全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2014, 40(1):101−109 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家科技支撑计划项目(2012BAD09B03, 2011BAD29B09), 国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2011AA100504)和陕西
科技创新项目(2011NXC01-16)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 贾志宽, E-mail: zhikuan@tom.com
第一作者联系方式: E-mail: hjepost@nwsuaf.edu.cn
Received(收稿日期): 2013-03-26; Accepted(接受日期): 2013-09-16; Published online(网络出版日期): 2013-10-22.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20131022.1651.004.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2014.00101
半湿润偏旱区沟垄覆盖种植对冬小麦产量及水分利用效率的影响
韩 娟 1,2 廖允成 2 贾志宽 1,2,* 韩清芳 1,2 丁瑞霞 1,2
1西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院, 陕西杨凌 712100; 2农业部黄土高原作物生理生态与耕作重点实验室 / 西北农林科技
大学农学院, 陕西杨凌 712100
摘 要: 为探索半湿润偏旱区沟垄集雨种植模式下冬小麦田土壤蓄水保墒和节水增产效果, 于 2007—2010 年连续 3
个小麦生长季在渭北旱塬旱农试验站, 研究了不同沟垄集雨种植模式对土壤水分、冬小麦产量和水分利用效率的影
响。设置 3个沟垄集雨处理, 分别是垄上覆盖地膜+沟内不覆盖(P1)、沟内覆盖小麦秸秆(P2)、沟内覆盖液体地膜(P3)
处理, 以传统平作(CK)为对照。P1、P2和 P3处理显著提高冬小麦生育前期 0~20 cm和 20~100 cm的土壤贮水量, 其
中以 P2处理蓄水保墒效果最显著, P3处理由于液态地膜的降解, 仅在小麦生长前期有一定的蓄水保墒作用, 在小麦
的生长后期与 P1处理无显著差异; 各沟垄集雨处理 100~200 cm土壤贮水量与 CK无差异。P2处理对冬小麦平均株
高和生物量影响最大, 3年平均株高和生物量分别较对照提高 26.7%和 60.3%。以 P2处理增产效果最显著, 3年平均
产量和水分利用效率分别较 CK对照提高 39.3%和 35.6%; 且 P1和 P3之间无显著差异。因此, 垄覆地膜、沟覆秸秆
的二元沟垄集雨覆盖种植模式能显著提高冬小麦产量和水分利用效率, 适宜在半湿润偏旱区冬小麦生产中应用。
关键词: 旱作小麦; 节水栽培; 产量; 水分利用效率
Effects of Ridging with Mulching on Yield and Water Use Efficiency in Winter
Wheat in Semi-humid Drought-Prone Region in China
HAN Juan1,2, LIAO Yun-Cheng2, JIA Zhi-Kuan1,2,*, HAN Qing-Fang1,2, and DING Rui-Xia1,2
1 Chinese Institute of Water-Saving Agriculture, Northwest A&F University, Yangling 712100, China; 2 Key Laboratory of Crop Physi-ecology and
Tillage Science in Northwestern loess Plateau, Ministry of Agriculture / College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, China
Abstract: The objective of this study was to explore the effects of the ridge and mulch on soil moisture, grain yield, and water use
efficiency (WUE) in rainfall winter wheat growing region in Weibei Area. In a three-year field experiment from Sept. 2007 to
June 2010, we compared three ridge (for collecting rainfall) and mulch treatments with traditional plat planting as the control
(CK). The ridge was covered with common plastic film and the dent was bare (P1) or covered with either wheat straw (P2) or
degradable film (P3). At the early growth stage of winter wheat, soil water storages in 0–20 cm and 20–100 cm layers were sig-
nificantly higher in all ridge and mulch treatments than in CK, particularly in P2. At late growth stage, the effect of P3 was similar
to that of P1 with no significant difference due to the degradation of the film in dent. However, compared to CK, treatments P1,
P2, and P3 had no effect on soil water storage in 100–200 cm layer. Plant height and biomass of wheat were the largest in P2,
which were 26.7% and 60.3% higher than that of CK, respectively. Moreover, P2 was also the best treatment for grain yield and WUE
with 39.3% increased yield and 35.6% increased WUE over CK. Yield and WUE were similar between P3 and P1 with no significant
difference. Therefore, P2 is recommended as an efficient planting pattern in semi-humid drought-prone wheat region.
Keywords: Rainfed wheat; Water-saving cultivation; Yield; Water use efficiency
冬小麦是我国半湿润偏旱区主要粮食作物, 耗
水量约为 290.8~338.7 mm。我国半湿润易旱区年均
降水量仅 550 mm左右, 且年度间变异大、时空分布
不均, 主要集中于 7月至 9月, 恰与冬小麦生育季节
102 作 物 学 报 第 40卷


