殷文，柴強，胡發(fā)龍，樊志龍，范虹，于愛忠，趙財

?

干旱內(nèi)陸灌區(qū)不同秸稈還田方式下春小麥田土壤水分利用特征

殷文，柴強，胡發(fā)龍，樊志龍，范虹，于愛忠，趙財

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/甘肅省干旱生境作物學(xué)重點實驗室，蘭州 730070）

【目的】針對水資源短缺嚴(yán)重制約干旱綠洲灌區(qū)作物生產(chǎn)，傳統(tǒng)翻耕產(chǎn)量不穩(wěn)定及水分利用效率低下等問題，研究不同秸稈還田方式下春小麥農(nóng)田土壤水分利用特征，旨在優(yōu)化耕作措施，提高干旱內(nèi)陸灌區(qū)農(nóng)田的水分利用率?！痉椒ā?014—2016年，在河西綠洲灌區(qū)，通過田間定位試驗，研究不同秸稈還田方式（少耕，25—30 cm秸稈高留茬立茬還田（NTSS）；少耕，25—30 cm秸稈高留茬覆蓋還田（NTS）；翻耕，25—30 cm秸稈高留茬還田（TS）；傳統(tǒng)翻耕，無秸稈還田（CT））對春小麥田水分利用的時間動態(tài)、耗水結(jié)構(gòu)以及利用效率的影響，以期為優(yōu)化試區(qū)春小麥高產(chǎn)高效栽培管理技術(shù)提供理論依據(jù)?！窘Y(jié)果】少耕秸稈還田可降低春小麥田耗水量，與CT相比，NTSS、NTS分別降低3.1%—7.8%與3.7%—7.7%；NTSS、NTS通過減少春小麥生育前期（灌漿期之前）的耗水，增大生育后期（灌漿初期至成熟期）的耗水量，有效協(xié)調(diào)春小麥前后生育時期需水矛盾，相比NTSS，NTS處理的調(diào)控效應(yīng)更突出。少耕秸稈還田具有抑制土壤蒸發(fā)，減小棵間蒸發(fā)占總耗水量（E/ET）的比重，提高水分利用有效性的作用，NTSS、NTS較CT棵間蒸發(fā)量分別降低9.3%—17.4%、10.8%—23.3%，較TS分別降低4.0%—5.8%與5.6%—11.4%，以NTS降低棵間蒸發(fā)量幅度較大，因而NTS較CT處理E/ET降低6.9%—21.3%。秸稈還田具有增產(chǎn)優(yōu)勢，與CT相比，NTSS、NTS、TS分別增產(chǎn)16.6%—24.9%、18.6%—27.3%、10.2%—18.7%，3個秸稈還田處理中，NTSS、NTS較TS分別增產(chǎn)5.2%—5.9%、7.2%—9.5%。因而，秸稈還田處理具體較高的水分利用效率，NTSS、NTS、TS較CT處理水分利用效率分別提高21.1%—28.3%、26.6%—30.6%、13.1%—20.3%，以NTSS、NTS提高比較大，比TS分別提高6.7%—11.9%、8.6%—13.7%?！窘Y(jié)論】在水資源短缺的河西綠洲灌區(qū)，集成應(yīng)用少耕與25—30 cm秸稈立茬及覆蓋還田技術(shù)是實現(xiàn)春小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、灌溉水高效利用的理想耕作措施。

秸稈還田；耕作措施；耗水特性；產(chǎn)量；水分利用效率；春小麥

0 引言

【研究意義】土壤水分是作物生長發(fā)育及產(chǎn)量形成的關(guān)鍵限制因子，受土壤耕作方式[1]、覆蓋措施[2]及種植方式[3]等因素影響，作物群體水分利用狀況與其光合同化物累積、分配、產(chǎn)量形成密切相關(guān)[4]。而栽培措施是調(diào)控作物群體生長發(fā)育的重要途徑[2]，優(yōu)化栽培措施，改善作物耗水特性，是提高水分利用效率的主要途徑。研究特定栽培措施對土壤水分利用特性的影響，不僅是提高自然資源利用效率的重大需求，同時可為優(yōu)化作物綜合生產(chǎn)技術(shù)體系提供重要依據(jù)。因此，在資源性缺水地區(qū)，研發(fā)作物高產(chǎn)高效栽培技術(shù)具有重要意義。【前人研究進展】耕作措施、地表覆蓋作為調(diào)控農(nóng)田土壤水分環(huán)境的主要措施，可通過改善土壤蓄水供肥能力、增加土壤滲透性，實現(xiàn)土壤擴蓄增容[5-6]，具有可操作性強、簡捷等優(yōu)點[7]。其中，秸稈還田具有抑制土壤蒸發(fā)、保墑蓄水、調(diào)節(jié)地溫、提高肥力等多種優(yōu)點[7-8]，但也存在降低作物生長前期表層土壤溫度，延緩出苗等缺點[9]。前人研究表明，長期單一免耕土壤壓實程度加重，干土體積質(zhì)量增加，土壤水分無效蒸發(fā)嚴(yán)重，不利于作物根系發(fā)育，顯著降低產(chǎn)量[10-11]。旱作條件下，免耕結(jié)合秸稈覆蓋可為作物生長創(chuàng)造良好的土壤結(jié)構(gòu)條件，促進作物根系發(fā)育和土壤微生物活性，抑制土壤蒸發(fā)加強作物有效蒸騰耗水而提高作物產(chǎn)量和水分利用效率[12-13]?！颈狙芯壳腥朦c】在灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，集成少免耕、秸稈還田技術(shù)，能否通過秸稈還田的低溫保墑效應(yīng)，降低作物生育前期土壤水分無效蒸發(fā)，增加生育后期作物的有效蒸騰，使無效耗水轉(zhuǎn)化為有效耗水，通過優(yōu)化作物耗水特性而提高作物產(chǎn)量與水分利用效率的潛力尚未被挖掘?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究在干旱綠洲灌區(qū)，將少耕與秸稈還田技術(shù)同步集成在春小麥栽培模式中，有望通過優(yōu)化耗水特性，提高春小麥生育期水分需求與農(nóng)藝調(diào)控效應(yīng)間的吻合度。闡明不同秸稈還田方式對土壤水分利用的調(diào)控機理，建立適用于綠洲灌區(qū)春小麥高效生產(chǎn)的秸稈還田技術(shù)，從而為試區(qū)土壤耕作技術(shù)的改進和作物高產(chǎn)、高效栽培提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本研究于2014—2016年度在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)綠洲農(nóng)業(yè)綜合試驗站（37°30′ N, 103°5′ E）實施。試驗站位于甘肅河西走廊東端，屬寒溫帶干旱氣候區(qū)，多年平均降水低于200 mm、年蒸發(fā)量大于2 000 mm，灌溉水資源有限，作物種植須采用地膜覆蓋、秸稈還田等高效簡易節(jié)水措施。試驗地土壤為砂壤土，0—30 cm 耕層土壤容重 1.53 g·cm-3，含有機質(zhì) 14.30 g·kg-1、全氮0.67 g·kg-1、全磷 1.42 g·kg-1、銨態(tài)氮 1.87 mg·kg-1、硝態(tài)氮 12.51 mg·kg-1。3個試驗?zāi)攴?，春小麥生育期?nèi)降雨量如表1。

