干旱灌区春小麦水分利用特征对绿肥与麦秸协同还田的响应

樊志龙，胡发龙，殷文，范虹，赵财，于爱忠，柴强

干旱灌区春小麦水分利用特征对绿肥与麦秸协同还田的响应

樊志龙，胡发龙，殷文，范虹，赵财，于爱忠，柴强

省部共建干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃农业大学农学院，兰州 730070

【目的】明确绿肥与麦秸协同还田对春小麦（L.）水分利用特征的影响，对干旱灌区应用绿肥构建小麦水分高效可持续生产模式具有重要支撑作用。【方法】本研究采取随机区组试验设计，以麦后休闲（W）为对照，设置了麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田（W-NTGS）、麦后免耕播种绿肥+绿肥单一还田（W-NTG）、麦后浅旋灭茬播种绿肥+绿肥单一还田（W-TG）3个处理，对小麦耗水特征、籽粒产量、水分利用效率（）和灌溉水利用效率（i）进行了研究。【结果】复种绿肥较麦后休闲显著增加了小麦播前0—50 cm土层的土壤贮水量，其中W-NTGS处理小麦播前0—10、10—20、20—30、30—50 cm土层的土壤贮水量，分别较W-NTG处理增加了22.1%、30.2%、21.5%和11.1%，较W-TG处理增加了26.2%、33.2%、26.5%和16.4%；而W-NTG与W-TG处理间小麦播前0—110 cm的土壤贮水量均无显著差异。复种绿肥较麦后休闲分别使小麦耗水量、棵间蒸发量和蒸散比平均减少7.0%—7.1%、11.7%—20.1%和5.2%—15.9%，在复种绿肥中，W-NTGS处理小麦耗水量较W-NTG处理在2021年减少6.4%，较W-TG处理在2020和2021年平均减少6.1%；W-NTGS处理小麦棵间蒸发量分别较W-NTG、W-TG处理平均减少9.7%和13.6%，蒸散比分别降低6.2%和11.3%，W-NTG与W-TG处理间的耗水量、棵间蒸发量、蒸散比均无显著差异。复种绿肥较麦后休闲使小麦籽粒产量增加6.4%—16.8%，其中W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理平均增加6.6%和9.8%，W-NTG与W-TG处理间的小麦籽粒产量差异不显著。与麦后休闲相比较，复种绿肥使小麦、i分别提高11.9%—30.7%和6.4%—16.8%，复种绿肥之间相比较，W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理的平均提高10.9%和16.8%，i平均提高6.6%和9.8%，W-NTG与W-TG处理间的和i差异不显著。【结论】麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田（W-NTGS）可显著增加小麦播前0—50 cm土壤贮水量，减少小麦季土壤水分的无效损耗，从而在减少小麦耗水量的同时增加籽粒产量，最终显著提高农田水分利用效率和灌溉水利用效率，可作为干旱灌区小麦复种绿肥水分高效利用推荐技术。

