秸秆还田结合秋覆膜对半干旱区春玉米的影响*

张 哲，孙占祥，张燕卿，郑家明，郝卫平，冯 晨，司鹏飞,3

（1.农业部旱作节水农业重点实验室，北京 100081；2.辽宁省农业科学院耕作栽培研究所/辽宁省旱作节水工程中心，沈阳 110161；3.沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳 110866）

秸秆还田结合秋覆膜对半干旱区春玉米的影响*

张 哲1,2,3，孙占祥2,3**，张燕卿1,3，郑家明2，郝卫平1，冯 晨2，司鹏飞2,3

（1.农业部旱作节水农业重点实验室，北京 100081；2.辽宁省农业科学院耕作栽培研究所/辽宁省旱作节水工程中心，沈阳 110161；3.沈阳农业大学土地与环境学院，沈阳 110866）

2013-2015年在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站，设置秸秆还田(S)和秸秆还田结合秋覆膜（AM+S）两个春玉米种植处理，其中秸秆还田仅在2013年秋季进行，以裸地种植春玉米为对照(CK)。采用EcH2O土壤水温数据采集器实时观测不同处理的土壤水分和温度动态，结合玉米生长特性，研究秸秆还田结合秋覆膜对春玉米生长和水分利用效率的影响。结果表明，AM+S处理极显著增加了0-50cm土层的地积温和土壤体积含水量，增加了春玉米的耗水量，2014年和2015年春玉米播前1m土层分别较CK多贮水83.92mm和92.68mm。但2014年各处理籽粒产量差异不显著，AM+S处理春玉米水分利用效率显著低于CK和S处理；而在2015年，AM+S处理显著促进了玉米干物质积累，增加春玉米产量，春玉米产量和降水利用效率分别达到13560kg·hm-2、58.52kg·hm-2·mm-1，较CK和S处理分别同时提高97.96%和62.83%，籽粒产量水分利用效率(WUE)达到47.09kg·hm-2·mm-1，较CK和S处理处理分别提高90.34%和65.58%。本研究表明，在雨养农田较干旱的年份，采用秸秆一次性还田结合秋季覆膜技术，是解决半干旱区秸秆过剩，提高半干旱地区春玉米翌年产量和农田水分利用效率的较优方案。

秸秆还田；秋季覆膜；水分利用效率；产量；生物量

近年来，随着秸秆产量增加、农村能源结构改善和各类替代原料的应用，加上秸秆分布零散、体积大、收集运输成本高，以及综合利用经济性差、产业化程度低等原因，出现了地区性、季节性、结构性秸秆过剩[1]，秸秆的出路问题已成为亟待解决的一大难题。秸秆还田技术能增加土壤有机质，改善土壤质量，提高土壤肥力，可一定程度上解决秸秆的利用问题，是保护性农业的核心措施之一[2]，也是促进生态农业发展的重要措施。该技术可为土壤补充养分和能源物质，增加土壤有机质含量及非侵蚀性团粒，减缓土壤养分的降低[3-6]；也可以增加土壤微生物量，提高微生物和多种酶活性，为其提供充足的能源和碳源，进而促进土壤保氮，提高磷素、钾素和腐殖质的有效性[7-12]；秸秆还田还可提高土壤的保蓄能力和水肥利用效率，增加作物生育后期干物质积累；适量的秸秆还田可解决春旱播种出苗难的“瓶颈”问题[13]，连续秸秆还田可减少NO3-淋洗[14]；秸秆还田也对生态农业和有机农业的发展起着重要的促进作用[15]，近年来，作物秸秆渐渐取代传统有机肥而成为重要的肥源[16]。因此，提高秸秆还田率，不仅可以解决秸秆过量和环境污染问题，还可提高农业生产水平，实现农业的可持续发展。但是，如果秸秆不能充分腐解，则会影响播种质量、出苗及作物生长[17]，所以，秸秆还田技术要向省工、省时、增效和降低作业成本的方向发展[18]。而这一技术重点在于如何加快秸秆腐解的速率，相关研究认为，秸秆腐解速率与土壤温度呈显著正相关[19]，土壤水分条件也是秸秆在土壤中腐解转化的决定性因子之一[20]。