相悖, 易造成冬小麦生育期水分亏缺[1-2], 严重限制
该区冬小麦产量[3-4]。因而, 提高自然降水的有效利用
率是实现半湿润偏旱区冬小麦稳产高产的重要途径。
沟垄集雨种植技术是一种通过在田间修筑沟
垄、垄面覆膜、沟内种植作物, 实现降水由垄面向
沟内汇集的田间集水农业技术。该技术能有效改善
作物水分供应状况, 促进作物生长, 提高产量和水
分利用效率, 已成为提高旱区作物生产力的重要措
施之一[5-8]。沟垄集雨种植春玉米, 0~100 cm土层土壤
水分含量比平作增加7%~12%, 玉米株高和生物量分
别较对照增加6.8%~33.5%和7.6%~86.6% [9]。沟垄集雨
种植模式下 , 马铃薯产量较传统平作提高158.6%~
175.0%, 水分利用效率提高23.4%~80.4% [10]。
前人关于沟垄集雨种植蓄水增产研究多为垄面
覆盖、沟内种植的一元沟垄集雨覆盖种植模式, 而
垄面覆盖和种植沟内覆盖相结合的二元沟垄集雨覆
盖种植模式对土壤水分、作物产量和水分利用效率
的影响尚不清楚。本研究对这种二元种植模式下旱
地小麦的产量和水分利用效率进行了探讨, 同时考
虑到覆盖材料对土壤环境的影响, 选取普通地膜作
为垄面覆盖材料, 将秸秆和液态地膜作为种植沟内
覆盖材料, 连续3年定位试验, 旨在筛选渭北旱塬地
区适宜的沟垄集雨种植模式, 为完善半湿润偏旱区
沟垄集雨种植模式提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
2007年9月至2010年6月连续3个小麦生长季 ,
于渭北旱塬的陕西省合阳县甘井镇西北农林科技大
学旱作试验站(34°10′ N, 106°20′ E, 海拔910 m)进行
田间试验。试验地点属典型的黄土高原沟壑区, 年
均气温 11.5 , ℃ 年日照时数 2858.8 h, 年蒸发量
1832.8 mm, 无霜期208 d, 年均降水量550 mm左右。
塿供试土壤为红 土 , 中性偏碱 , 2007年播前表层
(0~20 cm)土壤基础养分为有机质11.36 g kg–1、全氮
0.69 g kg–1、全磷0.66 g kg–1、全钾9.34 g kg–1、速效
氮54.11 mg kg–1、速效磷11.57 mg kg–1、速效钾
113.79 mg kg–1; 土壤平均容重为1.37 g cm−3, pH 8.2。
2007—2008、2008—2009和2009—2010年冬小
麦生育期降雨量分别为261、315和218 mm。3年逐
月降雨量和30年平均月降雨量如图1。
1.2 试验设计
采用沟垄集雨种植模式 , 沟和垄的宽度均为
25 cm, 垄高15 cm, 播前起垄, 垄上覆膜, 沟内种

图 1 冬小麦生育期月降雨量和多年平均月降雨量
Fig. 1 Monthly rainfall in growth stages of winter wheat and
mean monthly rainfall in three years

