高 麗，宋展樹，賈純社，張建峰，柳小剛，高鵬聰，張彥平

（甘肅省慶陽(yáng)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅慶陽(yáng)745000）

小麥?zhǔn)莾H次于玉米和水稻的第三大糧食作物，總種植面積約占全國(guó)總耕地面積的20%～30%[1]。春小麥作為我國(guó)廣泛種植的作物之一，其種植區(qū)大多分布在北方，而主要產(chǎn)區(qū)則是在西北地區(qū)[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，春小麥在我國(guó)西北地區(qū)的種植面積約占全國(guó)小麥總種植面積的20%，占當(dāng)?shù)馗髅娣e的40%，占糧食播種面積的51%[3]。水資源短缺嚴(yán)重限制西北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，作物播種期間干旱缺水，降雨季節(jié)與作物生長(zhǎng)季節(jié)嚴(yán)重錯(cuò)位，水分不足成為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵限制因子[4]。農(nóng)田覆蓋栽培技術(shù)的出現(xiàn)一定意義上推動(dòng)了國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的進(jìn)程[5]，農(nóng)田覆蓋對(duì)于降低土壤水分無(wú)效損耗，增加對(duì)自然降雨的攔截和儲(chǔ)水具有重要意義，農(nóng)田覆蓋能夠促進(jìn)降雨向更深的土壤入滲，對(duì)于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義[6]，廣泛應(yīng)用于西北內(nèi)陸雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。諸多研究證明：農(nóng)田覆蓋在很大程度上能夠改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境[7]。農(nóng)田覆蓋在保土保水、抑制蒸發(fā)、保墑蓄水、改善土壤肥力、增加固碳潛力、提高作物產(chǎn)量方面有顯著效益[8]。不同覆蓋方式必然對(duì)麥田土壤的物理、化學(xué)及生物學(xué)性狀產(chǎn)生影響，進(jìn)而直接或間接影響麥田土壤水分和養(yǎng)分，最終影響小麥產(chǎn)量。

1 覆蓋方式對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響

覆蓋作為一種有效的保水保墑措施，在旱地作物生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的增產(chǎn)作用，隨著覆蓋技術(shù)的發(fā)展，覆蓋材料越來(lái)越多樣化。近年來(lái)，農(nóng)田覆蓋技術(shù)發(fā)展較快，涌現(xiàn)出了大量不同覆蓋方式與效果，對(duì)推動(dòng)我國(guó)乃至全球小麥生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展起到了積極作用。目前，我國(guó)小麥生產(chǎn)中常用的農(nóng)田覆蓋方式主要有以下幾種。

1.1 春小麥產(chǎn)量對(duì)地膜覆蓋的響應(yīng)

地膜覆蓋主要是將蒸發(fā)耗水轉(zhuǎn)變?yōu)檎趄v耗水，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量[9]。有研究表明：覆蓋地膜在地表形成保護(hù)層，減少土壤水分無(wú)效蒸發(fā)，同時(shí)提高土壤溫度，進(jìn)而增加作物產(chǎn)量[10，11]。程宏波[12]研究認(rèn)為，與露地栽培相比，地膜覆蓋顯著提高小麥水分利用效率(Water Use Efficiency)，增產(chǎn)30%以上。楊長(zhǎng)剛等[13]研究表明：增產(chǎn)效果表現(xiàn)為全膜穴播＞全膜覆土穴播＞壟膜溝播。侯慧芝等[14]研究表明：小麥全膜覆土穴播較露地穴播增產(chǎn)35.4%～61.9%。

地膜覆蓋對(duì)干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了一定的優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也帶來(lái)了一系列的負(fù)面影響，諸如農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的污染，白色污染加劇了農(nóng)田深層水分消耗等[15]，并且地膜的殘留會(huì)污染土壤環(huán)境，不利于耕作[16]。此外，地膜的增溫作用加速作物的生育進(jìn)程，縮短生育期，加劇了土壤養(yǎng)分的分解，從而導(dǎo)致作物生長(zhǎng)后期營(yíng)養(yǎng)失衡，致使植株早衰，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)[9]。

