西北干旱半干旱雨养农业区积温不足、降水量少且与小麦生长期严重错位,以致小麦产量低而不稳。覆盖与秸秆还田是目前广泛认同并推广应用的调温保墒、稳产增产的栽培措施。本研究在黄土高原旱作条件下研究了秸秆还田(小麦秸秆、玉米秸秆)、覆盖材料(秸秆、白膜、黑膜)、覆盖方式(平作全覆盖、微垄全覆盖、大垄半覆盖)、覆盖时期(前茬收后夏覆盖、秋覆盖,播前春覆盖)对旱地冬春小麦土壤水温条件及产量形成的影响,分析了秸秆还田与覆盖对小麦土壤水温环境、产量和生长的调控效应及原因,探索了适宜西北雨养旱作区的秸秆还田与覆盖栽培方式,以期为西北旱作区小麦可持续生产体系的建立提供理论依据和技术支撑。研究主要结论如下:1、覆盖与秸秆还田对旱地冬、春小麦产量具有显著的增产增效作用,且在干旱年份的增产效应更为突出。单位面积穗数提高是覆盖与秸秆还田增产的主要原因。秸秆还田种植冬小麦,在平水年份及干旱年份分别平均较CK增产19.2%、40.5%,籽粒产量水分利用效率提高22.1%、19.0%,以玉米秸秆还田+覆膜(MRP)的增产增效作用最为显著,两年度分别较CK增产32.8%、69.4%,水分利用效率提高41.6%、38.1%;不同还田方式的增产增效作用表现为:玉米秸秆>小麦秸秆、覆膜>不覆膜。籽粒产量与单位面积穗数(r=0.903**)、穗粒数(r=0.810**)极显著相关。另外秸秆还田可以促进生长,特别是在覆膜条件下,显著提高小麦的株高、穗长、穗重及单株干重。地膜覆盖栽培春小麦的产量和水分利用效率均较CK显著提高。覆盖方式间增产效应表现为:全膜覆盖>半膜覆盖,微垄全膜覆盖>平作全膜覆盖,白膜覆盖>黑膜覆盖,秋覆膜>夏覆膜>春覆膜;秸秆覆盖的产量效应表现为玉米碎秆覆盖>小麦碎秆覆盖>露地无覆盖,而小麦整秆覆盖因减少单位面积穗数造成减产。产量结构因素中,单位面积穗数的CV值最大,其次为穗粒数,而千粒重最为稳定,即单位面积穗数的变化是覆盖影响产量的主要原因。2、覆盖与秸秆还田均具有在不同土层、不同生育时期增墒或降墒、增温或降温的双重效应,总体上增墒效应大于降墒效应、增温效应大于降温效应。2.1秸秆还田对冬小麦具有显著的蓄水增墒作用,且增墒效应在干旱年份更为突出。秸秆还田较露地提高麦田的休闲效率、增加土壤贮水量,特别是MRP的休闲效率高于露地(CK)26.0个百分点、增加土壤水分56.8 mm。秸秆还田+覆膜的组合处理均可以改善土壤墒情。其中玉米秸秆还田+覆膜(MRP)对各生育时期、各土层一致表现为显著的增墒效应,两年度MRP分别较CK增墒0.8、1.7个百分点;生育时期间,增墒幅度均为播种期~拔节期好于孕穗期~收获期;土层间,一年还田(平水年份)对0~90 cm土层的增墒效应大于90~200 cm,两年还田(干旱年份)则相反。小麦秸秆还田+覆膜(WRP)两年度分别较CK提高全生育期土壤平均含水量0.5、0.6个百分点;生育时期间,WRP对播种期~拔节期具有显著的增墒效应,而拔节后各生育时期土壤墒情与露地无显著差异;对各土层含水量影响的特点与mrp相似。2.2秸秆还田对冬小麦土壤具有增温、降温的双重效应。