辽宁西部旱作农业区多年平均降水量仅 350～500mm，且年内分配不均，年际间变差大，该地区春季低温干旱、蒸发强烈，水资源严重不足。因此，水分和温度是制约该区开展秸秆还田技术的主要因素。邹洪涛等[21]通过秋后即覆膜来减少冬春季农田土壤水分的无效损失，保墒、增温效果可以一直影响至翌年玉米的生长后期。王勇等[22]研究表明，旱地秋覆膜能显著提高播前1m土层土壤贮水量，实现了旱区降水资源的时空调节。目前，已有相关研究显示，在中国甘肃，秋覆膜全膜双垄沟播秸秆还田处理秸秆腐烂效果好，显著改善了土壤养分，增加了0-60cm土体含水量，促进了玉米生长，提高了产量[23-24]。但目前北方旱作农田秸秆还田多为连年秸秆还田，而考虑北方旱作区区域环境特点，秸秆腐解过程可能会受到一定影响，针对秸秆还田年限结合秋覆膜技术提升作物产量和水分利用效率的研究尚未见相关报道。因此，本文试图通过田间定位试验，探索将玉米秸秆还田与秋覆膜技术相结合的方法，利用秋季地膜覆盖的增温保墒作用加速秸秆的分解，以明确该技术对春玉米生长及水分利用效率的影响，以期为北方旱作农田秸秆还田与秋覆膜技术的推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

辽宁西部地区属温带季风大陆性气候区，全区土地面积约3×104km2，耕地面积约6.9×105hm2，年平均气温7～8℃，5-9月日照时数1200～1300h，10℃以上积温2900～3400℃·d，无霜期135～165d，年降水量300～500mm。

降水量资料来源于农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站。2014年和2015年试验区作物生育期（4-9月）内降水量如图1所示。由图可见，2014年生育期总降水量为300.6mm，2015年为231.7mm。

图1 2014年和2015年试验站点春玉米生育期（4-9月）降水量Fig.1 Monthly precipitation in growth period（Apr.to Sep.）of spring maize in 2014 and 2015 at the experiment station

1.2 试验时间和地点

2013年秋季在农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站开始定位试验，试验小区属辽西半干旱典型类型区，前茬种植玉米。对 2014和 2015年地积温、土体含水率以及玉米生物量和产量数据进行分析。试验土壤为褐土，播前耕作层含有机质11.61g·kg-1，全氮 0.64g·kg-1，全磷 0.66g·kg-1，全钾2.46g·kg-1， 速 效 氮 72.58mg·kg-1， 速 效 磷136.13mg·kg-1，速效钾62.19mg·kg-1，地势平坦，无灌溉条件。

1.3 供试材料

供试品种为郑单958，选用辽宁省阜新市产农用超微地膜，厚度 0.008mm，宽度 120cm，供试秸秆为当地秋季收获后的玉米秸秆。

1.4 试验设计

试验开始于2013年秋季，共设3个处理（表1），每个处理 3次重复，每个小区面积为 50m2（5m×10m），完全随机排列。春玉米于2014年4月26日、2015年5月19日播种，种植密度为60000株·hm-2，种植方式为平作穴播，行距 50cm，株距33.33cm。2014年9月22日、2015年9月24日收获。秸秆还田方式：2013年玉米收获后，于11月2日将玉米秸秆切碎成3～5cm小段，采用人工还田方式，还田深度为30cm，还田量接近当地玉米秸秆单位面积生产量，为9000kg·hm-2。秋季覆膜：采用全覆膜、平作方式。施肥：采用人工散施方式，各处理肥料用量一致，分别为N 240kg·hm-2、P2O5150kg·hm-2、K2O190kg·hm-2。秸秆还田、覆膜、施肥在当季玉米收获整地后统一进行，操作时间分别为 2013年 11月2日和2014年11月8日。

表1 试验处理方案Table 1 Experimental treatment scheme

1.5 测定指标及方法

1.5.1 土壤理化性质[25]

2013年试验处理前，取 0-30cm土层土壤，用重铬酸钾容量法测定有机质；凯氏定氮法测定全氮；碱解扩散法测定速效氮；H2SO4·HClO4消煮钼锑抗比色法测定全磷；NaHCO3浸提，钼锑抗比色法测定速效磷；NaOH熔融，火焰光度计法测定全钾；NHOAC浸提，火焰光度计法测定速效钾。

