全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2012, 38(8): 1504−1512 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由 CGIAR水和粮食挑战计划——黄河流域旱作保护性耕作项目(CPWFYRB200503), 内蒙古农业大学科技创新团队建设项目
(NDTD2010-8)和中国农业大学与内蒙古农业大学两校合作基金项目资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 刘景辉, E-mail: cauljh@yahoo.com.cn, Tel: 0471-87281507
第一作者联系方式: E-mail: guoxiaoxia2008@126.com, Tel: 13739987792
Received(收稿日期): 2012-02-27; Accepted(接受日期): 2012-04-20; Published online(网络出版日期): 2012-06-04.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20120604.1004.004.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2012.01504
免耕轮作对内蒙古地区农田贮水特性和作物产量的影响
郭晓霞 刘景辉* 田 露 张星杰 李立军 张向前
内蒙古农业大学农学院, 内蒙古呼和浩特 010019
摘 要: 2005—2011年, 在内蒙古清水河县进行了免耕留高茬覆盖(NHS)、免耕留低茬覆盖(NLS)、免耕留高茬(NH)、
免耕留低茬(NL)和常规耕作(T) 5种耕作方式与 3种轮作模式(燕麦-大豆-玉米、大豆-玉米-燕麦和玉米-燕麦-大豆)对
土壤贮水特性和作物产量影响的研究。结果表明, 不同免耕轮作处理中以免耕留茬覆盖结合燕麦-大豆-玉米轮作模式
对土壤贮水量的提高程度最大, 增幅为常规耕作的 35.66%~41.63%。不同免耕轮作模式均能提高作物水分利用效率
和作物产量, 且作物产量高低与降雨量的变化趋势一致。第 1个轮作周期后 NHS、NLS、NH和 NL分别较 T作物水
分利用效率增加 43.77%、31.45%、26.74%和 13.91%, 作物产量增加 29.68%、27.69%、18.05%和 15.66%。第 2个轮
作周期内由于干旱比较严重, 免耕方式结合燕麦-大豆-玉米模式效果较轮作第 1个周期有所下降, 但 NHS、NLS、NH
和 NL仍分别较 T作物水分利用效率增加 29.83%、20.51%、6.18%和 3.15%, 作物产量增加 17.52%、13.60%、4.33%
和 1.95%。因此, 在土壤水分基本来源于自然降水的内蒙古旱作区, 免耕轮作能够提高土壤蓄水保墒能力, 增加作物
产量, 尤其以免耕秸秆覆盖结合燕麦-大豆-玉米模式效果最佳。
关键词: 免耕轮作; 土壤贮水量; 产量; 作物水分利用效率; 降雨量
Effects of No-Tillage with Rotation on Soil Water Retaining Properties and
Crop Yield in Inner Mongolia
GUO Xiao-Xia, LIU Jing-Hui*, TIAN Lu, ZHANG Xing-Jie, LI Li-Jun, and ZHANG Xiang-Qian
Agronomy College, Inner Mongolia Agricultural University, Huhhot 010019, China
Abstract: In 2005–2011, the effects of five tillage methods including no-tillage with high stubble mulching (NHS), no-tillage
with low stubble mulching (NLS), no-tillage with high stubble (NH), no-tillage with low stubble (NL), and conventional tillage (T)
combined with three rotation patterns(oat-soybean-corn, soybean-corn-oat, corn-oat-soybean) on water retaining properties and
crop yield were studied in Qingshuihe county of Inner Mongolia. The results showed that no-tillage combined with rotations in-
creased the soil water retaining capacity, and there was a positive correlation between soil water storage and rainfall. Among dif-
ferent treatments, the two no-tillage with stubble mulching combined with oat-soybean-corn rotation had the biggest effect to in-
crease the soil water storage that was 35.66–41.63% higher as compared with conventional tillage. All the no-tillage methods
combined with rotation patterns were able to increase crop water use efficiency and crop yield that was positively correlated with
rainfall. After the first rotation cycle, compared with conventional tillage, the soil water use efficiency of NHS, NLS, NH, and NL
increased by 43.77%, 31.45%, 26.74%, and 13.91%, the crop yield increased by 29.68%, 27.69%, 18.05%, and 15.66%. In the
second rotation cycle, the drought was serious, which resulted in the decreased effects of no-tillage combined with
oat-soybean-corn rotation, but the crop water use efficiency of NHS, NLS, NH and NL increased by 29.83%, 20.51%, 6.18%, and
3.15%, the crop yield increased by 17.52%, 13.60%, 4.33%, and 1.95%, as compared with conventional tillage. So in the arid area
of Inner Mongolia where the rainfall is the major source of soil water, no-tillage combined with rotation can improve the ability of
storing moisture in soil, and increase crop yield, especially the no-tillage with stubble mulching combined with oat-soybean-corn
rotation.