表1 不同年份春小麥生育期內(nèi)不同月份降雨量

1.2 試驗設(shè)計

2013年布設(shè)預(yù)備試驗，在當(dāng)季春小麥?zhǔn)斋@時為翌年試驗所需建立4種秸稈還田方式，即春小麥25—30 cm秸稈高留茬立茬免耕；25—30 cm秸稈高留茬覆蓋免耕；25—30 cm秸稈高留茬翻耕；傳統(tǒng)低茬收割翻耕，次年施基肥、旋耕（少耕）、耙耱后播種春小麥。形成4個處理，分別是少耕、25—30 cm秸稈高留茬立茬還田（NTSS）；少耕、25—30 cm秸稈高留茬覆蓋還田（NTS）；翻耕、25—30 cm秸稈高留茬還田（TS）；傳統(tǒng)低茬收割翻耕（CT）。秸稈還田處理全年實施且還田量約為4 200 kg·hm-2。各處理 3 次重復(fù)，共12個小區(qū)，小區(qū)面積 48 m2，田間隨機區(qū)組排列。

3個試驗?zāi)甓龋?014—2016年），春小麥播種日期分別為3月21日、3月29日、3月30 日，收獲日期分別為7月24日、7月28日、7月21日。供試春小麥（L.）品種為寧春2號。播種密度為675萬粒/ hm2。

灌溉及施肥制度同當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)田，即灌溉制度為冬灌水120 mm，春小麥生育期內(nèi)，按苗期、孕穗期、灌漿期分別補灌75、90、75 mm。所有處理施肥量一致，氮肥為尿素，磷肥為磷酸二銨，施225 kgN·hm-2， 150 kg P2O5·hm-2，全作基肥。

1.3 測定指標(biāo)和計算方法

土壤含水量：0—30 cm土層每10 cm為一層，采用烘干法測定；30—120 cm土層采用水分中子儀（NMM503DR，CA，USA）測定，按30 cm為一層。春小麥播種前和收獲后各測定一次，生育期內(nèi)每約15 d測定一次，灌水前后分別加測一次。中子水分儀測定值與土壤含水量的擬合曲線如下：

式中，為土壤質(zhì)量含水量，為中子水分儀的實際測定值，0為中子水分儀基礎(chǔ)數(shù)值。

式中，為土壤貯水量（mm）；為土層厚度（cm）；為土壤容重（g·cm-3），為土壤質(zhì)量含水量，10為單位換算系數(shù)。

作物耗水量（ET）及耗水模系數(shù)（CP）：采用農(nóng)田水分平衡法計算[14]。由于試區(qū)水資源短缺，節(jié)水灌溉灌水量相對較小，土層深度為1.2 m，試驗小區(qū)平整且試區(qū)地下水埋深在30 m以下，故忽略了滲漏量和地下上升水的影響。因此，作物耗水量、階段耗水量的計算方程為：ET=P+I - ?S。式中，ET為時段作物耗水量；P為階段的降水量；I為階段灌水量；?S為時段末與時段初的土壤貯水量之差，單位為mm。

耗水模系數(shù)（）＝各生育階段耗水量/作物全生育期耗水量。

棵間蒸發(fā)量：采用微型蒸滲儀（Micro-lysimeter，ML，高 15 cm，直徑 11 cm）自小麥出苗后至收獲前每隔3—5 d測定，每小區(qū)安裝1個微型蒸滲儀，土壤蒸發(fā)量為兩次測量值間的差值，微型蒸發(fā)器中土樣每降低1 g相當(dāng)于蒸發(fā)水分0.1051 mm。為保證 ML 內(nèi)土體水分含量和結(jié)構(gòu)與大田相似，每隔 3—5 d 更換器內(nèi)的原狀土體，并且在下雨或灌水后加測。

蒸散比（/）：全生育期蒸散比為全生育期棵間蒸發(fā)量（）與總耗水量（）之比；各生育階段蒸散比為某生育階段棵間蒸發(fā)量（）與該生育階段耗水量（）之比。

水分利用效率（）：=/

式中，為春小麥籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）；為春小麥全生育期耗水量（mm）。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016整理、匯總及圖表繪制，利用SPSS 17.0軟件進行方差分析。因為本研究屬于田間定位試驗，年份（時間）會對試驗結(jié)果產(chǎn)生重大影響，即不同秸稈還田方式與年份之間會有交互效應(yīng)，因此，本研究以年份（時間）作為一個因子，把文中測定數(shù)據(jù)進行重復(fù)測量方差分析，即采用two-way repeated measures ANOVA（二因子重復(fù)測量方差分析）進行顯著性檢驗（＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 不同秸稈還田方式下春小麥農(nóng)田土壤含水量差異

2.1.1 全生育期土壤含水量動態(tài) 不同秸稈還田方式下春小麥農(nóng)田0—120 cm土層土壤含水量在3個試驗?zāi)甓忍幚黹g差異均顯著，且土壤含水量隨灌溉及作物生育進程而有差異（圖1）。秸稈還田具有提高春小麥播種時土壤含水量的優(yōu)勢，少耕秸稈還田處理（NTSS、NTS）較傳統(tǒng)耕作無秸稈還田（CT）土壤含水量分別提高5.4%—6.9%、8.2%—9.0%，翻耕秸稈還田（TS）比CT提高3.4%—4.0%。播種至拔節(jié)期，隨著時間的推進，土壤含水量依次降低，3個試驗?zāi)甓萅TS較CT提高土壤含水量為5.8%—8.0%。春小麥拔節(jié)期之后灌水使得土壤含水量急劇增大，至春小麥孕穗期出現(xiàn)低谷，這一生育時期，NTSS、NTS、TS較CT土壤含水量分別提高7.9%—15.0%、12.3%—19.0%、4.7%—8.3%，3個秸稈還田處理以NTS提高比例較大，比TS高6.7%—9.9%。孕穗期補灌各處理獲得較高的土壤含水量使得差異不顯著，至開花期各處理土壤含水量均較低，此時NTSS、NTS、TS較CT處理土壤含水量分別提高8.4%—28.1%、15.4%—30.6%、4.6%—11.2%，NTSS、NTS較CT提高比例分別為4.6%—15.2%、10.1%—17.4%。春小麥灌漿初期補灌提高各處理土壤水分含量至收獲期而降低，此時NTSS、NTS、TS較CT土壤含水量分別提高11.1%—21.1%、16.2%—29.0%、7.4%—11.1%，NTSS、NTS較CT分別提高4.8%—11.7%、8.2%—16.1%。

