全 文 ：中国生态农业学报 2013年 8月 第 21卷 第 8期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Aug. 2013, 21(8): 931−937


* 国家自然科学基金项目(31270484, 41171033)和教育部科技重点项目(209123)资助
** 通讯作者: 王俊(1974—), 男, 教授, 主要从事农田生态学研究。E-mail: wangj@nwu.edu.cn
涂纯(1986—), 男, 硕士研究生, 主要从事农田土壤碳释放研究。E-mail: tuchunabc@sina.com
收稿日期: 2012−09−11 接受日期: 2013−04−02
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2013.00931
秸秆覆盖对旱作冬小麦农田土壤呼吸、作物产量及
经济−环境效益的影响*
涂 纯 1 王 俊 1** 官 情 1 刘文兆 2
(1. 西北大学城市与环境学院 西安 710127; 2. 中国科学院水利部水土保持研究所 杨凌 712100)
摘 要 基于 2009—2011年田间试验, 研究了黄土旱塬区不同秸秆覆盖措施下冬小麦农田土壤呼吸和小麦产
量变化, 计算了生产每千克籽粒产量下土壤 CO2的释放量, 并以此比较了处理间的经济−环境效益值。试验包
括 4个处理: 无覆盖对照(CK)、全年 9 000 kg·hm−2秸秆覆盖(M9000)、全年 4 500 kg·hm−2秸秆覆盖(M4500)和夏
闲期秸秆覆盖(SF)。结果表明: 冬小麦生育期内土壤 CO2累积释放量在处理间无显著差异, 但第 1年生育期为
14.92~17.43 t(CO2)·hm−2, 显著高于第 2年[12.95~13.69 t(CO2)·hm−2](P<0.05), 处理和年份的交互作用不显著。
与 CK(产量 5.03 t·hm−2)相比, 秸秆覆盖降低了作物产量, 其中 M9000 (4.71 t·hm−2)与 CK差异显著。经济−环境
效益值计算结果显示, 冬小麦生育期内生产每千克籽粒释放 2.96~3.16 kg CO2, 处理间无显著差异。从各处理
平均值看, 小麦产量以及经济−环境效益值均存在显著的年际差异, 降水偏少的第 1 年度作物产量(4.60~4.98
t·hm−2)显著低于降水相对丰富的第 2 年度(4.50~5.47 t·hm−2), 但经济−环境效益值(3.03~3.69 kg·kg−1、2.45~2.88
kg·kg−1)结果相反。处理和年份对作物产量和经济−环境效益值具有显著的交互影响, 在缺水年份秸秆覆盖能够提高
作物产量, M9000处理具有最优的经济−环境效益; 而在丰水年份, 秸秆覆盖导致产量显著下降, CK具有更好的经济
−环境效益。
关键词 旱作冬小麦 秸秆覆盖 土壤呼吸 产量 经济−环境效益
中图分类号: S344.19 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2013)08-0931-07
Effect of straw mulching on soil respiration, crop yield, economy-environment
benefit in rainfed winter wheat fields
TU Chun1, WANG Jun1, GUAN Qing1, LIU Wen-Zhao2
(1. College of Urban and Environmental Sciences, Northwest University, Xi’an 710127, China; 2. Institute of Soil and Water
Conservation, Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China)
Abstract As a common cultivation pattern in the Loess Plateau, straw mulching has played a significant role in increasing grain
yield, improving water use efficiency and regulating soil CO2 emission. A field experiment was conducted to measure the response of
soil respiration and crop yield to different straw mulching treatments under winter wheat monoculture system in 2009—2011.
Economy-environment benefit, calculated by soil CO2 emission per unit wheat yield, was also evaluated for each mulching treatment.
The four treatments included the control (CK) without mulching, 9 000 kg·hm−2 (M9000) and 4 500 kg·hm−2 (M4500) of straw mulching
year-round, and 9 000 kg·hm−2 (SF) straw mulching during summer fallow. The results showed similar variations in soil respiration
rates among treatments during crop growth period. No significant differences were noted among mulching treatments in both
years in terms of cumulative soil CO2 emissions during growing season. However, average range of soil CO2 emission for
treatments in the first year [14.92~17.43 t(CO2)·hm2] was significantly higher than that in the second year [12.95~13.69
t(CO2)·hm2]. In terms of emitted soil CO2, the interactions among treatments and year were insignificant. Compared with CK,
straw mulching decreased crop yield remarkably. The difference between M9000 and CK was significant at P < 0.05.