Keywords: No-tillage with rotation; Soil water storage; Yield; Crop water use efficiency; Rainfall
第 8期 郭晓霞等: 免耕轮作对内蒙古地区农田贮水特性和作物产量的影响 1505


内蒙古黄土高原地区为中国古老的雨养农业区,
由于侵蚀和干旱的影响, 该地区粮食产量一般低于
2.0 t hm–2, 为全国土壤生产力的低产水平[1]。黄土高
原土壤疏松多孔, 有效含水量在 12%~15%之间, 持
水孔隙可达 25%~30%, 具有极强的蒸发性能, 保水
能力差 , 且地下水埋藏较深 , 无上行补给的可能 ,
降水成为该区域土壤水分的唯一补给来源。自然降
水的大量流失和无效蒸发造成旱地作物产量低而不
稳, 如果能减少径流和蒸发等土壤水分的无效损失,
便可显著提高作物的生产力水平和水分生产效率。
作物产量是一个系统管理水平与生产力的综合
反映, 也是衡量一种耕作方式和轮作模式好坏的主
要标志之一[2]。免耕等保护性耕作可以通过增加土
壤肥力和养分有效性 , 提高水分利用率 [3], 从而为
作物生长创造良好的条件, 使作物产量结构显著优
化, 有明显的增产效应[4-5]。康红等[6]通过 5 年的长
期定位试验研究表明, 免耕覆盖初期小麦产量显著
降低, 几年后产量呈上升趋势。免耕通过提高土壤
根系活性, 延缓地上部衰老, 改善作物光合特性[7-8],
优化土壤水动态变化过程[9], 有助于土壤蓄水保墒,
提高水分利用效率, 促进作物生长发育 [10-11], 从而
提高作物产量。汪忠华等[12]的研究表明, 免耕秸秆
覆盖种植小麦的增产幅度与降水天数、降水大小和
两次降水最大间隔期等因素有关, 在降水量小, 降
水天数少, 2次降水最大间隔期大, 日最大降水量大
的气象条件下, 其增产幅度较大, 反之则较小。不同
作物对水分、养分的需求与适应性不同, 轮作可以
充分利用土壤有利条件, 对我国旱作雨养农业生产
区提高产量具有重要的意义。休闲轮作具有良好的
蓄水保墒作用[13], 不同轮作顺序提高了土壤表层含
水量及土壤贮水量[14], 增加作物干物质量, 使作物
产量及水分利用效率进一步提高。合理轮作是提高
作物产量的一项经济有效的农业措施, 国内外大量
的生产实践和长期研究均表明, 在农业生产过程中,
轮作在提高作物产量上有着重要的作用, 不需要增
加过多的人力、物力, 只是将作物合理轮作倒茬, 便
可获得较高的效益[15]。免耕与轮作对土壤水分、作
物产量影响的研究已取得一定成果, 但长期免耕结
合轮作对土壤贮水特性及作物产量影响的研究较少,
也鲜见针对降雨波动性大的黄土高原雨养农业区的
研究报道。
本研究在内蒙古黄土高原旱作区布设长期定位
试验, 将免耕与轮作相结合, 探讨其对作物产量和
土壤贮水特性的影响机制, 以期获得该地区适宜的
节水增产免耕轮作模式, 为改善干旱、半干旱地区
生态环境、促进农业可持续发展提供技术支撑和理
论依据。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
内蒙古清水河县(111°39′E, 39°57′N)的试验区
水浇地不足 2 000 km2, 97%以上为梁坡旱地, 属黄
土高原丘陵沟壑区, 平均海拔 1 374 m, 年平均温度
7.1 , ℃ ≥10℃积温 2 370 , ℃ 无霜期 140 d, 年日照时
数为 2 914 h, 年平均大风(指瞬间风速达 17 m s–1,
即 8 级以上)日数达 19 d, 年总辐射量为 570.6 kJ
cm–2, 年均降雨量 365 mm, 年蒸发量 2 577 mm, 属
典型的中温带半干旱大陆性季风气候。
1.2 试验设计
2005—2011年, 设免耕留高茬覆盖(NHS)、免耕
留低茬覆盖(NLS)、免耕留高茬(NH)、免耕留低茬
(NL)和常规耕作(T) 5 种耕作方式和 A (燕麦-大豆-
玉米)、B (大豆-玉米-燕麦)、C (玉米-燕麦-大豆) 3
种轮作模式, 重复 3次。T处理采用翻耕, 分别于作