圖上方的誤差線表示LSD 值。下同Error bars above the curves indicate the value of LSD in the figure. The same as below

縱觀全生育期內(nèi)0—120 cm土層平均土壤含水量而言，NTSS、NTS較對照CT土壤含水量分別提高5.1%—8.8%、 8.1%—12.2%，以NTS提高土壤水分含量幅度較大，比TS高4.8%—7.0%。說明少耕、25—30 cm秸稈高留茬覆蓋還田具有較好的保水效應(yīng)，是試區(qū)春小麥栽培較好的秸稈還田方式。

2.1.2 不同生育階段平均土壤含水量垂直變化 不同秸稈還田方式下春小麥播種、營養(yǎng)生長期、生殖生長期、收獲時0—120 cm土層土壤含水量在3個試驗?zāi)甓炔町惥@著，且有少耕秸稈還田在各土層保持較高的土壤含水量，提高幅度隨土層加深而降低（圖2）。

2014年，小麥播種期、營養(yǎng)生長期、生殖生長期、收獲期對應(yīng)的日期為3月18日、4月22日至6月7日，6月19至7月14日、7月23日；2015年各生育時期對應(yīng)的日期為3月28日、4月23日至6月5日、6月21日至7月15日、7月27日；2016年各測定時期對應(yīng)的日期為3月29日、4月19日至6月5日、6月26日至7月12日、7月20日

春小麥播種時，耕層0—30 cm，NTSS、NTS較CT提高土壤含水量分別為6.5%—9.1%、9.3%—12.9%，NTS較TS提高5.2%—10.0%。30—90 cm土層，NTSS、NTS較CT土壤含水量分別提高4.1%—7.7%、7.2%—9.5%。深層90—120 cm土層年際間有差異，2016年春小麥播前土壤含水量明顯高于2014與2015年，弱化了免耕還田的保水效應(yīng)，2014與2015年，NTSS、NTS較CT土壤含水量分別提高4.4%—6.3%、4.0%—6.9%。

春小麥營養(yǎng)生長期，耕層0—30 cm，NTSS、NTS較CT提高土壤含水量分別為3.2%—6.6%、5.9%—9.5%。30—90 cm土層，NTSS、NTS較CT分別提高4.0%—6.2%、5.9%—8.8%。深層90—120 cm土層年際間有差異，2014與2015年，NTSS較CT分別提高5.3%、5.7%，3個試驗?zāi)甓?，NTS較CT分別提高5.2%—8.0%。

春小麥生殖生長期，耕層0—30 cm，NTSS、NTS較CT提高土壤含水量分別為4.1%—7.2%、6.4%—8.4%，NTS較TS提高4.2%—5.2%。30—90 cm土層，NTS較TS、CT提高土壤含水量分別為4.1%—5.0%、5.4%—8.6%。深層90—120 cm，3個試驗?zāi)甓?，僅有NTS較CT分別提高4.7%、6.2%與5.8%。

春小麥?zhǔn)斋@時，耕層0—30 cm，NTSS、NTS較CT提高土壤含水量分別為16.4%—23.4%、24.4%—35.3%，較TS分別提高6.3%—9.7%、11.7%—20.3%。30—90 cm土層，NTSS、NTS、TS較CT提高土壤含水量分別為9.4%—27.4%、13.9%—27.8%、7.2%—11.5%，NTS較TS分別提高6.3%—14.6%。深層90—120 cm，2014與2015年，與CT相比，NTSS提高土壤含水量分別為8.7%、19.7%，NTS分別提高9.1%、17.1%，TS分別提高6.4%、7.2%。

不同秸稈還田處理中，春小麥播種期、營養(yǎng)生長期、生殖生長期、收獲期0—120 cm土層土壤水分含量隨土層加深其變化減弱，但各土層均有少耕秸稈覆蓋還田保持較高的土壤含水量，為小麥生長創(chuàng)造適宜的土壤水分環(huán)境。春小麥生育期內(nèi)，營養(yǎng)生長期與生殖生長期，補灌弱化了同一秸稈還田方式下不同深度間土壤含水量差異，且與播種前相比，各處理各土層土壤含水量明顯降低，尤其是春小麥旺盛生殖生長期降低幅度更大，以NTS處理縮小土壤水分降低比例。

2.2 不同小麥秸稈還田方式對春小麥各生育階段耗水量、耗水模系數(shù)的影響

2016年，秸稈還田方式對春小麥全生育期耗水量無顯著影響，而 2014與2015 年，NTSS耗水量較CT處理分別降低3.1%、7.8%，NTS 較CT分別降低4.1%、7.7%（表2）。

春小麥不同生育階段耗水量及耗水模系數(shù)在3個試驗?zāi)甓炔町愶@著。春小麥播種至拔節(jié)期耗水量較大，占總耗水量22.6%—29.1%，不同處理年際間有差異，2014與2015年，NTSS較CT耗水量分別提高15.1%、5.0%，耗水模系數(shù)分別提高18.7%、14.0%；2014與2016年，NTS較CT耗水量分別增大12.0%、5.6%，3個試驗?zāi)攴軳TS較CT耗水模系數(shù)分別提高8.4%—16.8%。隨著生育期的推進，在春小麥拔節(jié)至孕穗期，NTSS、NTS處理耗水量及耗水模系數(shù)均小于 CT，耗水量分別降低5.6%—13.4%、11.3%—16.7%，耗水模系數(shù)分別減小3.1%—10.1%、7.5%—13.1%，以NTS降低耗水量及耗水模系數(shù)幅度較大，比TS分別低8.2%—14.2%、5.1%—12.4%。與前一生育階段相似，春小麥孕穗至灌漿初期，3個試驗?zāi)甓?，少耕秸稈還田均具有降低耗水量及耗水模系數(shù)的作用，以NTS降低作用較大。相反，灌漿期，春小麥處于旺盛生殖生長期，耗水量總體增大，致使灌漿初期至收獲期，NTSS、NTS 處理耗水量及耗水模系數(shù)均高于 TS 和 CT，NTSS、NTS 較TS處理耗水量分別增大5.9%—11.3%、6.6%—14.8%，耗水模系數(shù)分別提高7.9%—12.3%、10.3%—16.2%，NTSS、NTS較CT增大耗水量分別為7.4%—8.3%、5.1%—8.1%，耗水模系數(shù)分別提高11.7%—16.5%、9.1%—17.1%。