1.5.2 植株性状

分别在玉米拔节期（2014年6月19日，2015年6月30日）、抽雄期（2014年7月19日，2015年7月27日）、灌浆期（2014年8月15日，2015年8月20日）选取10 株代表性植株挂牌标记，用米尺测定株高，游标卡尺测定茎粗，测定部位为茎部第2节间(基部扁面)。

1.5.3 籽粒产量和群体生物产量

于玉米收获期（2014年9月22，2015年9月24日），每个处理随机选取 10m2样区利用精度为0.01g的台式称测定籽粒产量，用水分仪测定水分，按14%含水率折合成公顷产量，重复3次；每个样区随机选取连续10株，按常规方法测定产量构成因素；每个处理另随机选取10m2样区地上部称鲜重，并随机选取其中5株，称重后置于烘箱中105℃杀青60min，85℃烘至恒重，称其干物质重，计算植株含水率，然后根据鲜重和植株含水率折合成公顷生物产量。计算收获指数HI，即

式中，HI为收获指数，用来表示作物群体光合同化物转化为经济产品的能力，是评价作物品种产量水平和栽培成效的重要指标；GY为每公顷籽粒产量（kg·hm-2）；BY为每公顷生物产量（kg·hm-2）。

1.5.4 土壤温度、容积含水率

土壤水分、温度动态监测：采用EcH2O土壤水温数据采集器定点测定0-50cm土壤体积含水率和温度，每10cm为一个层次，每小时记录一次数据，并计算每日土壤温度和体积含水率的平均值，以及玉米全生育期内各土层地积温总量。

土壤质量含水率测定：采用土钻取样烘干法。于2014年播种前（4月26日）和收获期（9月22日），2015年播种前（5月19日）和收获期（9月24日）对0-100cm土层每10cm作为一个层次进行测定，3次重复。并计算土层蓄水量，即

式中，W为土壤蓄水量（mm）；h为土层深度（cm）；a为土壤容重（g·cm-3）；b为土壤质量含水率（%）。

1.5.5 降水利用效率

生育期降水利用效率的计算式为[26]

式中，PUE为作物生育期降水利用效率（kg·hm-2·mm-1）；GY为作物籽粒（经济）产量（kg·hm-2）；R为作物生育期降水量（mm）。

1.5.6 水分利用效率

作物耗水量的计算式为[27]

式中，ET为作物耗水量；R为作物生育期降水量；U为地下水补给量；R'为径流量；F为土壤水分渗漏量；ΔW为收获后和播种前土壤根层储水量的变化，单位均为mm，其中土壤储水量以1m土层含水率计算。因为试验小区土地平坦，降水量较小，故地表径流和土壤水分渗漏量可以忽略不计；地下水埋深较大，地下水的补充也可忽略不计。据此，式（4）可简化为

水分利用效率的计算式为[28]

式中，WUEgy为籽粒（经济）产量水分利用效率（kg·hm-2·mm-1）；WUEby为生物产量水分利用效率（kg·hm-2·mm-1）。

1.6 数据处理与分析方法

试验数据用Excel2003进行整理分析并作图，用DPS9.5软件统计分析，采用LSD法进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田结合秋覆膜对春玉米田土壤温度的影响

根据两年春玉米全生育期逐时分层土壤温度观测结果，计算相应土层全生育期不同温度的积温值，结果见图2。由图可见，两个试验年份各处理均表现为0-10cm土层积温值最高，10cm以下土层积温呈逐渐降低的态势。在同一土层内，各处理间进行比较可见，各土层均表现为 AM+S处理（秸秆还田+秋覆膜）的地积温最高，极显著高于其它两个处理（P＜0.01），且积温在0-10cm土层的差异最大，达207.8℃·d；而S处理（秸秆还田）与CK处理间（自然条件）的差异不显著。说明单独秸秆还田处理不能有效提高土壤温度，而秸秆还田结合秋覆膜处理可以显著提高春玉米田各层尤其0-10cm土层温度。

图2 不同处理2014年和2015年玉米全生育期0-50cm土层地积温总量的比较Fig.2 Comparison of the accumulated soil temperature in 0-50cm depth during whole growing stage of spring maize among different treatments in 2014(a) and 2015(b)