物收获后和播种前各耕作 1次, 耕深 15 cm左右; 免
耕处理在作物收获后至播种前, 不搅动土壤, 利用
残茬和秸秆覆盖地表 , 采用中国农业大学研发的
2MB-5 型免耕播种机播种, 留茬处理中高茬为 20
cm, 低茬为 10 cm, 覆盖处理在收获后以秸秆覆盖
90%以上地表, 秸秆覆盖量为 4 500 kg hm–2。供试作
物为玉米(哲单 7号)、燕麦(雁红 10号)、大豆(吉育
47)。试验地土壤为栗褐土, 土壤总孔隙度为43.65%, 团聚
体为118.8 g kg–1, 含有机质 10.96 g kg–1、全氮 0.49 g
kg–1、全磷 0.43 g kg–1、碱解氮 35.10 mg kg–1、速效
磷 4.55 mg kg–1、速效钾 118.90 mg kg–1。
1.3 测定方法
在作物生育时期内每间隔 15~20 d 采用铝盒烘
干称重法测定一次 1 m (0~10 cm, 10~20 cm, 20~40
cm, 40~60 cm, 60~80 cm, 80~100 cm)深土层土壤含
水量; 同时在播前采用环刀法测定 1 m (0~10 cm,
10~20 cm, 20~40 cm, 40~60 cm, 60~80 cm, 80~100
cm)深土层土壤容重。土壤贮水量(W)=土壤重量含
水量(%)×土壤容重(g cm–3)×土层厚度(cm)×10/100,
单位是 mm。
在播种前与收获后测定 2 次 2 m (0~10 cm,
10~20 cm, 20~40 cm, 40~60 cm, 60~80 cm, 80~100
cm, 100~120 cm, 120~160 cm, 160~200 cm)土层土壤
1506 作 物 学 报 第 38卷

含水量和土壤容重。作物水分利用效率 WUE (kg
mm–1 hm–2) = Y/ET, 式中, Y表示单位面积作物产量
(kg hm–2), ET (mm)表示作物生长期间的蒸散量 ,
ET = P − ΔS, 其中 P是作物生长期间的降雨量(mm),
ΔS 是收获期与播种期 0~200 cm 土壤贮水量之差
(mm)。
降雨量来自当地(清水河县)气象局提供的气象
资料。
1.4 数据分析
采用 SAS 9.0软件进行试验数据的方差分析。
2 结果与分析
2.1 免耕轮作对作物产量的影响
由表 1可知, 实施免耕的前 3年, 作物产量不稳

表 1 免耕轮作对作物产量的影响
Table 1 Effects of no-tillage with rotation on crop yield (kg hm–2)
燕麦 Oat 大豆 Soybean 玉米 Corn 年份
Year
处理
Treatment 籽粒产量
Grain yield
秸秆产量
Straw yield
籽粒产量
Grain yield
秸秆产量
Straw yield
籽粒产量
Grain yield
秸秆产量
Straw yield
No-tillage 1794.6 b 4002.0 b 582.4 b 873.6 b 4909.0 b 19636.0 b 2005
T 2217.8 a 4945.7 a 1008.2 a 1512.3 a 5432.0 a 21728.0 a
NL 1701.9 e 3795.2 e 526.2 d 789.3 d 3761.7 e 15046.8 e
NLS 1934.1 c 4313.0 c 562.8 c 844.2 c 4527.5 c 18110.0 c
NHS 2020.8 b 4506.4 b 597.2 b 895.8 b 4633.4 b 18533.6 b
NH 1817.3 d 4052.6 d 555.3 c 833.0 c 4014.5 d 16058.0 d
2006
T 2253.0 a 5024.2 a 1188.0 a 1782.0 a 4979.0 a 19916.0 a
NL 2003.9 e 4468.7 e 1871.3 d 2807.0 e 4012.2 d 16048.8 d
NLS 2276.8 b 5077.3 b 2019.3 b 3029.0 b 4769.7 a 19078.8 a
