張登奎，王 琦

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070)

干旱少雨是我國(guó)西北半干旱地區(qū)主要?dú)夂蛱卣?，頻繁的干旱和不規(guī)則的降雨加劇該地區(qū)土壤干化和侵蝕風(fēng)險(xiǎn)[1]。土壤干化和侵蝕導(dǎo)致土地生產(chǎn)力不可逆轉(zhuǎn)的下降，進(jìn)而影響我國(guó)西北半干旱地區(qū)土地利用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)性[2]。因此，有效管理有限水資源和提高降水利用效率在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中至關(guān)重要。此外，全球氣候變暖增加陸面蒸發(fā)損失，提高植物需水要求，加重水資源利用壓力，因此，優(yōu)化用水成為保障該區(qū)旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食安全生產(chǎn)的首要任務(wù)[3]。近年來(lái)，壟溝集雨覆蓋種植作為半干旱地區(qū)一種重要的節(jié)水耕作措施，具有優(yōu)化作物用水模式和控制土地退化等特點(diǎn)，有效保障了半干旱地區(qū)的糧食安全和可持續(xù)生產(chǎn)[4-5]。

壟溝集雨種植系統(tǒng)將降雨產(chǎn)生的壟面徑流收集于溝中，增加溝內(nèi)(種植區(qū))土壤水分含量，有效提高作物對(duì)降水和土壤水分的利用效率[6]。目前，壟溝集雨種植系統(tǒng)，尤其是結(jié)合覆蓋材料的壟溝集雨覆蓋種植系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于我國(guó)旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[7]。壟溝集雨覆蓋種植系統(tǒng)可以減少土壤蒸發(fā)，增加降水入滲時(shí)間，從而提高種植區(qū)內(nèi)土壤水分含量[8]。前人研究發(fā)現(xiàn)，采用壟溝集雨覆蓋種植可以維持土壤水分平衡，顯著增加農(nóng)作物和牧草的產(chǎn)量及水分利用效率[9-10]。近年來(lái)，壟溝集雨覆蓋種植材料多采用普通地膜[11]，普通地膜覆蓋阻止近地空間與膜下土壤熱量交換，使膜下土壤吸熱增多，改變土壤水分動(dòng)態(tài)，改善土壤生態(tài)微環(huán)境；但普通地膜作為一種聚乙烯化學(xué)材料，易產(chǎn)生白色污染和農(nóng)田地膜殘留，造成土壤通氣性變差，影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，過(guò)度使用普通地膜會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題[12]。生物可降解地膜原材料是一類(lèi)生物質(zhì)材料，易被土壤微生物分解，田間應(yīng)用生物降解地膜可以培肥土壤和提高作物產(chǎn)量，具有較好的環(huán)保效應(yīng)[13]。

紅豆草(Onobrychisviciifolia)是一種抗寒抗旱特性較強(qiáng)的多年生深根型豆科牧草，其根系強(qiáng)大，主根粗壯，側(cè)根繁多并著生大量根瘤，能有效地提高土壤肥力和控制水土流失[14]。紅豆草的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，適口性較好，其飼料價(jià)值與紫花苜蓿類(lèi)似，是較佳的飼料牧草作物之一[15]。與其他豆科牧草相比，紅豆草在各個(gè)生育階段均含較高的濃縮單寧，可沉淀在瘤胃中形成大量持久性泡沫的可溶性蛋白質(zhì)，使反芻家畜在青飼、放牧利用時(shí)不易發(fā)生膨脹病[16]。此外，與紫花苜蓿(Medicagosativa)相比，紅豆草具有更強(qiáng)的抗旱性[17]，是半干旱地區(qū)種植紫花苜蓿的良好替代品。

