曹永刚，徐龙龙，柴强，胡发龙，殷文，樊志龙，王琦明，赵财
水氮减量条件下地膜玉米免耕轮作小麦的水分利用特征
曹永刚，徐龙龙，柴强，胡发龙，殷文，樊志龙，王琦明，赵财
甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室，兰州 730070
【目的】针对河西绿洲灌区资源型缺水严重，作物生产中地膜和水氮投入量大且利用率低等问题，探讨水氮减量条件下免耕一膜两年用对后茬作物水分利用特征的影响，为构建试区水氮减量和水分高效利用技术提供实践依据。【方法】2019—2021年，开展三因素裂区试验，设传统翻耕（CT）和免耕一膜两年用（NT）2种耕作方式，减量20%灌水量（I1，1 920 m3·hm-2）和传统灌水量（I2，2 400 m3·hm-2）2个灌水水平，减量40%施氮（N1，135 kg·hm-2）、减量20%施氮（N2，180 kg·hm-2）和传统施氮（N3，225 kg·hm-2）3个施氮水平，研究不同处理的耗水量、棵间蒸发量和水分利用效率。【结果】一膜两年用可优化小麦播前土壤水分环境、减少小麦生育期内无效耗水。与CT相比，NT有利于提高小麦播前土壤含水量和贮水量，分别提高了16.9%—23.0%和14.5%—16.5%；
可降低小麦全生育期总耗水量（ET）、总棵间蒸发量（E）和蒸散比（E/ET），降低幅度分别为3.5%—4.2%、19.0%—20.2%和16.8%—19.3%。随着灌水和施氮量减少，耗水量、棵间蒸发量、E/ET 3个指标随之降低，与I2相比，I1的3个指标分别降低了6.1%—6.4%、10.8%—11.1%和5.5%—6.0%；
与N3相比，N2、N1的3个指标分别降低了2.2%—3.9%、4.2%—10.9%和1.7%—7.2%；
耕作方式、灌水交互作用下，NTI1较CTI1耗水量、E/ET分别降低了0.6%—6.6%和17.4%—17.6%；
免耕一膜两年用集成水氮减量进一步优化耗水结构，与CTI2N3相比，NTI1N2的3个指标分别降低了11.0%—12.9%、28.3%—47.6%和22.5%—26.4%。与CT相比，NT显著提高小麦籽粒产量和水分利用效率，分别提高了4.8%—6.3%和9.0%—9.5%。在NT和CT条件下，I1N2与I2N3、I2N2小麦籽粒产量和水分利用效率（WUE）差异不显著；
比较不同处理下的小麦籽粒产量和水分利用效率，以NTI1N2最高，与对照CTI2N3相比，籽粒产量和WUE分别提高了5.1%—6.6%和5.7%—6.2%。【结论】在河西灌区，免耕一膜两年用玉米轮作小麦，在全生育期灌水1 920 m3·hm-2、施氮180 kg·hm-2，是适用于该区的水氮节约小麦高产和水分高效利用的生产技术。
一膜两年用；
水氮减量；
水分利用特征；
小麦；
籽粒产量
【研究意义】灌水和施肥是作物产量提高的重要途径[1]。中国农业生产中大水大肥生产模式造成资源浪费严重，水氮资源利用率远低于发达国家水平[2]。西北内陆灌区为典型资源型缺水地区，农业生产中灌溉用水与供水矛盾日益凸显，加之近些年氮肥过量使用，导致一系列农田生态环境问题[3]。因此，协调水氮投入、提高资源利用效率，开展作物高效节水理论和技术研究对西北内陆灌区水资源高效利用具有重要意义。【前人研究进展】种植模式、耕作措施、覆盖技术、水肥一体化技术等一定条件下可以提高作物水分利用效率[4-6]。其中，地膜覆盖作为干旱地区最常见的保水技术，具有阻抑土壤无效水分耗损、储纳土壤水分、增产和提高作物水分利用效率的作用[7-8]。然而，传统翻耕覆新膜的生产模式提高产量的同时也导致生产成本增加、地膜残存、“白色污染”加剧[9-11]等问题。地膜高效利用技术研发亟待进一步深入。一膜两年用技术在前茬作物收获后保证70%地膜完整率，其增产增效作用与覆新膜相当，将免耕和旧膜再利用有机结合起来，具有减少休闲期地表裸露有效防止水土流失、阻抑休闲期土壤水分损耗、提高水分利用效率作用[12-13]。研究发现，免耕一膜两年用在保证稳产的情况下，降低了作物生育期耗水量、棵间蒸发量，进而提高水分利用效率[7, 14]。生产实践中，通过搭配不同作物轮作倒茬，充分利用作物对茬口水分需求的差异性，从时间和空间均衡利用土壤水分，协调作物水分供需关系，降低耗水量，提高水分利用效率[15-16]。前人已经对一膜两年用条件下轮作小麦产量效益、光合等进行了一系列研究[17]，但在水氮减量条件下，免耕一膜两年用轮作小麦能否保持较高水分利用效率的基础上降低小麦耗水量，仍需试验验证。【本研究切入点】西北内陆灌区资源性缺水严重，在玉米“非膜不植”的生产大背景下，地膜减量化备受关注，已形成集轮作、免耕、覆盖、水氮减量等技术于一体的种植模式，其保水增产效果已得到验证，但在该模式下，免耕轮作小麦能否抵消水氮减量带来的负效应，优化小麦的耗水结构和水分的供需平衡关系仍需进一步验证。【拟解决的关键问题】本研究通过大田试验，探讨采用免耕一膜两年用玉米轮作小麦模式，能否实现水氮节约和小麦水分利用效率提高的双重目标，以期优化水分在年际间的供需平衡关系，寻求适宜于试区应用的水氮节约高产高效栽培技术。
1.1 试区概况
试验于甘肃省武威市甘肃农业大学绿洲农业试验站进行，该区气候为典型的温带大陆性荒漠气候，年均降水量不足170 mm，年蒸发量约2 400 mm，小麦和玉米是该区的主要粮食作物，玉米全膜覆盖生产，小麦、玉米连作普遍且水肥投入量大。2020和2021年试验地0—10、10—20和20—30 cm土壤容重分别为1.47、1.35和1.32 g·cm-3和1.60、1.52和1.44 g·cm-3，2020和2021年试验站小麦全生育期平均降水量和日平均气温如图1。