NHS 2358.7 a 5259.9 a 2195.5 a 3293.3 a 4788.7 a 19154.8 a
NH 2061.5 d 4597.1 d 2008.6 b 3012.9 c 4354.6 c 17418.4 c
2007
T 2167.8 c 4834.2 c 1954.6 c 2931.9 d 4541.3 b 18165.2 b
NL 2113.9 c 4709.5 d 1881.9 d 2826.5 d 5409.7 d 21001.6 d
NLS 2339.3 a 5221.8 b 2089.8 b 3139.0 b 5972.4 b 23895.3 b
NHS 2384.8 a 5326.4 a 2211.1 a 3320.6 a 6065.8 a 24271.1 a
NH 2168.4 b 4943.9 c 2010.1 c 3013.5 c 5521.9 c 21499.6 c
2008
T 1844.1 d 4106.3 e 1710.6 e 2551.9 e 4677.4 e 18701.3 e
NL 1223.2 c 2727.7 c 409.1 d 613.7 c 3012.8 d 12051.2 e
NLS 1297.6 b 2893.6 b 425.6 bc 638.4 b 3357.9 b 13431.6 c
NHS 1316.8 b 2936.5 b 430.4 b 645.6 b 3396.4 b 13585.6 b
NH 1237.0 c 2758.5 c 413.8 cd 620.7 c 3082.3 c 12329.2 d
2009
T 1481.4 a 3303.5 a 470.8 a 706.2 a 3825.1 a 15300.4 a
NL 1342.6 c 2994.0 c 509.7 b 764.6 d 3201.5 c 12806.0 d
NLS 1459.8 b 3255.4 b 521.8 b 782.7 c 3523.1 b 14092.4 b
NHS 1491.6 ab 3326.3 a 536.9 a 805.4 b 3896.4 a 15585.6 a
NH 1361.4 c 3035.9 c 513.2 b 769.8 d 3259.3 c 13037.2 c
2010
T 1502.3 a 3350.1 a 545.3 a 818.0 a 3923.6 a 15694.4 a
NL 1936.4 c 4311.2 d 542.3 cd 810.4 d 4322.5 d 17282.3 d
NLS 2256.9 b 5038.7 b 578.6 ab 869.3 b 4816.5 b 19271.5 b
NHS 2310.6 a 5156.9 a 598.2 a 901.5 a 4982.3 a 19936.8 a
NH 1971.2 c 4391.6 c 561.3 bc 840.2 c 4423.1 c 17691.3 c
2011
T 1852.3 d 4125.2 e 523.4 d 779.6 e 4239.7 e 16953.2 e
NL: 免耕留低茬; NLS: 免耕留低茬覆盖; NHS: 免耕留高茬覆盖; NH: 免耕留高茬; T: 常规耕作。表中同年同列内标以不同字母
者在 0.05水平上差异显著。
NL: no-tillage with low stubble; NLS: no-tillage with low stubble mulching; NHS: no-tillage with high stubble mulching; NH:
no-tillage with high stubble; T: conventional tillage. Values followed by different letters within the same year and same column are signifi-
cantly different at the 0.05 probability level.