壟溝集雨覆蓋種植模式作為提高干旱半干旱地區(qū)作物生產(chǎn)力的有效措施，相關(guān)學(xué)者已對(duì)其進(jìn)行了廣泛研究。但研究主要集中于壟溝集雨種植玉米(Zeamayssp.)，小麥(Triticumaestivum)，馬鈴薯(Solanumtuberosum)和紫花苜蓿等作物[18-21]，對(duì)于壟溝集雨種植紅豆草有關(guān)方面研究較少。通過(guò)研究壟溝集雨種植紅豆草對(duì)土壤水分、越冬率、株高、分枝數(shù)和地上生物量的影響，為半干旱區(qū)豆科牧草栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

2016年3月29日～10月1日在中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)基地(甘肅定西35°33′N(xiāo)，104°35′E，海拔1 896.7 m)進(jìn)行大田試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)屬典型的半干旱地區(qū)，大陸性季風(fēng)氣候明顯，光能較多，熱量資源不足，降水稀少且變率大，氣象災(zāi)害頻繁。年日照時(shí)間為2 433 h，年均氣溫6.7℃，年均降水量386 mm(圖1)，年均蒸發(fā)量是年均降水量的4.0倍，年平均無(wú)霜期140 d。試驗(yàn)地表層土壤為重壤土,田間持水量為25.6%，作物凋萎系數(shù)為6.7%，0～120 cm土壤平均容重1.38 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以甘肅紅豆草為指示作物，采用田間溝壟覆蓋集雨種植設(shè)計(jì)，壟覆蓋普通地膜(CPF)，生物可降解地膜(BMF)和土壤結(jié)皮(MCS)作為集雨區(qū)，溝無(wú)覆蓋為種植區(qū)，試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，共設(shè)10個(gè)處理：3種壟寬(30 cm，45 cm 和60 cm)×3種覆蓋材料(CPF、BMF、MCS)+傳統(tǒng)平作(TFP)，壟溝集雨種植各處理溝寬均為60 cm，傳統(tǒng)平作作為對(duì)照，重復(fù)3次。普通塑料地膜厚度和生物可降解膜厚度均為0.008 mm，寬度為1.4 m。土壤結(jié)皮為原土拍打而成。根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植經(jīng)驗(yàn)，壟的坡度約為40°，壟高15～20 cm，每小區(qū)有4條壟和3條溝。

圖1 2016年試驗(yàn)區(qū)降水量Fig.1 Precipitation at the experimental station in 2016

1.3 種植管理

2015年4月9日條播紅豆草，對(duì)于壟溝集雨種植處理，每小區(qū)有3條溝，每條溝面積為6 m2(長(zhǎng)10 m×寬0.6 m) ，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的紅豆草播種量均為100 kg/hm2，小區(qū)播種面積(3條溝面積) 為18 m2，播種深度為3～5 cm，行距為20 cm，每條溝種植3行紅豆草，每小區(qū)共播種9行紅豆草。對(duì)于傳統(tǒng)平作處理不設(shè)壟溝措施，種植面積為36 m2(長(zhǎng)10 m×寬3.6 m)，紅豆草播種量為100 kg/hm2，每小區(qū)播種18行紅豆草(圖2)。在2015年10月12日紅豆草收獲后，對(duì)壟溝進(jìn)行維護(hù)，保持壟和溝的完整性，在第2年齡紅豆草返青前(2016年4月3日)，壟溝集雨種植處理重新覆蓋生物可降解地膜和普通塑料地膜，土壟維持不變。在2015和2016年紅豆草的整個(gè)生育期不施肥和灌溉，及時(shí)人工清除雜草。

圖2 紅豆草壟溝集雨覆蓋種植Fig.2 Schematic diagram in ridge-furrow rainwater harvesting for sainfoin production

1.4 樣品采集和測(cè)定

1.4.1 土壤水分測(cè)定 用烘干法(105℃，10 h)測(cè)定土壤含水量，測(cè)定時(shí)間為紅豆草返青前，收獲后和降水大于5 mm后，測(cè)定深度200 cm(0～20 cm以10 cm為分層、20～200 cm以20 cm為分層)，在每個(gè)小區(qū)溝中同一土層取3鉆土樣均勻混合后裝入鋁盒用于測(cè)定。土壤貯水量(W，mm)計(jì)算公式[22]：

