全 文 ：中国生态农业学报 2012年 9月 第 20卷 第 9期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Sep. 2012, 20(9): 1135−1141


* 国家高技术研究发展计划(863计划)课题(2011AA100502-4)、国家现代农业产业技术体系(CARS-3-2)和中国科学院创新方向性项目
(KZCX2-EW-415)资助
** 通讯作者: 陈素英(1964—), 女, 副研究员, 学士, 主要从事农业综合节水技术研究。E-mail: csy@ms.sjziam.ac.cn
刘秀位(1986—), 男, 硕士研究生, 主要从事农业综合节水技术研究。E-mail: liuxiuweijun@163.com
收稿日期: 2012-02-08 接受日期: 2012-06-08
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2012.01135
冬前不同管理措施对土壤温度和冬小麦
早期生长的影响*
刘秀位1,2 苗文芳1,2 王艳哲1,2 孙宏勇1 邵立威1 陈素英1** 张喜英1
(1. 中国科学院农业水资源重点实验室 河北省节水农业重点实验室 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心
石家庄 050022; 2. 中国科学院研究生院 北京 100049)
摘 要 华北平原冬小麦/夏玉米一年两作下的少免耕和秸秆还田在减少耕作投入和降低农田无效蒸发方面
作用显著, 但也存在一些不利影响。本研究通过详细测定镇压、冬灌、秸秆覆盖等措施对土壤温度和冬小麦
早期生长的影响, 明确了少免耕和秸秆还田等措施的实施效果, 为农业生产提供指导。结果表明, 秸秆覆盖后
土壤表层和 5 cm深度最低地温越冬前、越冬期间和返青后比不覆盖分别高 2.37 ℃、3.18 ℃、1.68 ℃和 0.57 ℃、
1.28 ℃、0.34 , ℃ 最高温度分别低 2.68 ℃、4.40 ℃、4.82 ℃和 0.54 ℃、0.75 ℃、1.85 ; ℃ 冬灌后至冬小麦返
青期表层土壤和 5 cm处土壤平均最低温度比不冬灌分别高 0.88 ℃和 0.93 , ℃ 返青至拔节期两个层次的最高
温度相差 5.35 ℃和 5.57 ; ℃ 镇压与不镇压温度差异不明显。与对照相比, 越冬前后秸秆覆盖和冬灌后冬小麦
的茎蘖数和生物量都较低 , 尤其是在返青期 , 秸秆覆盖和冬灌下的茎蘖数和生物量比对照分别低 29.8%、
27.7%和 5.2%、21.2%。秸秆覆盖和冬灌在冬季可降低最低温度的降幅, 但春季不利于地温回升, 有延缓冬小
麦生长发育的可能。
关键词 秸秆覆盖 冬灌 镇压 土壤温度 冬小麦 苗期生长
中图分类号: S152.8 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2012)09-1135-07
Effects of different pre-winter management practices on soil
temperature and winter wheat seedling growth
LIU Xiu-Wei1,2, MIAO Wen-Fang1,2, WANG Yan-Zhe1,2, SUN Hong-Yong1,
SHAO Li-Wei1, CHEN Su-Ying1, ZHANG Xi-Ying1
(1. Key Laboratory of Agricultural Resources, Chinese Academy of Sciences; Hebei Key Laboratory of Water-saving Agriculture;
Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences,
Shijiazhuang 050022, China; 2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract For winter wheat/summer maize double cropping system in the North China Plain (NCP), the practices of straw
incorporation into the top soil and minimum tillage have some negative effects on winter wheat growth. This study examined the
effects of straw mulching, winter irrigation and soil compaction on soil temperature and winter wheat seedling growth. Results
showed that straw mulching reduced both maximum and minimum soil temperature. Compared with CK, straw mulching increased
the average daily minimum soil temperature (Tmin) by 2.37 ℃, 3.18 ℃ and 1.68 ℃ at the soil surface and by 0.57 ℃, 1.28 ℃ and
0.34 ℃ at the 5 cm soil layer at pre-wintering, during over-wintering and after winter dormancy, respectively. Straw mulching
reduced daily maximum temperature on the average by 2.68 ℃, 4.40 ℃ and 4.82 at the soil surface and by 0.54 ℃ ℃, 0.75 and ℃
1.85 at the 5 cm soil depth for the three periods, respectively. Straw mulching reduced soil temperature, which slowed down wi℃ n-
ter wheat development. Wheat tiller and biomass reduced by 29.8% and 5.2% during recovery. Although straw mulching positively
influenced soil water conservation, winter wheat growth was negatively affected. Winter irrigation increased soil moisture, which in
turn reduced both the maximum and minimum soil temperature during over-winter and recovery stage of winter wheat. Average daily
1136 中国生态农业学报 2012 第 20卷