图1 2020和2021年试验站降水量和气温变化
1.2 试验设计
试验为三因素裂区试验，主区为耕作方式，设免耕一膜两年用（no tillage，NT）和传统翻耕（conventional tillage，CT）；
裂区为灌水水平，设减量20%灌水量（I1，1 920 m3·hm-2）和传统灌水量（I2，2 400 m3·hm-2）；
裂-裂区为施氮水平，设减量40%施氮（N1，135 kg·hm-2）、减量20%施氮（N2，180 kg·hm-2）和传统施氮（N3，225 kg·hm-2）。共计12个处理，每个处理重复3次，以传统小麦生产模式（CTI2N3）作为对照，具体试验处理及代码如表1。
2019和2020年玉米收获后，部分免耕留膜次年轮作小麦。2020年3月20日和2021年3月22日采用自制简易滚筒穴播机器直接穴播春小麦，2020年和2021年分别于7月20日和7月17日收获。
小麦品种为陇春30，播种密度465万基本苗/hm2，行距12 cm，试验小区面积42.5 m2。灌水采用滴灌，水表控制灌水量，化肥全部作基肥，施肥均以地下施肥器进行施肥。不同处理灌冬储水1 200 m3·hm-2，苗期、孕穗期和灌浆期分别各灌水一次，I2处理分别灌750、900和750 m3·hm-2，I1处理每次灌水量均减少20%。
1.3 测定指标和计算方法
1.3.1 土壤含水量 采用烘干法在小麦播种前和收获后测定每个小区0—120 cm土层的土壤含水量[18]。0—30 cm土层每10 cm分层，30—120 cm土层每30 cm分层[19]。
1.3.2 土壤贮水量 土壤贮水量（soil water storage，SWS）用土壤重量含水量计算，计算公式如下：
SWS（mm）=θ×h×r×10
式中，θ为土壤重量含水量（%），h为土层深度（cm)，r为土壤容重（g·cm-3），10为单位换算系数。
NT：免耕一膜两年用；
CT：传统翻耕；
I1：减量20%灌水量（1 920 m3·hm-2）；
I2：传统灌水量（2 400 m3·hm-2）；
N1：减量40%施氮（135 kg·hm-2）；
N2：减量20%施氮（180 kg·hm-2）；
N3：传统施氮（225 kg·hm-2）。下同
NT: No tillage one film for two years; CT: Conventional tillage; I1: 20% reduction in irrigation (1 920 m3·hm-2); I2: Conventional irrigation(2 400 m3·hm-2); N1: 40% reduction in N application (135 kg·hm-2); N2: 20% reduction in N application (180 kg·hm-2); N3: Conventional nitrogen application(225 kg·hm-2). The same as below
1.3.3 棵间蒸发量 采用PVC管制作微型蒸散器（Micro Lysimeter，高15 cm，直径11 cm）测定[6]，用PVC管做成管套（直径12 cm），将其垂直放入地块中心小麦中央行间，取原状土，然后，用防水胶带密封，使其表面与附近土壤持平。小麦播种至收获每隔5—6 d测定1次，根据每2次测量之间的微型蒸散器重量称量的差值来计算蒸发量，微型蒸散器中土样重量每减少1 g相当于蒸发水分0.1051 mm，降雨、灌水后立即换土。
1.3.4 耗水量、耗水结构 采用水分平衡公式[15]计算耗水量（evapotranspiration，ET）：ETi=Pi+Ii-ΔSi。式中，ETi为i时段作物耗水量（mm），Pi为i时段的降水量，Ii为i时段灌水量，ΔSi为i时段末与时段初的土壤贮水量之差（mm）。由于试验地区地下水在30 m以下，灌水量较少，渗漏量和地下水上升的影响忽略不计。
耗水结构（E/ET）：棵间蒸发量（evaporation，E）与耗水量（evapotranspiration，ET）之比。
1.3.5 籽粒产量、产量构成要素和水分利用效率 采用样方计产，每小区收获4 m2样方脱粒测产，按籽粒含水量14%计产。
水分利用效率（water use efficiency，WUE）：WUE=Y/ET，式中，Y为籽粒产量（kg·hm-2）。
1.4 数据统计
数据采用Microsoft Excel 2021进行数据整理、图表制作，用SPSS 26.0软件进行统计及显著性检验（Duncan法，=0.05）。
2.1 免耕及水氮减量对小麦农田耗水特征的影响
2.1.1 免耕一膜两年用和水氮减量对小麦播前土壤含水量和贮水量的影响 从表2可以看出，免耕一膜两年用（NT）显著提高了小麦播前土壤含水量和贮水量，灌溉水平、施氮水平及交互效应对二者影响均不显著。2年中，NT较CT小麦播前含水量和贮水量分别增加了16.9%—23.0%和14.5%—16.5%。说明NT能够减少休闲期土壤水分的无效蒸发，具有保持较高播前土壤含水量和贮水量的效用。
