油菜是中国重要的油料作物之一,随全球气候变暖,油菜种植呈北移西扩趋势,西北地区油菜的种植面积逐年增加,但受干旱缺水和低温冻害影响,常规栽培方式导致油菜长势偏弱,其产量、品质和水肥利用效率较低。为解决西北油菜种植区缺水、低温、养分利用率低的问题,针对油菜种植区提高降水资源、热量及肥料利用效率的研究十分必要。本文通过3年田间试验,以传统平作种植方式为对照,并设6个施氮水平(0、60、120、180、240和300 kg N/hm~2),研究了垄沟覆膜种植方式对冬油菜生长(理)、养分吸收、产(油)量、品质、水氮利用效率和根区土壤水、肥、气、热、酶和微生物等环境因子的影响,探讨了西北半湿润易旱区垄沟覆膜种植冬油菜的节水增产机理、产质量的应用效果;通过主成分分析法、灰色关联度法和熵值赋权的DTOPSIS法进行综合评价,确定了西北半湿润易旱区冬油菜适宜的种植方式及其施氮量,以期为西北半湿润易旱区冬油菜的种植栽培和施氮策略提供理论依据。主要研究结果如下:(1)垄沟覆膜种植方式能显著增加冬油菜的株高、茎粗、叶面积指数和地上部干物质量,改善冬油菜的根系性状,提高冬油菜的叶绿素含量和光合速率。株高、茎粗、叶面积指数、地上部干物质量和根系性状等生长指标及叶绿素含量和光合速率等生理指标基本上均随施氮量的增加呈先升后降的趋势,且垄沟覆膜种植方式下在240 kg N/hm~2达到最大,而传统平作方式下在180 kg N/hm~2达到最大。(2)与传统平作相比,垄沟覆膜种植方式能显著提高冬油菜苗期、花期和收获期各器官中氮、磷和钾的吸收量,收获期可分别显著提高17.4%~61.3%、16.5%~58.3%和17.9%~74.5%。冬油菜苗期、花期和收获期各器官中氮、磷和钾的吸收量均随施氮量的增加呈先显著增加后趋于稳定。收获期,植株中氮、磷和钾的吸收量在垄沟覆膜种植方式下均表现为施氮240 kg N/hm~2显著大于0、60、120和180 kg N/hm~2,与300 kg N/hm~2差异不显著;在传统平作方式下均表现为施氮180 kg N/hm~2显著大于0、60和120 kg N/hm~2,与240和300 kg N/hm~2无显著差异。(3)垄沟覆膜种植能明显提高冬油菜根区(0~30 cm)的土壤含水量和土壤温度;显著提高冬油菜根区的土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性;显著增加土壤细菌、真菌和放线菌数量,增加土壤微生物量碳含量,降低土壤微生物量氮含量;垄沟覆膜种植方式下根区的土壤硝态氮和铵态氮含量也呈增加趋势。施氮能显著提高根区土壤的酶活性,增加微生物数量、土壤微生物量碳和土壤微生物量氮,及土壤硝态氮和铵态氮含量。试验条件下,垄沟覆膜种植方式下施氮240 kg N/hm~2处理的土壤酶活性和微生物数量最高,而传统平作方式下施氮0 kg N/hm~2处理的土壤酶活性和微生物数量最低。(4)与传统平作相比,垄沟覆膜种植能显著提高冬油菜籽粒产量15.5%~37.7%,提高产油量18.0%~48.4%。随施氮量的增加,籽粒产量、产油量和净效益基本上呈先增后降趋势,当施氮量较低时(0~60 kg N/hm~2),垄沟覆膜种植冬油菜的净效益小于传统平作方式;当施氮量增至120~300 kg N/hm~2后,垄沟覆膜种植冬油菜的净效益大于传统平作方式。(5)与传统平作相比,垄沟覆膜种植能显著降低耗水量3.4%~11.0%,提高降水利用效率15.6%~43.1%、水分利用效率25.5%~69.6%、氮肥偏生产力15.4%~43.0%。施氮能显著提高冬油菜的降水和水分利用效率、氮肥农学利用率、生理利用率和吸收利用率。在垄沟覆膜种植方式下,240 kg N/hm~2处理的降水和水分利用效率最高,180 kg N/hm~2处理的氮肥农学利用率、生理利用率和吸收利用率最高,但与180 kg N/hm~2相比,240 kg N/hm~2处理的氮肥农学利用率、生理利用率、吸收利用率和偏生产力与其无显著差异;在传统平作下,180 kg N/hm~2处理的降水和水分利用效率、氮肥农学利用率、生理利用率和吸收利用率均最高。(6)3种评价方法的分析结果均表明传统平作方式下的0 kg N/hm~2处理对冬油菜的作用效果最差,垄沟覆膜种植方式下的240 kg N/hm~2处理对冬油菜的作用效果最佳。因此,垄沟覆膜种植并施氮240 kg N/hm~2为西北半湿润易旱区冬油菜适宜的种植方式及施氮量。