全膜双垄集雨沟播技术由于其显著的增产作用在干旱半干旱地区被广泛地推广应用。但在这种栽培方式下,地膜覆盖和玉米互作对土壤温度和水分的影响,地膜覆盖下土壤无机氮含量的变化、土壤氮素循环、肥料氮利用效率及其在土壤-植物中去向的研究甚少。为了更深入地了解全膜双垄集雨沟播技术的增产机理和氮素的循环和去向,我们于2011-2012年在甘肃省榆中县(35°54’N,104°05’E,海拔2050m)进行了两年的大田试验。试验为两因素(地膜覆盖和种植玉米)完全随机区组设计,共4个处理组合,分别为(1)不覆膜不种玉米(NM+NC)；(2)覆膜不种玉米(M+NC)：(3)不覆膜种玉米(NM+C)；(4)覆膜种玉米(M+C),在此基础上进行氨挥发试验、氮素原位矿化试验和15N示踪试验,通过对土壤温度、水分、玉米产量、水分利用效率、土壤氨挥发、土壤氮素矿化、土壤无机氮含量和肥料氮去向的研究,主要得出以下研究结果：1.地膜覆盖对土壤温度的影响与玉米的生长发育有关。在没有玉米种植的条件下,覆膜处理较不覆膜处理0-20cm土壤温度在整个实验期增加了2.7-3.3℃,在有玉米种植的条件下,覆膜处理较不覆膜处理0-20cm土壤温度在玉米生育期的前两个月增加了2.6-3.3℃,而在后三个月没有增加,是由于玉米生长发育后期较大的玉米冠层拦截了太阳辐射。地膜覆盖对土壤水分的影响也与玉米的生长发育有关。2011年,在没有玉米种植的条件下,覆膜处理较不覆膜处理在整个试验期0-100cm土壤储水量增加了19-40%,在0-170cm土壤中储存了大于100mm的降水。而在有玉米种植的条件下,地膜覆盖只增加玉米生育期前两个半月0-100cm的土壤储水量,后两个半月的0-100cm土壤储水量没有增加,且覆膜处理的土壤水分损失量较不覆膜处理增加了15%。由于2011年各处理土壤水分的残留效应和2012年较为丰富的降水量,2012年各处理土壤储水量在整个实验期的变化与2011年不尽相同。2012年不管是否种植玉米,覆膜处理0-100cm土壤储水量总是大于不覆膜处理。覆膜处理较不覆膜处理玉米产量和水分利用效率分别增加了70-72%和57-77%,说明地膜覆盖对早春季节土壤温度的增加和玉米蒸腾作用的增强提高了玉米的产量和水分利用效率。2.在尿素施用后的两个月内,不覆膜处理的氨挥发量为30-34kg ha-1,是覆膜处理的10倍。在玉米生长发育的五个月中,0-15cm土壤氮在前三个月被矿化,后两个月被固定。地膜覆盖显著增加了第二和第三月土壤氮素的矿化速率,降低了第四和第五月土壤氮素的固定速率。种植玉米对氮素矿化速率的增加作用只表现在玉米生长发育最旺盛的时期(拔节期)。覆膜处理较不覆膜处理氮的总矿化量增加了201-309%,种植玉米处理较不种玉米处理总氮矿化量增加了12-114%。地膜覆盖下土壤氨挥发的减少和土壤氮素矿化速率的增加是土壤无机氮含量和玉米氮素吸收量增加的主要原因,地膜覆盖改变了农田中的氮循环。3.2011年,覆膜处理玉米肥料氮的利用率为19%,不覆膜处理为23%,覆膜处理肥料氮的利用率比不覆膜处理减少了19%。2012年覆膜处理玉米对2011年残留肥料氮的利用率为16%,不覆膜处理为10%,覆膜处理对2011年残留肥料氮的利用率增加了63%。两年玉米对标记肥料氮的利用率处理之间没有差异。2011年,覆膜处理肥料氮在0-170cm土壤中的残留量比不覆膜增加了21-30%。不覆膜处理的肥料氮主要以无机氮形式存在,而覆膜处理肥料中的无机氮和有机氮含量相当。2012年,不覆膜处理依然有50%左右的标记肥料氮残留在0-170cm的土壤中。覆膜处理下,有机氮是标记肥料氮的主要存在形式。2011年,覆膜处理下肥料氮的损失率较低,占施肥量的5%,而不覆膜处理下肥料氮的损失量占施肥量的18-22%,主要是以氨挥发的形式损失。2012年,没有玉米种植的条加下,覆膜处理较不覆膜处理肥料氮的损失量增加了80%。在有玉米种植的条件下,覆膜处理和不覆膜处理肥料氮的损失量相当。种植玉米减少了肥料氮的损失量。由此可见,地膜覆盖对土壤温度和水分的影响与玉米的生长发育有关；地膜覆盖下土壤氨挥发的减少和氮素矿化速率的增加是土壤无机氮增加和玉米氮素吸收量增加的主要原因。地膜覆盖没有增加玉米肥料氮的利用效率,却增加了玉米对土壤氮素的吸收。地膜覆盖减少了以氨挥发的形式损失的肥料氮,增加了肥料氮在土壤剖面的残留量,从而增加了肥料氮向土壤深层淋洗的风险。玉米收获时,大量肥料氮和土壤氮在土壤剖面残留,因此有必要对肥料氮的施用量进行调整。