2.2 秸秆还田结合秋覆膜对春玉米田土壤水分的影响

2.2.1 土壤体积含水率

根据两年春玉米全生育期逐时分层土壤体积含水率观测结果，计算相应层全生育期不同土层的日平均体积含水率，结果见图 3。由图可见，在 2014年各处理总体上均表现为AM+S处理0-50cm土层的日平均体积含水率高于其它两个处理，偶有S处理和CK高于AM+S处理是受当日降雨的影响，可见，秸秆还田结合秋覆膜处理土壤体积含水率增加明显；在2015年各处理均表现为AM+S处理的 0-50cm土层的日平均体积含水率显著高于其它两个处理。而S处理在2014年各土层的日平均体积含水率在春玉米生长初期高于CK，后期差异不明显，至2015年，由于表层土壤干燥的原因，0-10cm土层日平均体积含水率S处理与CK差异不大，10cm以下的土层日平均体积含水率在春玉米生长初期显著高于CK，后期深层土壤保水能力逐渐减小。说明单独秸秆还田处理有一定保水特性，但随着玉米的生长，保水能力逐渐减弱，而秸秆还田结合秋覆膜处理可以显著提高春玉米田各层含水率。

图3 2014年（a）和2015年（b）不同处理0-50cm各土层土壤体积含水率的动态变化Fig.3 Dynamic change of soil volumetric moisture content in 0-50cm soil layer among treatments in 2014(a) and 2015(b)

图4 2014年和2015年各处理0-100cm土层的土体蓄水量的比较Fig.4 Comparison of the water storage in 0-100cm depth among treatments in 2014 and 2015

2.2.2 土壤蓄水量

2.3 秸秆还田结合秋覆膜对春玉米生长性状的影响

2.3.1 植株性状

对两年各处理春玉米 3个关键生育期的株高进行测定，结果见图5a1和图5b1。由图可见，两个试验年份的拔节期，AM＋S处理的株高均极显著高于S处理和 CK（P＜0.01），分别平均达到 117.16cm和109.33cm，而S处理与CK差异不显著，这是由于在玉米生长初期，覆膜处理具有保墒增温作用，玉米提前进入拔节期。在抽雄期，AM＋S处理的平均株高虽然高于其它两个处理，但与 S处理并无显著差异，且仅在2014年显著高于CK（P＜0.05），这是由于随着外界温度的不断升高，覆膜对株高的影响不断减小，但是秸秆还田在这个时期对玉米的株高仍然有一定的促进作用。在灌浆期，两个年份的株高均表现为AM＋S处理与CK差异不显著，且在2014年还极显著低于S处理（P＜0.01），这是由于覆膜导致温度过高，对玉米的株高有一定的抑制作用，而秸秆还田对玉米株高仍然有一定促进作用，但在2015年AM＋S处理和CK极显著高于S处理（P＜0.01），这可能是由于当年伏旱严重，单独秸秆还田处理会引起秸秆与作物竞争水分，进而影响玉米的株高。

对两年各处理春玉米3个关键生育期的茎粗进行测定，结果见图5a2和图5b2。由图可见，两年3个生育期均以 AM＋S处理的茎粗最大，极显著高于其它两个处理（P＜0.01），而S处理与CK在拔节期差异不显著，至抽雄期和灌浆期，则表现为 S处理极显著高于CK（P＜0.01）。说明单独秸秆还田处理在玉米生长初期，对春玉米茎粗无显著影响，随着玉米不断生长可在一定程度上促进茎粗生长，而秸秆还田结合秋覆膜处理可显著促进春玉米茎粗生长。

2.3.2 产量

对两年春玉米产量及产量构成进行测定比较，结果见表 2。由表可见，2014年各个处理产量无显著差异，但CK处理最大，分别较S处理和AM+S处理高566kg·hm-2和484kg·hm-2，且产量构成因素中仅AM＋S处理的粒数极显著低于其它两个处理（P＜0.01）；在2015年，AM＋S处理的产量显著高于其它两个处理，分别平均较S处理和CK高62.83%和97.96%，在产量构成上穗长、穗粗、粒数、百粒重均极显著高于其它两个处理（P＜0.01），S处理与CK之间穗长、粒数和百粒重差异不显著，穗粗和产量则表现为S处理极显著高于CK（P＜0.01）。说明单独秸秆还田处理第一年对玉米增产作用并不明显，而第二年则可显著提高春玉米产量，产量的提高源自穗粗的增加，而秸秆还田结合秋覆膜处理虽然在第一年无明显增产优势，但在第二年能显著提高春玉米产量，产量构成上穗长、穗粗、粒数、百粒重均对增产起了积极作用。