總體來說，少耕、25—30 cm秸稈覆蓋還田減小了春小麥生育前期（灌漿期之前）的耗水，增大了生育后期（灌漿期）的耗水量，有效協(xié)調(diào)春小麥前后生育時期耗水互補、競爭關(guān)系。

2.3 不同秸稈還田方式下春小麥全生育期棵間蒸發(fā)量動態(tài)差異

不同秸稈還田方式下春小麥全生育期棵間蒸發(fā)量在3個試驗?zāi)甓炔町惒伙@著，但均表現(xiàn)為秸稈還田（NTSS、NTS、TS）具有抑制春小麥全生育期內(nèi)土壤蒸發(fā)的效應(yīng)，較傳統(tǒng)無秸稈還田翻耕對照處理（CT）相比，全生育期棵間蒸發(fā)量分別降低9.3%—17.4%、10.8%—23.3%與 4.3%—13.4% （圖3），3個秸稈還田處理中，秸稈覆蓋還田配合少耕（NTS）降低土壤蒸發(fā)效應(yīng)更好，比TS降低5.6%—11.4%。

不同秸稈還田方式下春小麥各生育階段農(nóng)田棵間蒸發(fā)量在3個試驗?zāi)甓炔町愶@著，主要由不同年份不同生育階段降雨量差異所致。春小麥苗期至拔節(jié)期，NTSS、NTS、TS較CT處理土壤蒸發(fā)分別降低9.9%—36.9%、7.8%—40.5%、5.0%—26.2%，NTSS、NTS較TS分別降低4.6%—14.5%、4.1%—19.4%（圖3）。相反，春小麥拔節(jié)至孕穗期，2015與2016年度，NTSS、NTS較CT土壤蒸發(fā)分別提高8.4%—10.2%、10.1%—10.9%，NTSS、NTS較TS土壤蒸發(fā)分別提高5.8%—6.3%、6.4%—8.0%，2017年，NTS、TS較CT 分別降低5.9%、4.7%。春小麥生殖生長期（開花期至收獲期），均為秸稈還田降低棵間蒸發(fā)量，NTSS、NTS、TS較CT土壤蒸發(fā)分別降低18.4%—25.7%、21.4%—34.7%、5.6%—17.1%，秸稈還田處理中，NTSS、NTS較TS降低土壤蒸發(fā)分別達到6.6%—17.5%、12.0%—27.5%。

表2 不同秸稈還田方式下春小麥各生育階段的耗水量及耗水模系數(shù)

數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年度中所有處理在0.05概率水平下差異顯著。2014年，小麥播種期、拔節(jié)期、孕穗期、灌漿初期、收獲期對應(yīng)土壤水分測定日期為3月18日、4月22日、5月27日、6月19日、7月23日；2015年各測定時期對應(yīng)日期為3月28日、4月23日、5月30日、6月21日、7月27日；2016年對應(yīng)日期為3月29日、4月19日、5月28日、6月26日、7月20日。下同

Different letters afterwards indicate significant difference within the same year among the treatments at 0.05 probability level. The measuring dates were 18 March, 22 April, 27 May, 19 June, and 23 July in 2014, 28 March, 23 April, 30 May, 21 June, and 27 July in 2015, and 29 March, 19 April, 28 May, 26 June, and 20 July in 2016. The corresponding growing periods of wheat were sowing, jointing, booting, early-filling, harvesting stage, respectively. The same as below

縱觀春小麥全生育期棵間蒸發(fā)量動態(tài)發(fā)現(xiàn)，春小麥開花至成熟期，少耕秸稈還田降低土壤蒸發(fā)效應(yīng)較好，說明少耕秸稈還田對土壤無效蒸發(fā)耗水的抑制作用主要體現(xiàn)在開花至成熟期，以25—30 cm秸稈高茬覆蓋還田結(jié)合少耕措施抑制土壤蒸發(fā)相對較好。

2.4 不同秸稈還田方式對春小麥全生育期蒸散比（E/ET）的動態(tài)影響

不同秸稈還田方式下春小麥全生育期E/ET在3個試驗?zāi)甓炔町惒伙@著，但均表現(xiàn)為少耕秸稈還田降低了春小麥全生育期E/ET（圖4）。3個年度，NTSS與NTS較CT處理E/ET降低分別為6.4%—15.2%、6.9%—21.3%。

不同秸稈還田方式下春小麥各生育階段E/ET在3個試驗?zāi)甓炔町愶@著，均有少耕秸稈還田降低了春小麥各生育階段E/ET （圖4）。春小麥播種后至拔節(jié)期，3個試驗?zāi)攴?，NTSS、NTS較TS分別降低6.8%—8.5%、5.3%—16.0%，較CT降低E/ET分別達到10.5%—30.7%、5.8%—36.4%。拔節(jié)至孕穗期，年際間有差異，2014年，少耕秸稈還田與傳統(tǒng)翻耕無秸稈還田處理E/ET差異不顯著，TS較CT處理E/ET降低6.9%；2015與2016年度，秸稈還田具有較高E/ET，NTSS、NTS、TS較CT處理提高E/ET分別為19.4%—35.2%、23.5%—30.6%、6.0%—15.9%，NTSS、NTS較TS分別提高12.6%—16.6%、12.7%—16.4%。春小麥孕穗至灌漿初期，2014與2015年，NTSS較TS、CT提高E/ET分別為10.0%—14.7%、9.9%—14.7%；相反，2016年，NTSS、NTS、TS較CT分別降低E/ET為9.9%、15.8%、10.5%，NTS較TS降低5.9%。春小麥灌漿初期至收獲期，秸稈還田因旺盛的生殖生長期，增大有效耗水而降低E/ET，NTSS、NTS、TS較CT降低E/ET分別為22.0%—30.8%、25.9%—39.5%、7.5%—11.1%，NTSS、NTS較TS分別降低12.8%—22.1%、20.0%—32.0%，與NTSS相比，NTS降低E/ET為12.7%—16.3%。以上結(jié)果表明少耕秸稈還田水分高效利用主要是減少了灌漿初期至收獲期土壤的無效耗水，提高了土壤水分利用的有效性，以少耕25—30 cm秸稈高留茬覆蓋還田效應(yīng)突出。