Economy-environment benefit index suggested that for 1 kg grain produced, the soil released 2.96~3.16 kg CO2. Straw
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mulching did not influence average economy-environment benefit. Gran yield and economy-environment benefit varied for the
two years. Grain yield in the first year, during which rainfall was less than average, was significantly lower than that in the
rainy second year. On the contrary, economy-environment benefit index of the first year (3.03~3.69 kg·kg−1) was markedly
higher than that of the second year (2.45~2.88 kg·kg−1). Treatments and years had significant interaction effects on grain yield
and economy-environment benefit. While straw mulching had the potential to increase grain yield in dry year, M9000 treatment
had the best economy-environment benefit value. For rainy years, straw mulching treatments decreased crop yield, while the
economy-environment benefit index under CK was fairly good.
Key words Rain-fed winter wheat, Straw mulching, Soil respiration, Yield, Economy-environment benefit
(Received Sep. 11, 2012; accepted Apr. 2, 2013)
大气 CO2浓度增加导致的温室效应已成为人们
重点关注的环境问题之一, 每年大气中增加的 CO2
约为 0.5%, 严重影响到全球环境及区域气候变化[1]。
而农田生态系统作为陆地碳库及全球碳循环的重要
组成部分, 强烈地受到人类活动的影响, 耕作方式、
施肥、灌溉等农田管理活动都会改变土壤碳释放强
度[2−3]。据统计, 通过农业活动排放的 CO2占人为温
室气体排放量的 21%~25%, 已被认同为大气 CO2的
重要源 [2], 因此减少农田碳排放具有重要的环境价
值。我国人口众多, 耕地面积不足, 粮食安全问题一
直受到重视, 在倡导碳减排及低碳型农业背景下, 通
过何种管理手段来实现农田生态系统高产出、低排放
目的, 值得学者研究。有学者提出经济−环境效益概
念[4](即农田中收获每千克作物产量时, 从土壤中释
放的碳量)来评价不同管理措施下农田具有的增产、
减排综合效益。其中孟磊等[4]在半干旱半湿润地区研
究显示, 不同施肥方式下农田每收获 1 kg 籽粒产量,
以 CO2形式释放的碳为 0.29~1.92 kg; 而崔凤娟[5]在内
蒙古农牧交错带地区进行的留茬覆盖处理研究认为,
生产每千克籽粒产量 , 农田土壤释放 2.16~3.27 kg
CO2。虽然上述研究具有差异性, 但其主要目的是通过
量化土壤碳释放与作物产量的关系, 探讨不同管理措
施对农田综合效益的影响。
秸秆覆盖是我国旱作农田区常见的栽培措施。
研究表明[6−9], 秸秆覆盖具有的蓄水增肥作用, 能显
著增加作物产量。然而秸秆覆盖后土壤理化性质发