minimum temperatures were respectively 0.88 and 0.93 higher for treatments with winter irrigation than that for treatments ℃ ℃
without winter irrigation at the soil surface and 5 cm soil layer during over-wintering. For the same treatments, the differences were
5.35 and 5.57 during recovery. Whe℃ ℃ at tiller number and biomass also reduced by 27.7% and 21.2% during recovery. Good soil
moisture after winter irrigation at the recovery stage reduced soil temperature, which negatively affected winter wheat. Soil compac-
tion after winter wheat sowing did not significantly affect soil temperature and winter wheat seedling growth.
Key words Straw mulching, Winter irrigation, Soil compaction, Soil temperature, Winter wheat, Seedling growth
(Received Feb. 8, 2012; accepted Jun. 8, 2012)
华北平原是我国冬小麦−夏玉米一年两作主产
区, 近年来大力推行秸秆直接还田技术, 土壤理化
特性发生了很大变化。大量研究表明, 秸秆覆盖具有
抑制土壤蒸发, 调节地温, 提高降水保蓄率, 培肥土
壤,节水节能, 增产增收等优点[1]。但是秸秆覆盖也会
带来一些问题。冬小麦播种时上茬作物的秸秆残留在
土壤及其表面, 极易使土壤形成架空现象[2], 土壤空
隙大, 漏风跑墒, 从而影响作物的生长发育。生产上
推广冬灌和镇压措施来压实土壤, 增强作物抗旱、
寒能力。李子忠等[3]分析处于华北农牧交错带的坝
上地区冬灌对越冬期土壤水热动态状况的影响机制,
认为冬灌使土壤入冬时冻结较慢, 入春时融化也较
慢; 冬灌可以缓冲土壤温度的剧烈变化, 显著提高
表层土壤在入冬和越冬期的温度。Shang等[4]通过对
冬小麦−夏玉米季的灌溉与耗水情况研究得出 , 一
般情况下越冬前的灌水对冬小麦的产量影响很大。
镇压是一项传统的栽培措施, 具有踏实土壤、抗旱
提墒、抑制旺长、蹲苗促壮、防止冻害等作用[5]。
于希臣等 [6]研究了不同镇压方式对玉米的影响, 认
为一定的镇压强度可以提高玉米出苗率, 提高土壤
耕层水分。以往研究大多集中在冬灌和镇压能够压
实土壤, 提高土壤水分, 稳定地温变化和提高产量
方面, 而且多是在非秸杆还田条件下进行的, 对秸
杆还田情况下的研究相对较少。而这些措施对秸秆
还田下冬小麦越冬的影响如何, 其作用原理和效果
如何, 还需进一步深入研究。为此, 本研究针对秸秆
还田条件下冬小麦, 通过详细测定镇压、冬灌、秸
秆覆盖等措施对土壤温度和冬小麦早期生长影响 ,
明确这些措施实施效果, 为农业生产提供指导。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2010年 10月至 2011年 6月在中国科学
院栾城农业生态系统试验站(37°50′N, 114°40′E)进
行。试验地土壤为壤质褐土, 0~60 cm土壤平均容重
1.56 g·cm−3, 0~30 cm田间持水量平均为 35.5%(v/v)。
耕层(0~20 cm)土壤有机质为 17.4 g·kg−1, 全氮 1.11
g·kg−1, 速效磷 0.021 g·kg−1, 速效钾 0.113 g·kg−1。
1.2 试验处理
试验因素包括 3 个方面: 秸秆覆盖、冬灌和镇
压, 均为单项试验。秸秆覆盖试验包括秸秆覆盖和
不覆盖处理, 覆盖处理为冬小麦播种后人工将粉碎
后的玉米秸秆覆盖在冬小麦行间, 秸秆覆盖量为5 000
kg·hm−2, 不覆盖处理为对照。小区面积 5 m×8 m=40 m2,
每个处理４次重复, 随机排列。
冬灌试验包括冬灌和不冬灌处理, 冬灌时间为
2010 年 11 月 18 日, 灌水量为 80 mm, 不冬灌作为
对照, 小区之间有 2 m 宽的保护行不进行灌溉, 以
减少小区间的相互影响。小区面积 5 m×8 m=40 m2,
每个处理４次重复, 随机排列。
镇压试验包括镇压和不镇压处理, 播种后立即
镇压, 用石磙(长 62 cm, 小头直径 38 cm, 大头直径
44 cm)镇压, 不镇压为对照。小区面积 6 m×80 m=
480 m2, 每个处理两次重复, 顺序排列。
供试冬小麦品种为“科农 199”, 2010 年 10 月 6
日播种。所有处理小麦播种前底墒充足, 施足基肥。
1.3 测定项目
1.3.1 土壤温度测定
用 Optic 温度计自动连续采集, 温度计安装在冬
小麦行间土壤表层(0 cm)和土壤 5 cm处, 地温记录频
率为 30 min。气象数据来自本站标准气象站的数据。
1.3.2 作物生长测定
生物量 : 每个生育期每个小区随机取 20 株 ,
高温 105 ℃杀青, 80 ℃烘干, 测地上部分干重。
密度 : 小麦出苗后 , 调查基本苗之前 , 每个小
区内标记长 1 m 双行, 调查标记处的小麦基本苗、
越冬前茎蘖数、返青茎蘖数和拔节茎蘖数。
土壤含水量: 用土钻法测定, 每个小区取 3 个点,
取样深度 0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm、40~80 cm、
80~100 cm。
1.4 数据处理
数据用 EXCEL和 SPSS version.16.0进行作图和
数据分析。
2 结果与分析
2.1 近十年试验区气温和降雨变化情况
对试验区近 10年来冬小麦越冬前后的气温(图 1)
第 9期 刘秀位等: 冬前不同管理措施对土壤温度和冬小麦早期生长的影响 1137


