆覆盖技术研究中，可以把这一问题作为突破口进行相关研究。

2 覆盖对土壤耗水特性的影响

覆盖主要包括地膜覆盖和秸秆覆盖。地膜覆膜通过降低土壤水分无效蒸发，在土壤中保持了较高的贮水量[25]。张礼军等[26]研究认为，环境温度较高时地膜能够抑制蒸发，蓄水保墒；在环境温度较低时，能够提高土壤温度，在一定程度上提高冬小麦越冬成活率，同时提高作物水分利用效率(WUE)。有研究表明：与露地栽培相比，地膜覆盖显著提高浅层(0～30 cm)土壤含水量[27，28]。与露地栽培相比，地膜覆盖显著提高作物水分利用效率(WUE)，小麦全膜覆土穴播较露地穴播水分利用效率(WUE)提高44.6%～63.3%[14]。地膜覆盖对于作物增产有很大的帮助，但前提是以损害环境为代价，且残膜留在土壤中对土壤环境造成持续污染，严重威胁农业可持续发展[29]。

殷文等[19]研究表明：秸秆还田具有提高春小麦播种时土壤含水量的优势。不同覆盖措施主要是通过改变土壤用水结果，增加土壤墒情，进而提高土壤贮水量，最终表现为增加产量。杨长刚等[13]研究表明：秸秆带状覆盖主要是降低小麦生育前期的耗水量，增加了生殖生长阶段耗水量，而增加的生殖生长阶段耗水量主要是通过调用深层(120 cm 以下)土壤贮水来实现。秸秆带状覆盖周年水分利用效率较露地条播分别显著提高19%～61%、14%～31%和15%～58%[13]。王建东等[30]研究表明：秸秆覆盖条件下滴灌可以减少7%～15%的灌溉定额，为缺水地区节水灌溉提供了理论基础。也有研究表明：与露地栽培相比，秸秆覆盖对华北地区冬小麦产量和作物水分利用效率(WUE)无显著影响，其产量甚至比露地栽培更低[31]。范颖丹等[32]研究发现，与露地栽培相比，秸秆覆盖有时会出现不利于作物生长的情况，可能是因为秸秆覆盖增墒和减墒的双重效应所致。因此，地膜秸秆复合覆盖技术应运而生，吕雯等[33]研究发现，地膜秸秆复合覆盖在一定程度上能消除地膜和秸秆覆盖造成的负面影响。

3 覆盖方式对土壤肥力的影响

地膜覆盖增加了土壤的贮水量，提高了土壤温度，进一步影响土壤微生物群路和活性，对于土壤氮素矿化具有促进作用，提高了植物对氮素的吸收[34]。毛海兰等[35]研究表明：与露地栽培相比，玉米地膜覆盖显著增加了0～40 cm 土壤硝态氮（NO-3-N）含量，显著降低作物成熟前期0～20 cm 土壤全氮。地膜覆盖虽然增产潜力巨大，但由于回收难，污染环境等问题，故而不提倡地膜覆盖，但可以寻求新型绿色的材料来代替地膜，诸如可降解膜、液态膜等。

秸秆还田措施是影响农田土壤碳库周转、土壤肥力和作物产量的关键因素[36]，有研究表明：秸秆覆盖还田进一步提高了各土壤层次上和所有级别团聚体的形成与稳定[37]，秸秆还田能改善土壤的物理性质，增加土壤微生物量碳和氮的含量，增加土壤酶的活性，增加土壤有机质，提高土壤肥力[34]。程曼等[38]通过长期定位试验研究了秸秆还田对0～20 cm、20～40 cm 土壤有机碳（Soil Organic Carbon）含量和土壤无机碳（Soil Inorganic Carbon）含量的影响，结果表明：秸秆还田较露地栽培增加0～20 cm 土层SOC含量6%～14%(p＜0.05)，但对20～40 cm SIC 无明显影响，秸秆在增加SOC 含量的同时，对土壤全氮（Soil Total Nitrogen）、土壤全钾（Soil Total Potassium）、土壤有效氮（Soil Available Nitrogen）和土壤有效钾（Soil Available Potassium）含量均有显著影响。张聪等[39]通过长期定位试验研究发现，在秸秆还田开始的前10 年，对农田SOC 含量和土壤养分以及各种土壤酶具有显著的增加效果，但当秸秆还田年限超过10 年后，虽然对SOC、土壤养分及土壤酶具有一定的影响，但增加幅度很小。可见，秸秆还田已成为一种趋势，但由于其技术的不成熟，在实际应用中还存在各种问题，应加大科研投入，争取早日实现秸秆代替地膜，秸秆代替化肥，达到减肥降耗的目的，实现农业的可持续性发展。

4 覆盖方式对土壤微环境的影响

朱利霞等[40]研究表明：与露地栽培相比，地膜覆盖显著影响土壤微生物生物量磷（Microbial Biomass Phosphorus），而对土壤微生物生物量碳（Microbial Biomass Carbon）、土壤微生物生物量氮（Microbial Biomass Nitrogen）影响不显著。井大炜[41]研究认为，地膜覆盖主要影响土壤MBC 和与土壤养分有关的酶的活性，进而影响土壤养分的有效化。但也有学者研究认为，地膜覆盖非但没有增加MBC 含量，甚至还有降低作用[42]。倪丽佳等[43]研究表明：覆膜显著影响农田土壤中细菌和真菌的数量，覆膜较不覆膜土壤中细菌数量显著增加29.0%～29.1%，真菌数量显著增加17.3%～51.9%，覆膜对土壤中放线菌数量的影响无明显规律，表现为更为复杂的变化，地膜覆盖下农田土壤微生物量变化与当地气候条件、土壤条件以及作物种类等均有一定关系，覆盖对农田微生物的影响机制还需要更深层次的探索。

有学者研究表明：秸秆覆盖对土壤中微生物数量也具有一定的影响，具体表现为不仅改变了土壤中微生物群落的种类，而且改变了微生物群落的结构，同时显著影响土壤细菌的结构和多样性，包括α 多样性和β 多样性，在微生物的作用下，土壤理化性状得到持续改善，可在植物生长过程中不断提供营养物质[44-46]。有研究表明：秸秆中富含大量的碳和氮，秸秆还田之后，为以氮源为能量的微生物提供了大量的氮源，而对以碳源为能量的微生物提供了大量的碳源，对微生物群体的生长发育及微生物群体的结构构成和组成比例均有显著影响，对于土壤微生物群落结构的变化具有促进作用[47，48]。秸秆覆盖还田相当于为土壤微生物引入碳源和氮源，对土壤微生物α 多样性和β 多样性产生显著影响，引起土壤微生物群构成和结构发生变化，进一步改善土壤微生物群落组成，最终表现为改善土壤质量，培肥地力[49]。

综上所述，目前的覆盖研究都是以地膜覆盖和秸秆还田覆盖为主，并已取得了一定的进展。而带状秸秆覆盖技术作为一种新的地膜代替技术，对于农业生产实践具有重要意义。同时，秸秆覆盖易受地域气候的影响，因此在生产实践过程中需要顺天时，量地力，因地制宜，采用适宜的覆盖方式，促进农业提质增效、促进农民持续增收、促进生态环境保护。