第 8期 郭晓霞等: 免耕轮作对内蒙古地区农田贮水特性和作物产量的影响 1507


定, 甚至减产, 第 4年免耕增产效应有所显现, 总体
表现为 NHS>NLS>NH>NL>T。以 2008年籽粒产量
为例, 在轮作 1 个周期后, 燕麦-大豆-玉米模式中,
NL、NLS、NHS、NH分别较 T高 15.66%、27.69%、
29.68%、18.05%; 大豆-玉米-燕麦模式中, NL、NLS、
NHS、NH分别较 T高 14.63%、26.85%、29.32%、
17.59%; 玉米-燕麦-大豆模式中, NL、NLS、NHS、
NH分别较 T高 10.01%、22.17%、29.26%、17.51%。
在第 2 个轮作周期开始时, 遇较严重干旱, 使 2009
年作物产量相对前一年大幅度下降, 并且表现为常
规耕作大于免耕各处理, 说明在严重干旱的情况下,
免耕处理的产量相对常规耕作有减产效应。但随着
降雨量的逐年增加, 免耕处理的作物产量呈增加趋
势, 尤其是留茬覆盖 2 个处理。在第 2 个轮作周期
后, NLS 和 NHS 的籽粒产量在燕麦-大豆-玉米、大
豆-玉米-燕麦、玉米-燕麦-大豆 3种轮作模式中分别
较 T 提高 21.84%和 24.74%、10.55%和 14.29%、
13.60%和 17.52%。通过 5种耕作方式结合 3种轮作
模式分别在 2 个轮作周期后的比较结果表明, 燕麦-
大豆-玉米模式与免耕留茬覆盖处理相结合具有较
好的增产效果。通过 2005—2011 年的试验可知, 3
种轮作模式结合免耕方式的秸秆产量变化趋势与籽
粒产量一致。
2.2 降雨量对作物产量的影响
在干旱比较严重的年份, 土壤含水量的多少直
接影响作物的产量, 同时在旱作区土壤含水量的多
少主要依据当地降雨量的丰沛与否, 所以根据当地
(清水河县)气象局的气象资料分析近 7年内的降雨
量可知, 降雨量对作物产量具有直接影响, 且降雨
量的丰缺, 对不同的作物影响不同。由图 1可知, 该
地区降雨强度和次数大部分集中在 7 月份以后, 且
在播种后的两个月降雨量非常少, 月降雨量基本在
60 mm以下, 而在 2009—2011年间, 播种期的月降雨
量均在 10 mm左右, 可见干旱严重影响了作物的播种
和出苗, 导致后期出现缺苗断垄的现象, 造成减产。
2008年当降雨量达到较高水平时, 且通过 4年的免耕
轮作处理对土壤质量的改善作用, 使土壤的蓄水保墒
能力增强, 3 种作物的产量均较高; 而 2009 年是近几
十年来最为干旱的一年(4 月、5 月、6 月和 7 月降雨
量严重不足), 作物产量明显降低。在 NHS、NLS、NH、
NL 和 T 5 个处理中, 燕麦产量较 2008 年分别降低
42.14%、44.53%、44.78%、42.95%和 19.67%; 大豆产
量分别降低 78.26%、79.63%、80.53%、79.41%和
72.48%; 玉米产量分别降低 44.31%、43.78%、44.01%、
44.18%、18.22%。可见在干旱比较严重的状况, 各处
理作物产量均明显降低, 整体以免耕处理的作物产量
降低幅度较大, 且低于常规耕作。
从以上分析可知, 在免耕条件下种植大豆的产
量效果低于种燕麦和玉米。由图 2可知, 2005—2011
年种植燕麦和玉米的产量变化随降雨量呈正相关关
系。在实行免耕的前两年降雨量相对较高, 燕麦产
量没有明显增加, 且常规耕作的产量高于免耕各处
理 , 说明在前两年降雨量基本能保证作物正常生
长。之后随着耕作方式与轮作模式对土壤的改善作
用, 土壤质量提高, 作物产量明显增加。但在 2009
年遇大旱, 土壤严重缺水, 造成产量直线下降。可见,
旱作区降雨量直接影响作物的生长发育, 最终表现
在作物产量上。说明在旱作区通过不同耕作方式结
合适宜的轮作模式增强土壤的蓄水保墒能力, 提高
水分利用效率, 是一条行之有效的增产途径。

图 1 2005–2011年间降雨量基本状况
Fig. 1 Rainfall in 2005–2011
右图图柱中的数字表示月降雨次数。
Numbers within the column in the right figure are the times of monthly rainfall.