变化的分析表明 , 不同月份气温年际间变化较大 ,
11 月份(越冬前)气温年际变化幅度最大, 1 月份(越
冬期间)气温呈逐年略微下降趋势, 3月份(越冬后)气
温年际变化相对比较平缓。10 年来 11 月份、次年 1
月份、次年 3月份的月平均气温分别为 3.88 ℃、−2.99 ℃
和 7.06 ; 2010℃ —2011 年的相应月份气温分别为
5.56 ℃、−5.76 ℃和 7.15 , ℃ 其中越冬期间的 1月份
温度比 10年来的平均值低, 说明 2010—2011冬小麦
越冬期间属于偏冷年份。近 10年来冬小麦播种至返
青期间(10月初至次年 3月中旬)的降水量(图 1)变化
也较大, 其中 2010—2011 年属比较干旱年份, 从播
种至返青期间的有效降水少。温度的剧烈波动以及
持续的低温和返青期间降水不足不利于冬小麦的生



图 1 试验区近 10年来冬小麦越冬前后的月平均气温和
播种至越冬期间降雨量的变化
Fig. 1 Changes of monthly average air temperature during
over-wintering of winter wheat and rainfall from seeding to
recovery of winter wheat in recent 10 years in the study area
长, 因此通过一些外界管理措施减缓温度剧烈波动
和苗期降水少对冬小麦生长影响有重要意义。
2.2 秸秆覆盖对土壤温度、水分和冬小麦早期生长
的影响
秸秆覆盖可以阻止太阳直接辐射和减少土壤热
量向外散射, 使土壤温度变化缓和[7]。秸秆覆盖处理
的表层和 5 cm土壤温度日变化趋势一致, 本文以 5
cm 深度的土壤温度为例说明秸秆覆盖对土壤温度
日变化过程的影响。图 2显示, 与对照相比, 秸秆覆
盖能平缓土壤温度的日变化, 减小土壤温度的日较
差。越冬前(图 2a)和越冬期间(图 2b)白天秸秆覆盖
的温度低于对照 , 而晚上秸秆覆盖的温度高于对
照。越冬后(图 2c)秸秆覆盖的土壤温度全天都基本
上低于对照。
气温日较差对植物的净同化速率有重要影响。
气温日较差增大, 有利于白天光合作用的加强和夜
晚呼吸作用的减弱, 对同化产物的积累有非常重要
的作用[8]。图 3为覆盖处理下的 5 cm土层地温日振
幅变化。可以看出冬小麦越冬前后覆盖处理下的日
振幅都低于对照。秸秆覆盖后表层地温越冬前、越
冬期间和越冬后日振幅分别降低 5.05 ℃、7.60 ℃ 和
6.50 , ℃ 最低温度比对照分别高 2.37 ℃、3.18 ℃和
1.68 , ℃ 最高温度分别低 2.68 ℃、4.40 ℃和 4.82 ℃。
秸秆覆盖后 5 cm地温越冬前和越冬期间日振幅分别
比对照降低1.10 ℃和2.03 , ℃ 最低温度分别高0.57 ℃
和 1.28 , ℃ 最高温度低 0.54 ℃和 0.75 ; ℃ 而返青后
覆盖比对照日振幅降低 1.96 , ℃ 最低温度高 0.34 , ℃
最高温度低 1.85 ℃。表明秸秆覆盖在冬小麦越冬期
间有保温效应, 而越冬至拔节期间秸秆覆盖下土壤
升温比没有覆盖的对照缓慢。