(1)

式中：W為土壤貯水量，θ為土壤質(zhì)量含水量(%)，BD為土壤容量(g/cm3)，H為土壤深度(cm)，10為系數(shù)。

1.4.2 越冬率測(cè)定 紅豆草返青后用60 cm×60 cm的樣方定點(diǎn)測(cè)定各處理紅豆草越冬后存活的株數(shù)和死亡株數(shù)。

越冬率(%)[23]=存活總株數(shù)/植株總數(shù)×100%

(2)

1.4.3 株高，分枝數(shù)和產(chǎn)量測(cè)定 在紅豆草盛花期(2016年6月14日)，每個(gè)種植區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取20株紅豆草測(cè)量株高；在紅豆草盛花期，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取60 cm×60 cm的樣方，重復(fù)3次，將樣方內(nèi)紅豆草齊地刈割測(cè)定分枝數(shù)，將刈割后的紅豆草風(fēng)干至恒重，計(jì)算其凈干草產(chǎn)量。作物耗水量(ET，mm)和水分利用效率[(WUE，kg/(hm2·mm)]計(jì)算公式[24]：

(3)

ET2=P+(W1-W2)

(4)

(5)

式中：ET1為壟溝耕作種植紅豆草生育期耗水量(mm)；ET2為傳統(tǒng)平作種植紅豆草生育期耗水量(mm)；P為紅豆草生育期降水量(mm) ；Re為集雨壟的平均徑流效率(%)；h1和h2分別為壟寬和溝寬(cm)；W1和W2分別為紅豆草返青前一天和刈割后一天測(cè)定0～200 cm土壤深度的土壤貯水量；NFY為紅豆草凈干草產(chǎn)量(kg/hm2)；壟溝耕作種植凈干草產(chǎn)量是基于溝面積的干草產(chǎn)量，傳統(tǒng)平作種植凈干草產(chǎn)量是基于小區(qū)總面積的干草產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016和SPSS 20.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖形繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 壟溝集雨種植紅豆草對(duì)土壤貯水量的影響

土壤貯水量與降水、灌溉、蒸散、徑流和下滲等因素有關(guān)，紅豆草全生育期無(wú)灌溉，降水量較小，由于測(cè)定土層較深(200 cm)，土壤水下滲忽略不計(jì)。壟溝集雨種植紅豆草各處理0～200 cm土層土壤貯水量隨生育期延伸而變化(圖3)。在紅豆草返青期(3～4月)，氣溫較低，紅豆草越冬后返青，生長(zhǎng)緩慢，耗水量小，各處理貯水量呈增加趨勢(shì)。在紅豆草分枝期和初花期(5～6月)，紅豆草進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)階段，降水開(kāi)始增多，但紅豆草耗水增加，土壤貯水量開(kāi)始減小且各處理間差異較大。在紅豆草收獲期(6～7月)，紅豆草進(jìn)入生長(zhǎng)停止期，作物生長(zhǎng)對(duì)水分的需求減少，且此時(shí)期降水量較多，蒸騰耗水減少，各處理的土壤貯水量逐漸升高。紅豆草全生育期，在同一覆蓋材料下，不同壟寬處理的土壤貯水量排列次序?yàn)閴艑?0 cm>壟寬45 cm>壟寬30 cm。就不同覆蓋材料平均值而言，各處理土壤貯水量的排列次序?yàn)镃PF>BMF>MSC>TFP，其中CPF45和BMF45土壤含水量顯著大于MCS45和TFP，CPF45與BMF45和MCS45與TFP之間差異不顯著。與傳統(tǒng)平作相比，CPF，BMF和MSC土壤貯水量分別提高10.64，9.36和2.09 mm。

圖3 紅豆草生育期0～200 cm土壤貯水量Fig.3 Soil water storage in 0～200 cm soil depth in sainfoin growing season 注：TFP：傳統(tǒng)平作；MSC：土壟；BMF：生物可降解膜壟；CPF：普通膜壟；下標(biāo)30，45和60表示壟寬(cm)。根據(jù)Duncan多重比較，不同字母表示差異顯著( P<0.05)，下同

