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沟垄集雨栽培技术可以有效收集降雨、降低蒸发、提高作物产量和水分利用效率,因而被广泛应用于我国西北旱区粮食生产。在该模式下,改变沟垄比会引起土壤微地形的变化从而影响集雨效果。不同沟垄比下土壤微环境的变化也会对土壤碳排放产生一定的影响,然而目前关于此方面的研究较少。因此,本研究于2014和2015年在长武黄土高原农业生态试验站,以平作不覆膜为对照（CK）,在沟垄集雨栽培条件下设置三个不同沟垄比处理,即沟:垄=70:40 cm（RFMS40）、沟:垄=55:55 cm（RFMS55）和沟:垄=40:70 cm（RFMS70）,从土壤-植株-生态系统的角度系统研究沟垄集雨栽培对土壤微环境、春玉米生长、土壤碳排放及生态系统碳收支的影响。该研究不仅有助于了解旱作农田系统对大气CO2库的影响,还可以为黄土高原旱区发展兼顾节水和低碳的可持续农业提供参考。本研究主要结论如下:（1）与平作相比,沟垄集雨栽培可以增加土壤5 cm、10 cm和15 cm土层温度,但增温效应主要集中在垄上且在玉米营养生长阶段较显著。在集雨栽培处理中,垄上温度表现出随着垄宽增加而增加的趋势,但三个沟垄比处理间差异不显著。沟垄集雨栽培还显著增加了种植沟内的土壤含水量,而垄上的土壤含水量却低于平作,沟垄间土壤含水量的差异在3.8 cm、12 cm和20 cm均达到了显著水平。在三个沟垄比处理中,随着垄宽的增加,沟内土壤含水量呈增加趋势,但处理间差异不显著。沟垄集雨栽培改变了土壤细菌群落α多样性,但对根际土壤的影响较非根际土壤显著,还可以增加根际与非根际土的细菌群落的差异性。细菌群落β多样性结果表明,相比于种植方式,土壤细菌群落结构更易受土壤类型（根际与非根际）的影响。春玉米收获后,沟垄集雨栽培处理0-20 cm土层的土壤有机碳含量高于平作,但所有处理间无显著差异。（2）沟垄集雨栽培增加了春玉米的株高、茎粗、叶面积指数（LAI）和叶片SPAD值,且比平作早20天左右达到玉米茎粗和LAI的峰值;同时还显著促进了春玉米地上部和地下部的干物质量积累。在完熟期,RFMS40、RFMS55和RFMS70地上部生物量的两年平均值分别比CK高26.0%、33.5%和47.6%,三个沟垄比处理之间的地上部生物量表现出随着垄宽的增加呈增加的趋势,而根干重密度却没有显著差异。与平作相比,沟垄集雨栽培还可以增加整个灌浆期的籽粒平均灌浆速率,延长籽粒的活跃灌浆期和有效灌浆期。改变沟垄比对籽粒灌浆前期的影响较明显,RFMS70较RFMS40和RFMS55缩短了灌浆前期的天数但能明显提高此期间的平均灌浆速率,从而获得了更高的粒重。最终,RFMS40、RFMS55和RFMS70处理籽粒产量的两年平均值分别比CK高26.1%、36.4%和50.3%,三个沟垄比处理之间的差异也达到了显著水平。分析结果表明,沟垄集雨栽培主要是通过增加穗粒数(R=0.92**)和百粒重(R=0.97**)来增加产量的。（3）沟垄集雨栽培能较平作增加土壤0-200 cm土层的土壤贮水量,但贮水量的增加主要集中在玉米生育前期和后期（如拔节期、大喇叭口期和完熟期）。与平作相比,沟垄集雨栽培显著提高了春玉米水分利用效率（WUE）,RFMS40、RFMS55和RFMS70处理下WUE的两年平均值分别比CK高25.7%、38.7%和53.9%三个沟垄比处理之间的差异也达到了显著水平。沟垄集雨栽培还可以促进春玉米对氮素的利用。在春玉米收获期,沟垄集雨栽培处理籽粒的氮吸收量显著高于平作,但其对秸秆的氮吸收量影响不显著。总的来说,沟垄集雨处理显著提高了玉米的氮素吸收效率（NupE）、氮肥偏生产力（Nfp）、氮素利用效率（NUE）和氮收获指数（NHI）,改变沟垄比对NupE和Nfp的影响较显著。（4）沟垄集雨栽培提高了春玉米生育期内的平均土壤呼吸速率,其中RFMS70与CK的差异在两年中都达到显著水平,但三个沟垄比处理之间的差异则不显著。沟垄集雨栽培还促进了土壤的自养呼吸（Ra）和异养呼吸（Rh）,但处理间差异不显著。在沟垄集雨栽培模式下,土壤呼吸表现出一定的沟垄差异,RFMS40、RFMS55和RFMS70的垄上土壤呼吸速率在两个生育期内的均值分别比沟内高14.0%、16.5%和15.2%。影响土壤呼吸变化的主要因子是土壤温度,指数方程可以很好的拟合二者之间的关系;但覆膜垄上土壤温度对呼吸的解释能力及土壤呼吸的温度敏感性系数(Q10)均低于未覆膜土壤（包括平作和集雨沟内）。玉米植株地上部生物量与土壤呼吸之间存在极显著的二次方程关系,而根系生物量对土壤总呼吸的影响则低于其对Ra的影响。沟垄集雨栽培增加了春玉米生育期内土壤的二氧化碳总排放量（TCO2）,但同时也提高了碳排放效率（CEE）。RFMS40、RFMS55和RFMS70处理TCO2的两年平均值分别比CK高10.6%、19.6%和20.4%,CEE的两年平均值分别比CK高13.6%、13.5%和24.1%。在整个生育期内,春玉米生态系统表现为强碳汇,且沟垄集雨栽培处理的净生态系统交换量极显著高于平作;在三个沟垄比处理中,RFMS70的固碳能力最高,其固碳量的两年平均值分别比RFMS40和RFMS55高23.1%和11.8%。在考虑到玉米收获期移出地上部生物质之后,玉米生态系统净碳平衡均为负值,即表现为净碳损失,各处理间没有显著差异,但RFMS70的碳损失量在两年中均为最低。因此,沟垄比为40:70 cm的处理因其较高的籽粒产量、水氮利用效率和生态系统固碳量以及碳排放效率,可以推荐作为黄土高原区旱作春玉米生产中兼顾节水低碳稳产的栽培模式推广应用。