绿肥；麦秸还田；耗水特征；水分利用效率；小麦

0 引言

【研究意义】水资源匮乏是限制干旱地区作物生产的关键问题之一[1]。现代集约化农业种植模式单一，稳产丰产往往依赖于水肥等资源的高投入，作物持续丰产与农田生态服务功能强化之间的矛盾逐渐突显，如何利用有限的水资源持续生产更多的粮食，是当前干旱地区农业发展的重大挑战[2]。利用麦收后的农田休闲期复种绿肥，能够充分利用光热资源，增加农田绿色有机投入，从而改善土壤质量，保障小麦（L.）稳产丰产[3-4]。但是，也有研究指出，在雨养农业区复种绿肥会过度消耗土壤水分，对下季小麦造成水分胁迫[5]。因此，根据区域水资源特征，明确绿肥应用技术对下季小麦水分利用的影响，采取相应措施提高小麦水分利用效率，对应用绿肥构建小麦水资源安全阈值范围内的可持续生产模式具有重要支撑作用。【前人研究进展】不同区域绿肥对下季作物水分利用的影响不同。有研究表明，种植绿肥虽会减少土壤水分，但是对主栽作物产量没有显著影响，而利用生育期较短、耗水量相对少的绿肥种类，或者通过提前翻压减少绿肥对土壤水分的消耗能够显著提高主栽作物产量[6]。在干旱绿洲灌区，应用绿肥冬季覆盖春季浅旋还田技术，可显著提高下季主栽作物播前土壤含水量，从而提高玉米（L.）水分利用效率[7]。然而，部分绿肥作物会过度消耗土壤水分，进而影响下季禾谷类作物的生长[8]。另一方面，麦秸还田技术已被大量研究证明，能够改善土壤理化性状，通过降低土壤容重、增加土壤孔隙度和土壤有机质，从而强化土壤入渗及蓄水保墒能力，促进作物生长[9]。在稻区研究表明，豆科绿肥与稻秸协同还田能够调节有机物料的碳氮平衡，对土壤性状的改善效果优于豆科绿肥单一还田[10-11]。然而，在水资源受限的干旱地区，豆科绿肥与麦秸协同还田对下季小麦水分利用特征的影响尚未明确，限制了小麦复种绿肥模式应用效果的充分发挥。【本研究切入点】河西绿洲灌区光资源丰富，热量资源有限，适合发展小麦复种绿肥模式。但是，水资源不足限制了该模式的规模化应用，明确绿肥与麦秸协同还田技术对小麦水分利用特征的影响，可为进一步增强小麦复种绿肥水分高效利用提供依据。【拟解决的关键问题】本研究在春小麦复种箭筈豌豆模式中，设置不同绿肥和麦秸还田处理，明确绿肥与麦秸协同还田对小麦水分利用特征的影响，以期为构建水分高效的小麦复种绿肥模式提供理论依据和实践参考。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本研究基于2019年在甘肃农业大学绿洲农业综合试验站（102°53′2′′E，37°45′54′′N）开展的田间定位试验，于2020、2021年进行小麦水分利用相关研究。试验站位于河西走廊东端武威市凉州区黄羊镇，属寒温带干旱气候区，平均海拔1 506 m、无霜期约156 d、日照时数2 945 h，年均蒸发量为2 400 mm，多年平均降水量低于180 mm，集中在7、8、9月份。2020年和2021年降雨量分别为184.8 mm和176.7 mm（图1），其中小麦季降雨量分别为50.5 mm和78.9 mm，试区是典型的一熟有余、两熟不足的内陆干旱灌溉农业区，适合发展小麦复种绿肥模式。参试土壤类型为灌漠土，土层厚约120 cm，土壤容重1.57 g·cm-3，耕层（0—30 cm土层）土壤有机碳含量11.3 g·kg-1，全氮含量0.94 g·kg-1。

图1 2020年和2021年日平均气温和降雨量

1.2 试验设计

参试春小麦品种为永良4号，箭筈豌豆（L.）为陇箭1号。试验采取随机区组设计，设4种绿肥播种方式与麦秸还田与否的组合处理：麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田、麦后免耕播种绿肥+绿肥单一还田、麦后浅旋灭茬播种绿肥+绿肥单一还田、麦后休闲，小区长宽分别为12 m×6 m，3次重复，处理代码及具体措施见表1。

表1 试验处理及代码

试验田在2017—2019年均种植玉米，2019年小麦3月26日播种、7月23日收获，绿肥（箭筈豌豆）于7月29日播种、10月18日翻压还田；2020年小麦3月25日播种、7月21日收获，绿肥7月29日播种，10月16日翻压还田；2021年小麦于3月24日播种，7月24日收获。在各处理绿肥还田时，均用秸秆粉碎还田机将绿肥植株粉碎为20 cm以下，然后将粉碎后的绿肥单一或与麦秸一起使用铧式犁翻压还田，耕翻深度25 cm，耕翻后不再作任何整地处理，待翌年旋耕整地后播种小麦。各处理小麦均使用谷物播种机条播，播种深度3 cm，行距15 cm，播量为450 kg·hm-2，保持基本苗900 万株/hm2。箭筈豌豆播量180 kg·hm-2，田间出苗率均为85%，在浅旋灭茬播种处理中浅旋8 cm灭茬后，使用谷物播种机条播，播深3 cm，行距15 cm；在免耕播种处理中使用防缠绕免耕播种机条播箭筈豌豆，该播种机前置旋转式灭茬器松土深度8 cm，播深3 cm，行距为15 cm。小麦季氮肥180 kg N·hm-2和磷肥113 kg P2O5·hm-2全部作为基肥，绿肥季不施肥；小麦生育期灌水量为240 mm，在苗期、孕穗期、灌浆期分别灌水75、90、75 mm；绿肥季灌水量为130 mm，分别在箭筈豌豆苗期和现蕾期灌水60 mm和70 mm；冬储灌为120 mm。