生显著变化, 对农田土壤 CO2 释放过程同样具有强
烈影响。官情等[10]、王同朝等[11]研究表明, 旱地农
田进行秸秆覆盖后, 土壤呼吸速率虽然与无覆盖处
理具有相似的季节变化规律, 但其呼吸速率显著大
于无覆盖处理; 同时, 覆盖后土壤温度、水分与土壤
呼吸速率也具有极显著的线性或非线性关系。目前
有关旱地农田秸秆覆盖的研究着重于作物产量或土
壤 CO2 释放及其控制机理方面, 较少涉及产量和碳
排放关系的量化研究。基于此, 本研究通过田间定
位试验, 探讨不同秸秆覆盖方式对冬小麦农田土壤
呼吸和小麦产量的影响, 并在此基础上评价不同秸
秆覆盖方式的经济−环境效益 , 旨在为该地覆盖条
件下农田的增产与减排研究提供借鉴。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
研究区位于陕西省长武县十里铺村(35°12.787′ N,
107°44.703′ E, 海拔 1 220 m), 该地为黄土高原典型
的半湿润半干旱性季风气候, 年平均降水量 581 mm,
其中 50%的降水量集中在 7—9 月份冬小麦休闲期,
多年平均降水达到 303 mm[12]。年平均气温 9.4 , ℃ 大
于 10 ℃积温为 3 029 , ℃ 土壤为黏壤质黑垆土, 母质
为中壤质马兰黄土, 土层深厚、土质疏松[13]。
1.2 试验设计
覆盖种植试验开始于 2008年, 冬小麦种植期间
设计无覆盖处理(CK)、全年 9 000 kg·hm−2秸秆覆盖
处理 (M9000)、全年 4 500 kg·hm−2 秸秆覆盖处理
(M4500)、夏闲期秸秆覆盖处理(SF, 覆盖量 9 000 kg·hm−2),
每处理 3次重复, 随机区组排列, 每小区面积 66.7 m2。
每年 9 月下旬进行小麦播种, 次年 6 月下旬收获休
闲。播种前采用圆盘耙机耕松土蓄墒, 并在每个处理
小区施基肥尿素 135 kg(N)·hm−2、磷肥 90 kg(P2O5)·hm−2。
其中覆盖处理施用各小区收获后晒干的秸秆, M4500
和M9000处理在播种后将秸秆剪切至 5~10 cm进行覆
盖, 并持续至次年翻耕前清除; SF 处理只在休闲期
覆盖剪切后的秸秆。
1.3 土壤呼吸、气象因子、小麦产量测定
土壤呼吸测定采用 Li-8100 (LI-COR, Lincoln,
NE, USA)开路式土壤碳通量测量系统, 于 2009年 9
月至 2010年 6月、2010年 9月至 2011年 6月测定;
其中小麦越冬期(每年 11 月至次年 2 月)每月测定 1
次, 其余生育期每隔 10~20 d测定 1次。每次测定在
9: 00—12: 00完成, 尽量选择在无风晴天进行。土壤
呼吸测定前 24 h, 在每个小区内安置内径为 20 cm
的圆环基座, 并齐地去除基座内一切活体, 以避免
安置基座和基座内动植物呼吸对土壤扰动造成的短
期呼吸速率波动[14−15]。
生育期内测定的气温和降水数据(图1), 由试验
第 8期 涂 纯等: 秸秆覆盖对旱作冬小麦农田土壤呼吸、作物产量及经济−环境效益的影响 933



图 1 2009—2010年度(a)和 2010—2011年度(b)研究区气
温和降水的变化
Fig. 1 Variation of air temperature and precipitation in
2009—2010 (a), 2010—2011 (b) in the study area
地自动气象观测系统记录获取。
每年 6 月收获时, 小麦脱粒后晒干, 称重测量
干重籽粒产量。
1.4 土壤呼吸累积释放量、经济−环境效益值计算
土壤呼吸累积释放总量运用目前常用的测量均
值相加计算得出[16−17], 计算公式如下;
Ra=(Ri+Ri+n)/2×3 600×24×44×10−8n (1)
式中 , Ra为关键生育期土壤呼吸累积释放量
[t(CO2)·hm−2], Ri为第i次测量的土壤呼吸速率, Ri+n为
间隔n天测量的土壤呼吸速率, n为相邻两次测量间
隔天数。
由于农田的经济效益主要由作物产量表征, 而
旱作农田土壤碳释放的形式主要为CO2[18−19], 其环
境效益主要是影响大气CO2浓度。因此通过参照之前