植。共设4个处理, 分别是平作不覆盖(CK)、垄上覆
地膜沟内不覆盖(P1)、垄上覆地膜沟内覆秸秆(P2)
和垄上覆地膜沟内覆液膜(P3)。每个处理3次重复,
随机区组排列 , 共12个小区 , 小区面积为3.5 m ×
4.0 m = 14.0 m2, 每个小区4垄3沟, 每条种植沟内种
植3行小麦, 行距25 cm, CK与沟垄覆盖种植处理行
距相同。
播种前10 d整地、起垄、垄上覆膜。以纯氮
150 kg hm–2、P2O5 120 kg hm–2、K2O 90 kg hm–2为基
肥一次性施入种植沟内, 各处理施肥量一致。试验
所用普通地膜由山西运城塑料厂生产, 液态地膜由
浙江艾克泰投资有限公司生产 , 于播后第2天按推
荐用量1︰9兑水稀释 , 用喷雾器均匀喷洒于沟内 ,
覆盖当地小麦秸秆, 覆盖量为4500 kg hm–2, 播后第
2天均匀覆盖于土壤表面, 整个生育期不灌水。
供试小麦品种为晋麦47, 播种期为2007年9月
20日、2008年9月13日和2009年9月26日, 收获期为
2008年6月20日、2009年6月8日和2010年6月26日。
收获当季作物后, 不变动垄, 仅在种植沟翻耕, 第2
年重新整地并在原垄上覆盖地膜, 沟中覆盖秸秆或
液态地膜。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 土壤水分 在小麦播种期、分蘖期、拔节
期、抽穗期、灌浆期和成熟期, 采用土钻烘干法取
0~200 cm土样, 每 20 cm为一个土层, 测定土壤含
水量。沟垄种植区在沟中取样。
E=C×ρ×H×10 (1)
式中, E为贮水量(mm), C为土壤水分质量分数(%), ρ
为土壤容重(g cm–3), H为土层深度(cm)。因试验区地
下水位较低, 多在几十米以下, 地下水供给忽略不计。
第 1期 韩 娟等: 半湿润偏旱区沟垄覆盖种植对冬小麦产量及水分利用效率的影响 103