1.3 指标测定

1.3.1 小麦籽粒产量（）每小区在距离边界1 m的中间随机选取2 m×2 m的样方，收获后采用单打单收的方法脱粒，用谷物水分仪测定籽粒含水量后，折算成含水量为13%的籽粒产量（kg·hm-2）。

1.3.2 土壤含水量 在小麦播种前、收获时测定0—110 cm土壤含水量。为减小因耕层土壤蒸发剧烈造成的系统误差，故土层0—30 cm的土壤含水量每10 cm用烘干法测定，土层30—110 cm按照30—50、50—80、80—110 cm分别用水分中子仪（美国CPN公司503DR）测定。

1.3.3 土壤贮水量（）土壤贮水量使用下式计算：

式中，为土壤贮水量（mm），为某土层厚度（cm），为某土层土壤容重（g·cm-3），i为某土层土壤质量含水量，10为单位换算系数。

1.3.4 耗水量（）=++0-h，式中为生育期间自然降水量（mm），为灌水量（mm），0为播前土壤贮水量（mm），h为收获期土壤贮水量（mm）。

1.3.5 棵间蒸发量（）棵间蒸发量使用埋设于小区中心的微型蒸渗仪（Micro-Lysimeter）测定。微型蒸渗仪参照Plauborg提到的方法制作[12]，由长15 cm、直径11 cm的PVC管制成，管中填充小区原状土后使用棚膜将底部密封（原状土每隔3 d更换1次，降雨或灌溉后另行更换）称重，放置于固定在小区中心土壤中长为15 cm、直径为12 cm的PVC外管中。每天18：00使用精确度为0.1 g的电子秤称重，使用相邻2 d的重量差计算每天的棵间蒸发量（1 g重量差相当于0.1053 mm的棵间蒸发量）。

1.3.6 蒸散比（/）棵间蒸发量（）与耗水量（）之比。

1.3.7 水分利用效率（）=/，式中为水分利用效率（kg·hm-2·mm-1）；为籽粒产量（kg·hm-2）；为生育期总耗水量。

1.3.8 灌溉水利用效率（i）i=/，式中i为灌溉水利用效率（kg·hm-2·mm-1）；为籽粒产量（kg·hm-2），为生育期内总灌水量（mm）。

1.4 数据统计

采用Microsoft Excel 2010整理、汇总数据，使用SPSS17.0软件Duncan法进行多重比较。

2 结果

2.1 不同绿肥与麦秸还田处理对小麦耗水特性的影响

2.1.1不同绿肥与麦秸还田处理对小麦播前土壤贮水量的影响 不同处理小麦播前0—110 cm土层的土壤贮水量差异表明，绿肥与麦秸还田处理对小麦播前0—50 cm土层的土壤贮水量具有显著影响（图2）。复种绿肥较W处理显著增加了小麦播前0—50 cm土层的土壤贮水量，与W处理小麦播前0—10、10—20、20—30、30—50 cm土层的土壤贮水量相比较，W-NTGS处理分别平均增加43.6%、58.6%、50.5%、25.4%，W-NTG处理分别平均增加17.5%、21.5%、23.5%、12.8%，W-TG处理分别平均增加13.7%、18.8%、18.7%、7.6%。W-NTGS处理小麦播前50—80 cm土层的土壤贮水量也显著多于W处理。在复种绿肥模式中，W-NTGS处理小麦播前0—10、10—20、20—30、30—50 cm土层的土壤贮水量，分别较W-NTG处理增加了22.1%、30.2%、21.5%和11.1%，较W-TG处理增加了26.2%、33.2%、26.5%和16.4%；而W-NTG与W-TG处理间小麦播前0—110 cm的土壤贮水量均无显著差异，该结果表明小麦播前土壤贮水量主要受绿肥与麦秸还田处理的影响，而非绿肥播种方式（免耕播种绿肥、浅旋灭茬播种绿肥）。总体上，W-NTGS处理小麦播前0—110 cm土层的土壤贮水量获得最大值，分别在2020年和2021年达到313.4 mm和296.9 mm，分别较W-NTG、W-TG和W处理平均增加了10.5%、13.7%和21.8%，主要增加了0—50 cm土层的土壤贮水量，尤其0—30 cm土层的土壤贮水量增幅最大。