的研究 [4−5], 本研究在计算经济−环境效益值时, 直
接采用土壤呼吸累积释放总量与小麦产量比值得出,
计算公式如下:
Eb=Ra/Y (2)
式中: Eb为经济−环境效益值(kg·kg−1), 表示生产每
千克籽粒产量时, 农田土壤释放的CO2量; Ra为关键
生育期土壤呼吸累积释放量[t(CO2)·hm−2]; Y为小麦
籽粒产量(t·hm−2)。
1.5 数据处理与分析
采用Microsoft Excel 2003软件处理数据和制图,
运用SPSS 16.0软件进行统计分析。由于处理间土壤
呼吸速率、土壤呼吸累计释放总量、小麦产量以及
经济−环境效益值是两年测量值 , 因此利用重复测
量方差分析法分析不同生育期的测量差异, 其中处
理间差异用最小显著差异法(LSD)分析 , 显著性差
异水平设定为α=0.05。
2 结果与分析
2.1 不同秸秆覆盖处理土壤呼吸的变化
图2显示 , 冬小麦生育期内各秸秆覆盖处理土
壤呼吸速率的季节变化基本一致。播种至出苗期(9
月至10月), 土壤呼吸速率较高 ; 之后随气温下降 ,
小麦进入越冬期(11月至翌年2月), 呼吸速率降低
并持续至返青期(3月份); 返青以后气温升高, 小麦
快速生长, 呼吸速率增大, 并出现明显波动。从测
定值来看, 9月份由于翻耕、播种等人为扰动影响,
使得冬小麦出苗期各处理间土壤CO2释放水平较高,
总体在1.87~2.00 μmol(CO2)·m−2·s−1, 各处理间无显
著差异(P>0.05)。进入越冬期, 气温降低, 土壤微生
物和小麦根系活动减缓, 导致土壤呼吸速率降至生
育期最低值, 并持续至返青期, 此阶段CK、M9000、
M4500、SF处理土壤呼吸速率[μmol(CO2)·m−2·s−1]分
别为0.82、0.60、0.66、0.80, 其中M9000、M4500处理
分别显著低于CK处理26.83%和19.51%(P<0.05),
表明秸秆覆盖降低越冬期麦田土壤呼吸速率。返青
后随着气温升高, 小麦植株生长迅速, 同时土壤微

图 2 2009—2010年度(a)和 2010—2011年度(b)小麦生
育期不同秸秆覆盖处理土壤呼吸的变化
Fig. 2 Variation of soil respiration under different straw
mulching treatments during growth period of winter wheat in
2009—2010 (a) and 2010—2011 (b)
A: 出苗期 seedling stage; B: 越冬期 overwintering stage;
C: 返青期 regreening stage; D: 拔节期 jointing stage; E: 孕穗
期 booting stage; F: 抽穗期 heading stage; G: 灌浆期 filling
stage; H: 成熟期 maturation stage.
934 中国生态农业学报 2013 第 21卷


生物也变得活跃, 从拔节期至收获期, CK、M9000、
M4500、SF处理呼吸速率[μmol(CO2)·m−2·s−1]分别为
2.21、2.33、2.44、2.33, 其中M4500处理显著大于CK
处理10.41% (P<0.05), 其余处理相对CK无显著性差
异 , 表明少量秸秆覆盖在此阶段明显提高土壤CO2
释放。
不同秸秆覆盖处理冬小麦全生育期土壤CO2释
放总量计算表明(表1), 单个生长季节所有处理土壤
CO2释放总量在13.93~15.31 t(CO2)·hm−2, 处理间无
显著差异(P>0.05), 且处理与年份不具有显著的交
互作用。但不同生长季差异达到极显著水平(P<0.01),
2009—2010年生长季释放量为14.92~17.43 t(CO2)·hm−2,
与 2010—2011 年 12.95~13.69 t(CO2)·hm−2 相比 , 高
15.21%~32.15%, 表明土壤CO2累积释放量在不同生
长季发生明显变化, 原因可能是水热条件的改变影
响到土壤理化性质以及土壤呼吸的生物学过程。通
过土壤呼吸与气温、降水的二元逐步回归分析(表2),
显示2009—2010年生长季所有处理的决定系数为
