全 文 ：第 ３５ 卷第 ８ 期
２０１５年 ４月
生 态 学 报
ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ
Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．８
Ａｐｒ．，２０１５
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
基金项目：现代农业产业技术体系建设专项（ＣＡＲＳ⁃３⁃２⁃４９）；公益性行业（农业）科研专项（２０１３０３１０４）
收稿日期：２０１３⁃０６⁃０５； 　 　 修订日期：２０１４⁃０８⁃２９
∗通讯作者 Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ａｕｔｈｏｒ．Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｓｘｃｈａｉ＠ １２６．ｃｏｍ
ＤＯＩ： １０．５８４６ ／ ｓｔｘｂ２０１４０６０５１１５８
杨长刚，柴守玺，常磊．半干旱雨养区不同覆膜方式对冬小麦土壤水分利用及产量的影响．生态学报，２０１５，３５（８）：２６７６⁃２６８５．
Ｙａｎｇ Ｃ Ｇ， Ｃｈａｉ Ｓ Ｘ， Ｃｈａｎｇ Ｌ． Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｅｓ ｏｎ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｉｎ ｓｅｍｉａｒｉｄ ｒａｉｎ⁃ｆｅｄ ｒｅｇｉｏｎ．Ａｃｔａ
Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａ，２０１５，３５（８）：２６７６⁃２６８５．
半干旱雨养区不同覆膜方式对冬小麦土壤水分利用及
产量的影响
杨长刚，柴守玺∗，常　 磊
甘肃农业大学农学院， 甘肃省干旱生境作物学国家重点实验室，兰州　 ７３００７０
摘要：在黄土高原半干旱雨养条件下，于 ２００８—２００９、２００９—２０１０两个年度，以露地种植为对照（ＣＫ），研究了不同覆膜方式（全
膜覆土穴播，全膜穴播，垄膜沟播）对旱地冬小麦产量和水分利用的影响。 结果表明：两年度覆膜平均较 ＣＫ产量分别显著提高
４９．４％和 ５３．２％，水分利用效率提高 １１．８％和 １４．３％。 覆膜的高产建立在高生长量、高耗水基础上，产量与生育期耗水量显著正
相关（ ｒ＝ ０．９５２∗—０．９５８∗），两年度覆膜分别平均较 ＣＫ 多耗水 ３３．５％和 ３４．１％。 覆膜处理中以全膜穴播较 ＣＫ 的增产幅度和
ＷＵＥ提高幅度最大，耗水量也最大。 由于覆膜耗水量大，覆膜各处理收获期 ０—２００ ｃｍ 土壤贮水量均显著低于 ＣＫ，但通过全
年连续覆膜和夏闲期降水补充，在下茬秋播时，覆膜各处理 ０—２００ ｃｍ土壤贮水量均超过 ＣＫ，夏闲期覆膜的水分休闲效率两年
度分别平均高出 ＣＫ ４１．８和 ８６．４个百分点，覆膜有利于土壤水分恢复和下茬作物的可持续生产。 覆膜方式中，以全膜覆土穴播
种植效益最高，两个年度纯收益平均达 ５５３１．６元 ／ ｈｍ２，较 ＣＫ增收 ２５４２．２元 ／ ｈｍ２。 综合考虑，全膜覆土穴播是一种高产高效兼
顾、操作简单、适宜于半干旱雨养区推广应用的冬小麦覆膜种植方式。
关键词：冬小麦； 地膜覆盖； 土壤水分； 产量； 雨养农业区
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｅｓ ｏｎ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ａｎｄ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ
ｗｈｅａｔ ｉｎ ｓｅｍｉａｒｉｄ ｒａｉｎ⁃ｆｅｄ ｒｅｇｉｏｎ
ＹＡＮＧ Ｃｈａｎｇｇａｎｇ， ＣＨＡＩ Ｓｈｏｕｘｉ∗， ＣＨＡＮＧ Ｌｅｉ
Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ａｇｒｏｎｏｍｙ， Ｇａｎｓｕ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｇａｎｓｕ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ａｒｉｄｌａｎｄ Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｓ， Ｌａｎｚｈｏｕ ７３００７０， Ｃｈｉｎａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｈｏｗｎ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｃｒｏｐ ｙｉｅｌｄｓ ｉｎ ｍａｎｙ ｃｒｏｐ ｓｐｅｃｉｅｓ， ｂｕｔ ｌｉｔｔｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅｐｏｒｔｅｄ
ｈｏｗ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃａｎ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｉｎ ｒａｉｎｆｅｄ ａｒｅａｓ． Ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｌａｓｔｉｃ
ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅｓ ｏｎ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ａｎｄ ｇｒａｉｎ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｉｎ ａ ｓｅｍｉａｒｉｄ ｒａｉｎ⁃ｆｅｄ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ， Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ
Ｃｈｉｎａ ｄｕｒｉｎｇ ２００８—２００９ ａｎｄ ２００９—２０１０ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｅａｓｏｎｓ． Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｉｎ ａ ｒａｎｄｏｍｉｚｅｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅ
ｂｌｏｃｋ ｄｅｓｉｇｎ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｒｅｐｌｉｃａｔｅｓ， ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｆｏｕｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ： （ｉ） ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｐ
ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈ ａｎｄ ｂｕｎｃｈ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ， （ｉｉ） ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈ
ａｎｄ ｂｕｎｃｈ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ， （ｉｉｉ） ｒｉｄｇｅｓ ｍｕｌｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ａｎｄ ｒｏｗ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｒｒｏｗ， ａｎｄ （ｉｖ） ｕｎ⁃ｍｕｌｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ｒｏｗ⁃
ｓｅｅｄｉｎｇ ａｓ ｃｏｎｔｒｏｌ （ＣＫ）． Ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ＣＫ， ｔｈｅ ｍｅａｎ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｙｉｅｌｄ
ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｂｙ ４９． ４％ ｉｎ ｔｈｅ ２００８—２００９ ｓｅａｓｏｎ ａｎｄ ５３． ２％ ｉｎ ｔｈｅ ２００９—２０１０ ｓｅａｓｏｎ， ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
（ＷＵＥ） ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｂｙ １１．８％ ａｎｄ １４．３％ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｓｅａｓｏｎｓ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｇｒａｉｎ ｙｉｅｌｄ ｗｉｔｈ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ
ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗａｓ ｌａｒｇｅｌｙ ａｔｔｒｉｂｕｔａｂｌｅ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｐｌａｎｔ ｇｒｏｗｔｈ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ． Ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｙｉｅｌｄ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｗａｓ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｖｅｌｙ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ （ ｒ ＝ ０． ９５２∗—０．９５８∗ ） ｗｉｔｈ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ． Ｗｉｎｔｅｒ
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
ｗｈｅａｔ ｗｉｔｈ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｕｓｅｄ ３３．５％ ａｎｄ ３４．１％ ｍｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ＣＫ ｉｎ ｔｈｅ ｔｗｏ ｙｅａｒｓ， ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｏｆ ｔｈｅ
ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ， ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒ ａｎｄ ｂｕｎｃｈ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ ａｃｈｉｅｖｅｄ
ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｇｒａｉｎ ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ＷＵＥ， ａｎｄ ａｌｓｏ ｈｉｇｈｅｓｔ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ． Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ｗｉｔｈ
ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ， ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ０—２００ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒ ａｔ ｈａｒｖｅｓｔ ｗａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｌｏｗｅｒ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｗｉｔｈ
ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ＣＫ． Ｈｏｗｅｖｅｒ， ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｙｅａｒ⁃ｒｏｕｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｃｏｕｐｌｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ
ｒｅｃｈａｒｇｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｕｍｍｅｒ ｆａｌｌｏｗ ｐｅｒｉｏｄ ａｆｔｅｒ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｈａｒｖｅｓｔ， ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ ０—２００ ｃｍ ｄｅｐｔｈ
ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄｓ ｗｉｔｈ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｅｘｃｅｅｄｅｄ ｔｈａｔ ｉｎ ｔｈｅ ＣＫ ｆｉｅｌｄ ｂｙ ４１．８ ｔｏ ８６．４ ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ ｐｏｉｎｔｓ ｂｙ ｔｈｅ ａｕｔｕｍｎ
ｓｏｗｉｎｇ ｄａｔｅ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｙｅａｒ． Ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｓｕｍｍｅｒ ｆａｌｌｏｗ ｐｅｒｉｏｄ ｉｓ
ｂｅｎｅｆｉｃｉａｌ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｈａｂｉｌｉｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ ａｎｄ ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｒｏｐｓ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｙｅａｒ． Ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ
ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｃｈ ａｎｄ ｂｕｎｃｈ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ
ｇａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｈｉｇｈｅｓｔ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔ， ａｎｄ ｒｅａｃｈｅｄ ｕｐ ｔｏ ５５３１ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｙｕａｎ ／ ｈｍ－２， ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ２５４２ Ｙｕａｎ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｈｅ ＣＫ．
Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ， ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｃｈ ａｎｄ ｂｕｎｃｈ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ ａｌｌｏｗｓ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ
ｆｉｌｍ ｔｏ ｂｅ ｒｅｕｓｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｒｏｐｓ ｇｒｏｗｎ ｉｎ ｔｈｅ ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ ｙｅａｒ， ｈｅｌｐｉｎｇ ｓａｖｅ ｆｉｌｍ ｃｏｓｔ， ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｂｅｎｅｆｉｔｓ．
Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｗｅ ｒｅｃｏｍｍｅｎｄ ｔｈａｔ ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｌｃｈ ａｎｄ ｂｕｎｃｈ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ ｉｓ
ｓｕｉｔａｂｌｅ ｔｏ ｂｅ ｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｅｍｉａｒｉｄ ｒａｉｎ⁃ｆｅｄ ａｒｅａｓ．
Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ： ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ； ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｍｕｌｃｈｉｎｇ； ｓｏｉｌ ｍｏｉｓｔｕｒｅ； ｙｉｅｌｄ； ｒａｉｎ⁃ｆｅｄ ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ ｒｅｇｉｏｎ
地膜覆盖是西北旱作农业的主要技术［１⁃５］，大量实践证明其在年降水量 ２００—６５０ ｍｍ的地区可使小麦等
作物增产 ３０％左右［１⁃３，６⁃７］。 保墒通常被认为是旱作区地膜覆盖能大幅度增产的最直接原因［２⁃３］。 研究认
为［８］，地膜覆盖由于抑制了土壤水分的蒸发损失，较露地栽培可增加土壤贮水量 ３０％、降低蒸散量 ５０％、减少
水分亏缺 １５％以上。
但随着研究的深入，发现覆膜除保墒作用外，还具有集雨提墒、提高土壤深层用水比例等效应［９⁃１５］。 廖允
成等研究表明［１６］，在夏闲期采用地膜和秸秆两元覆盖技术，可将夏闲期降水的 ７３．２％蓄积于土壤之中，０—
２００ ｃｍ土层较传统耕法多蓄水 １０８．４ ｍｍ。 其后采用垄膜沟播技术种植小麦，可最大限度地截留生育期降水，
明显改善旱地小麦的水分状况［１１，１６⁃１７］。 覆膜首先会明显提高耕层土壤含水量［１８⁃１９］。 许多研究认
为［８，１０，１５，２０⁃２１］，覆膜通过抑制棵间蒸发，改变了耗水结构，提高了蒸腾 ／蒸发比，使得有限水分主要用于蒸腾性
生产，利于产量形成。 李儒等［１１］和王红丽等［２２］研究发现，覆膜前期降低蒸发、后期增加蒸腾，有利于干物质
积累，促进水分消耗由物理过程向生理过程转化，从而提高水分利用效率。 另有研究表明，覆膜在提高产量和
水分利用效率同时，对土壤水分的消耗也同步增加。 覆膜后不但作物全生育期 ０—２００ ｃｍ土层总耗水量明显
高于露地［１８，２０，２３⁃２４］，而且促进了对土壤深层水分的调用［１８，２０，２３］。 Ｒａｍａｋｒｉｓｈｎａ 等［２１］和 ＧＡＯ 等［１８］研究发现覆
膜促进根系下扎，作物对 １４０ ｃｍ以下土层水分的调用明显加强。 有研究发现［１０，２５⁃２６］，覆膜前期的旺盛生长会
导致后期供水不足，引起脱水脱肥，导致早衰甚至减产。 在玉米上研究发现［２２，２７⁃２８］，随地膜覆盖种植年限的增
加，地膜玉米的耗水深度下移，连续覆膜种植会因耗水过度、土壤水分短时难以补充平衡而形成干化层，影响
持续生产。
地膜覆盖在 ２０世纪 ８０年代开始应用于小麦，发展到目前已形成了多种覆膜种植方式。 覆膜对土壤水分
的影响因覆膜方式、覆膜时期、作物种类、当地气候条件和作物生长季节等的不同而有很大差异。 覆膜引起的