图柱上不同小写字母表示同一年份不同处理间差异显著（P＜0.05）。下同

2.1.2 不同绿肥与麦秸还田处理对小麦耗水量的影响 复种绿肥较麦后休闲处理可显著减少小麦耗水量（图3），与W处理相比较，W-NTGS、W-NTG处理的小麦耗水量在2年试验中分别平均减少10.6%、7.1%，W-TG处理的小麦耗水量在2020年差异不显著，而在2021年减少7.0%。在复种绿肥模式中，W-NTG与W-TG处理的小麦耗水量之间差异不显著，表明免耕播种绿肥较浅旋灭茬播种绿肥处理不能显著减少小麦耗水量；而W-NTGS处理的小麦耗水量在2020年与W-NTG处理无显著差异，较W-TG处理减少4.8%，但在2021年分别较W-NTG、W-TG处理减少6.4%和7.3%，表明绿肥与麦秸协同还田较绿肥单一还田处理具有减少复种绿肥模式中小麦耗水量的潜能。

图3 不同绿肥与麦秸还田处理的小麦耗水量

2.1.3 不同绿肥与麦秸还田处理对小麦棵间蒸发量的影响 与麦后休闲处理相比较，麦后复种绿肥可减少小麦棵间蒸发量（图4）。在2020和2021年，NTW-SG、NTW-G处理的小麦棵间蒸发量分别较W处理平均减少了20.1%、11.7%；W-TG与W处理的棵间蒸发量在2020年无显著差异，而在2021年减少11.2%。在复种绿肥模式中，W-NTG与W-TG处理的小麦棵间蒸发量在2年试验中均无显著差异，表明绿肥播种方式（免耕播种绿肥、浅旋灭茬播种绿肥）对小麦棵间蒸发量没有显著影响；而绿肥与麦秸协同还田较绿肥单一还田处理，在2年试验中均能够显著减少小麦棵间蒸发量，W-NTGS处理的小麦棵间蒸发量分别较W-NTG和W-TG处理平均减少了9.7%和13.6%。

2.1.4 不同绿肥与麦秸还田处理对小麦蒸散比的影响 麦后复种绿肥可显著减少小麦季农田水分的无效损耗，与W处理相比较，W-NTGS、W-NTG、W-TG处理的小麦蒸散比分别平均降低15.9%、10.3%、5.2%（图5）。在小麦复种绿肥模式中，W-NTG与W-TG处理间小麦蒸散比无显著差异，而W-NTGS处理分别较W-NTG和W-TG处理的小麦蒸散比平均降低了6.2%和11.3%。

2.2 不同绿肥与麦秸还田处理对小麦籽粒产量的影响

与W处理相比较，复种绿肥可显著增加小麦籽粒产量（图6），W-NTGS、W-NTG、W-TG处理的小麦籽粒产量分别平均增加16.8%、9.6%、6.4%。在小麦复种绿肥模式中，W-NTG与W-TG处理间小麦籽粒产量差异不显著，而W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理的小麦籽粒产量平均增加了6.6%和9.8%。表明在小麦复种绿肥模式中，免耕播种绿肥较浅旋灭茬播种绿肥处理并不能显著影响小麦籽粒产量；而绿肥与麦秸协同还田处理可显著增加复种绿肥模式中的小麦籽粒产量。

图4 不同绿肥与麦秸还田处理下小麦的棵间蒸发量

图5 不同处理的小麦蒸散比

图6 不同绿肥与麦秸还田处理的小麦籽粒产量

2.3 不同绿肥与麦秸还田处理对小麦水分利用效率的影响

2.3.1 不同绿肥麦秸还田处理对小麦农田水分利用效率的影响 与麦后休闲处理相比较，麦后复种绿肥模式能显著提高小麦的农田水分利用效率（图7），W-NTGS、W-NTG、W-TG处理分别较W处理平均提高30.7%、17.9%、11.9%。在小麦复种模式中，W-NTG与W-TG处理小麦农田水分利用效率之间相比较，在2020年提高8.2%，在2021年无显著差异；而W-NTGS处理小麦农田水分利用效率分别较W-NTG和W-TG处理平均提高10.9%和16.8%。表明绿肥与麦秸协同还田处理可显著提高小麦的农田水分利用效率。