生育时期间,覆膜条件下,秸秆还田对苗期~返青期麦田土壤具有增温效应、孕穗期~灌浆期有降温效应,增温和降温幅度均表现为玉米秸秆>小麦秸秆,不覆膜时,则对土壤温度的影响较小;各处理中,mrp在苗期~返青期显著增加积温,使小麦播种~返青生育进程较露地缩短4~6天,全生育期缩短2~3天。同时mrp能够平抑土壤温度季节间波动。土层间,秸秆还田对不同土层温度的影响年际间差异较大,2011-2012年度,秸秆还田对5~10cm土层具有降温效应、15~25cm土层具有增温效应,而2012-2013年度仅对15cm土层增温,其它各土层一致降温;各处理土层间温度波动的差异不大。2.3覆盖提高春小麦全生育期土壤平均含水量,具有明显的增墒效应。覆盖材料上,增墒效应表现为覆膜>覆秆、玉米秸秆>小麦秸秆、小麦整秆>小麦碎秆,黑膜覆盖与白膜覆盖相近;覆膜方式上,微垄全覆盖>平作全覆盖>大垄半覆盖。生育时期上,覆盖处理在春小麦孕穗期一致具有降墒效应,而对其它各生育时期土壤墒情的影响则因覆盖时期差异较大:夏覆膜具有增墒效应,且增墒效果播种期~拔节期好于开花期~成熟期;秋覆膜和春覆膜在播种期~拔节期、灌浆期的土壤墒情均不如露地。土层间,覆盖显著提高0~40cm土体含水量,而对40cm以下各土层则因覆盖材料、覆盖方式差异较大,其中玉米秸秆还田+夏覆膜、平作全覆盖、微垄白膜全覆盖、大垄黑膜半覆盖显著提高40cm以下各土层含水量,而夏覆膜、秋覆膜、春覆膜与无覆盖露地差异不显著。覆盖总体上较无覆盖降低播种期~拔节期、拔节期~开花期的农田耗水,增加开花~成熟期耗水量,加剧对0-90cm土层水分的消耗。2.4覆盖对春小麦土壤具有增温、降温双重作用,增温幅度覆膜>覆秆,而降温幅度则覆秆>覆膜。但具体覆盖处理间存在一定差异:平作白膜全覆盖在各时期、各土层具有全面的增温效应;玉米秸秆覆盖、大垄黑膜半覆盖的降温效应大于增温效应;小麦碎秆覆盖在水温较差条件下,增温效应大于降温效应,水温较好条件下则相反。覆盖对各生育时期、各土层温度的影响具有一定差异:生育时期间,覆盖对播种期~分蘖期土壤温度影响较大,拔节期以后则影响较小;对各土层温度的影响则因生态条件不同而差异较大,在高海拔、干旱条件下,5cm土层处理间差异最小,在低海拔、平水条件下,5cm土层处理差异最大。2.5小麦碎秆覆盖、春覆膜在不同生态条件下对土壤水温影响具有一定差异。春覆膜在水热较差的条件下,可以影响土壤水分、温度,改善作物生长的微环境,促进小麦分蘖成穗、幼穗分化、增加穗粒数及千粒重,而在水热条件较好的情况下土壤水分、温度反而不如无覆盖露地。小麦碎秆覆盖对土壤增墒效应有限,且对土壤降温效应明显,特别是在播种期~分蘖期显著的降温效应造成春小麦低出苗率、低成穗率。玉米秸秆还田+覆膜(MRP)在冬小麦生育前期增温增墒,利于小麦植株生长、群体构建;后期降温保墒,可延缓器官衰老、避免高温逼熟。MRP对土壤水温环境的有效改善,使产量三要素较为协调发展,进而促进增产、高产,是西北寒旱地区发展秸秆还田技术较为适宜的一种方式。相比其他覆盖措施,微垄全覆盖对春小麦土壤的播种期~分蘖期调温保墒作用更有效,显著增加了有效穗数,为增产奠定了合理群体;在覆盖时期上,考虑西北干旱地区的降雨分布特点,秋覆膜更利于―伏雨春用‖,提高隔年墒的利用率。因此微垄全地面秋覆膜是较为适宜的春小麦种植模式。