2.2 壟溝集雨種植紅豆草對(duì)土壤含水量空間變化的影響

為了更好的揭示壟溝集雨種植紅豆草的土壤水分空間變化特征，選取壟寬均為45 cm的不同覆蓋材料土壤含水量與傳統(tǒng)平作進(jìn)行比較。在紅豆草返青前一天(2016年3月29日)，各處理(0～200 cm)土壤含水量隨土層深度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。在0～200 cm土層深度，各處理土壤含水量整體表現(xiàn)為CPF45>BMF45>MCS45>TFP(圖4a)。不同處理間在0～40 cm和140～200cm土層深度的土壤含水量大于在40～140 cm土層深度。說(shuō)明壟溝集雨覆蓋種植紅豆草對(duì)返青前40～140 cm土層的土壤含水量影響不大。紅豆草返青前0～200 cm土層深度平均土壤含水量，CPF45，BMF45和MCS45土壤含水量均高于TFP，CPF45，BMF45和MCS45土壤含水量較TFP分別高了8.68%，8.14%和5.13%。

在紅豆草刈割后一天(2016年6月14日)，各處理(0～200 cm)的土壤含水量隨土層深度的增加呈現(xiàn)先增加后減小再增加的趨勢(shì)。在0～200 cm土層，不同處理同一土層的土壤含水量，均表現(xiàn)為CPF45和BMF45大于MCS45和TFP。紅豆草刈割期，與傳統(tǒng)平作相比，土壤結(jié)皮覆蓋壟溝集雨種植增加了0～120 cm土層的土壤含水量，減少了120～160 cm土層的土壤含水量。紅豆草刈割后0～200 cm土層平均土壤含水量，各處理的排列次序?yàn)镃PF45≈ BMF45> MCS45≈ TFP ，CPF45，BMF45和MCS45的土壤含水量與TFP相比，分別提高了8.8%，7.1%和1.5%。普通地膜和生物可降解地膜覆蓋壟溝集雨種植增加了0～200 cm各土層的土壤含水量(圖4)。

圖4 紅豆草不同時(shí)期不同土層的土壤含水量Fig.4 Soil moisture content varied with soil depth in different sainfoin growing seasons

2.3 壟溝集雨種植對(duì)紅豆草越冬率的影響

越冬率是衡量紅豆草生產(chǎn)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，越冬前幼苗狀態(tài)、植株形態(tài)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累等導(dǎo)致壟溝集雨種植各處理紅豆草的越冬率出現(xiàn)差異(圖5a)。在同一覆蓋材料下，紅豆草越冬率隨壟寬的增加而增加，排列次序?yàn)閴艑?0 cm>壟寬45 cm>壟寬30 cm。在土壤結(jié)皮覆蓋種植中，MSC60紅豆草越冬率顯著高于MSC45，MSC45紅豆草越冬率顯著高于MSC30。在生物可降解地膜覆蓋和普通地膜覆蓋種植中，BMF60(CPF60)顯著高于BMF45(CPF45)和BMF30(CPF30),BMF45(CPF45)和BMF30(CPF30)之間紅豆草越冬率相差不顯著。就不同覆蓋材料平均值，普通地膜覆蓋種植紅豆草越冬率顯著高于生物可降解地膜覆蓋種植，生物可降解地膜覆蓋種植紅豆草越冬率顯著高于土壤結(jié)皮覆蓋種植。土壤結(jié)皮覆蓋種植紅豆草越冬率顯著高于平作。與傳統(tǒng)平作相比，CPF，BMF和MSC紅豆草越冬率分別提高23.6%，18.1%和8.2%。

圖5 壟溝集雨覆蓋種植下紅豆草的生長(zhǎng)特性Fig.5 Effects of ridge-furrow rainwater harvesting with mulching on sainfoin growth characteristics