圖3 不同秸稈還田方式下春小麥農(nóng)田土壤蒸發(fā)量動態(tài)

2.5 春小麥產(chǎn)量及水分利用效率對秸稈還田方式的響應(yīng)

2.5.1 產(chǎn)量表現(xiàn) 3個試驗?zāi)甓?，不同秸稈還田方式對春小麥籽粒產(chǎn)量具有顯著影響，均表現(xiàn)出秸稈還田具有增產(chǎn)效應(yīng)（圖5-A）。與傳統(tǒng)低茬收割翻耕（CT）相比，少耕秸稈還田（NTSS、NTS）分別增產(chǎn)16.6%—24.9%、18.6%—27.3%，翻耕秸稈還田（TS）增產(chǎn)10.2%—18.7%。3個秸稈還田處理中，以少耕秸稈還田增產(chǎn)效應(yīng)明顯，NTSS、NTS較TS分別增產(chǎn)5.2%—5.9%、7.2%—9.5%，以NTS籽粒產(chǎn)量最大，達到7 203—8 035 kg·hm-2。由此說明，25—30 cm秸稈高留茬立茬與覆蓋還田結(jié)合少耕有利于提高春小麥籽粒產(chǎn)量。

圖中不同小寫字母表示處理間在0.05 水平上差異顯著。下同

2.5.2 水分利用效率（WUE） 3個試驗?zāi)攴荩煌斩掃€田方式下春小麥WUE差異顯著，秸稈還田較傳統(tǒng)低茬收割翻耕具有提高春小麥農(nóng)田WUE的作用，秸稈還田結(jié)合少耕進一步增強了提高水分利用效率的優(yōu)勢（圖5-B）。與CT相比，NTSS、NTS、TS處理提高WUE分別為21.1%—28.3%、26.6%—30.6%、13.1%—20.3%，以NTSS、NTS提高春小麥農(nóng)田WUE幅度較大，比TS高6.7%—11.9%、8.6%—13.7%。

圖中每一試驗?zāi)攴莞魈幚黹g進行統(tǒng)計分析The statistical analysis was performed in each treatmentin each testing year

3 討論

3.1 少耕及秸稈還田與耗水特性的關(guān)系

近年來，隨著水資源的日趨緊缺，干旱環(huán)境條件下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須以水分的高效利用為重心，而控制土壤蒸發(fā)是提高作物水分利用效率的重要途徑之一[14]。秸稈還田作為一項簡易節(jié)水生產(chǎn)技術(shù)廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。采用秸稈覆蓋技術(shù)可以有效地保持土壤水分，降低無效耗水而提高水分利用的有效性[15-16]。本研究表明，春小麥不同生育時期，0—120 cm各土層土壤含水量均有秸稈還田高于傳統(tǒng)耕作，而3個秸稈還田處理中，少耕秸稈覆蓋還田土壤含水量明顯高于立茬、翻耕秸稈還田措施，而立茬、翻耕秸稈還田處理土壤含水量在不同生育階段差異不同，這是因為翻耕還田弱化了秸稈還田保持土壤水分的優(yōu)勢，立茬還田不能在地表或表土層直接形成秸稈物理隔層，較覆蓋還田弱化其保水效應(yīng)[7]。春小麥生育期結(jié)束時，少耕秸稈覆蓋保持較高的土壤水分含量，這可能是由于其土壤界面具有良好的導(dǎo)水蓄水保墑能力[17]。秸稈覆蓋具有降低土壤蒸發(fā)及耗水的效應(yīng)已被研究所證實[18-19]。本研究中，與傳統(tǒng)耕作無秸稈還田處理相比，少耕秸稈覆蓋還田顯著抑制土壤蒸發(fā)，抑制效應(yīng)主要體現(xiàn)在氣溫較高的春小麥孕穗至成熟期，主要因為：第一，秸稈覆蓋是在土壤表面，減少土壤與大氣間水熱交換的物理阻隔層，阻礙土壤與大氣層間的水分和能量交換，顯著降低土壤蒸發(fā)[20]；第二，覆蓋還田減少生育前期的土壤水分散失，春小麥生長緩慢，消耗水分與養(yǎng)分較少，隨著氣溫回升，生育前期剩余的土壤水分與養(yǎng)分促使春小麥生長發(fā)育旺盛，在孕穗至成熟期保持較大的冠層，遮陰面積大，抑制土壤蒸發(fā)相對較好。相對于覆蓋秸稈還田，立茬秸稈還田不能在地表或表土層直接形成秸稈物理隔層，對春小麥生育前期土壤溫度的降低作用不及覆蓋還田，生育前期生長較快，給予生育后期的養(yǎng)分與水分少[7]，因此立茬秸稈還田生育后期生長弱于秸稈覆蓋還田，冠層相對小，遮陰面積小，抑制土壤蒸發(fā)效應(yīng)較弱。同樣，通過分析春小麥播種時、營養(yǎng)生長期、生殖生長期及收獲時0—120 cm土層土壤含水量發(fā)現(xiàn)，隨著土層加深其變化減弱，但每一土層均有少耕秸稈覆蓋還田保持較高的土壤含水量，為春小麥生長創(chuàng)造適宜的土壤水分環(huán)境。

秸稈、地膜覆蓋具有降低耗水的效應(yīng)已被研究證實[7,15]。本研究中，少耕秸稈還田對春小麥田耗水量的影響表現(xiàn)出年際間差異，2014與2015 年，少耕秸稈還田的耗水量均低于傳統(tǒng)耕作；2016年，秸稈還田與傳統(tǒng)耕作處理春小麥農(nóng)田耗水量無顯著差異，這是因為此年春小麥播種時的土壤儲水量明顯高于2014與2015年，弱化了少耕秸稈還田的保水及有效利用土壤水分的效應(yīng)。另一方面，秸稈還田也可因為其調(diào)控土壤水熱特性而優(yōu)化作物生長發(fā)育動態(tài)，特別是少耕秸稈覆蓋還田作物生長前期的低溫效應(yīng)與較好抑制土壤蒸發(fā)的效應(yīng)，更多水分用于熱量適宜的生育后期[7]，即降低了春小麥營養(yǎng)生長期的無效蒸發(fā)耗水，增強了其生殖生長期的有效耗水。因此，少耕秸稈覆蓋還田通過減小春小麥生育前期（灌漿期之前）的耗水，增大了生育后期（灌漿初期至成熟期）的耗水量，有效協(xié)調(diào)春小麥前后生育時期需水矛盾。降低土壤無效蒸發(fā)耗水占總耗水模系數(shù)（E/ET）是提高水分有效利用的主要途徑之一[21]。本研究中少耕秸稈還田降低了春小麥全生育期E/ET，且降低作用主要體現(xiàn)在春小麥旺盛生長的灌漿初期至收獲期，以少耕秸稈覆蓋還田降低作用較大，這是因為該措施此生育階段春小麥旺盛生長期較高的蒸騰耗水與較小的蒸發(fā)耗水所致。因此，少耕秸稈覆蓋還田措施可優(yōu)化干旱灌區(qū)春小麥農(nóng)田的耗水特性，在農(nóng)田作物耗水與調(diào)控領(lǐng)域值得進一步試驗探討。

