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随着全球对粮食需求的增加,自然资源的枯竭和环境的恶化,同时实现高产和高氮利用效率已成为一项重大挑战。近年来,地膜覆盖被广泛用于提高干旱和半干旱地区的玉米产量,因此了解覆膜下氮肥的利用效率对于优化氮肥管理是非常重要的。本研究于2016—2018年在甘肃省榆中县北山试验站进行大田试验,设置6个处理,包括4个种玉米处理,分别为不覆膜不施氮肥(M0N0)、不覆膜施氮肥(M0N1)、覆膜不施氮肥(M1N0)、覆膜施氮肥(M1N1);2个不种玉米处理,分别为不种作物不覆膜(BM0)、不种作物覆膜(BM1)。通过植物氮吸收、土壤全氮以及无机氮的动态变化,探究覆膜下氮利用效率变化的原因。并进行Meta分析,比较雨养地区地膜覆盖与保护性耕作这两种耕作方式下产量以及氮的利用效率。主要结论如下:1.地膜覆盖显著提高了玉米生长季的表层土壤温度。M1N0、M1N1、BM1与其对应的M0N0、M0N1、BM0相比,生长季3年平均增温2.60℃、2.48℃、3.24℃。生长季前期的增温效果更加明显,4-7月3年平均增温分别为3.20℃、3.08℃、3.94℃。2.地膜覆盖显著提高了土壤0-2 m的含水量以及水分利用效率。在不施氮肥的处理中,与不覆膜相比,覆膜水分利用效率3年平均提高298.9%;在施氮肥的处理中,覆膜3年平均提高396%。3.覆膜和施氮肥均显著提高了玉米产量以及收获时期总生物量。在不施氮肥处理中,与不覆膜相比,覆膜产量3年平均提高313%;在施氮肥处理中,覆膜3年平均提高448.7%。覆膜也显著提高了百粒重,施氮肥仅在2018年显著提高了百粒重。4.覆膜显著提高了氮偏生产力PFP_N,农业氮效率NAE。其中,覆膜下PFP_N3年分别提高482%、758%、106%。覆膜在2017年显著提高了氮利用效率NUE,在降水量较高的2018年,覆膜对NUE没有显著影响。5.覆膜显著提高了玉米氮的总吸收以及氮的收获指数NHI。在施氮的情况下,2017年和2018年覆膜下植物总氮吸收分别提高249%、25.6%,NHI分别提高94.7%和18.2%。覆膜可以提高吐丝期后作物氮的吸收和转移。6.无论是否施氮,覆膜都显著降低了0-10 cm土壤全氮。在施氮肥处理中,2016年和2017年收获时期30-50 cm剖面中出现了硝态氮的积累。7.根据氮平衡公式得出:2017年和2018年覆膜都显著降低了植物—0-50 cm土壤系统的氮表观损失,两年分别降低75%和16%。8.Meta分析结果表明:与不覆膜相比,覆膜产量和氮利用效率提高64%;与传统耕作相比,保护性耕作对产量和氮利用效率没有显著性影响;地膜覆盖与保护性耕作相比,也显著提高了产量和氮利用效率。在降水量低的地区,覆膜对产量和氮利用效率的增加效应要显著高于降水量高的地区;与传统耕作相比,保护性耕作在高降水量的地区显著降低了玉米的产量和氮利用效率。在高施氮量的情况下覆膜对产量和氮利用效率的增加效应要高于低施氮量的情况。在黏粒含量高的土壤中,覆膜对产量和氮利用效率的增加效应显著高于黏粒含量低的土壤。综上所述,覆膜通过提高玉米的氮吸收和氮转移、减少土壤硝态氮在深层的积累以及降低氮的表观损失,从而提高了玉米氮的利用效率。Meta分析结果表明,从产量和氮利用效率的角度来说,与保护性耕作和传统耕作相比,地膜覆盖栽培在雨养地区更具有优势。