54.4%~64.8%, 2010—2011年为65.9%~87.7%, 其中
在前一生长季大部分处理(M9000处理除外)气温和降
水对土壤呼吸释放有显著影响, 而在第2年生长季,
降水对土壤呼吸的影响作用总体减弱(M9000处理除
外), 此时气温主导呼吸速率, 说明水热条件变化对
土壤CO2释放产生显著影响。
表 1 不同秸秆覆盖处理土壤呼吸总量、籽粒产量和经济−环境效益值
Table 1 Cumulative soil respiration, crop yield and economy-environment benefit values of different straw mulching treatments
土壤呼吸总量
Cumulative soil respiration [t(CO2)·hm−2]
籽粒产量
Crop yield (t·hm−2)
经济−环境效益值
Economy-environment benefit (kg·kg−1) 处理
Treatment
2009—2010 2010—2011 均值 Mean 2010 2011 均值 Mean 2009—2010 2010—2011 均值 Mean
CK 16.92ab 13.40a 15.16a 4.60b 5.47a 5.03a 3.69a 2.45b 3.07a
M9000 14.92b 12.95a 13.93a 4.93a 4.50d 4.71b 3.03b 2.88a 2.96a
M4500 16.12ab 13.69a 14.89a 4.98a 5.02b 5.00a 3.24ab 2.73a 2.99a
SF 17.43a 13.19a 15.31a 4.91a 4.78c 4.84ab 3.55ab 2.76a 3.16a
P
处理 Treatment 0.208 0.017 0.569
年份 Year 0.000 0.010 0.000
处理×年份 Treatment×year 0.332 0.000 0.024
同列不同字母表示处理间差异显著(P<0.05) Different letters in a same column mean significant difference among treatments at 5% level.
表 2 小麦生育期不同秸秆覆盖处理土壤呼吸(R)与气温(T)、降水(W)的逐步回归方程
Table 2 Stepwise regression equation between soil respiration (R) and air temperature (T), precipitation (W) under different straw
mulching treatments during different winter wheat growth periods
年份 Year 处理 Treatment 回归方程 Regression equation R2 P n
CK R=0.781+0.066T+0.027W 0.642 0.004 14
M9000 R=0.749+0.094T 0.544 0.003 14
M4500 R=0.558+0.057T+0.051W 0.648 0.003 14
2009—2010



SF R=0.757+0.066T+0.033W 0.608 0.006 14
CK R=0.825+0.073T 0.659 0.001 13
M9000 R=0.592+0.075T+0.015W 0.877 0.000 13
M4500 R=0.591+0.075T+0.020W 0.828 0.000 13
2009—2011



SF R=0.795+0.073T 0.813 0.000 13

2.2 不同秸秆覆盖处理的小麦产量变化
从表 1 小麦产量分析可以看出, CK、M9000、
M4500、SF处理两年小麦产量均值分别为 5.03 t·hm−2、
4.71 t·hm−2、5.00 t·hm−2、4.84 t·hm−2, 总体上覆盖处
理比对照减少了小麦产量。但重复测量方差分析表
明, 处理和年份之间有极显著的交互作用(P<0.01),