3.2 少耕及秸稈還田對作物產(chǎn)量的影響

耕作及覆蓋措施是調(diào)控作物群體生長發(fā)育的重要因素，通過優(yōu)化耕作方式及覆蓋措施，調(diào)控作物生長發(fā)育動態(tài)，改善作物對資源利用的競爭與互補關(guān)系，有效提高作物產(chǎn)量[5]。秸稈還田結(jié)合少免耕因較好的保水效應(yīng)及改善土壤理化性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)作物生產(chǎn)，在干旱綠洲灌區(qū)秸稈還田技術(shù)尚未成熟，有待進一步研發(fā)適宜于干旱灌區(qū)秸稈還田技術(shù)。大量研究證實，長期單一免耕因根冠早衰而具有減產(chǎn)效應(yīng)[10-11]。秸稈還田較傳統(tǒng)耕作具有較高的增產(chǎn)潛力，其增產(chǎn)機理在于秸稈還田降低土壤容重，提高土壤速效養(yǎng)分含量促進作物對養(yǎng)分的吸收和利用，為高產(chǎn)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)[22-23]。有研究表明，可通過優(yōu)化耕作及覆蓋措施促進作物各器官光合同化物向籽粒的運轉(zhuǎn)而增產(chǎn)[24]。本研究秸稈立茬與覆蓋還田結(jié)合少耕的具有顯著增產(chǎn)優(yōu)勢，其原因在于，第一，少耕結(jié)合秸稈覆蓋還田為作物生長創(chuàng)造良好的耕層土壤結(jié)構(gòu)[12-13]；第二，少耕秸稈覆蓋還田延緩春小麥生育前期地上部生長發(fā)育，造成較小的光合源，對水分養(yǎng)分等資源消耗較少，同時抑制土壤蒸發(fā)而提高土壤蓄水納墑能力，為作物生育后期（旺盛生長期）遺留更多的土壤水分和養(yǎng)分[25]，滿足作物適宜環(huán)境條件下生育后期旺盛生長的資源需求，延緩地上部的衰老，改善功能葉片的光合特性，促使籽粒灌漿而實現(xiàn)高產(chǎn)[25]；第三，秸稈覆蓋還田配合少耕技術(shù)利于光合產(chǎn)物向籽粒的轉(zhuǎn)移，較高的分蘗數(shù)及分蘗成穗率與較多的穗粒數(shù)[26]。因此，在干旱綠洲灌區(qū)集成應(yīng)用基于保護性耕作理論的少耕秸稈覆蓋還田技術(shù)是可行的，值得大面積推廣應(yīng)用。

3.3 作物水分利用效率對少耕秸稈還田的響應(yīng)

提高產(chǎn)量、降低耗水是提高農(nóng)田水分利用效率的兩個主要途徑。優(yōu)化耕作及秸稈還田方式通過降低農(nóng)田土壤水分無效蒸發(fā)，提高作物有效蒸騰耗水而提高農(nóng)田水分利用效率[27-28]。已有研究表明，在作物生育期內(nèi)，降水較多的豐水年份，秸稈覆蓋還田結(jié)合免耕通過降低農(nóng)田總耗水量而提高水分利用效率，在降水相對較少的貧水年份，免耕秸稈覆蓋還田主要因提高作物產(chǎn)量而提高水分利用效率[5]。當(dāng)然，免耕秸稈覆蓋還田也可通過提高土壤水分入滲率及貯水量[17]、有效降低作物生育前期無效蒸發(fā)水分，增加生育后期作物的有效蒸騰，使無效耗水轉(zhuǎn)化為有效耗水、提高作物產(chǎn)量與水分利用效率[5]。本研究得出相似結(jié)果，與傳統(tǒng)無秸稈還田翻耕處理相比，秸稈還田提高了水分利用效率，以少耕秸稈覆蓋還田提高幅度相對較大，主要是因為少耕秸稈覆蓋還田降低了春小麥全生育期棵間蒸發(fā)量，減小了總耗水量而提高了籽粒產(chǎn)量，特別是在春小麥旺盛生長的灌漿初期至收獲期，降低土壤蒸發(fā)而提高有效蒸騰耗水作用最顯著，為春小麥籽粒灌漿提供充足的水分需求，而增強籽粒灌漿，提高籽粒產(chǎn)量，進而增大水分利用效率。因此，在資源性缺水的干旱內(nèi)陸灌區(qū)，在春小麥生產(chǎn)中集成免耕秸稈還田技術(shù)有望緩解作物需水與供水矛盾，為試區(qū)作物高效生產(chǎn)提供理論與實踐依據(jù)。

4 結(jié)論

與傳統(tǒng)低茬收割翻耕處理（CT）相比，少耕秸稈還田處理（NTSS、NTS）可提高春小麥全生育期內(nèi)土壤含水量，降低耗水量，通過減少生育前期（灌漿期之前）耗水，增大生育后期（灌漿初期至成熟期）耗水量，有效協(xié)調(diào)春小麥前后生育時期需水矛盾，以少耕秸稈覆蓋還田（NTS）調(diào)控效應(yīng)更為突出。少耕秸稈還田降低了春小麥全生育期棵間蒸發(fā)量，降低了蒸散比（E/ET），主要體現(xiàn)在春小麥灌漿初期至收獲期。與CT相比，NTSS、NTS具有明顯的增產(chǎn)及提高水分利用效率的作用。因此，在水資源短缺的干旱內(nèi)陸綠洲灌區(qū)，集成應(yīng)用少耕25—30 cm秸稈立茬與覆蓋還田技術(shù)是實現(xiàn)春小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、水分高效利用的理想耕作措施。

[1] 張建軍, 樊廷錄, 黨翼, 趙剛, 王磊, 李尚中, 王淑英, 王勇. 黃土旱塬耕作方式和施肥對冬小麥產(chǎn)量和水分利用特性的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2017, 50(6): 1016-1030.

