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覆盖栽培被广泛地应用于西北旱地作物生产,地膜覆盖有效地解决了限制旱区作物生产力提高的“旱寒”问题,但其导致的地膜残留和过度消耗地力等问题也不容忽视。传统的全地面秸秆覆盖在该区应用中,存在土壤降温幅度过大、甚至减产的风险。为此,采用秸秆局部地面覆盖的秸秆带状覆盖方式,可有效协调土壤保墒与降温的矛盾。然而近年来,由温室效应引发的气候暖化成为当今人们面临的巨大挑战,而地膜覆盖和秸秆带状覆盖对农田温室气体排放的影响,尚缺乏全面系统研究。本研究以西北旱地三个主要作物（冬小麦、春小麦和马铃薯）为对象,于2017-2020年在西北黄土高原半干旱雨养区开展了大田试验,设置地膜覆盖（PFM）、秸秆带状覆盖（SSM）和露地对照（CK）三个处理,研究了不同覆盖方式对土壤碳排放和耕层环境的影响,并分析了土壤碳排放与耕层环境、产量形成之间的相互关系,本研究旨在为农田减排提供理论依据。主要结果如下:（1）覆盖可显著提高冬小麦和马铃薯经济产量（EY）,并且PFM较CK的增产幅度大于SSM,而覆盖在春小麦上的增产效果因年份差异较大。从产量形成角度分析覆盖增产的原因:在冬小麦上主要是增加了穗数,在春小麦上可同时显著增加穗数和穗粒数,在马铃薯上主要是提高了单薯重。覆盖条件下良好的营养生长,为经济产量提高奠定了物质生产基础。（2）覆盖对旱地农田耕层土壤物理性质有显著影响。SSM可显著提高耕层土壤孔隙含水量,但会降低耕层土壤温度和土壤容重;PFM也显著提高耕层土壤孔隙含水量,但对耕层土壤温度和土壤容重的影响因作物不同差异较大。与CK相比,SSM分别提高冬小麦、春小麦和马铃薯土壤孔隙含水量5.4、4.6和2.8个百分点,但降低土壤温度1.5℃、0.9℃和0.7℃,降低土壤容重0.6%、1.1%和1.1%（P＜0.05）;PFM提高冬小麦、春小麦和马铃薯土壤孔隙含水量3.0、4.4和4.9个百分点,提高春小麦和马铃薯土壤温度0.7℃和0.8℃,提高春小麦和马铃薯土壤容重1.1%和1.4%（P＜0.05）,但对冬小麦土壤温度和土壤容重没有显著影响。增加土壤孔隙含水量可显著提高春小麦穗粒数和籽粒产量、马铃薯单株结薯数和薯块产量;冬小麦穗粒数、春小麦穗粒数和马铃薯单株结薯数与土壤温度负相关;降低土壤容重可显著提高冬小麦穗数和籽粒产量。（3）覆盖显著影响旱地农田耕层土壤有机碳及活性碳组分,但对耕层过氧化氢酶和蔗糖酶活性的影响因作物而异。与CK相比,SSM分别显著提高冬小麦、春小麦和马铃薯耕层有机碳13.6%、13.6%和4.3%,且明显提高活性碳组分含量,SSM在春小麦和马铃薯中以可溶性有机碳增幅最大,在冬小麦中以颗粒态有机碳增幅最大;PFM对耕层有机碳和活性碳组分的影响作物间差异较大。（4）SSM普遍降低了三种作物生育期土壤碳排放,而PFM则相反。覆盖处理间土壤碳排放差异主要取决于土壤异养碳排放的变化。SSM较CK显著降低冬小麦、春小麦和马铃薯生育期土壤异养呼吸碳排放（Rh）,并较CK依次显著降低土壤碳排放（Rs）11.6%、11.6%和6.9%,SSM对土壤自养呼吸碳排放（Ra）的影响因作物而异;PFM较CK显著提高冬小麦、春小麦和马铃薯生育期Rh和Ra,从而较CK依次显著提高Rs 12.8%、17.1%和31.3%。SSM较CK显著提高了不同作物土壤碳排放效率（EY/Rs）,而PFM对土壤碳排放效率的影响因作物而异。覆盖显著提高了三种作物净初级生产力（NPP）,且在三种作物中,SSM具有最高的作物净固碳潜力（NPP/Rs）;此外,三种作物田均表现为大气CO2的汇,且SSM和PFM的碳汇大于CK。（5）冬小麦、春小麦和马铃薯土壤呼吸速率与孔隙含水量符合二次回归方程。覆盖栽培提高了土壤孔隙含水量对冬小麦土壤呼吸速率的解释度,但却降低了土壤孔隙含水量对马铃薯土壤呼吸速率的解释度。三种作物土壤呼吸速率与土壤温度符合指数回归方程,SSM和PFM提高了冬小麦土壤呼吸速率对耕层土壤温度的敏感性,但降低了春小麦和马铃薯土壤呼吸速率对耕层土壤温度的敏感性。土壤温度是引起冬小麦和春小麦Rs的主因,而马铃薯田Rs对土壤水热和容重的变化较敏感。Rh的增加是各作物土壤碳损失的主要原因;土壤过氧化氢酶活性对春小麦Rs影响显著,土壤蔗糖酶活性对马铃薯Rs影响显著,但土壤酶活性对冬小麦Rs无明显影响。（6）耕层环境因子对Rs的调控途径因作物而异。冬小麦Rs受耕层水分、温度、容重、易氧化有机碳、颗粒态有机碳和可溶性有机碳的共同影响,其中以颗粒态有机碳影响最大,解释度达84.8%;春小麦Rs受耕层温度、过氧化氢酶活性和蔗糖酶活性的共同影响,其中以耕层温度的影响最大,解释度达78.9%;马铃薯Rs受耕层水分、温度、过氧化氢酶活性和有机碳的共同影响,以有机碳的影响最明显,解释度为81.0%。秸秆带状覆盖在增加生态系统固碳和作物固碳的同时降低了旱地农田土壤碳排放、提高了碳排放效率,是一项有利于西北旱地农业高产高效、固碳减排的种植方式。