图 2 秸秆覆盖处理对冬小麦越冬前(a)、越冬期间(b)、越冬后(c)土壤 5 cm地温日变化规律的影响
Fig. 2 Effects of straw mulching on daily changes of soil temperature at 5 cm depth at pre-winter (a), during over-wintering (b) and
after over-wintering of winter wheat
1138 中国生态农业学报 2012 第 20卷


秸秆覆盖下土壤温度的变化影响了冬小麦生长
(表 1), 秸秆覆盖与对照的基本苗无明显差异; 但越
冬期两者间茎蘖数差异变大 (秸秆覆盖比对照低
11.9%), 返青后秸秆覆盖的茎蘖数明显低于对照 ,
差异达到 29.8%(P<0.05)。越冬前及返青期秸秆覆盖
的生物量分别低于对照 20.5%、27.7%(P<0.05), 越
冬后秸秆覆盖对冬小麦生物量的影响较大。表明越
冬前秸秆覆盖后的土壤温度降低导致冬小麦茎蘖
数、生物量较低, 生长缓慢; 越冬后秸秆覆盖使返青
后温度回升较慢, 导致小麦生长发育延缓。陈素英
等 [9]认为 , 太行山前平原冬小麦田少覆盖增产 , 多
覆盖减产, 是由于覆盖过多造成小麦返青时温度过
低, 推迟和阻碍了冬小麦的正常生长; 覆盖的保墒
效应又使小麦后期贪青徒长, 最后影响产量。
但秸秆覆盖后 0~20 cm土壤湿度明显高于不覆
盖处理(图 4所示), 越冬前、越冬期间和越冬后秸秆
覆盖处理的土壤含水量比对照高 14.0%、11.9%和
13.9%, 秸秆覆盖的保墒效果很明显, 生产上如果能



图 3 秸秆覆盖处理对冬小麦生长期间 5 cm土层温度日均差的影响
Fig. 3 Effects of straw mulching on diurnal temperature range at 5 cm soil layer during winter wheat growing season

表 1 秸秆覆盖处理对冬小麦不同生育期茎蘖数和生物量的影响
Table 1 Effect of straw mulching on winter wheat tiller and biomass at different growth stages
茎孽数 Tiller (stems·m−2) 生物量 Biomass (g·m−2) 处理
Treatment 越冬前
Pre-winter
越冬期间
During over-wintering
返青期
Recovery
越冬期间
During over-wintering
返青期
Recovery
对照 CK 265.00a 621.67a 1 057.08a 50.49a 74.09a
秸秆覆盖 Straw mulching 260.83a 547.50a 742.50b 40.12b 53.59b
同列不同字母表示处理之间差异显著(P<0.05), 下同。Values followed by different letters are significantly different within columns (P <
0.05). The same below.