ZHANG J J, FAN T L, DANG Y, ZHAO G, WANG L, LI S Z, WANG S Y, WANG Y. Effects of long-term tillage and fertilization on yield and water use efficiency of winter wheat in loess dry land plateau., 2017, 50(6): 1016-1030. (in Chinese)

[2] DONG Q, YANG Y, YU K, FENG H. Effects of straw mulching and plastic film mulching on improving soil organic carbon and nitrogen fractions, crop yield and water use efficiency in the Loess Plateau, China., 2018, 201: 133-143.

[3] 李玉玲, 張鵬, 張艷, 賈倩民, 劉東華, 董昭蕓, 賈志寬, 韓清芳, 任小龍. 旱區(qū)集雨種植方式對土壤水分、溫度的時空變化及春玉米產(chǎn)量的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(6): 1084-1096.

LI Y L, ZHANG P, ZHANG Y, JIA Q M, LIU D H, DONG Z Y, JIA Z K, HAN Q F, REN X L. Effects of rainfall harvesting planting on temporal and spatial changing of soil water and temperature, and yield of spring maize (L.) in semi-arid areas., 2016, 49(6): 1084-1096. (in Chinese)

[4] 駱蘭平, 于振文, 王東, 張永麗, 石玉. 土壤水分和種植密度對小麥旗葉光合性能和干物質(zhì)積累與分配的影響. 作物學(xué)報, 2011, 37(6): 1049-1059.

LUO L P, YU Z W, WANG D, ZHANG Y L, SHI Y. Effects of planting density and soil moisture on flag leaf photosynthetic characteristics and dry matter accumulation and distribution in wheat., 2011, 37(6): 1049-1059. (in Chinese)

[5] WANG X B, CAI D X, HOOGMOED W B, OENEMA O, PERDOK U D. Developments in conservation tillage in rainfed regions of North China., 2007, 93(2): 239-250.

[6] VITA P D, PAOLO E D, FECONDO G, FONZO N D, PISANTE M. No-tillage and conventional tillage effects on durum wheat yield, grain quality and soil moisture content in southern Italy., 2007, 92(1): 69-78.

[7] 殷文, 陳桂平, 柴強, 趙財, 馮福學(xué), 于愛忠, 胡發(fā)龍, 郭瑤. 前茬小麥秸稈處理方式對河西走廊地膜覆蓋玉米農(nóng)田土壤水熱特性的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(15): 2898-2908.

YIN W, CHEN G P, CHAI Q, ZHAO C, FENG F X, YU A Z, HU F L, GUO Y. Responses of soil water and temperature to previous wheat straw treatments in plastic film mulching maize field at Hexi corridor., 2016, 49(15): 2898-2908. (in Chinese)

[8] CHEN S Y, ZHANG X Y, PEI D, SUN H Y, CHEN S L. Effects of straw mulching on soil temperature, evaporation and yield of winter wheat: field experiments on the North China Plain., 2007, 150(3): 261-268.

[9] 高亞軍, 李生秀. 旱地秸稈覆蓋條件下作物減產(chǎn)的原因及作用機制分析. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2005, 21(7): 15-19.

GAO Y J, LI S X. Cause and mechanism of crop yield reduction under straw mulch in dry land., 2005, 21(7): 15-19. (in Chinese)

[10] LAMPURLANES J, ANGAS P, CANTEROMARTINEZ C. Root growth, soil water content and yield of barley under different tillage systems on two soils in semiarid conditions., 2001, 69(1): 27-40.

[11] AON M A, SARENA D E, BURGOS J L, CORTASSA S. (Micro)biological, chemical and physical properties of soils subjected to conventional or no-till management: an assessment of their quality status., 2001, 60(3/4): 173-186.

[12] FENG F X, HUANG G B, CHAI Q, YU A Z. Tillage and straw management impacts on soil properties, root growth, and grain yield of winter wheat in Northwestern China., 2010, 50(4): 1465-1473.

[13] SPEDDING T A, HAMEL C, MEHUYS G R, MADRAMOOTOO C A. Soil microbial dynamics in maize-growing soil under different tillage and residue management systems., 2004, 36: 499-512.

[14] CHAI Q, GAN Y T, TURNER N C, ZHANG R Z, YANG C, SIDDIQUE K H M. Water-saving innovations in Chinese agriculture., 2014, 126: 149-202.

[15] 趙亞麗, 薛志偉, 郭海斌, 穆心愿, 李潮海. 耕作方式與秸稈還田對冬小麥-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影響. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(17): 3359-3371.

ZHAO Y L, XUE Z W, GUO H B, MU X Y, LI C H. Effects of tillage and straw returning on water consumption characteristics and water use efficiency in the winter wheat and summer maize rotation system., 2014, 47(17): 3359-3371. (in Chinese)

[16] SEKAHO N, HIRA G, SISHU A, THIDN S. Response of soyabean (Mer.) to wheat straw mulching in different cropping seasons., 2005, 21(4): 422-426.

[17] 蔡立群, 羅珠珠, 張仁陟, 黃高寶, 李玲玲, 謝軍紅. 不同耕作措施對旱地農(nóng)田土壤水分保持及入滲性能的影響研究. 中國沙漠, 2012, 32(5): 1362-1368.

CAI L Q, LUO Z Z, ZHANG R Z, HUANG G B, LI L L, XIE J H. Effect of different tillage methods on soil water retention and infiltration capability of rainfed field., 2012, 32(5): 1362-1368. (in Chinese)

[18] 柏會子, 王洋, 石海, 陳笑瑩. 秸稈不同還田方式對土壤蒸發(fā)特性影響. 土壤與作物, 2012, 1(4): 241-247.

BAI H Z, WANG Y, SHI H, CHEN X Y. Influence of different straw-returning approaches on soil evaporation characteristics., 2012, 1(4): 241-247. (in Chinese)

[19] BALWINDER S, EBERBACH P L, HUMPHREYS E, KUKAL S S. The effect of rice straw mulch on evapotranspiration, transpiration and soil evaporation of irrigated wheat in Punjab, India., 2011, 98(12): 1847-1855.

[20] 員學(xué)鋒, 吳普特, 汪有科, 徐福利. 免耕條件下秸稈覆蓋保墑灌溉的土壤水、熱及作物效應(yīng)研究. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2006, 22(7): 22-26.

YUAN X F, WU P T, WANG Y K, XU F L. Soil moisture conserving irrigation under straw mulch with no-tillage., 2006, 22(7): 22-26. (in Chinese)

[21] 柴強, 于愛忠, 陳桂平, 黃鵬. 單作與間作的棵間蒸發(fā)量差異及其主要影響因子. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2011, 19(6): 1307-1312.