1508 作 物 学 报 第 38卷


图 2 不同年际间降雨量与产量的关系
Fig. 2 Relationship between rainfall and crop yield in different years
NL: 免耕留低茬; NLS: 免耕留低茬覆盖; NHS: 免耕留高茬覆盖; NH: 免耕留高茬; T: 常规耕作。
图中标以不同字母者在 0.05水平上差异显著。
NL: no-tillage with low stubble; NLS: no-tillage with low stubble mulching; NHS: no-tillage with high stubble mulching; NH: no-tillage with
high stubble; T: conventional tillage. Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level.

2.3 免耕轮作对生育时期 0~20 cm土壤贮水量的
影响
由图 3 和图 4 可知, 无论是在水分相对充足的
轮作第一个周期后, 还是在相对干旱的轮作第 2 个
周期后, 土壤贮水量在 3 种轮作模式中, 均以燕麦-
大豆-玉米模式最高, 其他 2个差异不大。在 5种耕
作方式结合 3种轮作模式中 , 土壤贮水量整体变化
规律基本一致, 均表现为 NHS>NLS>NH>NL>T。由
于降雨量的差异, 造成轮作第 1 个周期后土壤贮水
量整体高于轮作第 2 个周期后。在整个生育时期土
壤贮水量呈先降低再升高的变化趋势。免耕各处理
增加了土壤的保水能力, 土壤贮水量均显著高于常
规耕作。在作物苗期以燕麦-大豆-玉米模式为例, 轮
作一个周期后 NHS、NLS、NH 和 NL 分别较 T 增
加 51.35%、50.79%、47.20%和 35.86%, 而轮作 2
个周期后分别较 T 增加 16.24%、12.16%、8.75%和
5.56%, 可见轮作一个周期后苗期土壤贮水量免耕
各处理增加较高, 这主要是当年 6 月份降雨量较大
所致。
2.4 免耕轮作下 0~100 cm 土壤贮水量与降雨量
的规律研究
由 2.3节的研究结果可知, 3种轮作模式在 0~20
cm土层土壤贮水量的整体变化趋势一致, 且以燕麦
-大豆-玉米模式对土壤贮水量的提高程度最大。因
此本节以该模式为例分析不同年际间 0~100 cm 土
壤贮水量的变化。由图 5 所示, 土壤贮水量与降雨
量呈正相关关系。在 2个轮作周期内 , 土壤贮水量
均表现为 NHS>NLS>NH>NL>T。在轮作第一个周

图 3 第 1个轮作周期后土壤贮水量的变化
Fig. 3 Changes of soil water storage after the first rotation cycle
A: 燕麦-大豆-玉米; B: 大豆-玉米-燕麦; C: 玉米-燕麦-大豆; NL: 免耕留低茬; NLS: 免耕留低茬覆盖; NHS: 免耕留高茬覆盖; NH:
免耕留高茬; T: 常规耕作。图中标以不同字母者在 0.05水平上差异显著。
A: oat-soybean-corn; B: soybean-corn-oat; C: corn-oat-soybean; NL: no-tillage with low stubble; NLS: no-tillage with low stubble mulching;
NHS: no-tillage with high stubble mulching; NH: no-tillage with high stubble; T: conventional tillage. Values followed by different letters are
significantly different at the 0.05 probability level.
第 8期 郭晓霞等: 免耕轮作对内蒙古地区农田贮水特性和作物产量的影响 1509



图 4 第 2个轮作周期后土壤贮水量的变化
Fig. 4 Changes of soil water storage after the second rotation cycle
A: 燕麦-大豆-玉米; B: 大豆-玉米-燕麦; C: 玉米-燕麦-大豆; NL: 免耕留低茬; NLS: 免耕留低茬覆盖; NHS: 免耕留高茬覆盖; NH:
免耕留高茬; T: 常规耕作。图中标以不同字母者在 0.05水平上差异显著。
A: oat-soybean-corn; B: soybean-corn-oat; C: corn-oat-soybean; NL: no-tillage with low stubble; NLS: no-tillage with low stubble mulching;
NHS: no-tillage with high stubble mulching; NH: no-tillage with high stubble; T: conventional tillage. Values followed by different letters are
significantly different at the 0.05 probability level.

图 5 土壤贮水量与降雨量的年际变化
Fig. 5 Annual change of soil water storage and rainfall
NL: 免耕留低茬; NLS: 免耕留低茬覆盖; NHS: 免耕留高茬覆盖; NH: 免耕留高茬; T: 常规耕作。
NL: no-tillage with low stubble; NLS: no-tillage with low stubble mulching; NHS: no-tillage with high stubble mulching; NH: no-tillage with
high stubble; T: conventional tillage.