土壤水分变化是否有利作物生长或高产、或对作物持续生产有无影响，也要视具体情况而定，不能一概而论。
西北黄土高原半干旱雨养农业区不仅水温条件较差、而且大陆性气候强烈，大气和土壤下垫面的水温交换剧
烈，气候生态条件特殊，因此不同覆膜种植技术的水温效应、以及对小麦生长和产量形成的影响可能与其它旱
作区有较大差异。 但目前在西北黄土高原半干旱雨养生态生产条件下，冬小麦不同覆膜种植方式间关于水分
利用比较方面的研究报道较少，现有的地膜小麦研究大多针对个别生育时期、个别土层，缺乏土壤耗水特征、
７７６２　 ８期 　 　 　 杨长刚　 等：半干旱雨养区不同覆膜方式对冬小麦土壤水分利用及产量的影响 　
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休闲期土壤水分补充、耗水与生长和产量形成的相关、对下茬土壤供水和可持续生产影响方面的研究。 因此，
本研究采用 ３种旱地小麦生产上应用面积较大、有代表性的覆膜种植方式，以传统无覆盖露地种植为对照，开
展了对土壤水分利用、生长与产量、耗水与土壤水分恢复等方面的比较研究，研究结果将为揭示覆膜增产机
理、改进技术、筛选适宜的覆膜种植方式、指导生产应用提供依据。
１　 材料与方法
１．１　 试验地概况
试验于 ２００８—２０１０ 年在甘肃农业大学定西旱农生态综合试验站实施。 该区海拔 １９７０ ｍ，年日照时数
２４７６．６ ｈ，年均温 ６．４℃，≥１０℃积温 ２２３９．１℃，年降水量 ３９０．９ ｍｍ（表 １），年蒸发量 １５３１ ｍｍ，为黄土高原西部
典型的半干旱雨养农业区。 试区土壤为典型的黄绵土，土层深厚，土壤质地较均匀，０—２００ ｃｍ 土层平均容重
为 １．２５ ｇ ／ ｃｍ３。
１９７０—２０１０年 ４０ａ 全年平均降水为 ３９０． ９ ｍｍ，其中冬小麦生育期降水为 １８１． ４ ｍｍ，占全年降水的
４６􀆰 ４％，休闲期降水为 ２０９．５ ｍｍ；２００８—２００９年总降水 ３８４．８ ｍｍ，冬小麦生育期和休闲期降水分别为 １９１．１
ｍｍ和 １９３．４ ｍｍ，５ ｍｍ以上有效降水分别为 １４３．６ ｍｍ和 １８０．３ ｍｍ；２００９—２０１０ 年总降水 ３２３．６ ｍｍ，冬小麦
生育期和休闲期降水分别为 ２４３．２ ｍｍ和 ８０．４ ｍｍ，有效降水分别为 ２１１．９ ｍｍ和 ６０．７ ｍｍ。 ２００８—２００９ 生长
季，冬小麦返青前降水趋于多年均值，但 ３—６ 月降水较常年同期偏少 ４０．６％，冬小麦生长后期受旱较重。
２００９—２０１０生长季，冬小麦播种至返青阶段降水只有 ５０．２ ｍｍ，比上一年度同期降水偏少 ５３．９％，造成冬小麦
返青前受旱较重。
表 １　 ２００８—２０１０年冬小麦生育期及休闲期降水量（ｍｍ）
Ｔａｂｌｅ １　 Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｄｕｒｉｎｇ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｇｒｏｗｉｎｇ ｓｔａｇｅ ａｎｄ ｓｕｍｍｅｒ ｆａｌｌｏｗ ｆｒｏｍ ２００８ ｔｏ ２０１０
时间
Ｔｉｍｅ
９月
Ｓｅｐ．
１０月
Ｏｃｔ．
１１月
Ｎｏｖ．
１２月
Ｄｅｃ．
１月
Ｊａｎ．
２月
Ｆｅｂ．
３月
Ｍａｒ．
４月
Ａｐｒ．
总降水量 Ｔｏｔａｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ
２００８—２００９ ５３．８ ３９．３ ４．３ ０ ２．１ ９．５ １１．９ １８
２００９—２０１０ ０ ３８．２ ７．１ ３．４ ０ １．５ ２０．１ ３６
１９７０—２０１０ ０ ２８．５ ５．３ １．６ ３．３ ４．６ １２．１ ２８
≥５ ｍｍ有效降水量 Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ≥ ５ ｍｍ
２００８—２００９ ５３．８ ３３．８ ０ ０ ０ ７．４ ０ １０．４
２００９—２０１０ ０ ３２．５ ０ ０ ０ ０ １６．７ ３６
时间
Ｔｉｍｅ
５月
Ｍａｙ．
６月
Ｊｕｎ．
７月
Ｊｕｌ．
８月
Ａｕｇ．
９月
Ｓｅｐ．
生育期
Ｇｒｏｗｔｈ ｐｅｒｉｏｄ
休闲期
Ｆａｌｌｏｗ ｐｅｒｉｏｄ
总计
Ｓｕｍ
总降水量 Ｔｏｔａｌ ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ
２００８—２００９ ２９．９ ２２．３ ８５．３ ９７．４ １０．７ １９１．１ １９３．４ ３８４．５
２００９—２０１０ ７４．４ ４４．９ ２７．２ ４０．２ ３０．６ ２４３．２ ８０．４ ３２３．６
１９７０—２０１０ ４４．６ ５３．４ ７７．４ ８２．６ ４９．５ １８１．４ ２０９．５ ３９０．９
≥５ ｍｍ有效降水量 Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ≥ ５ ｍｍ
２００８—２００９ ２０ １８．２ ８５．３ ９５ ０ １４３．６ １８０．３ ３２３．９
２００９—２０１０ ６５．９ ４４．９ ２２．３ ３３．４ ２７．２ ２１１．９ ６７ ２７８．９
　 　 ２００８—２００９年度冬小麦生育期为 ２００８年 ９月 ２０日至 ２００９年 ７月 １４日，休闲期为 ２００９年 ７月 １５日至 ９月 ２２日；２００９—２０１０年度冬小麦
生育期为 ２００９年 ９月 ２２日至 ２０１０年 ７月 １日，休闲期为 ２００９年 ７月 ２日至 ９月 ２０日
１．２　 试验设计
试验共设 ４个处理，其中地膜覆盖处理 ３个（ＰＳＢ、ＰＢ、ＲＰＲ），以无覆盖露地条播为对照（ＣＫ）。 小区面积
２４ ｍ２（３ ｍ×８ ｍ），５次重复，随机区组排列。
全膜覆土穴播种植（ＰＳＢ）：全地面平作覆膜，膜面覆土 １ ｃｍ，穴播，行距 ２０ ｃｍ，穴距 １５ ｃｍ，每穴 ８ 粒种
８７６２ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３５卷　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
子，每小区种 １５行。
全膜穴播种植（ＰＢ）：全地面平作覆膜，膜上不覆土，种植行距、穴距、穴播量等同 ＰＳＢ。
垄膜沟播种植（ＲＰＲ）：秋播前起垄，垄底宽 ３０ ｃｍ，垄高 ５—１０ ｃｍ，两垄底间距 ３０ ｃｍ，垄面覆膜，每垄沟条
播 ２行，２行间距 ２４ ｃｍ，各行距离垄底 ３ ｃｍ，每小区种 １２行，行播量 ３７．５ ｇ。
露地条播种植（ＣＫ）：露地（不覆膜）平作，开沟条播，行距 ２０ ｃｍ，每小区种 １５行，行播量 ３０ ｇ。 第 １ 生长
季在 ２００８年 ９月 １８ 日覆膜，９ 月 ２０ 日播种，２００９ 年 ７ 月 １ 日收获；第 ２ 生长季 ＰＳＢ 继续保留覆膜，ＰＢ 和
ＲＰＲ处理则在 ２００９年 ９月 ２１日揭掉上茬残膜，然后耕作整地、重新覆膜，于 ２００９ 年 ９ 月 ２３ 日播种，２０１０ 年
７月 １４日收获。
各小区播种和施肥量相同，冬小麦供试品种为陇中 １ 号，播种量均为 １８７．５ ｋｇ ／ ｈｍ２。 第 １ 生长季各处理