1.2 秸稈覆蓋對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響

我國(guó)作為世界農(nóng)業(yè)大國(guó)，具有豐富的農(nóng)作物秸稈資源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年產(chǎn)各類秸稈約45 億t，而我國(guó)的各類秸稈約8.4 億t，占世界總量的19%[17]。發(fā)達(dá)國(guó)家將秸稈直接還田，英國(guó)和美國(guó)秸稈還田率分別為76%和66%，我國(guó)僅有25%[18]。在一定的區(qū)域內(nèi)，秸稈覆蓋有等同于地膜覆蓋的作用，且秸稈覆蓋還能培肥地力，增加農(nóng)田有機(jī)質(zhì)含量[19]。有研究表明：秸稈覆蓋在環(huán)境溫度較高時(shí)，表現(xiàn)出降溫效應(yīng)，在環(huán)境溫度較低時(shí)，表現(xiàn)出增溫效應(yīng)，對(duì)于緩沖土壤溫度變化，促進(jìn)作物生長(zhǎng)提供了良好環(huán)境[20]。楊長(zhǎng)剛等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與露地條播相比，秸稈帶狀覆蓋顯著增加單位面積穗數(shù)和成熟期生物量，籽粒產(chǎn)量顯著增加19%～52%。黃明等[22]研究了耕作方式和秸稈覆蓋對(duì)旱地麥豆輪作下小麥籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?，發(fā)現(xiàn)在耕作方式相同的條件下，與露地栽培相比，秸稈覆蓋下小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)顯著增加，同時(shí)還提高了拔節(jié)前和開花后的氮素積累量。有研究發(fā)現(xiàn)，秸稈帶狀覆蓋能顯著改善旱地冬小麥花后光合效率，促進(jìn)干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)，從而達(dá)到增產(chǎn)的效果[23]。秸稈覆蓋是一種更為綠色、可持續(xù)的覆蓋模式。秸稈覆蓋具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用時(shí)一定要結(jié)合地區(qū)的氣候條件，溫度較低或者寒冷地區(qū)，秸稈覆蓋可能會(huì)引起作物生長(zhǎng)季內(nèi)積溫不足，甚至出現(xiàn)0～20 cm 土層溫度降低等現(xiàn)象[24]。因此，在后續(xù)的秸稈覆蓋技術(shù)研究中，可以把這一問(wèn)題作為突破口進(jìn)行相關(guān)研究。

2 覆蓋對(duì)土壤耗水特性的影響

覆蓋主要包括地膜覆蓋和秸稈覆蓋。地膜覆膜通過(guò)降低土壤水分無(wú)效蒸發(fā)，在土壤中保持了較高的貯水量[25]。張禮軍等[26]研究認(rèn)為，環(huán)境溫度較高時(shí)地膜能夠抑制蒸發(fā)，蓄水保墑；在環(huán)境溫度較低時(shí)，能夠提高土壤溫度，在一定程度上提高冬小麥越冬成活率，同時(shí)提高作物水分利用效率(WUE)。有研究表明：與露地栽培相比，地膜覆蓋顯著提高淺層(0～30 cm)土壤含水量[27，28]。與露地栽培相比，地膜覆蓋顯著提高作物水分利用效率(WUE)，小麥全膜覆土穴播較露地穴播水分利用效率(WUE)提高44.6%～63.3%[14]。地膜覆蓋對(duì)于作物增產(chǎn)有很大的幫助，但前提是以損害環(huán)境為代價(jià)，且殘膜留在土壤中對(duì)土壤環(huán)境造成持續(xù)污染，嚴(yán)重威脅農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[29]。

殷文等[19]研究表明：秸稈還田具有提高春小麥播種時(shí)土壤含水量的優(yōu)勢(shì)。不同覆蓋措施主要是通過(guò)改變土壤用水結(jié)果，增加土壤墑情，進(jìn)而提高土壤貯水量，最終表現(xiàn)為增加產(chǎn)量。楊長(zhǎng)剛等[13]研究表明：秸稈帶狀覆蓋主要是降低小麥生育前期的耗水量，增加了生殖生長(zhǎng)階段耗水量，而增加的生殖生長(zhǎng)階段耗水量主要是通過(guò)調(diào)用深層(120 cm 以下)土壤貯水來(lái)實(shí)現(xiàn)。秸稈帶狀覆蓋周年水分利用效率較露地條播分別顯著提高19%～61%、14%～31%和15%～58%[13]。王建東等[30]研究表明：秸稈覆蓋條件下滴灌可以減少7%～15%的灌溉定額，為缺水地區(qū)節(jié)水灌溉提供了理論基礎(chǔ)。也有研究表明：與露地栽培相比，秸稈覆蓋對(duì)華北地區(qū)冬小麥產(chǎn)量和作物水分利用效率(WUE)無(wú)顯著影響，其產(chǎn)量甚至比露地栽培更低[31]。范穎丹等[32]研究發(fā)現(xiàn)，與露地栽培相比，秸稈覆蓋有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不利于作物生長(zhǎng)的情況，可能是因?yàn)榻斩捀采w增墑和減墑的雙重效應(yīng)所致。因此，地膜秸稈復(fù)合覆蓋技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，呂雯等[33]研究發(fā)現(xiàn)，地膜秸稈復(fù)合覆蓋在一定程度上能消除地膜和秸稈覆蓋造成的負(fù)面影響。

3 覆蓋方式對(duì)土壤肥力的影響

地膜覆蓋增加了土壤的貯水量，提高了土壤溫度，進(jìn)一步影響土壤微生物群路和活性，對(duì)于土壤氮素礦化具有促進(jìn)作用，提高了植物對(duì)氮素的吸收[34]。毛海蘭等[35]研究表明：與露地栽培相比，玉米地膜覆蓋顯著增加了0～40 cm 土壤硝態(tài)氮（NO-3-N）含量，顯著降低作物成熟前期0～20 cm 土壤全氮。地膜覆蓋雖然增產(chǎn)潛力巨大，但由于回收難，污染環(huán)境等問(wèn)題，故而不提倡地膜覆蓋，但可以尋求新型綠色的材料來(lái)代替地膜，諸如可降解膜、液態(tài)膜等。