2.1.2 免耕一膜两年用和水氮减量对小麦全生育期耗水量的影响 耕作方式、灌溉水平、施氮水平及耕作方式和灌溉水平互作对小麦全生育期耗水量影响显著（图2）。2年中，NT较CT小麦全生育期耗水量降低了3.5%—4.2%。ET随着灌溉和施氮量的递减而降低，减量20%灌水（I1）较传统灌水（I2）小麦全生育期耗水量降低了6.1%—6.4%，减量20%施氮（N2）、减量40%施氮（N1）较传统施氮（N3）小麦全生育期耗水量分别降低了2.2%—2.4%和1.5%—3.9%。耕作方式和灌溉水平交互作用下，免耕减量20%灌水（NTI1）较传统耕作减量20%灌水（CTI1）ET降低了0.6%—6.6%。综合3个因素，免耕一膜两年用减量20%水氮供应（NTI1N2）较对照耗水量降低了10.7%—14.3%。免耕一膜两年用条件下集成减量20%施氮量和灌水量能够有效降低小麦全生育期耗水量，具有更高的节水潜力。
2.2 免耕一膜两年用及水氮减量对小麦农田棵间蒸发的影响
2.2.1 免耕一膜两年用和水氮减量对农田棵间蒸发动态变化的影响 免耕一膜两年用显著降低了小麦生育期各阶段农田棵间蒸发量，随着生育时期推进，小麦各生育阶段日棵间蒸发量随着灌水、施氮量的减少而降低，其中，小麦开花-灌浆期灌水和施氮对小麦农田日蒸发量有显著的交互作用，灌浆-成熟期耕作措施和灌水水平交互作用显著（图3）。小麦播种-拔节期，NT较CT日棵间蒸发量降低了18.3%—22.0%。拔节-开花期，NT较CT日棵间蒸发量降低了13.8%—21.0%，I1较I2日棵间蒸发量降低了10.5%—19.9%，N2较N3日棵间蒸发量降低了2.2%—6.7%。开花-灌浆期，NT较CT日棵间蒸发量降低了16.9%—18.7%。水氮交互作用下，I1N2较I1N3、I2N3日棵间蒸发量分别降低了4.5%—10.2%、9.8%—13.1%。灌浆-成熟期，NT较CT日棵间蒸发量降低了22.1%—22.9%。在耕作方式和灌水水平交互作用下，NTI1较CTI2、NTI2日棵间蒸发量降低了27.4%—34.4%、18.6%—20.0%。综合3个因素，NTI1N2较对照各生育阶段日棵间蒸发量降低了9.1%—38.2%。结果表明，免耕一膜两年用集成减量20%灌水和施氮可以有效抑制小麦日棵间蒸发量，减少水分无效损失。
表2 免耕和水氮减量条件下小麦播前农田含水量和贮水量
数据后不同字母表示同一年度中处理间差异显著（＜0.05），NS：各处理无显著差异。下同
different letters after the data indicate significant differences between treatments in the same year (<0.05). NS: no significant difference among treatments. The same as below
不同字母表示在P＜0.05水平差异显著，误差线表示标准差（n=3）。下同
图3 不同处理下小麦农田土壤蒸发量动态
2.2.2 免耕一膜两年用及水氮减量对小麦棵间蒸发量的影响 耕作方式、灌溉水平及施氮水平对小麦全生育期棵间蒸发量影响显著（图4）。2年中，NT较CT小麦全生育期的棵间蒸发量降低了19.0%—20.2%。农田总棵间蒸发量随着灌水和施氮量的减少而降低，I1较I2降低了10.8%—11.1%。N2、N1较N3分别降低了4.2%—5.1%、8.2%—10.9%。综合3个因素，NTI1N2较对照棵间蒸发量降低了28.3%—47.6%。免耕一膜两年用集成减量20%灌水量和施氮量具有减少全生育期总棵间蒸发量的优势，阻抑农田水分的无效损失。
2.3 免耕一膜两年用和水氮减量对农田棵间蒸发占总耗水量比例(E/ET)的影响
耕作方式、灌溉水平、施氮水平及耕作方式和灌溉水平交互作用对E/ET影响显著（图5）。2年中，NT较CT的E/ET降低了16.8%—19.3%。E/ET随着灌水和施氮量的减少而降低，I1较I2的E/ET降低了5.5%—6.0%，N2、N1分别较N3降低了1.7%—3.1%、7.0%—7.2%。同一耕作方式下，减量20%灌水较传统灌水E/ET降低了5.6%—5.8%；
不同耕作方式下，NTI1较CTI1的E/ET降低了17.4%—17.6%。综合3个因素，NTI1N2较CTI2N3的E/ET降低了22.5%—26.4%。说明免耕一膜两年用集成减量20%的灌水量和施氮量具有更高的节水潜力。
图4 不同处理下小麦全生育期的蒸发量
图5 不同处理下小麦的耗水结构
2.4 小麦籽粒产量对免耕一膜两年用和水氮减量的响应
耕作方式、施氮水平、耕作措施和施氮水平互作、灌水量和施氮水平交互作用对小麦籽粒产量影响显著（图6）。2年中，NT较CT小麦籽粒产量增加了4.8%—6.3%。N2与N3籽粒产量无显著差异，但N1较N3、N2产量分别降低了5.9%—7.1%、4.8%—6.5%。相同耕作方式下，籽粒产量随着施氮量的减少而降低；
不同耕作方式下，CTN3分别较NTN3、NTN2籽粒产量降低了3.9%—4.3%和4.3%—6.4%。同一灌水条件下，籽粒产量随着施氮量的减少而降低；
不同灌水条件下，I1N2较I1N3、I2N3籽粒产量差异不显著，但较I1N1、I2N1分别增加了5.3%—6.4%、6.4%—7.0%。综合耕作方式、灌水水平、施氮水平3个因素，NTI1N2较对照产量提高了5.1%—6.6%。因此，免耕一膜两年用在保持小麦籽粒产量稳产高产的情况下，可以节约20%的灌水和氮肥。
图6 不同处理下小麦的籽粒产量
2.5 水分利用效率对免耕一膜两年用和水氮减量的响应