ET=P+ΔW (2)
式中, ET为阶段耗水量(mm), P为降水量(mm), ΔW为
时段内土壤贮水量的变化(mm)。
WUE=Y/ET (3)
式中, WUE为水分利用效率(kg mm–1 hm–2), Y为小麦
籽粒产量(kg hm–2), ET为耗水量(mm)。
1.3.2 株高和地上部生物量 分别在冬小麦分蘖
期、拔节期、抽穗期选取具有代表性的植株测定株
高; 在冬小麦分蘖期、拔节期、抽穗期、灌浆期和
成熟期测定地上部干物质重, 每个小区选取 5 株,
测定株高后将植株于 120℃杀青 2 h、80℃烘至恒重,
测其干重。
1.3.3 产量 收获期去边行, 各小区收割 1 m2,
测定穗数、穗粒数和粒重, 计算产量。
1.4 节水增产效果计算方法
采用单位粮食生产节水量和单位耗水量增产进
行处理间比较[12]。
1.4.1 单位粮食生产下的节水量和节水率 若常
规栽培的耗水量为W1, 产量为Y1, 沟垄集雨种植模
式的耗水量为W2, 产量为Y2, 则单位粮食生产下不
同沟垄集雨种植比对照节水量 (ΔW)近似为ΔW =
W1/Y1 − W2/Y2; 单位粮食生产下不同沟垄集雨种植
比对照节水率βW = ΔWY1/W1 × 100%。
1.4.2 单位耗水量时的增产量和增产率 假设同
上 , 则单位耗水量下不同沟垄集雨种植比对照增
产量(ΔY)近似为 ΔY = Y2/W2 − Y1/W1; 单位耗水量
下不同沟垄集雨种植比对照增产率 βy = ΔYW1/Y1 ×
100%。
1.5 统计分析
采用Microsoft Excel 2007和SAS 8.01统计软件
处理和分析, 并用LSD法进行多重比较(P≤0.05)。
2 结果与分析
2.1 不同处理对小麦不同生育期土壤水分的影响
各处理 0~200 cm 不同土层土壤水分变化呈现
出相同的规律, 0~20 cm和 20~100 cm土层波动剧烈,
100~200 cm土层变化平缓。受年际间降雨量大小和
分布的影响 , 年际间动态变化呈现出不同规律 ,
2007—2008年各处理 0~20 cm和 20~100 cm土层土
壤水分含量在分蘖期达到最低值, 2008—2009 年在
拔节期达到最低值, 而 2009—2010年在灌浆期达到
最低值(图 2)。这主要是由于 2007年 11月冬小麦分
蘖期和 2009 年 3 月拔节期降雨量较少(1.6 mm 和
19.8 mm), 而 2010年灌浆期冬小麦处于需水关键时
期, 耗水量达到最大。
沟垄集雨处理能显著增加0~20 cm土层土壤贮
水量, 其中以P2处理蓄水保墒效果最显著, 较P1和
P3处理分别提高8.3%和6.7% (2007—2008)、5.9%和
4.0% (2008—2009)及8.6%和5.1% (2009—2010)。播
种至拔节期 , 各沟垄集雨处理蓄水保墒效果显著 ,
P1、P2和P3处理3年平均土壤贮水量分别较CK提高
8.2%、12.7%和11.1%, 其中以P2和P3处理最高。受
这一时期降雨量时间分布的影响, 2007—2008年P2
和P3处理0~20 cm土壤贮水量分别较P1提高6.2%和
3.9%, 而其他两年中P2和P3处理平均土壤贮水量较
P1提高4.2%和2.7%。抽穗至灌浆期, 随着小麦生育
进程, P3处理由于液态地膜的降解, 集雨保墒效果
减弱, P2处理土壤平均贮水量显著高于其他各处理,
2007—2008年较P3处理高10.9%, 2008—2009年高
6.5%, 2009—2010年高12.4%。P1和P3处理之间无显
著差异。
播种至拔节期 , 各沟垄集雨处理20~100 cm土
壤贮水量均显著高于CK, 以P2最高, P3其次。P2处
理20~100 cm土壤贮水量分别较P1和CK高4.5%、
9.1% (2007—2008)和5.0%、13.0% (2008—2009), P2
和 P3差异不显著 , 而 2009—2010年 P2处理 20~
100 cm土壤贮水量分别较P1、P3和CK高6.6%、3.8%
和11.1%, P2和P3处理差异显著, 这主要是因为P3处
理的液态地膜易在外界环境条件的影响下受损。
抽穗期至灌浆期, 各沟垄集雨处理蓄水保墒效
果显著高于CK, 其中P2 20~100 cm土壤贮水量较P1
和P3分别高8.3%和6.7% (2007—2008)、5.9%和4.0%
(2008—2009)及8.6%和5.1% (2009—2010); P1和P3
处理间无显著差异。
播种至拔节期, 2007—2008年和 2008—2009年
各沟垄集雨处理 100~200 cm土壤贮水量均高于 CK,
其中 P2 处理 2007—2008 年分别较 P1、P3 高 4.2%
和 1.3%, 2008—2009年高 5.2%和 2.1%; 2009—2010
年, P1、P2和 P3处理 100~200 cm土壤贮水量较 CK
略有降低 , 但差异不显著 , 这可能是因为 2009—
2010年这一阶段的降雨量较少(136.60 mm)。抽穗期
至灌浆期, 各沟垄集雨处理土壤平均贮水量较 CK
略有降低, 但均无显著差异。
3年试验结果有相似趋势 , 沟垄集雨种植能够
显著提高小麦生育期0~100 cm土层土壤贮水量, 以
P2最高, P3和 P1次之。P2的0~100 cm平均土壤贮水
量较 P1和 P3高4.8%和2.8% (2007—2008)、5.4%和
2.9% (2008—2009)、3.3%和4.6% (2009—2010)。
104 作 物 学 报 第 40卷



图 2 2007–2010年冬小麦生育期 0~20 cm、20~100 cm、100~200 cm土层土壤水分动态变化
Fig. 2 Dynamic changes of soil water storage in 0–20 cm, 20–100 cm, and 100–200 cm layers during different growth
stages in 2007–2010
误差线代表 LSD (P≤0.05)。S: 播种期; T: 分蘖期; J: 拔节期; H: 抽穗期; F: 灌浆期; M: 成熟期。P1: 垄上覆盖地膜+沟内不覆盖;
P2: 沟内覆盖小麦秸秆; P3: 沟内覆盖液体地膜。
Error bars are the LSD at P≤0.05. S: sowing stage; T: tillering stage; J: jointing stage; H: heading stage; F: filling stage; M: maturity stage.
P1: the ridge was covered with common plastic film and the dent was bare; P2: the ridge and the dent was covered with wheat straw;
P3: the ridge and the dent was covered with degradable film.