期 , 随着免耕轮作年限的增加 , 不同处理播前
0~100 cm土壤贮水量均逐年增加, 且处理间的差距
逐渐增大, 尤其以留茬覆盖结合轮作的土壤贮水量
增加幅度最大。与第 1 个轮作周期相比, 第 2 个轮
作周期干旱比较严重 , 土壤贮水量整体呈下降趋
势。降雨量虽呈逐年增加趋势, 但较往年仍处于干
旱状态, 导致 2009年各处理间土壤贮水量差距逐渐
减小, 到 2010 年不同处理间差距降到最低 , 随着
2011年降雨量持续升高, 土壤贮水量在各处理间的
差距略有增加。
2.5 免耕轮作对作物水分利用效率的影响
由表 2可知, 3种作物的水分利用效率差异较大,
总体以玉米水分利用效率最高, 其次为燕麦, 大豆
最低。免耕方式在作物水分利用效率上均表现为
NHS>NLS>NH>NL>T。以留高茬覆盖处理为例, 燕
麦-大豆-玉米模式较大豆-玉米-燕麦模式和玉米-燕
麦-大豆模式轮作 1个周期后作物水分利用效率分别
增加 154.36%和 174.41%, 轮作 2个周期后分别增加
115.58%和 731.29%。以燕麦-大豆-玉米模式为例,
在轮作 1个周期后, NHS、NLS、NH和 NL分别较 T
作物水分利用效率增加 43.77%、31.45%、26.74%和
13.91%。而轮作 2 个周期后分别增加 29.83%、
20.51%、6.18%和 3.15%。由此可见, 为提高该地区
作物产量和经济效益, 免耕轮作模式是一条行之有
效的途径。
3 讨论
耕作方式和轮作模式均直接影响作物的产
量[16-17], 国外的大量研究结果表明, 秸秆覆盖等耕
作方式能有效地抑制土壤的棵间蒸发, 为作物的生
长提供充足的水分条件, 通过缓解地温的急剧变化,
对作物的生长过程和产量非常有利[18-21]。作物轮作
1510 作 物 学 报 第 38卷

表 2 免耕轮作对作物水分利用效率的影响
Table 2 Effects of no-tillage with rotation on water use efficiency (kg mm–1 hm–2)
轮作 1个周期 One rotation cycle 轮作 2个周期 Two rotation cycles 作物
Crop
处理
Treatment 2006 2007 2008 2009 2010 2011
NL 5.78 e 8.12 c 6.32 c 9.29 c 7.88 c 8.23 c
NLS 6.72 c 9.31 b 7.10 b 10.47 b 9.05 a 10.05 b
NHS 7.27 b 10.06 a 7.80 a 11.18 a 9.25 a 10.72 a
NH 6.15 d 8.25 c 7.22 b 9.39 c 8.11 c 8.42 c
燕麦
Oat
T 7.53 a 8.38 c 5.44 d 10.78 ab 8.71 b 7.77 d
NL 1.79 c 7.58 c 5.63 c 3.11 b 2.99 d 2.30 cd
NLS 1.95 bc 8.26 b 6.35 b 3.43 ab 3.23 ab 2.58 b
NHS 2.15 b 9.36 a 7.23 a 3.66 a 3.33 a 2.78 a
NH 1.88 c 8.04 bc 6.54 b 3.14 b 3.06 cd 2.40 c
大豆
Soybean
T 3.97 a 7.56 c 5.05 d 3.43 ab 3.16 bc 2.20 d
NL 12.78 d 16.26 d 15.72 d 22.88 d 18.79 e 18.36 d
NLS 15.72 b 19.50 b 18.14 b 27.10 c 21.83 c 21.45 b
NHS 16.67 a 20.42 a 19.84 a 28.85 a 24.17 a 23.11 a
NH 13.58 c 17.43 c 17.49 c 23.40 d 19.43 d 18.90 c
玉米
Corn
T 16.64 a 17.55 c 13.80 e 27.84 b 22.74 b 17.80 e
NL: 免耕留低茬; NLS: 免耕留低茬覆盖; NHS: 免耕留高茬覆盖; NH: 免耕留高茬; T: 常规耕作。表中同种作物同列内标以不同
字母者在 0.05水平上差异显著。
NL: no-tillage with low stubble; NLS: no-tillage with low stubble mulching; NHS: no-tillage with high stubble mulching; NH:
no-tillage with high stubble; T: conventional tillage. Values followed by different letters within the same crop and same column are signifi-
cantly different at the 0.05 probability level.

