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黄土高原旱地是典型的雨养农业区,水分缺乏和土壤贫瘠是制约该地区农业生产的关键因素。采用合理的夏闲期地表覆盖措施能改善土壤水分环境和土壤肥力,从而提高作物生产力。地膜覆盖有增温保墒、协调土壤水分和养分供应的效果,秸秆覆盖能蓄水保墒,种植绿肥能培肥土壤。因此,本研究通过田间定位试验,以冬小麦为供试作物、常规裸地栽培为对照,研究了夏闲期四种不同地表覆盖方式(地膜覆盖、秸秆覆盖、种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥)对冬小麦籽粒产量、水分、养分利用的影响及其与土壤水分、养分及温度的关系。目标在于优化旱地土壤水分和养分管理,为旱地农业可持续发展提供可靠的理论与技术依据。取得的主要结果如下：(1)地表覆盖措施对冬小麦籽粒产量、籽粒养分含量和地上部养分吸收量的影响因降水和持续年限而异。地膜覆盖能提高小麦籽粒产量,特别是在平水年,6年平均提高6%；秸秆覆盖从第四年开始降低小麦籽粒产量,6年平均降低7%；种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥显著降低了欠水年小麦籽粒产量,6年平均分别降低5%和5%。地膜覆盖和秸秆覆盖分别自第二年和第三年开始降低籽粒含氮量,6年平均分别减少8%和7%；种植绿肥自第四年开始提高籽粒含氮量,6年平均提高4%；秸秆覆盖+种植绿肥也在第五、六年提高了籽粒含氮量,但对6年平均无显著影响。仅秸秆覆盖增加了籽粒含磷量,6年平均增加6%。四种地表覆盖都可提高籽粒含钾量,6年平均都增加4%。仅秸秆覆盖在第四、五年降低了地上部吸氮量,6年平均降低13%。地膜覆盖提高了地上部吸磷量和吸钾量,6年平均分别提高7%和17%。(2)地膜覆盖和秸秆覆盖能降低籽粒产量形成的需氮量、提高氮生理效率,种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥却提高了籽粒产量形成的氮磷钾需求量、降低了氮磷钾生理效率。地膜覆盖使籽粒产量形成的需氮量6年平均降低9%,氮生理效率平均提高11%；需钾量平均提高8%,钾生理效率平均降低8%；对需磷量和磷生理效率无显著影响。秸秆覆盖使籽粒产量形成的需氮量6年平均降低6%,氮生理效率平均提高7%；需磷量平均增加6%,磷生理效率平均降低7%；钾生理效率平均降低6%,对需钾量无显著影响。种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥提高了籽粒产量形成的氮磷钾需求量,氮需求量6年平均分别提高6%和4%,磷需求量分别提高4%和5%,钾需求量分别提高5%和7%；它们也降低了籽粒产量形成的氮磷钾生理效率,氮生理效率6年平均分别降低7%和5%,磷生理效率分别降低5%和5%,钾生理效率分别降低7%和8%。(3)秸秆覆盖降低了冬小麦籽粒产量的水分利用效率,其他地表覆盖措施无显著影响。秸秆覆盖的水分利用效率6年平均降低6%,在欠水年更为显著。其他三种地表覆盖对6年平均水分利用效率虽无显著影响,但地膜覆盖在平水年却使水分利用效率提高39%,种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥的水分利用效率在平水年也分别提高16%和11%,欠水年分别降低22%和16%。(4)从6个试验年来看,四种地表覆盖措施均能通过调节夏闲期土壤集水和冬小麦生育期耗水来维持土壤水分平衡。地膜覆盖尽管增加了欠水年的小麦生育期耗水量,但并不增加6年平均的生育期耗水量,甚至还使夏闲期土壤集水6年平均增加15 mm,从而维持了土壤水分平衡。秸秆覆盖对6年平均的夏闲期土壤集水和生育期耗水均无显著影响,从而维持了土壤水分平衡。种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥的夏闲期土壤集水6年平均分别减少41 mm和31 mm,但生育期耗水量的6年平均也分别减少36 mm和29mm,同样维持了土壤水分平衡。(5)地膜覆盖、秸秆覆盖和秸秆覆盖+种植绿肥能减少土壤硝态氮残留、损失和累积,种植绿肥未减少硝态氮残留,但由于绿肥吸收,而减少了硝态氮损失和累积。地膜覆盖、秸秆覆盖和秸秆覆盖+种植绿肥在欠水年和平水年减少了冬小麦收获期土壤硝态氮残留量,6年平均分别减少35%、32%和18%。种植绿肥未能减少硝态氮残留,甚至在第六年使硝态氮残留量增加64%。四种地表覆盖在降水较多的夏闲期均减少了上层土壤硝态氮损失,6年平均分别减少34%-53%；同时它们也减少了深层土壤硝态氮累积,6年平均分别减少31%-56%。(6)地膜覆盖和种植绿肥能提高冬小麦生育期地温,特别是在欠水年的冬小麦生殖生长期；秸秆覆盖未对地温产生影响。地膜覆盖可提高冬小麦各个生育期地温,全生育期平均提高0.4-1.0℃。种植绿肥也能提高地温,全生育期平均提高0.4-0.5℃,但主要发生在返青至成熟期。在欠水年的小麦生殖生长期,地膜覆盖和种植绿肥的日最高地温高于32℃的天数分别占该时期总天数的51%和49%,在其他年份无此现象。秸秆覆盖对小麦生育期地温及生殖生长期的日最高地温无影响。综上所述,地膜覆盖能增加夏闲期土壤集水和生育期耗水,改善地温,减少土壤硝态氮残留、损失和累积,降低籽粒产量形成的需氮量、提高氮生理效率,但由于未能提高冬小麦地上部吸氮量,所以虽能提高籽粒产量,但降低了籽粒含氮量,同时在欠水年有减产风险。秸秆覆盖由于未能增加夏闲期土壤集水和生育期耗水,也未能改善地温,甚至还降低了水分利用效率和地上部吸氮量,从而使籽粒产量和籽粒含氮量降低,但它也能减少土壤硝态氮残留、损失和累积。种植绿肥和秸秆覆盖+种植绿肥由于减少了夏闲期土壤集水和生育期耗水,提高了籽粒产量形成的氮磷钾需求量、降低了氮磷钾生理效率,从而降低了籽粒产量,提高了籽粒含氮量。种植绿肥未能降低土壤硝态氮残留、但降低了硝态氮损失和累积,秸秆覆盖+种植绿肥能降低土壤硝态氮残留、损失和累积。