耕作方式、灌水水平、施氮水平、耕作方式和灌水水平互作、灌水水平和施氮水平互作对水分利用效率的影响显著（图7）。2年中，NT较CT小麦WUE提高了9.0%—9.5%，I1较I2小麦WUE提高了3.8%—6.5%，N2较N3无显著差异，但较N1提高了2.0%—3.4%。相同耕作方式下，减量20%灌水较传统灌水WUE提高了6.6%—7.3%；
不同耕作方式下，WUE以NTI1最高，分别较NTI2、CTI2提高了3.7%—11.0%和6.9%—13.4%。不同灌水条件下，I1N2较I2N3、I2N2的WUE不显著，但是较I1N1、I2N1分别提高了6.5%—9.6%和12.1%—15.2%。综合3个因素，NTI1N2较对照水分利用效率提高16.7%—20.4%。结果表明，免耕一膜两年用集成灌水、施氮均减量20%是试区提高水分利用效率的可行措施。
3.1 免耕一膜两年用及水氮减量对农田耗水特征的影响
免耕一膜两年用是将保护性耕作和地膜覆盖有机结合的一种创新性节水措施，具有蓄水保墒、协调作物-农田水分关系的作用[10]。免耕一膜两年用较传统生产模式可以有效提高作物生育前期的土壤含水量和贮水量，其原因是玉米收获后农田休闲期，免耕结合全生育期旧膜覆盖可以减少土壤耕层裸露、阻抑土壤水分无效地蒸散、提高表层土壤储水量和调节播前土壤水分，加强土壤持水保水能力，为前期小麦出苗生长提供足够的土壤水分[14, 20]。本研究结果得出，免耕一膜两年用提高了播前土壤含水量和贮水量，其结果与张展军等[14]、殷文等[7]研究一致。因此，玉米收获后留茬免耕地膜覆盖具有较高的土壤水分供给潜力。
图7 不同处理下小麦水分利用效率
免耕一膜两年用和水氮交互作用能够有效降低作物生育期总耗水量，协调作物蒸腾与蒸散关系[21-22]。研究表明，免耕一膜两年用较传统生产模式能够有效降低作物生育期前期的耗水量，增加作物需水关键期的耗水量，进而协调作物水分供需关系[7, 14]。本研究发现，玉米全膜覆盖留茬免耕能够有效降低小麦生育期耗水量，其结果与郑凤君等[23]一致。灌水和施氮也是影响耗水量的重要因素，本研究发现，在同一耕作方式下，小麦全生育期总耗水量与灌溉量和施氮量呈线性关系。究其原因可能是随着灌水量和施氮量的增加，造成了地上部作物群体结构密度增大，增强其蒸腾作用，提高了耗水量[24]。
免耕覆盖对于降低农田土壤总棵间蒸发量效果显著，能够有效协调农田—作物系统水分耗损，提高作物对土壤水分吸收利用[25]。本研究中，免耕一膜两年用集成水氮减量20%较传统生产模式显著降低了小麦全生育期棵间蒸发量，究其原因可能是玉米收获后留茬免耕，旧膜保持70%的完整率的前提下，在小麦全生育期留膜覆盖，传统小麦生产技术较免耕一膜两年用，地表覆盖度低，耕层土壤蒸散量大。另有研究指出，在一定的灌水和施氮水平下可以抑制农田土壤棵间蒸发[26]。在本研究中，随着灌水量的增加，棵间蒸发量也随之增加，可能原因是，棵间蒸发与土壤水分呈线性关系，随着灌水量增加提高了土壤含水量，进而增加了土壤蒸发[27]。本研究发现在小麦开花-灌浆期，减量20%灌水和施氮显著降低了棵间蒸发量，结果与夏桂敏等[26]一致。可能的原因是，在开花-灌浆期水氮交互作用延长了LAI，有效协调了土壤蒸发和作物蒸腾，减少了开花-灌浆期无效水分损耗，协调了水分供需错位，使无效耗水转化为有效耗水。
3.2 免耕一膜两年用及水氮减量对小麦籽粒产量的影响
随着灌水和施氮量的增加，作物籽粒产量会先增加后降低[28]。适度的水氮配施可促进作物生长，协调作物关键生育时期的水肥供需同步，促进花后籽粒灌浆速率，提高叶面积指数，减缓叶绿素降解，提高光合速率，协调源—库关系，促进了干物质的累积[29-30]。免耕一膜两年用能够调节作物地上部群体生长结构，减缓叶片老化，延长光合时间，进一步提高光合速率，有利于花后光合同化物向籽粒的转运[17]。本研究发现，免耕一膜两年用集成减量20%灌水施氮较传统小麦管理技术增产优势更加显著。随着灌溉和施氮量的增加，籽粒产量随之增加，但过量灌水和施氮并没有造成增产，因而适宜的水氮配比可提高作物籽粒产量，其结果与樊志龙等[10]一致。免耕一膜两年用集成水氮减量生产模式能够增产的原因是，免耕一膜两年用改善了播前土壤水分状况，适墒播种，优化春小麦群体结构、提高成穗质量，保证了穗数；
在生育后期，协调开花灌浆期的耗水量，水分供需同步，优化耗水结构，在保证一定穗数和穗粒数的基础上，水氮互作进一步提高千粒重进而达到高产稳产目的。
3.3 免耕一膜两年用及水氮减量对水分利用效率的影响
作物水分利用效率是反应作物对水分吸收利用和干物质生产之间关系的重要指标[31]。免耕一膜两年用较传统生产模式可以极大地提高作物产量和提高水分利用效率，其原因是，免耕一膜两年用较传统耕作阻抑了土壤水无效耗损、增强了作物蒸腾强度、有效协调农田—作物系统降耗进而提高了水分利用效率[7]。有研究表明，在一定的范围内适当增加灌水量和施氮量会提高作物水分利用效率，但过量灌水施氮会造成资源浪费和水分利用效率的严重降低[32-33]。本研究得出，免耕一膜两年用集成减量20%灌水量和施氮量较传统小麦管理技术显著提高水分利用效率，主要原因是免耕降低了土壤水分的无效损耗，土壤无效水转换为有效水，协调了小麦生育期水分供需同步，在免耕条件下，适宜的水氮配比进一步降低了小麦开花—灌浆期棵间蒸发量，保证了灌浆期适宜的水分，提高了产量进而提高了水分利用效率。因此，在免耕一膜两年用条件下集成减量20%灌水量和施氮量可有效提高小麦水分利用效率。
