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秸秆带状覆盖是一项覆盖栽培新技术。针对秸秆带状覆盖、地膜覆盖影响旱地小麦土壤温度、水分和养分利用效应缺乏较长时间和多维环境下的系统比较研究,以及覆盖增产机制不清问题,2012～2020年,在西北半干旱雨养区进行了小麦多年多点多品种田间比较试验。每个试验设秸秆带状覆盖（SM）、全膜覆盖（PM）和无覆盖种植（CK,对照）三个处理。在同一试验中,各处理的播种量和施肥量相同,因此SM增加了每行播种量。研究了各处理对土壤水分、温度和养分影响的差异,围绕籽粒产量形成结构与顺序,剖析了覆盖影响产量的相关机制。主要结果如下:1.通过对56个试验的Meta分析表明,覆盖处理较CK具有显著的增产效应（P＜0.05）。SM处理在地表覆盖度达到59%时,可达到与PM处理相似的平均产量（P＞0.05）。覆盖增产的原因主要是增加了穗数/ha（r=0.62**,r下略）和库容（0.91**）,促进了营养生长（0.77**）,提高花前贮备转移对产量贡献率5.4%～12.7%,其中以茎部花前贮备转移对产量的贡献率增幅最大。2.覆盖不仅影响土壤墒情,而且改变了耗水方式。全生育期0～200 cm土壤水分平均,SM和PM处理较CK的增墒效果相近。在覆盖度42%～59%范围内,SM的各技术模式增墒效果相近。但覆盖较CK的增墒效应具有明显时空差异。SM在各生育时期和0～200 cm土壤范围,具有普遍增墒效果。而PM在越冬～拔节的0～60 cm土层,其较CK的增墒效应显著高于SM,但孕穗后低于SM,尤其灌浆～成熟阶段,PM较CK普遍降墒。各覆盖处理与CK的全生育期耗水量相近（P＞0.05）。但PM和SM较CK显著降低前期（播种～拔节）耗水量和前期耗水模系数,PM较CK和SM分别增加中期耗水量（拔节～开花）和中期耗水模系数,而SM较CK和PM分别增加后期耗水量（开花～成熟）和中期耗水模系数。增加前期耗水有利于促进营养生长（0.40**）和增加穗数/ha（0.33**）;增加中期耗水不仅可促进营养生长（0.51**）,且有利于增加穗粒数（0.57**）和扩大库容（0.43**）;而增加后期耗水则有利于提高粒重（0.27**）。CK处理前期耗水虽多但穗数较少的原因是:前期地表裸露造成土壤无效蒸发比例高,而用于生长和产量因素形成的蒸腾耗水并不多。尽管覆盖一定程度可改善墒情,但覆盖增产的主要水分原因仍是优化了耗水方式,即在增加全生育期蒸腾耗水比例同时,覆盖也为产量成分形成关键期和旺盛营养生长阶段提供了更充足水分供应、并增加了相应的耗水,从而显著提高水分利用效率13.6%～18.4%。3.与CK比较,SM处理具有普遍降温效应,而PM处理则相反。SM随覆盖度降低,其降温效应逐渐弱化;随着生育阶段的不同,SM和PM都有程度不同的增温与降温双重效应。在冬季地温≦0℃阶段,SM也较CK具有增温保暖效应,在返青后则普遍降温。而PM在越冬～拔节具有突出增温效应,但拔节后也会出现降温效应;越冬期土壤增温有利于安全越冬和维持根系缓慢生长。返青～拔节降温虽不利于穗粒数分化形成（0.44*）、但有利于增穗（-0.48**）,最终对库容影响不大;中期（拔节～开花）降温对穗粒数无明显影响,但有利于增穗（-0.58**）、扩大库容（-0.58**）和促进营养生长（-0.36*）;后期（开花～成熟）降温可提高粒重（-0.66**）。在中后期气温较高季节,降温也有助于降低耗水强度、减少奢侈耗水和减轻高温伤害。SM和PM分别较CK缩小耕层温度日较差（温变幅）1.91℃和0.70℃,缩小温变幅总体有利于高产形成,各阶段缩小温变幅对产量形成和生长的影响趋势与降温效应基本一致。4.覆盖促进了土壤养分利用。与CK相比,SM和PM处理增加地上部氮（N）、磷（P）和钾（K）总吸收量16.1%～24.5%,其中增加秸秆N、P吸收量比籽粒更显著;覆盖也提高了N和P的吸收效率和偏生产力,但并未增加N、P需肥量和籽粒N、P、K含量。覆盖增加养分吸收的原因主要是高生长量导致了高耗肥,N、P和K总吸收量与生物产量、籽粒产量和秸秆产量均高度正相关（r=0.66**～0.84**）。覆盖也减少了成熟期养分残留和深层淋溶损失。在常规施肥下（120 kg/ha N,90 kg/ha P2O5）,PM和SM处理分别较CK降低0～100 cm NO3-N残留量32%和49%、降低总矿化态N累积量51%和33%,也减少了NO3-N向40 cm以下土壤的淋失量。覆盖降低了0～40 cm土壤全N、有效P和有效K含量,降幅PM大于SM。在全地面均匀施肥条件下,成熟期SM处理的覆盖带0～40 cm土壤N、P含量低于种植带,表明覆盖带的环境有利于了N、P的吸收利用。覆盖虽然增加养分消耗,但通过对麦田养分输入和输出分析表明,在现有产量水平和施肥量下,无论收获后麦秆是否还田,PM、SM和CK都可维持农田养分平衡,并有较高N、P盈余率和节肥潜力,其中节肥潜力CK大于两种覆盖、节P潜力远大于节N。SM和PM处理分别提高耕层脲酶活性12.0%和7.6%,提高碱性磷酸酶活性9.5%和6.1%,但对p H无明显影响。两种酶活性的提高可加速N、P的有效转化和吸收利用。SM和PM均可改变土壤细菌和真菌群落结构,土壤微生物群落结构的改变可能通过影响土壤N素的有效转化和运移、进而促进植株对N素的吸收利用,同时也影响了N素在土壤剖面的积累与分布。但土壤微生物群落丰度的改变对成熟期土壤有效P和速效P的累积没有显著影响。酸杆菌门和放线菌门的丰度与成熟期0～20 cm土层NO3-N累积量、被孢霉门和被孢霉属的丰度与成熟期0～100 cm土层NO3-N累积量、绿弯菌门丰度与成熟期0～20 cm和0～100 cm土壤NH4-N含量均呈显著或极显著负相关（-0.65*～-0.82**）。综上所述,在西北半干旱雨养区环境背景下,SM和PM处理的水热调控与耦合效应为小麦增产提供了适宜的土壤水热环境,同时促进了养分的利用。通过土壤水热和养分环境的优化,促进了营养生长和增穗扩容,这是SM和PM增产的主要形成原因。