倒茬技术, 相对单一的种植模式优势明显, 它利用
作物对环境水分、养分等生态因素需求差异, 进行
作物间时序配置, 能改善土壤结构 [22-23], 平衡土壤
养分[24], 增加作物产量。
土壤贮水量是土壤重要的物理性质之一, 农田
土壤贮水量及其变化的测定能够揭示农田土壤水分
状态及其运动规律, 掌握作物的需水规律, 为当地
作物需水情况提供定量依据。大量研究证实, 免耕
具有显著的水土保持效应和作物增产效应, 但对土
壤贮水量的影响程度会因地区、年份以及季节降雨
量的不同而有所差异[25]。杜冰等[26]研究认为, 免耕
和秸秆覆盖均能增加土壤贮水量, 使得地表状况改
善、播种质量提高, 且不同年份播种前保护性耕作
土层平均蓄水量比传统耕作平均增加约 9%。许迪
等 [4]研究降水和灌溉对土壤水分的影响发现, 正常
和干旱年份免耕土壤平均含水量较传统翻耕分别增
加 7.1%和 15.4%。本研究表明, 燕麦-大豆-玉米免耕
轮作模式对土壤贮水量的提高程度最大, 其他 2 种
模式差异不明显。同时免耕轮作各处理土壤贮水量
在不同时刻以及不同降雨条件下均高于常规耕作 ,
增幅为常规耕作土壤的 16.99%~41.63%, 各耕作处
理的差异在降雨量较大情况下表现突出。可见适宜
的免耕轮作模式有利于提高土壤的蓄水保墒作用 ,
其贮水量随降雨量的增加而增大, 这对于提高内蒙
古旱作区有限降雨资源的作物利用率具有积极意
义。
关于免耕和轮作对作物产量的影响, 国内外学
者的大量研究表明, 免耕和轮作可不同程度地提高
作物产量[10,12,15,27]。本研究结果表明, 2005—2011年
间作物产量 , 在实施免耕轮作的前 3年不稳定, 甚
至减产, 这与部分前人的研究结果一致[28-33]。轮作
一个周期后, 免耕各处理增产效应明显, 尤其以燕
麦-大豆-玉米模式结合免耕留茬覆盖的增产效果较
好。但轮作第 2 个周期开始, 即实施免耕的第 5 年,
是近半个世纪以来最旱的一年, 整个生育期降雨不
足 140 mm, 尤其在播种后的 2个月, 月均降雨量为
10 mm左右, 最终导致免耕各处理较常规耕作减产,
但留茬覆盖处理由于前几年对土壤的改善作用, 作
物产量依旧高于留茬不覆盖处理。原因为: (1)在降
雨量较少的年份, 有限的降水大部分均被秸秆阻隔,
渗入土壤的水分明显减少[34], 导致在干旱的情况下,
土壤含水量较常规耕作下降, 影响了作物产量。(2)
土壤水热环境差, 秸秆不易腐烂[35], 导致微生物活
动下降, 土壤紧实, 影响作物的生长发育和吸收。因
第 8期 郭晓霞等: 免耕轮作对内蒙古地区农田贮水特性和作物产量的影响 1511


此, 在终年靠降雨来维持作物生长的内蒙古黄土高
原旱作区, 降雨量对作物产量有直接的影响, 并且
通过长期的免耕轮作可改善土壤, 提高土壤蓄水保
墒能力 , 增强土壤贮水性能 , 提高土壤贮水量 , 为
干旱地区作物生长提供前提条件。
4 结论
在土壤水分基本来源于自然降水的内蒙古黄土
高原旱作区, 免耕轮作能够提高土壤蓄水保墒能力,
增加作物产量, 尤其以免耕秸秆覆盖结合燕麦-大豆
-玉米模式效果最佳。
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