2.4 壟溝集雨覆蓋種植對(duì)紅豆草株高，分枝數(shù)及產(chǎn)量的影響

壟溝集雨種植紅豆草株高，分枝數(shù)和產(chǎn)量因覆蓋材料和耕作措施不同而出現(xiàn)差異(圖5b、5c、5d)。在同一覆蓋材料下，紅豆草株高，分枝數(shù)和產(chǎn)量隨壟寬的增加而增加，排列次序?yàn)閴艑?0 cm>45 cm>30 cm。紅豆草的株高和分枝數(shù)，在土壤結(jié)皮覆蓋種植中，MSC30，MSC45和MSC60之間差異不顯著，在生物可降解地膜覆蓋和普通地膜覆蓋種植中，BMF60(CPF60)顯著高于BMF45(CPF45)，BMF45(CPF45)顯著高于BMF30(CPF30)。紅豆草產(chǎn)量在3種覆蓋材料種植中，均表現(xiàn)為壟寬60 cm種植處理顯著高于壟寬45 cm，壟寬45 cm種植處理顯著高于壟寬30 cm。就不同覆蓋材料紅豆草株高，分枝數(shù)和產(chǎn)量的平均值而言，以上指標(biāo)均表現(xiàn)為普通地膜覆蓋種植和生物可降解地膜覆蓋種植顯著高于土壤結(jié)皮覆蓋種植，土壤結(jié)皮覆蓋種植顯著高于傳統(tǒng)平作。與傳統(tǒng)平作相比，CPF、BMF和MSC紅豆草株高分別提高56.6%、47.7%和21.9%；分枝數(shù)分別提高30.6%、25.8%和7.8%，CPF，BMF和MSC紅豆草凈干草產(chǎn)量分別是傳統(tǒng)平作的2.8，2.6和2.1倍。

2.5 壟溝集雨種植對(duì)紅豆草耗水量的影響

壟溝集雨覆蓋種植影響紅豆草生育期耗水量。紅豆草全生育期，在同一覆蓋材料下，紅豆草耗水量隨壟寬的增加而增加，排列次序?yàn)閴艑?0 cm>45 cm>30 cm。在土壤結(jié)皮覆蓋種植中，MSC30，MSC45和MSC60之間紅豆草耗水量差異不顯著。在生物可降解地膜覆蓋種植中，BMF60紅豆草耗水量顯著高于BMF45和BMF30，BMF45和BMF30之間相差不顯著。在普通地膜覆蓋種植中，CPF60紅豆草耗水量顯著高于CPF45，CPF45紅豆草耗水量顯著高于CPF30。不同覆蓋材料紅豆草耗水量的平均值，普通地膜覆蓋種植和生物可降解地膜覆蓋種植顯著高于土壤結(jié)皮覆蓋種植，土壤結(jié)皮覆蓋種植顯著高于傳統(tǒng)平作。與傳統(tǒng)平作相比，CPF，BMF和MSC處理紅豆草生育期耗水量分別提高40.5%，30.1%和16.1%(圖6a)。

圖6 壟溝集雨種植下紅豆草的耗水量和水分利用效率Fig.6 Effects of ridge-furrow rainwater harvesting with mulching on sainfoin growth characteristics