播前将充分腐熟的牛粪 ４５００ ｋｇ ／ ｈｍ２、纯氮 １０５ ｋｇ ／ ｈｍ２，磷（Ｐ ２Ｏ５）１０５ ｋｇ ／ ｈｍ２ 等所有肥料在播前整地时做基
肥一次性深翻施入。 第 ２生长季各处理均不再施肥。 两个生长季均在灌浆前期进行 １次“一喷三防”作业。
１．３　 测定项目与方法
１．３．１　 土壤水分测定
（１）在小麦播种期、开花期、完熟期及休闲期，各小区分 ０—２０、２０—４０、４０—６０、６０—９０、９０—１２０、１２０—
１５０、１５０—１８０和 １８０—２００ ｃｍ共 ８个土层分别取土样，各处理取样位置均位于种植行间，用烘干法测定土壤
含水量：
土壤含水量（％）＝ （土壤鲜质量－土壤干质量） ／土壤干质量×１００％
（２）土壤贮水量、作物耗水量及水分利用效率计算
土壤贮水量计算公式为［１１］：
Ｗ＝ｈ×ρ×ω％×１０
式中，Ｗ为土壤贮水量（ｍｍ）；ｈ土层深度（ｃｍ）；ρ 为土壤容重（ｇ ／ ｃｍ３），本试验各土层 ρ 平均为 １．２５ ｇ ／ ｃｍ３；
ω％为土壤含水量。
农田耗水量计算公式为［１１］：
ＥＴ＝ΔＷ＋Ｐ＋Ｉ－Ｄ＋Ｗｇ－Ｒ，ΔＷ＝Ｗ１－Ｗ２。
式中，ＥＴ为小麦生育期农田总耗水量（ｍｍ），ΔＷ 为生育期土壤贮水量变化量（ｍｍ）；Ｐ 为≥５ ｍｍ 有效降雨
量；Ｉ为灌溉量（ｍｍ）；Ｄ为灌溉后土壤水向下层流动量（ｍｍ）；Ｗｇ 为深层地下水利用量（ｍｍ）；Ｒ 为地表径流
（ｍｍ）；Ｗ１、Ｗ２分别为播前和收获时的土壤贮水量（ｍｍ）。 本试验无灌溉条件，地下水位在 １０ ｍ以下，冬小麦
生育期无地表径流，故 Ｉ、Ｄ、Ｗｇ和 Ｒ可忽略不计。
（３）水分利用效率及休闲效率计算
ＷＵＥ＝Ｙ ／ ＥＴ
式中［１１］，ＷＵＥ为水分利用效率（ｋｇ ｈｍ－２ ｍｍ－１），Ｙ为籽粒产量（ｋｇ ／ ｈｍ２），ＥＴ为小麦生育期总耗水量（ｍｍ）。
休闲效率（％）＝ （休闲期结束时土壤贮水量－上季收获时土壤贮水量） ／休闲期降水量×１００％。
１．３．２　 植株含水量、干物质积累及产量测定
在开花期和收获期采集植物样品，每小区随机选取 ３个采样点，每点取 ２０株，沿根茎结合处剪去根系后，
同一小区 ３个样点混合，作为一个分析样品，现场称取鲜重。 称取鲜重后，在 １２０℃下杀青 ３０ ｍｉｎ，８０℃烘干
至恒重，称量干重。 冬小麦产量数据采用全区收获法确定，现场称鲜重，取样测定含水量后计算烘干重。 小麦
开花期的生物量，收获期的生物量和产量均采用烘干重表示。 植株含水量（％）＝ （植株鲜重－植株干重） ／植
株鲜重×１００％。
１．３．３　 经济效益计算
产量收入（元 ／ ｈｍ２）＝籽粒产量×市场价格
产量纯收益（元 ／ ｈｍ２）＝产量收入－总投入
９７６２　 ８期 　 　 　 杨长刚　 等：半干旱雨养区不同覆膜方式对冬小麦土壤水分利用及产量的影响 　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
总投入包括化学肥料投入、种子、农药、地膜、人工投入，还有播种、耕作处理的机械投入。
１．４　 数据处理
数据采用 Ｅｘｃｅｌ软件处理、ＳＰＳＳ ２０．０软件进行统计分析，采用 ＬＳＤ 法进行差异显著性检验，显著性水平
设定为 α＝ ０．０５。
２　 结果与分析
２．１　 产量和主要农艺指标
从表 ２可见，地膜覆盖较无覆盖（ＣＫ）显著提高了冬小麦籽粒产量和生物产量，但收获指数却低于 ＣＫ，处
理间上述指标存在显著差异。 以 ＰＢ的籽粒产量和生物产量最高，但收获指数最低。
覆膜首先影响营养生长，覆膜较 ＣＫ生物产量提高幅度远大于籽粒产量提高幅度。 ２００８—２００９ 年覆膜平
均较 ＣＫ籽粒单产提高 ４９．４％（３９．３％—６４．４％），生物产量提高 ６３．２％（５０．７％—８６．５％），收获指数降低 ８．２％
（４．１％—１１．９％）。 ２００９—２０１０ 年度趋势与 ２００８—２００９ 年度相似，覆膜平均较 ＣＫ 增产 ５３． ２％ （３７． ０％—
７９􀆰 １％），生物产量提高 ７２．１％（５２．８％—１０８．３％），收获指数降低 １０．６％（６．１％—１４．０％）。
两年度单位面积穗数、穗粒数、千粒重的处理间变异系数依次为：２８．３％—２８．９％、１３．７％—１５．３％、１．７％—
３．９％，表明处理间产量差异主要由穗数差异引起，其次为穗粒数，而千粒重处理间差异较小或较稳定。
两年相关分析表明，籽粒产量与生物产量呈极显著正相关（ ｒ ＝ ０．９９２∗∗—０．９９５∗∗），收获指数与产量（ ｒ ＝
－０．９４３∗—０．９４６∗）、生物产量（ ｒ＝ －０．９５９∗—－０．９６３∗）均呈显著负相关。 表明籽粒高产建立在高生长量基础
上，但随着生物产量提高，收获指数下降，生长冗余相应提高。 以 ＰＢ 生长量最大、但生长冗余最多，以 ＣＫ 生
长量最小，但收获指数最高、生长冗余最小，表明露地在土壤更加干旱时，反而会促进干物质向籽粒的转移。
ＲＰＲ生物产量虽然高于 ＰＳＢ，但籽粒产量、收获指数均低于 ＰＳＢ，是一种籽粒生产效率较低的覆膜种植方式。
表 ２　 冬小麦产量及农艺指标
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｙｉｅｌｄ ａｎｄ ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ｔｒａｉｔｓ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
籽粒产量
Ｙｉｅｌｄ ／ （ｋｇ ／ ｈｍ２）
收获期生物量
Ｂｉｏｍａｓｓ ／ （ｋｇ ／ ｈｍ２）
收获指数
ＨＩ ／ ％
穗数
ＳＮ ／ ×１０４ ｈｍ－２
穗粒数
ＧＮＳ
千粒重
ＧＷ／ ｇ
２００８—２００９
ＰＳＢ ３７８９．５ｂ ８０８４．７ｂ ４６．９ｂ ５３２．４ａ ２３．８ｂ ３２．９ａ
ＰＢ ４３１２．５ａ １０００５．８ａ ４３．１ｃ ５２２．５ａ ２７．５ｂ ３３．０ａ
ＲＰＲ ３６５５．５ｃ ８１７７．９ｂ ４４．７ｃ ４２８．３ｂ ２７．６ｂ ３４．０ａ
ＣＫ ２６２３．５ｄ ５３６５．０ｃ ４８．９ａ ２６５．５ｃ ３３．１ａ ３２．８ａ
２００９—２０１０
ＰＳＢ ３１０３．５ｂ ７０１７．４ｂ ４４．２ｂ ２８１．６ａ ３０．２ｂ ３６．４ａｂ
ＰＢ ３８７４．５ａ ９５６６．７ａ ４０．５ｃ ３５２．２ａ ２９．８ｂ ３７．９ａ
ＲＰＲ ２９６４．０ｃ ７１２５．２ｂ ４１．６ｃ ３２８．８ａ ２７．１ｂ ３５．４ｂｃ
ＣＫ ２１６３．５ｄ ４５９３．４ｃ ４７．１ａ １６８．２ｂ ３８．２ａ ３４．６ｃ
　 　 ＰＳＢ：全膜覆土穴播 Ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈ ａｎｄ ｂｕｎｃｈ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ；ＰＢ：全膜穴播 Ｗｈｏｌｅ ｆｉｅｌｄ
ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈｉｎｇ ｗｉｔｈｏｕｔ ｓｏｉｌ ｃｏｖｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｔｏｐ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｓｔｉｃ ｍｕｌｃｈ ａｎｄ ｂｕｎｃｈ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ；ＲＰＲ：垄膜沟播 Ｒｉｄｇｅｓ ｍｕｌｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ａｎｄ ｒｏｗ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ ｉｎ
ｔｈｅ ｆｕｒｒｏｗ；ＣＫ：露地条播 Ｕｎ⁃ｍｕｌｃｈｅｄ ｗｉｔｈ ｒｏｗ⁃ｓｅｅｄｉｎｇ ａｓ ｃｏｎｔｒｏｌ； ＨＩ： Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ ｉｎｄｅｘ；ＳＮ： Ｓｐｉｋｅ ｎｕｍｂｅｒｓ；ＧＮＳ： Ｇｒａｉｎ ｎｕｍｂｅｒｓ ｐｅｒ ｓｐｉｋｅ；ＧＷ： １０００⁃
ｇｒａｉｎ ｗｅｉｇｈｔ； 同列不同小写字母表示处理间差异显著（Ｐ＜０．０５）
２．２　 耗水量与产量、生长量的相关
覆膜的高产和高生长量建立在高耗水基础上。 两年度覆膜处理的单位面积籽粒产量、收获期生物产量不
仅显著高于 ＣＫ（表 ２），而且生育期耗水量、水分利用效率（ＷＵＥ）也显著高于 ＣＫ（表 ３）。 由于覆膜耗水较多，
因此开花期和收获期的土壤贮水量各覆膜处理都显著低于 ＣＫ。 两年相关分析表明，产量与耗水量（ ｒ ＝
０􀆰 ９５２∗—０．９５８∗）、ＷＵＥ （ ｒ ＝ ０． ９３０∗—０． ９３５∗ ）显著正相关，收获期生物产量也与耗水量 （ ｒ ＝ ０． ９５７∗—
０８６２ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３５卷　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
０􀆰 ９７３∗）、ＷＵＥ（ ｒ＝ ０．９００∗—０．９２６∗）显著正相关，而耗水量与 ＷＵＥ（ ｒ＝ ０．６５０—０．７９８）相关未达到显著水平。
两年度籽粒产量、收获期生物产量、耗水量的变异系数分别为 １９．７％—２３．２％、２４．２％—２８．７％、１３．４％—
１５．０％，表明旱地小麦对水分敏感，耗水量较小的差异就可引起产量和生长量的较大差异。
开花期是营养器官生长量达到最大的时期，也是气温最高、耗水强度最大的时期。 从表 ３可见，开花期干
物质积累量、植株含水量覆膜明显高于 ＣＫ，但由于高生长伴随着高耗水，开花期土壤贮水量明显低于 ＣＫ。
２００８—２００９年，覆膜处理平均较 ＣＫ 开花期干物质积累量提高 ６９．９％（５７．０％—８９．９％），植株含水量提高
８􀆰 ０％（５．８％—１１．４％），但 ０—２００ ｃｍ土壤贮水量降低 １４．９％（９．８％—１９．０％）。 ２００９—２０１０ 年度的差异趋势
与上年度相同，覆膜处理平均较 ＣＫ开花期干物质积累量提高 １５１．６％（１３２．８％—１８４．４％），植株含水量提高
１０􀆰 １％（７．０％—１４．４％），土壤贮水量降低 ９．６％（４．１％—１９．６％）。 ３ 种覆膜方式间比较，两年度虽然 ＰＢ 开花
期生长量均最大、但由于生长耗水过度、开花期土壤水分状况最差，而 ＰＳＢ 的植株和土壤水分状况均好于其
它两种覆膜方式。
覆膜与 ＣＫ间耗水量的差异远大于覆膜处理间的差异，同时，覆膜较 ＣＫ 耗水量提高幅度远高于 ＷＵＥ 提
高幅度。 ２００８—２００９年耗水量覆膜平均较 ＣＫ 高 ３３． ５％ （３２． ７％—３４． ６％），而覆膜处理间高低相差只有
１􀆰 ４％；２００９—２０１０年耗水量覆膜平均较 ＣＫ高 ３４．１％（２５．３％—４４．９％），而覆膜处理间高低相差只有 １５．６％。
水分利用效率覆膜处理两年度则分别平均比 ＣＫ提高 １１．８％（８．８％—２２．１％）和 １４．３％（４．２％—２４．０％）。
开花前的旺盛生长阶段的耗水量占生育期总耗水量的大部分，相应的有效降水也占全生育期总有效降水
的大部分，耗水与降水比例基本吻合。 ２００８—２００９年开花前的耗水量和有效降水量分别为 １７０．０、１２５．４ ｍｍ，
耗水比例和有效降水比例分别为 ７０．３％、８７．３％。 ２００９—２０１０ 年开花前耗水量和有效降水量分别为 １９５．６、
１５０．９ ｍｍ，耗水比例和有效降水比例分别为 ６９．４％、７１．２％。
表 ３　 耗水量与土壤贮水量变化
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｔｏｔａｌ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
开花期
Ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｓｔａｇｅ
土壤
贮水量
ＷＳ ／ ｍｍ
干物质
积累量
ＤＭＷ／
（ｋｇ ／ ｈｍ２）
植株
含水量
ＷＰ ／ ％
全生育期
Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｔａｇｅｓ
有效
降水量
Ｒａｉｎｆａｌｌ
≥５ ｍｍ
耗水量
ＷＣＡ ／
ｍｍ
播种至开花期
Ｓｏｗｉｎｇ ｔｏ ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ
耗水量
ＷＣＡ ／
ｍｍ
耗水比例
Ｒａｔｉｏ ／ ％
开花至成熟期
Ｆｌｏｗｅｒｉｎｇ ｔｏ ｍａｔｕｒｉｔｙ
耗水量
ＷＣＡ ／
ｍｍ
耗水比例
Ｒａｔｉｏ ／ ％
水分利
用效率
ＷＵＥ ／
（ｋｇ ｈｍ－２ ｍｍ－１）
２００８—２００９
ＰＳＢ ２９６．１ｂ ７６１９．６ｂ ７１．４ａ １４３．６ ２５６．３ａ １６８．２ｂ ６５．６ｃ ８８．３ａ ３４．４ａ １４．８ｂ
ＰＢ ２６５．８ｃ ８８８６．２ａ ６７．８ｂ １４３．６ ２６０．０ａ １８７．４ａ ７２．０ａ ７２．７ｂ ２８．０ｂ １６．６ａ
ＲＰＲ ２７６．３ｃ ７３４６．３ｃ ６８．５ｂ １４３．６ ２５７．３ａ １８８．１ａ ７３．０ａ ６９．４ｂ ２７．０ｂ １４．２ｂｃ
ＣＫ ３２８．３ａ ４６７９．８ｄ ６４．１ｃ １４３．６ １９３．２ｂ １３６．１ｃ ７０．４ｂ ５７．２ｃ ２９．６ｂ １３．６ｃ
２００９—２０１０
ＰＳＢ ３２２．０ｂ ６６３１．４ｂ ６６．６ａ ２１１．９ ２８２．４ｂ １８６．７ｃ ６６．１ｃ ９５．６ｂ ３３．９ａ １１．０ａ
ＰＢ ２６９．８ｃ ７９３８．１ａ ６２．３ｂ ２１１．９ ３２６．４ａ ２１０．０ｂ ６４．３ｄ １１６．４ａ ３５．７ａ １１．９ａ
ＲＰＲ ３１９．０ｂ ６４９５．８ｂ ６３．４ｂ ２１１．９ ２９７．５ｂ ２２２．６ａ ７４．８ａ ７４．８ｃ ２５．２ｂ １０．０ｂ
ＣＫ ３３５．７ａ ２７９０．８ｃ ５８．２ｃ ２１１．９ ２２５．３ｃ １６２．９ｄ ７２．３ｂ ６２．４ｄ ２７．７ｂ ９．６ｂ