图 4 秸秆覆盖对不同时期土壤含水量的影响
Fig. 4 Effects of straw mulching on soil water content at
different times
解决秸秆覆盖下冬小麦生育期延迟问题, 秸秆覆盖
在缺水地区应具有更广阔的前景。
2.3 冬灌对土壤温度和冬小麦生长的影响
在秸秆还田条件下, 生产上应用冬灌压实土壤,
同时提高土壤水分含量, 增大土壤热容量, 增强作
物抗旱、寒能力。图 5是冬灌对土壤温度日变化(5 cm)
的影响。结果显示冬灌对土壤温度产生了很大影响,
冬灌与未冬灌相比 , 夜间温度高 , 白天温度低 , 说
明冬灌可减缓晚间温度的降低效应。特别是在越冬
期间, 表层和 5 cm处平均土壤最低温度比不冬灌分
别高 0.88 ℃和 0.93 , ℃ 这样在遇到特别降温过程
时, 冬灌后的麦田抵御寒害能力会增强。
越冬后, 冬小麦从返青至拔节期, 冬灌处理下
土壤 0~20 cm土层含水量比对照平均高 21.0%(图 6),
第 9期 刘秀位等: 冬前不同管理措施对土壤温度和冬小麦早期生长的影响 1139




图 5 冬灌对冬小麦越冬前(a)、越冬期间(b)和越冬后(c)土壤温度日变化的影响
Fig. 5 Soil temperature changes of 5 cm layer under winter irrigation in the three periods of pre-winter (a), over-wintering (b)
and after over-wintering (c) of winter wheat

而冬灌与对照土壤温度差异更加明显(图 7): 对照麦
田白天升温作用显著高于冬灌麦田, 表层和 5 cm深
度平均最高温度两者相差 5.35 ℃和 5.57 ; ℃ 夜间冬
灌麦田温度降低幅度小于对照麦田, 两个层次平均
最低温度两者相差 0.40 ℃和 2.56 ℃。进一步表明含
水量高的土壤日温度变幅小。
虽然冬灌下土壤水分含量高 , 可增强作物抗
旱、寒能力, 但春季土壤上层温度回升比对照缓慢,
导致作物返青期间生长发育减缓。从表 2可以看出,
冬灌对小麦茎蘖数和生物量的影响不一致, 越冬期
间和返青期冬灌处理比对照的茎蘖数分别低 10.7%
和 5.2%。冬灌处理的生物量虽然都低于对照, 但是
不同时期差异不同, 越冬期间冬灌处理与对照的差
值为 8.3%, 越冬后返青至拔节期差异增大至 21.0%


图 6 冬灌对不同时期土壤含水量的影响
Fig. 6 Effects of winter irrigation on soil water content at
different times



图 7 冬灌处理下 5 cm土层地温日均差变化
Fig. 7 Diurnal temperature range at 5 cm soil layer under winter irrigation
1140 中国生态农业学报 2012 第 20卷