2.6 壟溝集雨種植對(duì)紅豆草水分利用效率的影響

壟溝集雨種植對(duì)紅豆草水分利用效率因各處理作物產(chǎn)量和耗水量的不同而出現(xiàn)差異(圖6b)。紅豆草全生育期，在土壤結(jié)皮覆蓋種植中，MSC45和MSC60紅豆草水分利用效率顯著高于MSC30，MSC45和MSC60之間紅豆草水分利用效率差異不顯著，3種壟寬處理紅豆草水分利用效率排列次序?yàn)镸SC60> MSC45> MSC30。在生物可降解地膜覆蓋種植中，BMF30、BMF45和BMF60之間紅豆草水分利用效率相差不顯著，3種壟寬處理紅豆草水分利用效率排列次序?yàn)锽MF60≈ BMF45> BMF30。在普通地膜覆蓋種植中，CPF30和CPF45紅豆草水分利用效率顯著高于CPF60，CPF30和CPF45之間紅豆草水分利用效率相差不顯著，3種壟寬處理紅豆草水分利用效率排列次序?yàn)锽MF30>BMF45> BMF60。就不同覆蓋材料紅豆草水分利用效率的平均值而言，普通地膜覆蓋種植和生物可降解地膜覆蓋種植顯著高于土壤結(jié)皮覆蓋種植，土壤結(jié)皮覆蓋種植顯著高于平作。CPF、BMF、MSC和TFP紅豆草水分利用效率分別為45.6、44.9、40.0和22.2 kg/(hm2·mm)。

3 討論

研究不同集雨壟壟寬和不同覆蓋材料的集雨種植與傳統(tǒng)平作種植差異，以尋求半干旱區(qū)種植紅豆草較佳措施。結(jié)果表明，降水分布和壟溝集雨覆蓋系統(tǒng)(耕作系統(tǒng)和覆蓋系統(tǒng))對(duì)土壤水分儲(chǔ)存及紅豆草產(chǎn)量有顯著影響。杜軼等[25]研究發(fā)現(xiàn)，壟溝集雨覆蓋種植比傳統(tǒng)平作截留更多降雨，并允許截留的降雨滲入種植區(qū)土壤，從而增加了種植區(qū)土壤水分含量。試驗(yàn)結(jié)果表明，紅豆草全生育期與傳統(tǒng)平作相比，普通地膜，生物可降解地膜和土壤結(jié)皮覆蓋的壟溝集雨種植均可提高種植區(qū)內(nèi)土壤水分，且表現(xiàn)為普通地膜和生物可降解地膜覆蓋種植顯著高于土壤結(jié)皮覆蓋種植。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)壟溝集雨覆蓋種植紅豆草對(duì)返青前40～140 cm土層的土壤含水量影響不大。這是由于冬季降雨較少，表層土壤沒(méi)有降雨徑流流向種植區(qū)，且多年生牧草冬季地上部分停止生長(zhǎng)，植物蒸騰較少，土壤水分損失主要來(lái)源于土壤蒸發(fā)[26]。此外，我國(guó)西北降雨大部分發(fā)生在夏末秋初,該時(shí)間段內(nèi)的土壤蒸發(fā)和植物蒸騰也達(dá)到最高，因此，在高蒸發(fā)需求條件下，壟溝集雨系統(tǒng)中土壤結(jié)皮表層增加一定覆蓋物，可以減少水分蒸發(fā)損失和增加作物可用土壤水分[27]。與傳統(tǒng)耕作相比，壟溝集雨種植使土壤具有更強(qiáng)蓄水能力，且差異性隨干旱程度增加而增加[28]。試驗(yàn)表明，在紅豆草收獲后，與傳統(tǒng)平作相比，土壤結(jié)皮覆蓋壟溝集雨種植增加了0～120 cm土層深度的土壤含水量，減少了120～160 cm土層深度的土壤含水量；普通地膜和生物可降解地膜覆蓋壟溝集雨種植增加0～200 cm各土層深度的土壤含水量。

壟溝集雨系統(tǒng)種植作物比傳統(tǒng)耕作種植具有更大的生產(chǎn)潛力，壟溝集雨覆蓋系統(tǒng)在田間作物生產(chǎn)中的最大優(yōu)勢(shì)是增加種植區(qū)內(nèi)土壤水分，促進(jìn)植物幼苗建成和植株生長(zhǎng)[29]。壟溝集雨通過(guò)改變田間微地形減緩風(fēng)速，減少土壤蒸發(fā)，增加種植區(qū)內(nèi)土壤水分含量，促進(jìn)植株生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量。同時(shí)，地膜覆蓋顯著增加了植物對(duì)溫度、水分和養(yǎng)分的可獲得性，提高多年生作物的越冬能力[30]。試驗(yàn)表明，與傳統(tǒng)平作相比，普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和土壤結(jié)皮覆蓋種植紅豆草越冬率分別提高23.6%，18.1%和8.2%；株高分別提高56.6%，47.7%和21.9%；分枝數(shù)分別提高30.6%，25.8%和7.8%。普通地膜覆蓋、生物可降解地膜覆蓋和土壤結(jié)皮覆蓋種植紅豆草的凈干草產(chǎn)量分別是傳統(tǒng)平作的2.8，2.6和2.1倍。紅豆草越冬率、株高、分枝數(shù)和凈干草產(chǎn)量均表現(xiàn)為普通地膜覆蓋高于生物可降解地膜覆蓋，生物可降解地膜覆蓋種植高于土壤結(jié)皮覆蓋。