CHAI Q, YU A Z, CHEN G P, HUANG P. Soil evaporation under sole cropping and intercropping systems and the main driving factors., 2011, 19: 1307-1312. (in Chinese)

[22] ZHANG B, PANG C Q, QIN J T, LIU K L, XU H, LI H X. Rice straw incorporation in winter with fertilizer-N application improves soil fertility and reduces global warming potential from a double rice paddy field., 2013, 49(8): 1039-1052.

[23] 王幸, 邢興華, 徐澤俊, 齊玉軍, 季春梅, 吳存祥. 耕作方式和秸稈還田對黃淮海夏大豆產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響. 中國油料作物學(xué)報, 2017, 39(6): 834-841.

WANG X, XING X H, XU Z J, QIN Y J, JI C M, WU C X. Effects of tillage and straw returning on soybean yield and soil physicochemical properties in Yellow-Huai-Hai Rivers Valley., 2017, 39(6): 834-841. (in Chinese)

[24] 殷文, 馮福學(xué), 趙財, 于愛忠, 柴強, 胡發(fā)龍, 郭瑤. 小麥秸稈還田方式對輪作玉米干物質(zhì)累積分配及產(chǎn)量的影響. 作物學(xué)報, 2016, 42(5): 751-757.

YIN W, FENG F X, ZHAO C, YU A Z, CHAI Q, HU F L, GUO Y. Effects of wheat straw returning patterns on characteristics of dry matter accumulation, distribution and yield of rotation maize., 2016, 42(5): 751-757. (in Chinese)

[25] 郭瑤, 柴強, 殷文, 馮福學(xué), 趙財, 于愛忠. 綠洲灌區(qū)小麥免耕秸稈還田對后作玉米產(chǎn)量性能指標(biāo)的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2017, 25(1): 69-77.

GUO Y, CHAI Q, YIN W, FENG F X, ZHAO C, YU A Z. Effect of wheat straw return to soil with zero-tillage on maize yield in irrigated oases., 2017, 25(1): 69-77. (in Chinese)

[26] 殷文, 陳桂平, 柴強, 郭瑤, 馮福學(xué), 趙財, 于愛忠, 劉暢. 河西灌區(qū)不同耕作與秸稈還田方式對春小麥出苗及產(chǎn)量的影響. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2017, 25(2): 180-187.

YIN W, CHEN G P, CHAI Q, GUO Y, FENG F X, ZHAO C, YU A Z, LIU C. Effect of tillage and straw retention mode on seedling emergence and yield of spring wheat in the Hexi Irrigation Area., 2017, 25(2): 180-187. (in Chinese)

[27] 秦舒浩, 黃高寶. 不同耕作措施下綠洲灌區(qū)冬小麥蒸發(fā)蒸騰特性及產(chǎn)量效應(yīng). 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2008, 16(3): 611-614.

QIN S H, HUANG G B. Characteristics of winter wheat evapotranspiration and yield performance under different tillage practices in oasis-irrigated farmland., 2008, 16(3): 611-614. (in Chinese)

[28] YIN W, YU A Z, CHAI Q, HU F L, FENG F X, GAN Y T. Wheat and maize relay-planting with straw covering increases water use efficiency up to 46%., 2015, 35(2): 815-825.

Characteristics of Soil Water Utilization in Spring Wheat Field with Different Straw Retention Approaches in Dry Inland Irrigation Areas

YIN Wen, CHAI Qiang, HU FaLong, FAN ZhiLong, FAN Hong, YU AiZhong, ZHAO Cai

(College of Agronomy, Gansu Agricultural University/Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science, Lanzhou 730070)

【Objective】In oasis irrigated agricultural region, water resources scarcity is one of the most prominent constraints for crop production, which also leads to the unstable yield and the lower water use efficiency of crop production with conventional tillage. In this study, the characteristics of soil water utilization in spring wheat field with different straw retention approaches were investigated in the areas, so as to optimize the farming practices and to improve the water use efficiency. 【Method】A field experiment was carried out in a typical oasis irrigation region, Wuwei, Gansu Province, from 2014 to 2016, to determine the effects of treatments of straw retention patterns on soil water utilization of spring wheat field. The treatments included reduced tillage with 25 to 30 cm high straw standing (NTSS), reduced tillage with 25 to 30 cm high straw covering (NTS), conventional tillage with 25 to 30 cm high straw incorporation (TS), and conventional tillage without straw retention (CT, the control). 【Result】Reduced tillage with straw retention could decrease evapotranspiration of spring wheat field, furthermore NTSS and NTS treatments decreased evapotranspiration by 3.1% to 7.8%, 3.7% to 7.7%, compared to CT treatment, respectively. NTSS and NTS treatments decreased evapotranspiration of wheat before early-filling stage but increased it afterwards, so this created a more optimal balance between early- and late-stage water demand of spring wheat. NTSS and NTS treatments could enhance the effectiveness of water by inhibiting soil evaporation and reducing the proportion of evaporation to evapotranspiration (E/ET) for the spring wheat field. NTSS and NTS treatments reduced soil evaporation by 9.3% to 17.4% and 10.8% to 23.3% over CT treatment, and reduced by 4.0% to 5.8% and 5.6% to 11.4% over TS treatment, respectively. Among the two reduced tillage with straw retention treatments, NTS had the best effect on inhibiting soil evaporation, thus this treatment reduced E/ET by 6.9% to 21.3%. The grain yield of NTSS, NTS, TS was 16.6% to 24.9%, 18.6% to 27.3%, 10.2% to 18.7% greater than that of CT treatment, respectively, among the three straw retention treatments, NTSS and NTS had greater grain yield by 5.2% to 5.9% and 7.2% to 9.5% than that of TS treatment, respectively. Thus, straw retention treatments had greater water use efficiency (WUE), compared to CT treatment, NTSS, NTS, and TS treatments improved WUE by 21.1% to 28.3%, 26.6% to 30.6%, 13.1% to 20.3%, respectively. Across the three straw retention treatments, NTSS and NTS treatments improved WUE by 6.7% to 11.9%, 8.6% to 13.7%, in comparison to TS treatment, respectively.【Conclusion】Our results showed that reduced tillage in combination with 25 to 30 cm high straw standing and covering was the feasible technology for realizing high yield, stable yield and efficient utilization of irrigation water of spring wheat production in the oasis irrigation region.

straw retention; tillage practice; water consumption characteristics; yield; water use efficiency; spring wheat

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.012

2018-09-06；

2018-10-29

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503125-3）、甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)人才專項經(jīng)費（2017RCZX-02）

殷文，E-mail：yinwen@gsau.edu.cn。通信作者柴強，E-mail：chaiq@gsau.edu.cn

（責(zé)任編輯 李云霞）