图5 2014年（a）和2015年（b）不同处理玉米关键生育期株高（1）、茎粗（2）的比较Fig.5 Comparison of the plant height(1) and stem diameter(2) in the key growth period among different treatments in 2014(a) and 2015(b)

表2 不同处理玉米产量及构成因素比较Table 2 Comparison of the maize yield and yield components among different treatments

2.3.3 群体生物量和收获指数

千里之行，始于足下；不积跬步，无以至千里。作为新时代的少年，我们有目标吗？我们的目标是什么？我想，是时候认真思考这些问题了……

对两个年份春玉米生物产量进行测定，并计算各处理的收获指数，结果见图6。由图可见，两个试验年份均以AM＋S处理的生物产量最高，分别达到33160kg·hm-2和28725kg·hm-2，其中，2014年AM＋S处理极显著高于其它两个处理（P＜0.05），S处理和CK之间差异不显著，而2015年3个处理之间均存在极显著差异（P＜0.01），说明在秸秆还田后第一年，单独秸秆还田对玉米生物产量影响不大，而秸秆还田结合秋覆膜可在一定程度上提高春玉米生物产量，至秸秆还田后第二年，单独秸秆还田会提高春玉米生物产量，而秸秆还田结合秋覆膜对提高春玉米生物产量的优势更为显著。

在收获指数方面，2014年 CK的收获指数最高，而2015年则为AM＋S处理的收获指数最高，说明秸秆还田第一年降低了收获指数，即使结合秋覆膜处理也未提高春玉米收获指数，而2015年秸秆还田结合秋覆膜能提高春玉米的收获指数，但是单独秸秆还田处理在2015年也降低了春玉米的收获指数，这也说明在较为干旱的年份，单独秸秆还田会影响春玉米的光合同化物转化为经济产品的能力。

图6 2014年和2015年不同处理玉米生物产量和收获指数的比较Fig.6 Comparison of the maize biomass and harvest index among different treatments in 2014 and 2015

2.4 秸秆还田结合秋覆膜对春玉米水分利用效率的影响

2.4.1 降水利用效率

对两个年份春玉米生育期降水利用效率进行计算比较，结果见图7。由图可见，2014年各处理间降水利用效率差异不显著，而2015年则表现为差异极显著，其中AM＋S处理最高，平均达58.824kg·hm-2·mm-1，其次为S处理，为35.941kg·hm-2·mm-1，CK最低。说明单独秸秆还田和秸秆还田结合秋覆膜处理，在秸秆还田后的第一年并不会显著提高春玉米的降水利用效率，至第二年，二者均能显著提高春玉米的降水利用效率，而秸秆还田结合秋覆膜处理优势更为明显。

图7 2014年和2015年不同处理生育期内降水利用效率的比较Fig.7 Comparison of the rainfall use efficiency in whole growth period among different treatments in 2014 and 2015

2.4.2 作物水分利用效率

对两个年份各处理春玉米的耗水量和水分利用效率进行计算比较，结果见表3。由表可见，两个试验年均属较干旱年份，AM＋S处理的作物耗水量均高于其它两个处理，特别是在2014年差异达极显著水平（P<0.01），S处理与CK之间则差异则较小，这是由于秋季覆膜有效降低了土壤水分蒸发，较其它两个处理贮存了更多的可利用水分供玉米生长消耗。而在水分利用效率方面（包括籽粒产量水分利用效率和生物产量水分利用效率），两个试验年份存在一定的差异，2014年AM＋S处理极显著低于其它两个处理（P<0.01），而S处理与CK差异不显著，2015年则表现为 AM＋S处理极显著高于其它两个处理（P<0.01），而S处理也显著高于CK（P<0.05）。说明秸秆还田后的第一年，单独秸秆还田不会提高春玉米的水分利用效率，而秸秆还田结合秋覆膜会消耗更多的可利用水，降低了玉米的水分利用效率；至秸秆还田后的第二年，即使在更为干旱的年份，单独秸秆还田处理也会显著提高玉米的水分利用效率，而秸秆还田结合秋覆膜处理的优势更为明显。