图7 不同绿肥与麦秸还田处理的小麦农田水分利用效率

2.3.2 不同绿肥与麦秸还田处理对小麦灌溉水利用效率的影响 复种绿肥较麦后休闲处理可提高小麦灌溉水利用效率（图8），W-NTGS、W-NTG、W-TG处理分别较W处理小麦灌溉水利用效率平均提高16.8%、9.6%和6.4%。在小麦复种绿肥模式中，W-NTG与W-TG处理的小麦灌溉水利用效率之间无显著差异，而W-NTGS处理分别较W-NTG和W-TG处理的小麦灌溉水利用效率提高6.6%和9.8%。该结果表明，免耕播种绿肥较浅旋灭茬播种绿肥未显著影响小麦的灌溉水利用效率，而绿肥与麦秸协同还田处理可显著提高复种绿肥模式中小麦的灌溉水利用效率。

图8 不同绿肥与麦秸还田处理的小麦灌溉水分利用效率

3 讨论

3.1 绿肥与麦秸协同还田可减少复种绿肥模式中小麦的耗水量

在旱作农业区，绿肥对下季作物水分的影响总体呈现两种情况。一是在降水资源严重匮乏的情况下，种植绿肥作物会过度消耗土壤水分，进而影响下季主栽作物生长，尤其造成出苗困难[5, 13]；二是在降水资源相对充沛的情况下，种植耗水量较小的豆科绿肥不会影响下季主栽作物的生长，在部分情况下反而有利于主栽作物水分利用效率的提高，并增加产量[3, 8]。然而，在有灌溉条件的干旱灌区，降雨不是农田土壤水分的主要来源，即使种植绿肥会消耗部分土壤水分，冬储灌往往会弥补种植绿肥造成的水分亏缺。因此，在土壤水分蒸发强烈的干旱灌区，如何增强农田土壤的蓄水保墒能力、减少土壤水分的无效损耗，是提高绿肥-主栽作物配置模式水分利用效率的关键。在加拿大半干旱区的研究表明，利用农田秋季休闲期种植耗水量较少的豆科绿肥，较休闲处理使0—60 cm土壤含水量增加了62%—68%，可显著增强土壤蓄水保墒能力、抑制水土流失[14]。本研究结果表明，在干旱灌区，复种绿肥较麦后休闲处理可显著增加小麦播前0—50 cm土层的土壤贮水量，绿肥播种方式（免耕播种绿肥、浅旋灭茬播种绿肥）对小麦播前土壤贮水量的影响不显著，而绿肥与麦秸协同还田处理能够进一步增加小麦播前土壤贮水量。前人研究指出，在没有地表径流和渗漏的情况下，土壤水分的无效损耗主要途径是发生在表层的水分蒸发，而土壤固持水分的能力对土壤水分蒸发量的大小具有决定性作用[15]。增加土壤有机质，改善土壤固、液、气三相比例，提高土壤孔隙悬着水含量，是增强土壤蓄水保墒能力的根本途径[16]。然而，豆科绿肥单一还田时由于其植株碳氮比较低，腐解矿化速率较快，不利于土壤有机质的积累，而豆科绿肥与禾本科主栽作物秸秆协同有利于还田有机物的碳氮平衡，从而显著增加土壤有机质[17-18]。本研究中，复种绿肥处理较麦后休闲处理可显著减少小麦棵间蒸发量，绿肥播种方式（免耕播种绿肥、浅旋灭茬播种绿肥）对小麦棵间蒸发量的影响不显著，而绿肥与麦秸协同还田较绿肥单一还田处理可进一步减少小麦棵间蒸发量。一方面，绿肥季麦秸地表覆盖抑制了夏季高温天气下土壤水分蒸发，使更多的水分贮存在土壤中；另一方面，豆科绿肥与麦秸协同平衡了有机物料的碳氮比，更有利于土壤有机质的增加，从而增强了土壤蓄水纳墒能力，使更多的冬储灌水分保存在土壤中，增加小麦播前的土壤贮水量，并有效减少小麦生育期的棵间蒸发量[19-20]。因此，绿肥与麦秸协同还田较绿肥单一还田处理，在减少小麦耗水量的同时降低蒸散比，进一步抑制了小麦生育期土壤水分的无效损耗。