免耕一膜两年用较传统翻耕具有更高的节水潜力。玉米留茬免耕有效抑制休闲期土壤水分的无效蒸发，具有保持较高的播前土壤含水量和贮水量的潜力。免耕降低了小麦耗水量、棵间蒸发量和蒸散比，相同耕作方式下，三者随着灌水和施氮量的减少而降低。免耕一膜两年用显著提高了籽粒产量和水分利用效率，所有水氮处理中，减量20%灌水和施氮籽粒产量和水分利用效率达最大，具有更高的节水增产潜力。在水资源严重匮乏的河西绿洲灌区，以全膜覆盖玉米为前茬，在水氮减量20%（I1，1 920 m3·hm-2、N2，180 kg·hm-2）条件下免耕轮作小麦，可以获得较传统小麦管理技术更高的产量和水分利用效率，可作为河西绿洲灌区地膜减量化使用、节水减氮的小麦生产关键技术。
[1] GAN Y T, LAFOND G P, MAY W E. Grain yield and water use: Relative performance of winter vs. spring cereals in east-central Saskatchewan. Canadian Journal of Plant Science, 2000, 80(3): 533-541.
[2] 王旭敏, 雒文鹤, 刘朋召, 张琦, 王瑞, 李军. 节水减氮对夏玉米干物质和氮素积累转运及产量的调控效应. 中国农业科学, 2021, 54(15): 3183-3197.
WANG X M, LUO W H, LIU P Z, ZHANG Q, WANG R, LI J. Regulation effects of water saving and nitrogen reduction on dry matter and nitrogen accumulation, transportation and yield of summer maize. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(15): 3183-3197. (in Chinese)
[3] 寇雯萍, 张富仓, 冯磊磊, 张鹏, 吴立峰. 不同生育期灌水和施氮对河西地区春小麦生长和产量的影响. 干旱地区农业研究, 2010, 28(3): 1-6.
KOU W P, ZHANG F C, FENG L L, ZHANG P, WU L F. Effect of irrigation at different growth stages and nitrogen fertilization on growth and yield of spring wheat in Hexi area. Agricultural Research in the Arid Areas, 2010, 28(3): 1-6. (in Chinese)
[4] 赵财, 王巧梅, 郭瑶, 殷文, 樊志龙, 胡发龙, 于爱忠, 柴强. 水氮耦合对地膜玉米免耕轮作小麦干物质积累及产量的影响. 作物学报, 2018, 44(11): 1694-1703.
ZHAO C, WANG Q M, GUO Y, YIN W, FAN Z L, HU F L, YU A Z, CHAI Q. Effects of water-nitrogen coupling patterns on dry matter accumulation and yield of wheat under no-tillage with previous plastic mulched maize. Acta Agronomica Sinica, 2018, 44(11): 1694-1703. (in Chinese)
[5] Wang Q, LI F R, ZhAO L, ZHANG E H, SHI S L, ZHAO W Z, SONG W X, Maureen M M. Effects of irrigation and nitrogen application rates on nitrate nitrogen distribution and fertilizer nitrogen loss, wheat yield and nitrogen uptake on a recently reclaimed sandy farmland. Plant and Soil, 2010, 337(1): 325-339.
[6] 殷文, 柴强, 胡发龙, 樊志龙, 范虹, 于爱忠, 赵财. 干旱内陆灌区不同秸秆还田方式下春小麦田土壤水分利用特征.中国农业科学, 2019, 52(7): 1247-1259.
YIN W, CHAI Q, HU F L, FAN Z L, FAN H, YU A Z, ZHAO C. Characteristics of soil water utilization in spring wheat field with different straw retention approaches in dry Inland Irrigation Areas. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(7): 1247-1259.(in Chinese)
[7] 殷文, 郭瑶, 范虹, 樊志龙, 胡发龙, 于爱忠, 赵财, 柴强. 西北干旱灌区不同地膜覆盖利用方式对玉米水分利用的影响. 中国农业科学, 2021, 54(22): 4750-4760.