表3 不同处理玉米耗水量和水分利用效率的比较Table 3 Comparison of the water consumption and water use efficiency(WUE) among different treatments during whole spring maize growth stage

3 结论与讨论

3.1 讨论

2014和 2015年连续两个试验年对各处理0-50cm土层地温的监测表明，单独秸秆还田处理不能有效提高土壤温度，而秸秆还田结合秋覆膜处理可显著增加0-50cm的地积温，特别是表层0-10cm的地温，这与吴荣美等[29]的研究结果相似，增加的地积温可加快秸秆分解，并促进春玉米生长。本研究显示，秸秆还田结合秋覆膜处理显著增加了拔节期前春玉米的株高和茎粗，但至灌浆期，与对照差异不显著，这是由于覆膜导致地温过高，会对玉米的株高有一定的抑制作用，而秸秆还田又由于分解和作物生长水分的竞争会影响玉米的生长[24]，进而在更为干旱的2015年，单独秸秆还田处理的株高要显著低于裸地对照处理。另外，两个试验年内，秸秆还田结合秋覆膜处理的茎粗在整个生育期均显著高于其它两个处理，单独秸秆还田也优于裸地种植，尤其是在2015年，这可能是由于秸秆还田后更好地活化土壤养分，增加养分储备，促进了作物对养分的吸收，进而促进了作物生长[6]。

产量和总生物量的增加是检验农业措施好坏的重要指标，不同秸秆还田年限玉米籽粒产量差异显著，反映出秸秆还田措施能够促进玉米籽粒产量的提高，且与还田年限呈正相关[30]。本研究中，通过一次性秸秆还田，连续两年测定各处理的产量和总生物量，结果显示，秸秆还田后第一年（2014年），由于秸秆还田初期腐烂过程需消耗较多水分，并且秸秆也未完全腐烂，对当季玉米产量和生物量影响不大[31]；到了秸秆还田的第二年(2015年)，秸秆基本完全分解，秸秆还田结合秋覆膜处理与秸秆还田处理的产量和生物量均显著高于裸地处理，这也说明秸秆还田技术在本区域提高春玉米产量需要一个相对较长的过程，并且2015年秸秆还田结合秋覆膜处理的穗长、穗粗、粒数、百粒重也均显著高于其它两个处理，这与牛芬菊等[23]的研究结果相似，说明秋覆膜提高地温，加快了秸秆分解的同时，提高了玉米产量[29]。本研究中，两年的收获指数表明秸秆还田后的第一年（2014年），秸秆还田与作物生长水分的竞争影响了收获指数，至秸秆还田后的第二年（2015年），单独秸秆还田仍然降低了玉米的收获指数，但结合秋覆膜处理可增加春玉米的收获指数，进一步验证了即使在干旱的年份下，秸秆还田结合秋覆膜可提高翌年春玉米的收获指数。

秋覆膜可以显著提高土体蓄水量[21]，本研究中，两个试验年内均显示秸秆还田结合秋覆膜处理显著提高了0-50cm的日平均体积含水率，而单独秸秆还田在春播前可提高0-50cm的体积含水率，但随着玉米的生长，其优势逐渐减弱。通过对各处理生育期内的耗水量进行计算，证实秸秆还田结合秋覆膜处理可为秸秆分解提供更多的水分，促进秸秆分解，增加了春玉米耗水量的同时，也减少了玉米生长与秸秆腐解水分之间的竞争[29]，因此，在秸秆还田后的第一年，结合秋覆膜处理，由于耗水量的增加，玉米的生物产量水分利用效率和籽粒产量水分利用效率显著低于其它两个处理，而秸秆还田后的第二年，秸秆基本腐烂，单独秸秆还田与秸秆还田结合秋覆膜处理可为春玉米生长提供更多的可利用水，显著提高了生物产量水分利用效率和籽粒产量水分利用效率。