　 　 ＷＳ： Ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ；ＷＰ：Ｗａｔｅｒ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｐｌａｎｔ；ＤＭＡ：Ｄｒｙ ｍａｔｔｅｒ ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ；ＷＣＡ：Ｗａｔｅｒ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｍｏｕｎｔ；ＷＵＥ：Ｗａｔｅｒ ｕｓｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
２．３　 土壤水分恢复状况
覆膜的高耗水是否会造成下茬作物墒情的恶化、进而影响生产的可持续性，主要看下茬播前覆膜土壤水
分是否能达到 ＣＫ水平。 从表 ４可见，由于覆膜耗水较多，收获期 ０—２００ ｃｍ 土壤贮水量覆膜显著低于 ＣＫ，
２００８—２００９和 ２００９—２０１０年覆膜平均分别比 ＣＫ低 ６４．７ ｍｍ（６３．１—６６．８ ｍｍ）、４７．０ ｍｍ（３６．２—６０．４ ｍｍ）。
但通过 ７—９月夏闲期土壤水分的补充恢复，２００９和 ２０１０年秋播时 ０—２００ ｃｍ土壤贮水量覆膜均超过 ＣＫ，分
别比 ＣＫ高 ２９．８ ｍｍ（２０．９—４０．７ ｍｍ）、２２．８ ｍｍ（１８．５—２６．７ ｍｍ），表明连续覆膜种植不会造成下茬墒情的
１８６２　 ８期 　 　 　 杨长刚　 等：半干旱雨养区不同覆膜方式对冬小麦土壤水分利用及产量的影响 　
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恶化。
休闲效率是衡量夏闲期降水转化为土壤贮水的指标，休闲效率的高低主要与土壤蓄水保墒能力有关。 从
表 ４可见，覆膜的休闲效率显著高于 ＣＫ，２００９年和 ２０１０年夏闲期覆膜的休闲效率分别较 ＣＫ 平均高出 ４１．８
和 ８６．４个百分点，两年休闲效率均以 ＰＢ最高。 覆膜的休闲效率显著高于 ＣＫ，显然与覆膜的保墒功能有直接
关系。
比较上茬和下茬播种期土壤贮水，可以看出水分的周年平衡状况。 上、下茬播种期土壤墒情的差异大小，
不仅与各处理的生长季耗水量、蓄水保墒能力有关，也与年度间降水量差异有关。 比较播种期 ０—２００ ｃｍ 土
壤贮水量（表 ４），覆膜处理第二茬（２００９年）平均高出第一茬（２００８年）２４．７ ｍｍ（１５．８—３５．６ ｍｍ），而 ＣＫ由于
夏闲期土壤贮水补充量小，低于第一茬播种期 ５．１ ｍｍ，可见覆膜通过有效的蓄水保墒，更有利于维持年度间
的水分平衡和可持续生产。
进一步比较 ２００８年和 ２００９年播种期不同土层水分差异（表 ５），虽然覆膜处理 ２００９年播种期 ０—２００ ｃｍ
土壤贮水明显高于 ２００８年，但主要是增加了 ０—１５０ ｃｍ的土壤贮水，而 １５０—２００ ｃｍ的土壤深层仍低于 ２００８
年，表明上茬和下茬间土壤水分的恢复平衡主要靠降水入渗补充。
表 ４　 土壤贮水量和休闲效率的变化
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ａｎｄ ｓｕｍｍｅｒ ｆａｌｌｏｗ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
播种期土壤贮水量
ＷＳＳ ／ ｍｍ
收获期土壤贮水量
ＷＳＨ ／ ｍｍ
土壤贮水变化量
ＣＷＳ ／ ｍｍ
夏闲期土壤
贮水补充量
ＩＷＳ ／ ｍｍ
休闲效率
Ｆａｌｌｏｗ
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ／ ％
夏闲期结束时
土壤贮水量
ＷＳＡＳ ／ ｍｍ
２００８—２００９
ＰＳＢ ３３８．９ ２２６．２ｂ １１２．７ｃ １２８．５ｂ ６６．４ｂ ３５４．７ｂ
ＰＢ ３３８．９ ２２２．５ｂ １１６．４ｂ １５２．０ａ ７８．６ａ ３７４．５ａ
ＲＰＲ ３３８．９ ２２５．２ｂ １１３．７ｂｃ １３６．３ｂ ７０．４ｂ ３６１．５ｂ
ＣＫ ３３８．９ ２８９．３ａ ４９．６ａ ４４．５ｃ ２３．０ｃ ３３３．８ｃ
２００９—２０１０
ＰＳＢ ３５４．７ｂ ２８４．２ｂ ７０．５ｂ ７．９ｂ １０．０ｂ ２９２．１ａ
ＰＢ ３７４．５ａ ２６０．０ｄ １１４．５ｄ ２８．４ａ ３５．３ａ ２８８．４ｂ
ＲＰＲ ３６１．５ｂ ２７５．９ｃ ８５．６ｃ ８．０ｂ １０．０ｂ ２８３．９ｂ
ＣＫ ３３３．８ｃ ３２０．４ａ １３．４ａ －５５．０ｃ －６８．４ｃ ２６５．４ｃ
　 　 ＷＳＳ：Ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ａｔ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｓｏｗｉｎｇ；ＷＳＨ：Ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ａｔ ｈａｒｖｅｓｔ；ＣＷＳ： Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ；ＩＷＳ： Ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ
ｓｔｏｒａｇｅ ａｆｔｅｒ ｓｕｍｍｅｒ ｆａｌｌｏｗ；ＷＳＡＳ：Ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ａｆｔｅｒ ｓｕｍｍｅｒ ｆａｌｌｏｗ
表 ５　 ２００９与 ２００８冬小麦播种期 ０—２００ ｃｍ土层水分变化
Ｔａｂｌｅ ５　 Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ０—２００ ｃｍ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ａｔ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｓｏｗｉｎｇ ｉｎ ２００９ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈａｔ ｉｎ ２００８
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
土层 Ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ ／ ｃｍ
０—２０ ２０—４０ ４０—６０ ６０—９０ ９０—１２０ １２０—１５０ １５０—１８０ １８０—２００
贮水变化总量
ＴＣＷＳ ／ ｍｍ
ＰＳＢ ４．０ ５．３ ５．５ ７．３ １．１ ８．６ －８．６ －７．５ １５．７ｂ
ＰＢ ７．８ １３．３ １５．２ ３４．７ １．８ －５．３ －１９．５ －１２．５ ３５．５ａ
ＲＰＲ ０．５ －０．７ １８．５ １９．０ ８．６ －２．３ －１３．１ －８．０ ２２．５ｂ
ＣＫ －４．０ －５．７ －１．６ ０．６ １．８ １０．１ －４．５ －２．０ －５．３ｃ
　 　 差值＝ ２００９年播种期土壤贮水（ｍｍ）—２００８年播种期土壤水分（ｍｍ）；ＴＣＷＳ：Ｔｏｔａｌ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｗａｔｅｒ ｓｔｏｒａｇｅ