(P<0.05)。冬灌能够缩小土壤空隙, 减少与大气的水
热交换, 在冬小麦越冬期间有保温作用, 有利于安
全越冬 , 但冬灌对返青后冬小麦的生长影响很大 ,
对最终的产量不利。
2.4 镇压对土壤温度和冬小麦生长的影响
镇压处理与对照间的土壤温度变化基本上一
致。从图 8可以看出, 5 cm土壤温度不受镇压的影
响。而镇压对冬小麦苗期的密度、生物量也没有明
显的影响。但是镇压对土壤水分产生了影响, 返青
至拔节期镇压处理的 0~20 cm土壤平均含水量比不
镇压的高 4.64%, 说明镇压具有一定的保墒作用。
3 讨论与结论
本试验结果表明, 秸秆覆盖可平缓土壤温度的
日变化, 冬季具有提高土壤温度, 春季具有降低土
壤温度的作用, 这与陈素英等[9]、周凌云[10]的研究结
果一致。秸秆覆盖在冬小麦越冬期间有保温效应 ,
并且能够提高越冬至拔节前的土壤含水量; 但同时
秸秆覆盖会影响冬小麦早期的生长, 越冬期间以及
越冬后秸秆覆盖处理的冬小麦生物量和茎孽数都明
显低于对照。众多学者研究认为秸秆覆盖可以抑制
蒸发, 增强作物蒸腾, 提高作物产量[1,11]; 但是也有
报道秸秆覆盖不利于冬小麦早期生长, Chen等[12]发
现与不覆盖秸秆相比, 秸秆覆盖能降低一天中的最
高温, 使最低温升高; 但是由于秸秆覆盖下土壤温
度低, 使冬小麦发育延迟 7 d; 也有学者认为秸秆覆
盖降低了土壤温度, 从而延迟了冬小麦开始分蘖时
间, 而返青至拔节期冬小麦生长发育的延缓会缩短
灌浆时间, 最终影响产量[13−15]。本试验也表明秸秆
覆盖会延缓春季冬小麦生长发育。这样可能会造成
冬小麦后期群体较小, 最终产量降低。因此提高秸
秆覆盖春季的地温或许能解决保墒与产量减低间的
矛盾, 从而使秸秆覆盖在生产上广泛应用。
本试验结果表明, 冬灌可以使土壤温度夜间升
高, 白天降低。越冬期间, 冬灌处理表层和 5 cm土
壤平均最低温度比未冬灌处理分别高 0.88 ℃和
0.93 ℃。越冬后, 冬小麦从返青至拔节期, 不冬灌麦
田白天升温作用显著高于冬灌麦田; 夜间冬灌麦田
温度降低幅度小于未冬灌麦田。由于冬灌下土壤含
水量较高, 土壤热容量大, 使得地温变化平缓。一般
认为适时冬灌能提高土壤温度[16]; 但张喜英等[17]认
为, 播前一定底墒充足, 然后根据越冬前的气象条
件, 当 0~50 cm 土壤含水量不低于 60%时, 越冬水
可以不浇。冬灌处理下越冬前至返青期的茎蘖数减
少, 生物量降低于。Shao 等[18]比较了华北地区冬灌
与不冬灌下冬小麦生长情况, 认为冬灌对作物生长
发育的影响较小 , 一般年型下冬小麦可以不冬灌 ,
只有特别干旱年份冬灌的正效应才能体现出来。本
试验的结果表明, 在遇到特别降温过程时, 冬灌后
的麦田抵御寒害能力会增强。但是冬灌不利于春季
地温回升, 使冬小麦生长发育减缓。

表 2 冬灌处理对冬小麦茎蘖数和生物量的影响
Table 2 Effect of winter irrigation on winter wheat tiller and biomass
茎孽数 Tiller (stems·m−2) 生物量 Biomass (g·m−2)
处理
Treatment 越冬前
Pre-winter
越冬期间
During over-wintering
返青期
Recovery
越冬期间
During over-wintering
返青期
Recovery
对照 CK 280.00a 667.78a 1 117.22a 65.67a 72.87a
冬灌 Winter irrigation 248.33a 596.11a 1 059.44a 60.21a 57.54b



图 8 冬前镇压处理下土壤 5 cm处地温冬小麦越冬前(a)、越冬期间(b)及越冬后(c)日变化
Fig. 8 Soil temperature change at 5 cm layer under compaction in the three periods of pre-winter (a), over-wintering (b)
and after over-wintering (c) of winter wheat
第 9期 刘秀位等: 冬前不同管理措施对土壤温度和冬小麦早期生长的影响 1141


镇压对土壤温度没有明显影响, 对冬小麦茎蘖
数、生物量也没有明显的影响, 但是镇压有助于提
高土壤含水量。
综合上述研究结果, 镇压与不镇压温度差异及
其对冬小麦早期生长影响不明显。秸秆覆盖和冬灌
冬季可降低最低温度的降幅, 但春季不利于地温回
升, 使得春季冬小麦生长发育延缓。由于本试验为 1
年的试验结果, 冬前管理措施的温度效应可能随着
年型的差异而有变化, 不同年型的温度效应需要进
一步深入研究。
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