YIN W, GUO Y, FAN H, FAN Z L, HU F L, YU A Z, ZHAO C, CHAI Q. Effects of different plastic film mulching and using patterns on soil water use of maize in arid irrigated area of northwestern China.Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(22): 4750-4760. (in Chinese)
[8] 李世清, 李东方, 李凤民, 白红英, 凌莉, 王俊. 半干旱农田生态系统地膜覆盖的土壤生态效应. 西北农林科技大学学报(自然科学版), 2003, 31(5): 21-29.
LI S Q, LI D F, LI F M, BAI H Y, LING L, WANG J. Soil ecological effects of plastic film mulching in semiarid agro-ecological system.Journal of Northwest Sci-Tech University of Agriculture and Forestry,2003, 31(5): 21-29. (in Chinese)
[9] 解文艳, 周怀平, 杨振兴, 刘志平, 白雪, 程曼. 不同类型地膜覆盖对春玉米生产综合效应研究. 中国土壤与肥料, 2022(2): 152-162.
XIE W Y, ZHOU H P, YANG Z X, LIU Z P, BAI X, CHENG M. Study on the comprehensive effects of different types of mulch on spring corn production. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2022(2): 152-162. (in Chinese)
[10] 樊志龙, 赵财, 刘畅, 于爱忠, 殷文, 胡发龙, 柴强. 一膜两年用少耕轮作对水氮减投小麦产量形成的促进效应. 中国农业科学, 2018, 51(19): 3651-3662.
FAN Z L, ZHAO C, LIU C, YU A Z, YIN W, HU F L, CHAI Q. Enhanced effect of two years plastic film mulching with reduced tillage on grain yield formation of wheat rotation under reduced irrigation and N application. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(19): 3651-3662. (in Chinese)
[11] 丁凡, 李诗彤, 王展, 冯良山, 赵祥云, 汪景宽. 塑料和可降解地膜的残留与降解及对土壤健康的影响: 进展与思考. 湖南生态科学学报, 2021, 8(3): 83-89.
DING F, LI S T, WANG Z, FENG L S, ZHAO X Y, WANG J K. Residue and degradation of plastic and degradable mulch in cropland and their effects on soil health: Progress and perspective. Journal of Hunan Ecological Science, 2021, 8(3): 83-89. (in Chinese)
[12] 苏永中, 张珂, 刘婷娜, 王婷. 免耕旧膜再利用对玉米产量及灌溉水生产力的影响. 农业资源与环境学报, 2016, 33(5): 491-498.
SU Y Z, ZHANG K, LIU T N, WANG T. Effects of no-tillage combined with reused plastic film mulching on maize yield and irrigation water productivity. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2016, 33(5): 491-498. (in Chinese)
[13] 李小刚, 李凤民. 旱作地膜覆盖农田土壤有机碳平衡及氮循环特征. 中国农业科学, 2015, 48(23): 4630-4638.
LI X G, LI F M. Soil organic carbon balance and nitrogen cycling in plastic film mulched croplands in rainfed farming systems. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(23): 4630-4638. (in Chinese)
[14] 张展军, 杨宏伟, 樊志龙, 于爱忠, 胡发龙, 殷文, 范虹, 郭瑶, 柴强, 赵财. 绿洲灌区免耕一膜两年用玉米密植的水分承载潜力. 中国农业科学, 2021, 54(16): 3406-3416.
ZHANG Z J, YANG H W, FAN Z L, YU A Z, HU F L, YIN W, FAN H, GUO Y, CHAI Q, ZHAO C. Water-carrying potential of no-tillage with plastic film mulching for 2-year coupled with maize high-density planting in oasis irrigation area. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(16): 3406-3416. (in Chinese)
[15] Chai Q, Gan Y T, Turner N C, ZHANG R Z, YANG C, NIU Y N, SIDDIQUE K H M. Water-saving innovations in Chinese agriculture. Advances in Agronomy, 2014, 126: 149-201.
[16] 赵影星, 王彪, 刘晴, 宋彤, 张学鹏, 陈源泉, 隋鹏. 黑龙港平原基于麦-玉复种的两年轮作模式农田水分消耗特征研究. 作物学报, 2022, 48(7): 1787-1799.
ZHAO Y X, WANG B, LIU Q, SONG T, ZHANG X P, CHEN Y Q, SUI P. Characteristics of farmland water consumption under two-year wheat-maize interannual rotation patterns in Heilonggang Plain. Acta Agronomica Sinica, 2022, 48(7): 1787-1799. (in Chinese)
[17] 徐龙龙, 殷文, 胡发龙, 范虹, 樊志龙, 赵财, 于爱忠, 柴强. 水氮减量对地膜玉米免耕轮作小麦主要光合生理参数的影响. 作物学报, 2022, 48(2): 437-447.
XU L L, YIN W, HU F L, FAN H, FAN Z L, ZHAO C, YU A Z, CHAI Q. Effect of water and nitrogen reduction on main photosynthetic physiological parameters of film-mulched maize no-tillage rotation wheat.Acta Agronomica Sinica, 2022, 48(2): 437-447. (in Chinese)
[18] 侯慧芝, 张绪成, 尹嘉德, 方彦杰, 于显枫, 王红丽, 马一凡. 半干旱区全膜覆土穴播对春小麦耗水特征和产量的影响. 干旱地区农业研究, 2019, 37(2): 150-157.
