西北黄土高原半干旱雨养农业区水热皆不足,旱地春玉米主要以全膜双垄沟栽培为主。地膜覆盖造成的残膜污染日益受到关注,该技术在小麦和马铃薯上保墒增产显著,但在玉米上的应用效果如何,尚未开展系统研究。在西北旱作春玉米产区水热环境背景下,于2017-2019年开展了秸秆带状覆盖与两种全膜双垄沟模式的比较试验,系统测定了覆盖方式间土壤水分、土壤温度、生长指标、生态生理指标、产量结构因子和产量的差异,并分析了覆盖引起的土壤水热变化与产量差异的形成机制。试验包括3种覆盖处理:全地面白膜覆盖（WP）、全地面黑膜覆盖（BP）、秸秆带状覆盖（SSM,覆盖度42%,种植带播种2行,覆盖带宽度50 cm,种植带宽度70 cm）,以生产上常用的WP为对照。主要结果如下:1.带状覆盖的籽粒产量和生物产量水分利用效率显著低于白膜和黑膜覆盖,而白膜和黑膜覆盖间无显著差异,其中籽粒产量带状覆盖分别较白膜和黑膜覆盖降低16%和13%。从产量因素分析,带状覆盖的籽粒产量下降主要是降低了粒重,而处理间穗粒数和穗数相对稳定;从营养生长和和生殖生长角度分析,带状覆盖较白膜覆盖和黑膜覆盖减产原因首先是显著降低营养生长量,其次是降低了收获指数。虽然秸秆带状覆盖的籽粒产量较地膜覆盖低,但由于减少了投入,平均纯收入与两种地膜覆盖相近、甚至在丰水年高于黑膜覆盖（BP）;若用于青贮玉米生产,平均纯收入显著高出两种地膜覆盖21～26%。2.尽管秸秆带状覆盖是一种局部地面覆盖,但并没有降低土壤供水能力。全生育期0-200 cm土壤平均贮水量带状覆盖较白膜和黑膜覆盖相似（P＞0.05）、甚至更高。秸秆带状覆盖和两种地膜覆盖总耗水量相近,能维持与地膜覆盖相近或更高供水能力的的主要原因,一是提高了降水入渗率,二是通过降温减少了水分的消耗强度和奢侈耗水。与白膜覆盖对照相比,带状覆盖的增墒效应主要在喇叭口期—灌浆期和0-90 cm土层。带状覆盖较两种覆膜削弱了0-200 cm土壤剖面不同土层的水分梯度差异。虽然处理间全生育期平均耗水量（或蒸散量）各覆盖处理相近,但存在阶段性耗水差异。增加喇叭口期—吐丝期耗水有利于增加干物质积累,但吐丝期以后的0-40 cm的土壤水分过多和耗水较多会引起贪青晚熟和粒重下降。在黄土高原半干旱区,春玉米耗水主要依赖生育期降水,当生育期降水超过400 mm时,降水不仅可完全满足各处理耗水需求,甚至会出现土壤水分的盈余补充。但在平水年份,播前土壤贮水（底墒）对土壤耗水的贡献高达11%～15%,底墒对缓解季节性干旱危害具有重要作用。春玉米耗水主要依赖生育期降水,生育期降水高于400 mm的丰水年,生育期降水不仅可满足各处理的耗水需求,甚至会出现盈余。但在生育期降水少于400 mm的平水年,播前土壤贮水对耗水仍有较大贡献（11%～15%）。3.覆盖材料和方式显著影响0-25 cm的耕层土壤温度。带状覆盖和黑膜覆盖在各时期、各土层温度普遍低于白膜覆盖,以带状覆盖降温效应最突出。三年平均,全生育期0-25 cm的平均温度带状覆盖和黑膜覆盖分别较白膜覆盖降温2.03℃和0.55℃。降温幅度以苗期—拔节期最大,丰水年降温效应大于平水年。降温效应会延迟生长发育进程和推迟成熟一周左右。土壤水温互作明显,地温升高会导致土壤水分下降。覆盖方式也影响土壤热传导,进而影响土壤水分的运移、消耗和时空分布差异。带状覆盖较地膜覆盖可明显平抑土壤温度的剧烈波动,这种温度平抑效应在丰水年更加明显。在热量欠缺的春玉米区,地膜覆盖下较高的土壤温度有利于高产形成和促进营养生长,而带状覆盖显著的降温效应也是导致其营养生长受到抑制、粒重下降和减产的主要原因,土壤温度对粒重的影响明显大于对穗粒数和穗数的影响。尤其灌浆期0-25 cm各土层温度均与粒重高度正相关。4.与白膜覆盖相比,带状覆盖可显著提高灌浆期叶片过氧化氢酶活性、可溶性蛋白质含量、净光合速率,但降低丙二醛含量。虽然带状覆盖较WP的叶片可溶性糖含量（WSC）提高幅度和脯氨酸含量（Pro）降低幅度相对较小,但WSC和Pro对土壤水温变化较敏感,提高土壤水分和温度,有利于WSC积累,而维持较高的叶片含水量、土壤水分和温度则会降低叶片Pro的含量。上述生理指标的差异证明,带状覆盖可提高后期植株抗氧化能力、渗透调节能力和植株活力,延缓衰老和延长光合持续期,增强后期光合生产能力。但后期带状覆盖光合能力和抗衰老能力的加强,并不能弥补生长量不足和粒重下降造成的产量损失。5.在西北旱寒并驻的环境背景下,春玉米生育期与降水季节耦合度较高,耗水主要依靠生育期降水。土壤温度是影响该区域春玉米营养生长和产量差异的主导环境因子。6.带状覆盖是一项绿色环保的可持续生产技术。它不仅可避免残膜污染和秸秆焚烧引起的雾霾污染、而且秸秆还田后可培肥地力和改良土壤,实现富裕秸秆资源的循环再利用,生态效益和经济效益优势明显,具有较高的应用前景。