２．４　 种植效益比较
覆膜栽培的种植效益远高于 ＣＫ（表 ６）。 ２００８—２００９年，ＰＢ、ＰＳＢ和 ＲＰＲ的纯收益分别较 ＣＫ高 ２２０８．６、
１５５３．４和 １４７１．８元 ／ ｈｍ２。 ２００９—２０１０年，ＰＢ、ＰＳＢ和 ＲＰＲ的纯收益分别较 ＣＫ高 ２２６２．４、３５３１．０和 ９１６．２元 ／
ｈｍ２。 第二茬 ＰＳＢ纯收益高于 ＰＢ，主要是 ＰＳＢ可一次覆膜、两茬使用，因此成本大幅降低；两个生长季平均纯
收益，以 ＰＳＢ最高、ＰＢ次之、ＲＰＲ最低。
２８６２ 　 生　 态　 学　 报　 　 　 ３５卷　
ｈｔｔｐ： ／ ／ ｗｗｗ．ｅｃｏｌｏｇｉｃａ．ｃｎ
表 ６　 冬小麦生产成本和经济效益
Ｔａｂｌｅ ６　 Ｃｏｓｔ ａｎｄ ｒｅｔｕｒｎ ｏｆ ｗｉｎｔｅｒ ｗｈｅａｔ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
肥料投入
Ｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒ ｃｏｓｔ ／
（元 ／ ｈｍ２）
地膜投入
Ｐｌａｓｔｉｃ ｆｉｌｍ ｃｏｓｔ ／
（元 ／ ｈｍ２）
机械投入
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｃｏｓｔｓ ／
（元 ／ ｈｍ２）
其它投入
Ｏｔｈｅｒ ｃｏｓｔｓ ／
（元 ／ ｈｍ２）
总投入
Ｔｏｔａｌ ｃｏｓｔ ／
（元 ／ ｈｍ２）
产量收入
Ｙｉｅｌｄ ｉｎｃｏｍｅ ／
（元 ／ ｈｍ２）
纯收益
Ｒｅｔｕｒｎ ／
（元 ／ ｈｍ２）
２００８—２００９
ＰＳＢ ９３５．０ １４７０．０ １０５０．０ ６７５．０ ４１３０．０ ９０９４．８ ４９６４．８
ＰＢ ９３５．０ １４７０．０ １０５０．０ １２７５．０ ４７３０．０ １０３５０．０ ５６２０．０
ＲＰＲ ９３５．０ ６３０．０ １０５０．０ １２７５．０ ３８９０．０ ８７７３．２ ４８８３．２
ＣＫ ９３５．０ ０ ６７５．０ １２７５．０ ２８８５．０ ６２９６．４ ３４１１．４
２００９—２０１０
ＰＳＢ ０ ０ ６７５．０ ６７５．０ １３５０．０ ７４４８．４ ６０９８．４
ＰＢ ０ １４７０．０ １７２５．０ １２７５．０ ４４７０．０ ９２９８．８ ４８２８．ｂ
ＲＰＲ ０ ６３０．０ １７２５．０ １２７５．０ ３６３０．０ ７１１３．６ ３４８３．６
ＣＫ ０ ０ １３５０．０ １２７５．０ ２６２５．０ ５１９２．４ ２５６７．４
　 　 机械投入费用包括：机械覆膜、机械耕地等投入费用；其它投入包括：农药、种子等材料投入费用； 机械覆膜：３７５元 ／ ｈｍ２，机械耕地：６７５元 ／
ｈｍ２；肥料价格：磷酸二铵 ２．５元 ／ ｋｇ，尿素 １．６元 ／ ｋｇ，小麦的市场价格为 ２．４元 ／ ｋｇ
３　 讨论
两个试验年度相比，虽然第一年度生育期有效降水降水量（１４３．６ ｍｍ）低于第二年度（２１１．９ ｍｍ），但第一
年度的产量、收获期生物产量和 ＷＵＥ平均分别明显高于第二年度 １８．８％、１１．８％和 ３９．３％。 这主要有两个方
面原因：第一，第二年度各处理均未施肥，可能影响了生长和产量；第二，与两年度降水和干旱发生的时段有
关。 第一年度播种⁃抽穗期有效降水量（１０５．４ ｍｍ）明显高于第二年度（８５．２ ｍｍ），因此第一年度前期供水状
况较好，营养生长量较大，抽穗后干旱才开始凸显。 而第二年度孕穗前受旱较重，虽然抽穗后降水较多，但前
期干旱已经严重抑制了营养生长和分蘖成穗，导致穗数不足而减产。 由此可见，旱地小麦前期干旱减产损失
更大；从表 １可见，第二年各处理单位面积穗数较第一年度分别平均下降 ３５．３％，而由于后期降水较多，穗粒
数、千粒重反而分别平均提高 １１．９％和 ８．７％。
植株生长量和冠层蒸腾面积虽然第二年度小于第一年度，但各处理生育期耗水量均明显一致高于第一年
度。 生育期总耗水量第二年度平均高出第一年度 １７．０％（４１．０ ｍｍ），其中开花前平均多耗水 ２５．６ ｍｍ，开花后
多耗水 １５．４ ｍｍ，这与第二年度气温总体偏高、导致地温相应推高、加剧了植株蒸腾有关。 第二年度返青⁃成熟
期 ０—２５ ｍｍ土壤温度平均高出第一年度 ３．０℃，其中返青⁃抽穗期平均高出 ３．８℃，开花－成熟期平均高出
２．２℃。
国内外相关研究认为［２，１１，１７，２５］，覆膜的高产建立在高耗水基础之上，本研究结论与之相符。 但单纯的比
较耗水量的意义有限，覆膜的真正作用在于其改变了土壤耗水结构，使得耗水主要用于蒸腾性生产［１５，２１］。 全
地面覆盖的 ＰＢ和 ＰＳＢ的耗水几乎 １００％属于植株蒸腾耗水，考虑到 ＰＢ 和 ＰＳＢ 穴孔和地膜破损，ＰＢ 和 ＰＳＢ
的植株蒸腾耗水比例估计可达 ９５％。 按照收获期生物产量估算 ＷＵＥ，第一和第二年度 ＰＢ 生物产量 ＷＵＥ 最
高，分别为 ４０．５ ｋｇ ｈｍ－２ ｍｍ－１和 ３０．９ ｋｇ ｈｍ－２ ｍｍ－１。 若露地 ＣＫ和半覆盖 ＲＰＲ的生物产量ＷＵＥ与 ＰＢ相同，
则可推算出 ＣＫ第一和第二年度的棵间蒸发（即土壤蒸发）耗水比例分别为 ３１．４％和 ３４．０％，推算结果与前人
普遍研究结果接近（３０％—４０％） ［２９］，同样可推算出半覆盖 ＲＰＲ 两年度土壤蒸发耗水比例分别为 ２１．５％和
２２􀆰 ５％。 ＲＰＲ无覆膜种植带棵间蒸发耗水比例低于 ＣＫ，可能与 ＲＰＲ种植带局部密植、冠层郁闭程度高于 ＣＫ
有关。 冠层大小影响太阳辐射和气流交换、进而可能会降低影响土壤温度、减少土壤蒸发耗水。 无论如何，以
上推算仅仅是建立在简单假设基础上，不同种植方式间的耗水差异和影响因素的可能比想象的更复杂，例如
水温互作、穴孔水分散失的边缘效应等因素对耗水量和耗水结构的影响如何，尚未可知。
本研究发现，覆膜在籽粒高产伴随高生物产量同时，生长冗余也增加，这和前人研究结果一致［３０⁃３３］。 若
３８６２　 ８期 　 　 　 杨长刚　 等：半干旱雨养区不同覆膜方式对冬小麦土壤水分利用及产量的影响 　
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覆膜处理达到 ＣＫ的收获指数，可推算出两年度覆膜分别平均有 ３６２．６ ｋｇ ／ ｈｍ２ 和 ４０８．４ ｋｇ ／ ｈｍ２ 的生物产量可
转化为籽粒产量，相应的，覆膜处理籽粒产量可在原基础上分别提高 ９．１％和 １２．０％，可见通过栽培和育种途
径，削减覆膜生长冗余、实现增产的潜力较大。
比较 ３种覆膜方式的种植效益和农事操作难度，ＰＳＢ 可实现一次覆膜、多茬使用，节省购膜成本，操作简
单，经济效益较高；ＰＢ容易造成苗与膜孔错位，掏苗费工费时，且地膜只能用 １ａ，用膜成本高；ＲＰＲ播种方便，
但播种面积只占土地总面积一半，提高单位面积穗数较困难，同时植株局部拥挤，增产幅度较小，效益较低。
综合考虑，ＰＳＢ是一种高产高效、农事操作简单、适宜推广应用的覆膜种植方式。
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