HOU H Z, ZHANG X C, YIN J D, FANG Y J, YU X F, WANG H L, MA Y F. Effects of full plastic-film mulching with bunch planting on water consumption characteristics and grain yield of spring wheat in semi-arid region. Agricultural Research in the Arid Areas, 2019, 37(2): 150-157.(in Chinese)
[19] 张敏, 刘爽, 刘勇, 张红. 黄土丘陵缓坡风沙区不同土地利用类型土壤水分变化特征. 水土保持学报, 2019, 33(3): 115-120, 128.
ZHANG M, LIU S, LIU Y, ZHANG H. Soil moisture variation characteristics of different land use types in the moderate slope sandy area of loess hilly region. Journal of Soil and Water Conservation, 2019, 33(3): 115-120, 128. (in Chinese)
[20] 赵亚丽, 薛志伟, 郭海斌, 穆心愿, 李潮海. 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米耗水特性和水分利用效率的影响. 中国农业科学, 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. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(17): 3359-3371. (in Chinese)
[21] 胡发龙, 柴强, 甘延太, 殷文, 赵财, 冯福学. 少免耕及秸秆还田小麦间作玉米的碳排放与水分利用特征. 中国农业科学, 2016, 49(1): 120-131.
HU F L, CHAI Q, GAN Y T, YIN W, ZHAO C, FENG F X. Characteristics of soil carbon emission and water utilization in wheat/maize intercropping with minimal/zero tillage and straw retention. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(1): 120-131.(in Chinese)
[22] 蔡晓, 吴祥运, 王东, 林祥,张俊鹏. 水氮互作对滴灌夏玉米生长及水分利用效率的影响. 灌溉排水学报, 2020, 39(6): 33-42.
CAI X, WU X Y, WANG D, LIN X, ZHANG J P. Combined effects of water and nitrogen application on growth and water use of summer maize under drip irrigation.Journal of Irrigation and Drainage, 2020, 39(6): 33-42. (in Chinese)
[23] 郑凤君, 王雪, 李生平, 刘晓彤, 刘志平, 卢晋晶, 武雪萍, 席吉龙, 张建诚, 李永山. 免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应. 中国农业科学, 2021, 54(3): 596-607.
ZHENG F J, WANG X, LI S P, LIU X T, LIU Z P, LU J J, WU X P, XI J L, ZHANG J C, LI Y S. Synergistic effects of soil moisture, aggregate stability and organic carbon distribution on wheat yield under no-tillage practice. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(3): 596-607. (in Chinese)
[24] 黄玲, 杨文平, 胡喜巧, 陶烨, 姚素梅, 欧行奇. 水氮互作对冬小麦耗水特性和氮素利用的影响. 水土保持学报, 2016, 30(2): 168-174.
HUANG L, YANG W P, HU X Q, TAO Y, YAO S M, OU X Q. Effects of irrigation and nitrogen interaction on water consumption characteristics and nitrogen utilization of winter wheat.Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(2): 168-174. (in Chinese)
[25] 胡发龙, 柴强, 殷文. 少耕秸秆覆盖对小麦间作玉米棵间蒸发的影响研究. 农业现代化研究, 2013, 34(6): 754-757.
HU F L, CHAI Q, YIN W. Effect of stubble mulching and reduced tillage on soil evaporation in wheat-maize intercropping. Research of Agricultural Modernization, 2013, 34(6): 754-757. (in Chinese)
[26] 夏桂敏, 褚凤英, 陶洋, 郑丽丽. 水肥耦合对大豆棵间土壤蒸发及水分利用效率的影响. 沈阳农业大学学报, 2014, 45(1): 62-67.
XIA G M, CHU F Y, TAO Y, ZHENG L L. Effects of soil evaporation and water use efficiency for soybean under water and fertilizer coupling treatments. Journal of Shenyang Agricultural University, 2014, 45(1): 62-67. (in Chinese)
[27] 高春华, 于振文, 石玉, 张永丽, 赵俊晔. 测墒补灌条件下高产小麦品种水分利用特性及干物质积累和分配. 作物学报, 2013, 39(12): 2211-2219.
GAO C H, YU Z W, SHI Y, ZHANG Y L, ZHAO J Y. Characteristics of water use and dry matter accumulation and distribution in different high-yielding wheat cultivars under supplemental irrigation based on soil moisture.Acta Agronomica Sinica, 2013, 39(12): 2211-2219. (in Chinese)
[28] WANG X, SHI Y, GUO Z J, ZHANG Y L, YU Z W. Water use and soil nitrate nitrogen changes under supplemental irrigation with nitrogen application rate in wheat field. Field Crops Research, 2015, 183:117-125.
[29] 王雪, 谷淑波, 林祥, 王威雁, 张保军, 朱俊科, 王东. 微喷补灌水肥一体化对冬小麦产量及水分和氮素利用效率的影响. 作物学报, 2023, 49(3): 784-794.
WANG X, GU S B, LIN X, WANG W Y, ZHANG B J, ZHU J K, WANG D. Effects of supplemental irrigation with micro-sprinkling hoses and water and fertilizer integration on yield and water and nitrogen use efficiency in winter wheat. Acta Agronomica Sinica, 2023, 49(3): 784-794.(in Chinese)
[30] 郑成岩, 于振文, 张永丽, 王东, 石玉, 许振柱. 土壤深松和补灌对小麦干物质生产及水分利用率的影响. 生态学报, 2013, 33(7): 2260-2271.
ZHENG C Y, YU Z W, ZHANG Y L,WANG D, SHI Y, XU Z Z. Effects of subsoiling and supplemental irrigation on dry matter production and water use efficiency in wheat. Acta Ecologica Sinica, 2013, 33(7): 2260-2271. (in Chinese)
[31] 杨宇, 李霞, 潘晨, 侯俊, 李继福, 吴启侠, 杨军, 漆栋良. 水氮互作对玉米生长和产量影响的研究进展. 节水灌溉, 2021(5): 41-45.