壟溝集雨種植系統(tǒng)作為一種保護(hù)性耕作系統(tǒng)，可以提高作物產(chǎn)量和優(yōu)化水分利用效率[31]。傳統(tǒng)平作種植水分有限，作物長(zhǎng)勢(shì)較弱，植物通過(guò)蒸騰作用散失的水分較少；塑料覆蓋的壟溝種植系統(tǒng)增加土壤水分含量，使得覆膜土地能夠支持更好的植物生長(zhǎng)。通過(guò)延長(zhǎng)植物冠層的遮蔭效應(yīng)，植物生長(zhǎng)得到了積極的反饋，從而降低了風(fēng)速、到達(dá)土壤的太陽(yáng)輻射量和土壤溫度，最終減少了蒸發(fā)水分損失[32]。隨著植物冠層的生長(zhǎng)，蒸騰逐漸增加，因此，壟溝集雨種植增加作物耗水量[33]。試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)平作相比，普通地膜覆蓋，生物可降解地膜覆蓋和土壤結(jié)皮覆蓋種植紅豆草生育期耗水量分別提高40.5%，30.1%和16.1%。在半干旱區(qū)干旱脅迫持續(xù)增加的情況下，壟溝集雨覆蓋種植是一種同時(shí)提高作物水分利用率和產(chǎn)量的有效節(jié)水耕作措施?；艉｛惖萚34]研究表明，普通地膜和生物可降解地膜平均水分利用效率比傳統(tǒng)平作分別提高35% 和31%。試驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)平作相比，普通地膜覆蓋，生物可降解地膜覆蓋和土壤結(jié)皮覆蓋種植紅豆草水分利用效率分別提高23.4，22.7和17.8 kg/(hm2·mm)。通過(guò)分析，消除或減少非生產(chǎn)性水的使用，是增加西北干旱半干旱區(qū)作物水分利用效率和產(chǎn)量的有效方法。在干旱半干旱區(qū)，地膜覆蓋可能是提高作物效益的一個(gè)有效措施，但大量的塑料殘留物可能會(huì)導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)惡化，從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可持續(xù)。生物降解地膜覆蓋可以作為半干旱地區(qū)壟溝集雨種植和其他旱作系統(tǒng)提高水分利用效率和作物產(chǎn)量短期可行的選擇。

4 結(jié)論

普通地膜和生物可降解地膜覆蓋壟溝集雨種植技術(shù)是提高半干旱區(qū)紅豆草產(chǎn)量和水分利用效率的有效技術(shù)。普通地膜和生物可降解地膜覆蓋壟溝集雨種植可以顯著提高種植區(qū)土壤含水量。通過(guò)改善作物根區(qū)土壤水分微環(huán)境，普通地膜和生物可降解地膜覆蓋壟溝集雨種植顯著提高了紅豆草越冬率、株高、分枝數(shù)、凈干草產(chǎn)量、作物耗水量和水分利用效率。但普通地膜和生物可降解地膜覆蓋種植之間在以上指標(biāo)中差異不顯著。與普通地膜覆蓋相比，生物可降解地膜覆蓋較大可能減少土壤殘留和土壤污染，是半干旱地區(qū)壟溝集雨種植紅豆草和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)的有效措施之一。