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黄土高原是我国最主要的旱作冬小麦种植区,该地区雨季集中在冬小麦休闲期,冬小麦生育期干旱少雨,造成作物产量不稳且氮肥利用效率低下。因此,如何高效利用有限的夏闲期降雨,提高生育期水分利用率,进一步提高氮肥利用率是当前亟待解决的农业实际问题。地表覆盖一方面可以减少土壤水分无效蒸发,增加夏闲期土壤蓄水量;另一方面可以增加植物蒸腾、促进作物对养分的吸收利用。因此,覆盖成为旱作农业中普遍存在的种植模式。本研究以黄土高原典型旱作农业区陕西省永寿县的冬小麦为研究对象,进行了连续5年的定位试验,以不施氮肥为无氮对照(CK),在施纯氮150 kg/hm~2的条件下设置了农户模式(NM)、垄覆沟播(RM+FS)、全膜穴播(PM)、秸秆覆盖(SM),共5个处理。研究了不同地表覆盖对冬小麦产量、水氮利用及生理性状的影响。取得主要结果有:(1)在渭北旱塬,不同地表覆盖基本能达到稳产并在干旱年份增产的目标。与NM相比,其中RM+FS处理在欠水年产量增幅达5.6%~15.7%,地上部生物量增幅14.5%~29.1%,在平水年出现负效应,但并不显著;PM处理连续5年地上部生物量增幅达11.6%~23.2%,而产量增幅为6.1%~18.5%;SM处理在平水年2013-2014产量变化不显著,在其余年份产量增幅高达9.0%~22.5%,地上部生物量增幅高达11.4%~31.7%。(2)与CK相比,施氮除第1季对各器官氮含量没影响外,后4季能显著提高各器官氮含量达24.6%~107%。与NM相比,不同地表覆盖对各器官氮含量在前2季都没有显著影响,在第3季SM处理籽粒氮含量显著提高了17.3%;在第4季不同地表覆盖籽粒氮含量降低了9.5%~19.9%,秸秆氮含量降低了25.0%~38.9%,颖壳氮含量降低了28.3%~41.7%;在第5季,不同覆盖处理籽粒氮含量显著降低了11.3%~24.3%。各器官氮含量在年际间的差异极显著。对于地上部氮携出量,与CK相比,5个生长季施肥处理增幅达24.2~305%;与NM相比,不同地表覆盖处理在前3季有不同程度上提高,而在后2季,RM+FS与SM没有增加,而PM分别降低了17.9%与8.3%。(3)SM通过高效的休闲效率,对产量产生显著的正效应;RM+FS处理虽然没有表现出高效的休闲效率,但通过高效利用生育期的降雨量也对产量产生良好的促进作用。PM则是结合了二者的优势,不仅提高休闲效率,并能高效利用生育期降雨量来实现其高产目标。(4)RM+FS在平水年由于苗期分蘖过多,造成后期密度过大,养分水分相对不足而减产,且在平水年休闲期硝态氮淋溶峰下移近40 cm,淋溶风险较大;PM处理多年来氮肥残留较低,硝态氮淋溶风险极低,但施氮150 kg/hm~2的条件下,连续播种会出现氮肥不足的现象;SM处理增产效果明显,但施氮150 kg/hm~2连续5年的播种,硝态氮淋溶已超过2 m,风险极大。(5)与NM相比,不同覆盖处理对冬小麦各生育期的根系活力都有一定的抑制作用,PM降低了14.8%~44.6%,SM降低了12.9%~35.4%,RM+FS影响不显著;对各生育期的硝酸还原酶(NR)活性影响不显著,对旗叶硝态氮含量有一定的影响,在拔节期PM与SM显著降低了20.6%与24.4%,在扬花期降低了18.6%~23.8%。对扬花期与灌浆期旗叶叶绿素含量SPAD值有一定的抑制作用,对扬花期旗叶净光合速率的影响虽然并未达到显著水平,但也存在一定的下降趋势,降低了5.5%~14.1%。