其中 2010 年所有处理小麦产量为 4.60~4.98 t·hm−2,
秸秆处理 M9000、M4500、SF 相比无覆盖处理 CK 分
别显著增加 7.07%、8.15%、6.70%(P<0.05); 2011年
籽粒产量在 4.50~5.47 t·hm−2, 但秸秆处理 M9000、
M4500、SF 分别比 CK 显著减少 17.79%、8.28%、
12.58%(P<0.05); 单个处理分析认为, 2011 年 M9000
处理小麦产量相比 2010年减产 8.73%, CK处理则增
产 18.87%, 两种处理的年际差异都达到显著性水平
(P<0.05)。小麦产量出现这种明显的年际变化, 可能
与休闲期降水形成的底墒量有关[20]。通过图 1分析,
2009 年 7－9 月份休闲期试验区降水量为 271 mm,
低于该地休闲期均值 303 mm, 而且全年降水总量为
第 8期 涂 纯等: 秸秆覆盖对旱作冬小麦农田土壤呼吸、作物产量及经济−环境效益的影响 935


454 mm, 为降水缺少年份; 而 2010年休闲期降水达
475 mm, 全年降水量 642 mm, 为丰水年份。因此,
该地进行秸秆覆盖可能只在降水较多的年份增加冬
小麦产量, 在丰水年可能会出现减产, 尤其是进行
多量秸秆覆盖, 其导致的减产效果可能更显著。
2.3 不同秸秆覆盖处理的经济−环境效益值
基于不同处理的土壤呼吸总量和小麦产量分析,
将两者比值, 计算了每千克籽粒收获时土壤释放的
CO2 量[4−5], 并比较了不同处理小麦农田的经济−环
境效益(表 1)。计算结果显示 , 单个生长季 CK、
M9000、M4500、SF处理生产每千克籽粒, 各处理农田
土壤将分别释放 3.07 kg、2.96 kg、2.99 kg、3.16 kg
的 CO2, 处理间差异不显著; 但方差分析表明, 各处
理的经济−环境效益在不同生长季比较达到极显著
水平(P<0.01), 而且年份和处理具有显著的交互影
响(P<0.05)。在第 1个生长季缺水条件下, 所有处理
的经济−环境效益值为 3.03~3.69 kg·kg−1, 其中 CK
处理的经济−环境效益值 (3.69 kg·kg−1)显著高于
M9000处理(3.03 kg·kg−1); 第 2 个生长季降水相对增
加, 各处理综合效益值减小至 2.45~2.88 kg·kg−1, 此
时 CK和M9000处理值的比较结果与第 1个生长季相
反, 这表明黄土高原地区的降水变化对农田 CO2 释
放和小麦产量产生重要影响, 这将导致不同管理措
施下农田经济−环境效益产生显著差异。
3 讨论与结论
3.1 秸秆覆盖对土壤 CO2释放的影响
万运帆等[21]、王同朝等[11]认为, 秸秆表覆可增
加土壤呼吸强度, 因为秸秆覆盖可减轻雨滴直接击
打地面, 消除土壤板结现象, 并改善土壤透气性、有
机碳含量以及微生物活性组成, 从而促进CO2释放。
本研究显示冬小麦生育期内各处理土壤呼吸总量无
显著差异, 其中夏闲期秸秆覆盖比无覆盖有增加土
壤呼吸的趋势 , 而全年秸秆覆盖却出现相反情况 ,
与上述研究不同。
秸秆覆盖下土壤水热状况、理化性质及有机质
含量发生改变。对于 SF处理, 夏季高温高湿条件下
覆盖大量秸秆, 使得秸秆降解产生的有机物质颗粒
下渗到土壤中, 增加了土壤有机碳含量 [22], 进而加
速了微生物对其分解矿化过程 , 导致释放更多的
CO2。但全年 9 000 kg·hm−2和 4 500 kg·hm−2的秸秆
覆盖降低了土壤 CO2 释放量, 可能是播种后立即覆
盖阻碍了小麦正常出苗, 使得单位面积植株较少[7−8],
与之相关的根际呼吸降低, 影响到 CO2 释放; 另一
方面, 返青后气温升高, 秸秆表覆造成土壤中的热
量与外围空气交换受阻[10], 使其土壤温度低于无覆
盖处理, 同时覆盖的保墒作用增大了土壤含水量, 低
温高湿的土壤环境将降低土壤通透性, 减少土壤中
O2 供应, 并抑制植物根系和好氧微生物活动[23], 从
而影响土壤呼吸。通过对比两年生长季发现 ,
2009—2010 年生长季土壤呼吸总量显著大于
2010—2011 年生长季, 而建立的土壤呼吸与水热因
子的逐步回归方程, 决定系数具有显著的年际差异,