第 1期 韩 娟等: 半湿润偏旱区沟垄覆盖种植对冬小麦产量及水分利用效率的影响 105


2.2 不同处理对小麦株高和生物量的影响
在分蘖期 , 各沟垄集雨处理3年平均株高均显
著高于 CK, P2和 P3之间无显著差异 (图 3)。
2007—2008年和2008—2009年, P2株高分别较CK高
29.4% 和 28.4%, 较 P3 分 别 高 27.8% 和 31.6%;
2009—2010年, P2、P3的株高分别较CK高35.7%和
40.8%。拔节至抽穗期, P1、P2和P3的株高均显著高
于CK, 其中P2对株高影响最大, 2007—2008年分别
较P1和P3高10.7%和11.5%, 2008—2009年高7.0%和
5.8%, 2009—2010年高6.2%和4.8%; P1和P3间无显
著差异。3年结果表明, 3个沟垄集雨处理株高均显著
高于CK, 分别较CK高16.6%、26.7%和20.1%, 说明
沟垄集雨种植能促进冬小麦生长。
小麦单株生物量动态变化与株高相似, 3年的趋
势相同(图4)。分蘖期, P2和P3的平均单株生物量显
著高于P1和CK, 较P1高 27.9%和 15.8%, 较CK高
90.0%和76.4%。拔节至成熟期, 各沟垄集雨处理单
株生物量均显著高于CK, 以P2处理最高, 较P1和P3
分别高15.6%和17.2% (2007—2008)、17.3%和17.5%
(2008—2009)、22.0%和15.0% (2009—2010)。P3与
P1效果相近。3年平均, P1、P2和P3处理单株生物量
分别较CK高34.7%、60.3%和38.5%, 说明沟垄集雨
种植能明显提高冬小麦单株生物量。
2.3 不同处理对小麦产量和水分利用效率的影响
3年各沟垄集雨处理冬小麦产量较CK均有显著
增加; 由于降雨量的不同, 年际间的各集雨处理较

图 3 不同处理各生育期的株高
Fig. 3 Plant height at various growth stages in different treatments

图 4 不同处理各生育期的单株生物量
Fig. 4 Biomass per plant at various growth stages in different treatments
S: 播种期; T: 分蘖期; J: 拔节期; H: 抽穗期; F: 灌浆期; M: 成熟期。
S: sowing stage; T: tillering stage; J: jointing stage; H: heading stage; F: filling stage; M: maturity stage.
106 作 物 学 报 第 40卷


CK 增产效果表现为 2008—2009 > 2009—2010 >
2007—2008 (表 1)。P1、P2和 P3处理分别较 CK增
产 20.18%、39.3%和 18.6%, P2增产效果最明显。与
P1和 P3相比, P2增产率 2007—2008年为 17.1%和
15.9%, 2008—2009年为 13.6%和 17.5%, 2009—2010
年为 17.1%和 18.9%。P1和 P3的产量无显著差异。
2007—2010年各沟垄集雨处理水分利用效率较
CK显著提高(图 5), P1、P2和 P3平均水分利用效率
处理分别较 CK 高 19.8%、35.6%和 16.5%, 其中以
P2处理最高, 2007—2008年分别较 P1和 P3高 15.3%
和 14.6%, 2008—2009 年高 9.4%和 17.2%, 2009—
2010年高 14.6%和 17.7%。
2.4 节水增产效果分析
3 年试验结果表明, 各沟垄覆盖种植模式的节
水增产效果均高于对照。P1、P2 和 P3 处理 3 年平
均单位粮食生产节水量分别为 16.1%、25.1%和
13.9%, 单位耗水量的增产量分别为 19.5%、35.3%
和 15.8%, 其中以 P2 处理效果最为显著, 单位粮食
生产节水量和单位耗水量的增产量分别达到
0.24 m3 kg–1和 0.21 kg m–3 (表 2)。