秸稈還田措施是影響農(nóng)田土壤碳庫(kù)周轉(zhuǎn)、土壤肥力和作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[36]，有研究表明：秸稈覆蓋還田進(jìn)一步提高了各土壤層次上和所有級(jí)別團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定[37]，秸稈還田能改善土壤的物理性質(zhì)，增加土壤微生物量碳和氮的含量，增加土壤酶的活性，增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤肥力[34]。程曼等[38]通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究了秸稈還田對(duì)0～20 cm、20～40 cm 土壤有機(jī)碳（Soil Organic Carbon）含量和土壤無(wú)機(jī)碳（Soil Inorganic Carbon）含量的影響，結(jié)果表明：秸稈還田較露地栽培增加0～20 cm 土層SOC含量6%～14%(p＜0.05)，但對(duì)20～40 cm SIC 無(wú)明顯影響，秸稈在增加SOC 含量的同時(shí)，對(duì)土壤全氮（Soil Total Nitrogen）、土壤全鉀（Soil Total Potassium）、土壤有效氮（Soil Available Nitrogen）和土壤有效鉀（Soil Available Potassium）含量均有顯著影響。張聰?shù)萚39]通過(guò)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在秸稈還田開始的前10 年，對(duì)農(nóng)田SOC 含量和土壤養(yǎng)分以及各種土壤酶具有顯著的增加效果，但當(dāng)秸稈還田年限超過(guò)10 年后，雖然對(duì)SOC、土壤養(yǎng)分及土壤酶具有一定的影響，但增加幅度很小。可見，秸稈還田已成為一種趨勢(shì)，但由于其技術(shù)的不成熟，在實(shí)際應(yīng)用中還存在各種問(wèn)題，應(yīng)加大科研投入，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)秸稈代替地膜，秸稈代替化肥，達(dá)到減肥降耗的目的，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

4 覆蓋方式對(duì)土壤微環(huán)境的影響

朱利霞等[40]研究表明：與露地栽培相比，地膜覆蓋顯著影響土壤微生物生物量磷（Microbial Biomass Phosphorus），而對(duì)土壤微生物生物量碳（Microbial Biomass Carbon）、土壤微生物生物量氮（Microbial Biomass Nitrogen）影響不顯著。井大煒[41]研究認(rèn)為，地膜覆蓋主要影響土壤MBC 和與土壤養(yǎng)分有關(guān)的酶的活性，進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分的有效化。但也有學(xué)者研究認(rèn)為，地膜覆蓋非但沒(méi)有增加MBC 含量，甚至還有降低作用[42]。倪麗佳等[43]研究表明：覆膜顯著影響農(nóng)田土壤中細(xì)菌和真菌的數(shù)量，覆膜較不覆膜土壤中細(xì)菌數(shù)量顯著增加29.0%～29.1%，真菌數(shù)量顯著增加17.3%～51.9%，覆膜對(duì)土壤中放線菌數(shù)量的影響無(wú)明顯規(guī)律，表現(xiàn)為更為復(fù)雜的變化，地膜覆蓋下農(nóng)田土壤微生物量變化與當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤條件以及作物種類等均有一定關(guān)系，覆蓋對(duì)農(nóng)田微生物的影響機(jī)制還需要更深層次的探索。

有學(xué)者研究表明：秸稈覆蓋對(duì)土壤中微生物數(shù)量也具有一定的影響，具體表現(xiàn)為不僅改變了土壤中微生物群落的種類，而且改變了微生物群落的結(jié)構(gòu)，同時(shí)顯著影響土壤細(xì)菌的結(jié)構(gòu)和多樣性，包括α 多樣性和β 多樣性，在微生物的作用下，土壤理化性狀得到持續(xù)改善，可在植物生長(zhǎng)過(guò)程中不斷提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[44-46]。有研究表明：秸稈中富含大量的碳和氮，秸稈還田之后，為以氮源為能量的微生物提供了大量的氮源，而對(duì)以碳源為能量的微生物提供了大量的碳源，對(duì)微生物群體的生長(zhǎng)發(fā)育及微生物群體的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和組成比例均有顯著影響，對(duì)于土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化具有促進(jìn)作用[47，48]。秸稈覆蓋還田相當(dāng)于為土壤微生物引入碳源和氮源，對(duì)土壤微生物α 多樣性和β 多樣性產(chǎn)生顯著影響，引起土壤微生物群構(gòu)成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進(jìn)一步改善土壤微生物群落組成，最終表現(xiàn)為改善土壤質(zhì)量，培肥地力[49]。

綜上所述，目前的覆蓋研究都是以地膜覆蓋和秸稈還田覆蓋為主，并已取得了一定的進(jìn)展。而帶狀秸稈覆蓋技術(shù)作為一種新的地膜代替技術(shù)，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要意義。同時(shí)，秸稈覆蓋易受地域氣候的影響，因此在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中需要順天時(shí)，量地力，因地制宜，采用適宜的覆蓋方式，促進(jìn)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效、促進(jìn)農(nóng)民持續(xù)增收、促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。