YANG Y, LI X, PAN C, HOU J, LI J F, WU Q X, YANG J, QI D L. Research progresses on coupling effects of water and nitrogen on growth and grain yield of maize. Water Saving Irrigation, 2021(5): 41-45. (in Chinese)
[32] 雒文鹤, 师祖姣, 王旭敏, 李军, 王瑞. 节水减氮对土壤硝态氮分布和冬小麦水氮利用效率的影响. 作物学报, 2020, 46(6): 924-936.
LUO W H, SHI Z J, WANG X M, LI J, WANG R. Effects of water saving and nitrogen reduction on soil nitrate nitrogen distribution, water and nitrogen use efficiencies of winter wheat. Acta Agronomica Sinica, 2020, 46(6): 924-936. (in Chinese)
[33] 高仁才, 陈松鹤, 马宏亮, 莫飘, 柳伟伟, 肖云, 张雪, 樊高琼. 秋闲期秸秆覆盖与减氮优化根系分布提高冬小麦产量及水氮利用效率. 中国农业科学, 2022, 55(14): 2709-2725.
GAO R C, CHEN S H, MA H L, MO P, LIU W W, XIAO Y, ZHANG X, FAN G Q. Straw mulching from autumn fallow and reducing nitrogen application improved grain yield, water and nitrogen use efficiencies of winter wheat by optimizing root distribution. Scientia Agricultura Sinica, 2022, 55(14): 2709-2725.(in Chinese)
Water use characteristics of wheat rotated after no tillage plastic film mulching maize with reduced water and nitrogen
CAO YongGang, XU LongLong, CHAI Qiang, HU FaLong, YIN Wen, FAN Zhilong, WANG QiMing, ZHAO Cai
College of Agronomy, Gansu Agricultural University/State Key Laboratory of Aridland Crop Science, Lanzhou 730070
【Objective】In view of the severe water shortage of resource-based irrigation areas in the west of the river oasis and the large amount and low utilisation of mulch and water and nitrogen inputs in crop production, the effects of no-tillage and two-year use of mulch on the water utilisation characteristics of subsequent crops under water and nitrogen reduction conditions were explored to provide a practical basis for the construction of water and nitrogen reduction and efficient water utilisation technologies in the trial area.【Method】From 2019 to 2021, a three-factor split plot experiment was carried out, with two tillage methods of conventional tillage (CT) and no-tillage (NT), two irrigation levels of 20% reduced irrigation (I1, 1 920 m3·hm-2) and conventional irrigation (I2, 2 400 m3·hm-2), and three N levels of 40% reduced N application (N1, 135 kg·hm-2), 20% reduced N application (N2, 180 kg·hm-2) and conventional N application (N3, 225 kg·hm-2), to study the evapotranspiration, evaporation and water use efficiency of different treatments.【Result】The one film for two years can optimize the soil water environment before wheat sowing and reduce the ineffective water consumption during wheat growth period. Compared to CT, NT was beneficial to increase soil water content and water storage before wheat sowing, which increased by 16.9%-23.0% and 14.5%-16.5%, respectively; It can reduce the evapotranspiration (ET), total evaporation (E) and proportion of evaporation to evapotranspiration (E/ET) of wheat in the whole growth period by 3.5%-4.2%, 19.0%-20.2% and 16.8%-19.3%, respectively. With the reduction of irrigation and N application, the three indicators of evapotranspiration, evaporation and E/ET decreased. Compared with I2, the three indicators decreased by 6.1%-6.4%, 10.8%-11.1% and 5.5%-6.0%, respectively; Compared with N3, N2 and N1 decreased by 2.2%-3.9%, 4.2%-10.9% and 1.7%-7.2%, respectively; Under the interaction of tillage and irrigation, evapotranspiration and E/ET of NTI1 decreased by 0.6%-6.6% and 17.4%-17.6% respectively compared with CTI1; Integrated water and nitrogen reduction for two years with no tillage and one film to further optimize water consumption structure, the three indicators for NTI1N2 were reduced by 11.0%-12.9%, 28.3%-47.6% and 22.5%-26.4% respectively compared to CTI2N3. Compared with CT, NT significantly improved wheat grain yield and water use efficiency by 4.8%-6.3% and 9.0%-9.5% respectively. Under NT and CT conditions, there was no significant difference in grain yield and water use efficiency (WUE) between I1N2 and I2N3, I2N2 wheat. Comparing wheat grain yield and water use efficiency under different treatments, NTI1N2 was the highest, increasing grain yield and WUE by 5.1%-6.6% and 5.7%-6.2%, respectively, compared to the control CTI2N3.【Conclusion】In the Hexi irrigation area, no-tillage and one-film two-year rotation of maize for wheat, irrigation of 1 920 m3· hm-2and N application of 180 kg· hm-2in the whole growth period, is a production technology suitable for water and nitrogen conservation, high wheat yield and efficient water use in this area.
one film mulching for two years; water and nitrogen reduction; water use characteristics; wheat; grain yield
10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.003
2022-10-10；
2023-03-23
国家自然科学基金（U21A20218）、国家重点研发计划（2021YFD1700204）、甘肃省科技计划（20JR5RA037）
曹永刚，E-mail：cyg9024@126.com。通信作者柴强，E-mail：chaiq@gsau.edu.cn
（责任编辑 杨鑫浩，李莉）
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