表 1 不同处理冬小麦 2007–2010年的产量表现
Table 1 Yield of winter wheat in different treatments in 2007–2010
2007–2008 2008–2009 2009–2010 处理
Treatment 产量
Yield (kg hm–2)
增产率
Increased rate (%)
产量
Yield (kg hm–2)
增产率
Increased rate (%)
产量
Yield (kg hm–2)
增产率
Increased rate (%)
CK
P1 4476.42 b 15.99 4013.85 b 26.62 4128.03 b 17.94
P2 5245.12 a 35.90 4560.66 a 43.90 4832.98 a 38.08
P3 4525.06 b 17.24 3881.74 b 22.48 4064.39 b 16.12
增产率为比 CK增加的百分率。同一年度中, 产量后不同字母表示处理间差异显著(P < 0.05)。
Increased rate is the percentage over CK. In each year, values followed by different letters are significantly different at P < 0.05.

表 2 不同处理的节水增产效果
Table 2 Effects of water-saving and yield promotion in different treatments
单位粮食生产 Per kilo gram of grain 单位耗水量 Per cubic meter of water 处理
Treatment
耗水量
Water consumed
(m3 hm–2)
产量
Yield (kg hm–2) 节水量
Water saved (m3 kg–1)
节水率
Percentage (%)
增产量
Yield increased (kg m–3)
增产率
Percentage (%)
CK 3280 3509
P1 3284 4206 0.15 16.05 0.21 19.53
P2 3368 4879 0.24 25.08 0.38 35.34
P3 3340 4157 0.13 13.91 0.17 15.81
耗水量和产量均为 3年平均值。Water consumed and yield are the average across three years.


图 5 2007–2010年不同处理的水分利用效率
Fig. 5 Water use efficiency in different treatments in
2007–2010
3 讨论
沟垄集雨种植模式能有效蓄存自然降水, 减少
蒸发, 显著增加土壤含水量, 从而改善土壤水分状
况, 提升作物对降水的利用效率[12-13]。本研究结果
表明, 各沟垄集雨处理均能显著提高0~200 cm土层
土壤贮水量, 其中P2处理的效果最显著, P1和P3处
理之间差异不明显, 说明P2和P3处理虽然都是沟垄
二元覆盖方式, 但是蓄水保墒效果由于沟内覆盖材
料的不同而出现差异, 和沟覆液态地膜相比, 沟覆
秸秆能在小麦全生育期通过增加降雨入渗、降低土
壤温度和抑制棵间蒸发提高土壤含水量[14-15], 但是
沟覆液态地膜的蓄水保墒效果却并不明确。本研究
第 1期 韩 娟等: 半湿润偏旱区沟垄覆盖种植对冬小麦产量及水分利用效率的影响 107