3.2 绿肥与麦秸协同还田有利于复种绿肥模式中小麦籽粒产量的增加

合理的绿肥应用对主栽作物的增产效应已被广泛证实，其主要原因是绿肥能够改善土壤理化性状，增加土壤微生物活性，促进土壤养分平衡及有效性，从而为主栽作物生长提供良好的土壤环境[21-22]。在关于6种豆科绿肥对水稻轮作小麦系统中小麦产量的研究结果表明，豆科绿肥使小麦籽粒产量、秸秆产量和氮素累积量分别增加18.1%、18.4%和59.7%[23]。在2个不同地点的研究表明，野豌豆与燕麦混作还田后使下季小麦籽粒产量较单施化肥处理增加了60%、102%，因此绿肥对下季小麦的增产效应，不仅由于种植绿肥改善了土壤氮素等养分状况，还在于绿肥改善了土壤理化和生物性状，对下季小麦产生了良好的茬口效应[24]。研究表明，豆科绿肥与禾本科主栽作物秸秆协同还田较绿肥或主栽作物秸秆单一还田，更有利于土壤有机质的增加及其他性状的改善，因而更有利于主栽作物产量的生长[25-26]。有研究者指出，在水资源相对缺少的干旱、半干旱区，年降雨量是决定绿肥对主栽作物增产效益的关键，而在水资源相对较多的湿润、半湿润区，种植绿肥对主栽作物的增产效益较为显著[27-28]。因此，在水资源有限的区域研究种植绿肥对主栽作物产量的影响时，需从区域和时间2个维度上分析绿肥对土壤-水分-主栽作物关系的协调作用，从而提出适区域的绿肥应用技术并证实其长期应用的累积效应[29]。本研究证明了在干旱灌区，复种豆科绿肥较麦后休闲处理可显著增加小麦籽粒产量，绿肥与麦秸协同还田处理小麦的增产效应更为显著。其可能原因不仅在于绿肥与麦秸协同还田提高了土壤养分含量、微生物量及活性[11]，同时也抑制了土壤水分的无效损耗，从而为小麦的生长提供良好的土壤水分环境。

3.3 绿肥与麦秸协同还田有利于复种绿肥模式中小麦的水分高效利用

减少作物耗水量和增加产量是提高作物水分利用效率的主要途径[30-31]。有研究者认为，在水资源受限的干旱地区，通过减少棵间蒸发量降低蒸散比，使更多的土壤水分供给作物生长利用更为关键，而不是单纯的提高水分利用效率[32]。在雨养农业区的研究表明，复种绿肥较夏休闲处理有利于土壤水分的保蓄，并显著提高下季小麦籽粒产量[33]。本研究中，复种绿肥较麦后休闲处理可显著提高小麦农田水分利用效率，而不同绿肥播种方式（免耕播种绿肥、浅旋灭茬播种绿肥）之间的小麦农田水分利用效率无显著差异。绿肥与麦秸协同还田较绿肥单一还田处理能够在减少土壤水分无效损耗的同时增加小麦籽粒产量，进一步提高了复种绿肥模式中小麦的农田水分利用效率。干旱灌溉农业区降雨量极为有限，农田的水分主要来自灌溉。在灌水量一致的条件下，灌溉水利用效率表明了作物在有限水分条件下的产能大小[34]。许多研究表明，种植绿肥有利于减少灌溉用水[35]。但也有研究指出，种植绿肥并未使灌溉水利用效率增加，甚至有所降低[36]。在本研究中，与麦后休闲处理相比较，复种绿肥可提高小麦灌溉水利用效率，其中绿肥与麦秸协同还田处理的灌溉水利用效率显著高于绿肥单一还田处理。总之，绿肥与麦秸协同还田与绿肥单一还田处理相比较，在减少土壤水分无效损耗的同时，进一步提高了复种绿肥模式中小麦的籽粒产量，更有利于小麦水分利用效率的提高。该结果可能是由于土壤理化性状的改善增强了土壤入渗及蓄水保墒能力，抑制了土壤表层的水分蒸发，同时增强了主栽作物根系的拓展和吸收能力[37]。