表明除水热条件外, 其余因素也强烈影响到 CO2 释
放。研究发现 2010 年所有处理小麦生物量均值为
14.19 t·hm−2, 大于 2011年 12.82 t·hm−2, 较高的生物
量表明小麦根系活跃 , 导致呼吸增大 ; 另一方面 ,
2009年降水少于 2010年, 水分缺少将增加土壤孔隙
度, 利于根系和微生物呼吸产生的 CO2 释放出去,
而之后降雨又将刺激上述两种生物学过程[23], 导致
释放增加。
3.2 秸秆覆盖对小麦产量的影响
大多研究认为秸秆覆盖有较好的蓄水作用, 而
且增加土壤有机碳含量和土壤肥力, 利于提高农作
物产量[22,24−25], 黄淮海地区[26]和黄土高原地区[27]的
研究都显示秸秆覆盖下小麦产量显著提高。但覆盖
形成的低温效应和阻碍作用可能导致作物出苗率下
降，并影响到产量[7,24,28]。同时，在不同降水年型, 覆
盖的增产作用也会产生变化。刘婷等[29]认为, 丰水
年覆盖具有的保墒作用并不明显, 反而会延缓小麦
生育期, 并在灌浆后期因高温胁迫使得灌浆中止而
逼熟, 降低籽粒重量。党廷辉等[20]认为, 旱作农田区
冬小麦产量受休闲期降水影响显著, 降水增加使得
底墒增大, 利于小麦来年增产。本研究中两年小麦
产量波动较大。2010年秸秆覆盖相对无覆盖处理显
著增产, 而 2011 年相反; 同时无覆盖处理在第 2 年
度增产, 而 9 000 kg·hm−2秸秆覆盖则出现显著减产。
两年基本苗数据显示, 覆盖处理基本苗小于对照处
理, 但处理间无显著差异, 说明两年内秸秆覆盖对
小麦出苗影响不大。而 2009年休闲期降水低于该地
多年均值, 为缺水年份, 2010年为丰水年, 这使得无
覆盖处理的底墒在 2010 年远大于 2009 年, 从而在
第 1 年生长季相对增产。而对于秸秆覆盖处理, 由
于前一年度的缺水状况, 秸秆覆盖具有较好的蓄水
保湿作用 , 因此覆盖增产; 但在丰水年份 , 覆盖处
理的保水作用并不明显, 反而会导致低温效应影响
到小麦籽粒发育, 最终影响产量。因此秸秆覆盖只
有降水较少的情况下, 保墒作用才能明显提高小麦
产量 [26,29], 降水充足的年份 , 秸秆覆盖的保湿效应
降低, 小麦可能出现减产。
3.3 秸秆覆盖对经济−环境效益的影响
秸秆覆盖作为节水型保护性耕作措施, 形成的
936 中国生态农业学报 2013 第 21卷


蓄水、保墒、增肥作用导致土壤理化性质差异, 作物
产量和 CO2释放也会明显不同。本研究得出不同秸秆
覆盖下的小麦经济−环境效益值为 2.96~3.16 kg·kg−1,
与孟磊等[4](0.29~1.92 kg·kg−1)、崔凤娟[5](2.16~3.27 kg·kg−1)
的研究不同。由于地区间气候的空间异质性以及研
究方法的差异, 导致小麦生长和土壤呼吸出现地域
分异, 并影响到农田生态系统的综合效益。
本研究显示不同秸秆覆盖处理在两年度的经济−
环境效益值波动较大, 尤其是 CK处理和M9000处理,
具有显著年际差异。前一生长季各处理具有的水热
条件, 利于土壤 CO2 释放; 但对小麦生长而言, 降
水相对较少, CK 处理虽小麦产量相对降低, CO2释
放较高, 因此 CK 处理经济−环境效益值较高。第 2
年度的降水和气温条件, 虽然不利于土壤呼吸, 但
降水增加提高了 CK 处理小麦产量, 因此经济−环境
效益较低; M9000 处理形成的相对高湿和低温状况,
虽降低了土壤 CO2 释放量, 也造成小麦返青后随温
度升高而贪青徒长, 并影响到产量, 导致其综合效
益值显著高于 CK处理。因此降水较少的年份, 秸秆
覆盖具有较好的综合效益; 而在降水充足时, 无秸
秆覆盖较为理想。本研究为短期观测结果, 由于降
水和气温的年际差异, 导致雨养型农田区在秸秆覆
盖条件下水热条件、土壤肥力和有机质含量也会产
生明显变化 , 这将进一步影响到作物产量和土壤
CO2 释放, 因此今后需要进行长期的观测研究, 才
能更好地探明该地最佳的农田覆盖管理措施。

致谢: 感谢中国科学院长武黄土高原农业生态试验
站高长青实验员在野外试验中给予的具体帮助。
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