3.2 结论

单独秸秆还田处理不能有效提高土壤温度，而秸秆还田结合秋覆膜处理可显著增加 0-50cm地积温，尤其是表层0-10cm的地温，可为玉米苗期生长提供优异的生长环境，促进了玉米生长，增加春玉米株高和茎粗。秸秆还田后的第一年，各处理生物产量和籽粒产量差异不显著，并且秸秆还田处理和秸秆还田结合秋覆膜处理降低了春玉米的收获指数，至第二年，单独秸秆还田处理的产量和生物量显著高于CK，而秸秆还田结合秋覆膜处理的产量优势更为明显，说明考虑秸秆还田的时效性，秸秆还田结合秋覆膜技术，应该考虑还田年限。

秸秆还田结合秋覆膜处理显著提高了 0-50cm的日平均体积含水率，提高了土体蓄水量的同时，也为玉米提供了更多可消耗的水分，增加了春玉米的耗水量，在秸秆还田后的第一年（2014年），影响了春玉米的水分利用效率，至第二年，秸秆还田结合秋覆膜，可以明显提高玉米的降水利用效率和水分利用效率。因此，在半干旱地区雨养农田，采用秸秆一次性还田结合秋季覆膜技术，是解决半干旱区秸秆过剩，提高半干旱地区春玉米翌年产量和农田水分利用效率的较优方案。

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Effects of Straw-incorporation Combined with Plastic Mulching in Autumn on Spring Maize in Semi-arid Areas

ZHANG Zhe1,2,3，SUN Zhan-xiang2,3，ZHANG Yan-qing1,3，ZHENG Jia-ming2，HAO Wei-ping1，FENG Chen2，SI Peng-fei2,3
(1.Key Laboratory of Dryland Agriculture, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China;2.Tillage and Cultivation Research Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences/Engineering Research Centre for Dryland and Water-Efficient Farming of Liaoning Province, Shenyang 110161;3.College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866)

To evaluate the influence of straw-incorporation combined with plastic mulching in Autumn on spring maize growth and water use efficiency (WUE), field experiments were conducted in the Fuxin agricultural environment and the farmland conservation scientific observation station in the period of 2013-2015.Three treatments were followed as: (1) straw-incorporation (S), (2) straw-incorporation combined with plastic mulching in Autumn (AM+S)， in which the straw returned only in the fall of 2013, (3) nudation(CK).The real-time dynamics of soil moisture and temperature were measured by soil water-temperature data collector (EcH2O), and the growth differences of maize were analyzed among the treatments.The results showed that the accumulated soil temperature and volumetric moisture content within 0-50cm soil layer were significantly increased in AM+S treatment, the waterconsumption of spring maize increased, and water storage within 1 m soil layer before spring sowing in 2014 and 2015 year were increased 83.92mm and 92.68mm, respectively, compared with that in CK.In 2014, the WUE in AM+S treatment was significantly lower compared with that in CK and S treatment, the grain yield was no different among treatments.In 2015, AM+S treatment improved significantly the accumulation of dry matter and the yield of spring maize, in which the yield of spring maize, rainfall use efficiency and WUE of grain were 13560kg·ha-1, 58.52kg·ha-1·mm-1, and 47.09kg·ha-1·mm-1, and increased by 97.96 % and 62.83 %, 97.96 % and 62.83 %, 90.34 % and 65.58 %, respectively, compared with those in CK and S treatment.This study suggests that one-off straw-incorporation combined with plastic mulching in Autumn improved the following year yield of spring maize and WUE under drought condition of rainfed farmland, resolved the surplus phenomenon of the agricultural straw in semi-arid region.

Straw-incorporation; Plastic mulching in Autumn; Water use efficiency; Yield; Biomass

2016-04-23**

农业部旱作节水农业重点实验室基金（HZJSNY201503）；农业部公益性行业科研专项资金项目（201303125-01；201503105；201503119）；国家科技支撑计划项目（2012BAD09B02）；辽宁省科技攻关项目（2014213004）；辽宁省自然科学基金项目（2015020789）；国家特支计划项目

张哲（1984-），满族，博士生，助理研究员，主要从事旱作节水农业研究。E-mail：chick409@126.com

10.3969/j.issn.1000-6362.2016.06.005

张哲,孙占祥,张燕卿,等.秸秆还田结合秋覆膜对半干旱区春玉米的影响[J].中国农业气象,2016,37(6):654-665