发现播种至拔节期P2、P3处理在0~20 cm和20~
100 cm土层土壤贮水量均明显高于P1, 且二者蓄水
效果相似, 这可能是因为在小麦生育前期, 作物植
株小 , 地表覆盖度较少 , 与沟内不覆盖相比 , 沟内
覆盖秸秆和液态地膜能够显著抑制株间蒸发。但在
抽穗期至成熟期, P2和P3处理0~20 cm和20~100 cm
土层土壤贮水量之间出现明显差异, P2处理土壤贮
水量显著高于P1、P3处理, 其原因可能是在这一阶
段气温升高、降雨量逐渐增多, P3处理中的液体地膜
受到外界环境条件的影响开始降解, 蓄水保墒能力
下降 [16], 同时小麦进入生殖生长阶段, 生长进入旺
盛阶段 , 耗水量不断增大。各沟垄集雨处理100~
200 cm土层3年平均土壤贮水量在冬小麦播种至拔
节期均高于CK, 但是在抽穗期至灌浆期较CK略有
降低, 可能原因是, 小麦生长前期主要利用浅中层
土壤水 , 进入生殖生长阶段 , 小麦生长旺盛 , 耗水
量增大, 主要利用了中层和深层土壤水, 而沟垄集
雨处理增加了前期的深层土壤水, 到了后期, 深层
土壤水分由于向浅中层输送而减少[17]。
杨青华等 [18]研究发现, 与不覆盖相比, 液体地
膜覆盖棉田0~20 cm土层土壤含水量提高0.86%~
1.76%。本研究中冬小麦全生育期, P3处理虽然在生
长前期(播种至拔节期)有一定的蓄水保墒作用, 但
是并不稳定, 生长中后期(抽穗期至成熟期)与P1处
理土壤贮水量无差异, 这可能是由于液体地膜喷施
的用量和喷施方法不同[19]。
沟垄集雨系统能够通过改善土壤水分状况进而
促进作物的生长发育[20]。王晓凌等[21]研究发现, 沟
垄集雨种植玉米株高较对照增加6.5%~10.5%, 生物
量增加14.0%~38.7%。本研究发现, 沟垄集雨模式下,
冬小麦的株高和单地上部生物量较对照均显著增加,
以P2处理的提高幅度最大, 3年平均株高和生物量较
对照分别提高26.7%和60.3%, 其次是P3处理, 株高
和生物量分别较CK提高20.1%和38.5%。这表明沟垄
两元覆盖能有效改善土壤水分条件, 促进作物生长,
效果显著优于单元覆盖模式[22]。同时, 本研究发现
P2、P3处理对冬小麦生长前期(分蘖期)株高和生物
量的促进作用高于生长后期(拔节期之后), 分析其
原因, 一方面是生育前期降雨量较少, 与对照相比
沟垄集雨处理能够明显改善冬小麦根部水分状况 ,
促进生长 , 而生长后期 , 随着降雨量的增多 , 沟垄
集雨种植的集雨优势逐渐降低, 另一方面是P3处理
的液膜降解使蓄水保墒能力下降, 相应地, 对冬小
麦株高和生物量的影响也逐渐减弱。
沟垄集雨种植模式能够有效改善土壤水分状况,
增加籽粒产量, 从而提高作物水分利用效率[23-24]。
王俊鹏等 [25]在宁南旱区研究表明, 与平作相比, 沟
垄集雨种植玉米产量提高67.9%~71.0%, 水分利用
效率达到13.84~21.76 kg mm–1 hm–2。本研究获得相
似结果, 在不同的降雨年型, 沟垄集雨种植均显著
提高冬小麦产量和水分利用效率, 其中以P2处理提
升幅度最大, 产量和水分利用效率分别较对照提高
35.9%~43.9%和33.6%~35.8%, 这表明垄上覆盖地膜
沟内覆秸秆二元覆盖方式能把蓄集的雨水最大限度
地保存在作物根系分布最密集的区域, 使作物种植
区的水分增加, 同时沟内秸秆覆盖通过抑制棵间蒸
发促进了蒸腾, 改善了株间蒸发与叶面蒸腾耗水比
例 [26], 促进了土壤中的无效水分转化为有效水分 ,
因而提高了冬小麦产量和水分利用效率。在旱地夏
玉米上采用液体地膜覆盖比不覆盖增产 15.6%~
57.0% [27]。本研究在小麦上发现, P1和P3处理产量和
水分利用效率并未表现出明显差异, 说明沟内覆盖
液体地膜的增产效果不稳定, 这可能是由于液体地
膜喷施的用量和喷施方法不同[28]。
沟垄集雨种植模式的增产效应随着降雨量大小
和分布变化而不同, 随着生育期降雨量的增加, 沟
垄种植的增产效果降低[9]。本研究中各集雨处理的
增产效果在年度间亦有变化, 表现为2008—2009 >
2009—2010 > 2007—2008, 与小麦生育期内降雨量
的分布有很大关系。
4 结论
沟垄集雨种植模式能显著改善农田土壤水分状
况, 促进冬小麦的生长发育, 从而显著提高冬小麦
产量和水分利用效率, 其中垄覆地膜沟覆秸秆处理
提高幅度最大, 3年平均产量和水分利用效率分别较
传统平作提高 39.3%和 35.6%。而且垄覆地膜沟覆秸
秆处理节水增产效果最显著, 单位粮食生产节水量
较传统平作提高了 25.1%, 单位耗水量的增产量提
高了 35.3%。因此, 垄覆地膜沟覆秸秆模式作为旱地
冬小麦节水增产栽培模式, 在半湿润偏旱区农业生
产中具有重要的应用前景。
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