4 结论

在干旱绿洲灌区，复种绿肥较麦后休闲处理具有减少小麦耗水量、提高籽粒产量和水分利用效率的潜能。其中，绿肥与麦秸协同还田较绿肥单一还田处理可减少复种绿肥模式中小麦的棵间蒸发量，在降低小麦蒸散比和耗水量的同时增加小麦籽粒产量，从而显著提高小麦农田水分利用效率和灌溉水利用效率。因此，绿肥与麦秸协同还田可作为干旱灌区绿肥-小麦配置模式的水分高效利用技术参考。

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Response of Water Use Characteristics of Spring Wheat to Co-Incorporation of Green Manure and Wheat Straw in Arid Irrigation Region

FAN ZhiLong, HU FaLong, YIN Wen, FAN Hong,ZHAO Cai, YU AiZhong, CHAI Qiang

Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science/College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070

【Objective】The aim of this study was to investigate the effects of green manure and wheat straw co-incorporation on water use efficiency of next season wheat (L.), which played an critical supporting role in the construction of water use efficient and sustainable production pattern of spring wheat in northwest irrigation region.【Method】In this study, a randomized block design was adopted, with fallowing after wheat harvesting (W) as the control, wheat multiple cropping green manure with no-tillage sowing + green manure and wheat straw co-incorporation (W-NTGS), wheat multiple cropping green manure with no-tillage sowing + green manure incorporation (W-NTG), and wheat multiple cropping green manure shallow plowing for destroying stubble + single returning of green manure to the field (W-TG). The characteristics of water consumption, grain yield, water use efficiency () and irrigation water use efficiencyi) of wheat were investigated. 【Result】 The soil water storage in 0-50 cm soil layer before wheat sowing was significantly increased by multiple cropping green manure compared under W. The soil water storage in 0-10 cm, 10-20 cm, 20-30 cm, and 30-50 cm soil layers before wheat sowing with W-NTGS was increased by 22.1%, 30.2%, 21.5%, and 11.1% compared with that of W-NTG, and 26.2%, 33.2%, 26.5%, and 16.4% increase compared with that of W-TG, respectively. However, there was no significant difference in soil water storage in 0-110 cm soil layer before wheat sowing between W-NTG and W-TG. Compared with fallow treatment, water consumption, evaporation, and ratio of evaporation to evapotranspiration of wheat decreased by 7.0%-7.1%, 11.7%-20.1%, and 5.2%-15.9%, respectively. The water consumption of wheat with W-NTGS decreased by 6.4% than that of wheat under W-NTG in 2021, and averagely decreased by 6.1% than that of wheat under W-TG in 2020 and 2021. Compared with W-NTG and W-TG, the evaporation of wheat under W-NTGS decreased by 9.7% and 13.6% on average, and the ratio of evaporation to evapotranspiration decreased by 6.2% and 11.3%, respectively. There were no significant differences in water consumption, evaporation, and evapotranspiration ratio between W-NTG and W-TG. Compared with W, the grain yield of wheat multiple cropped with green manure increased by 6.4%-16.8%. Meanwhile, the grain yield of wheat under W-NTGS increased by 6.6% and 9.8% on average compared with W-NTG and W-TG, respectively. However, the grain yield of wheat between with W-NTG and W-TG was not significant difference. Compared with W, theandiof wheat multiple cropped with green manure increased by 11.9%-30.7% and 6.4%-16.8%, respectively. Theof wheat under W-NTGS increased by 10.9% and 16.8%, and theiincreased by 6.6% and 9.8%, respectively compared with W-NTG and W-TG. There were no significant differences inandibetween W-NTG and W-TG.【Conclusion】 The co-incorporation of green manure and wheat straw (W-NTGS) could significantlyincrease soil water storage in 0-50 cm before wheat sowing, and decrease the ineffective loss of soil water in wheat season, thus reducing the water consumption of wheat and increasing the grain yield, and ultimately significantly improving the farmland and irrigation water use efficiency, which could be used as a recommended technology for water efficient use of wheat multiple cropping with green manure in arid irrigation region.

green manure; straw incorporation; water consumption characteristics; water use efficiency; wheat

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.05.003

2022-06-06；

2022-10-08

国家重点研发计划（2021YFD1700204-04）、甘肃省教育科技创新项目-产业支撑计划（2021CYZC-54）、甘肃省重点人才项目（204197083016）

樊志龙，E-mail：fanzl@gsau.edu.cn。通信作者柴强，E-mail：chaiq@gsau.edu.cn

（责任编辑 杨鑫浩）