黃土高原旱地小麥覆膜增產與氮肥增效分析

李廷亮，謝英荷，高志強，洪堅平，孟麗霞，馬紅梅，孟會生，賈俊香

（1山西農業大學資源與環境學院，山西太谷 030801；2山西農業大學農業資源與環境國家級實驗教學示范中心，山西太谷 030801；3山西農業大學農學院，山西太谷 030801；4山西省五臺縣氣象局，山西五臺 035502）

0 引言

【研究意義】小麥是黃土高原地區主要糧食作物之一，僅山西、陜西、甘肅和寧夏地區種植面積就達270萬公頃，占中國小麥播種面積10%以上。黃土高原地區降水資源偏少且季節分布不均，水分不足直接或間接影響著旱地冬小麥產量形成及肥料利用效率。地膜自從 1978年引入中國，糧食單產普遍提高20%—30%[1]，同時覆膜促進了作物根系對土壤氮素的吸收利用。水肥耦合尤其是水氮協同供應是實現旱地小麥增產增效的關鍵，“壟膜溝播”和“全膜覆土穴播”是黃土旱塬兩種典型的小麥覆膜方式，明確兩種覆膜方式下冬小麥產量形成規律、氮肥吸收運移特征以及兩者之間的關系，對推進黃土高原旱地小麥氮肥高效利用和保障糧食安全具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】旱地小麥高產關鍵在于水肥管理，地膜覆蓋會影響土壤水熱強度與分布，進而影響土壤養分供應和作物產量形成。大量研究表明覆膜栽培可加大作物對深層土壤水分利用，并促進水分消耗由土面蒸發的物理過程向作物蒸騰的生理過程轉化[2-4]。同時可以改善地表溫度、活化土壤養分，調控根層土壤硝態氮分布和去向，促進作物地上部氮素積累和轉移，進而提高產量和氮肥利用率[5-7]。也有研究表明覆膜栽培降低了旱地小麥氮磷用量，卻提高了小麥的產量[8]。化肥在糧食增產中發揮了不可替代的作用，20世紀80年代我國化肥使用對糧食單產和總產增加的貢獻率分別為55%—57%和30%—31%，但后期由于化肥大量投入，對產量貢獻率在逐漸降低[9]。小麥地上部氮積累量、氮素向籽粒的轉移量及花后氮素吸收量一定范圍內隨施氮量增加而增加[10]，過量施氮則會加大氮素土壤殘留量和表觀損失量。15N示蹤標記研究表明，土壤殘留肥料氮只有少量被作物逐年吸收，一部分以有機形態殘留在土壤剖面中，另一部分發生了無效損失[11]。合理氮肥調控和覆膜栽培可以提高植株對氮素的吸收以及生長后期莖葉氮素向籽粒的轉移量，減少土壤肥料氮的殘留[5]。同時研究表明優化施肥覆膜種植可構建合理的群體結構[12]、增加單穗結實率[13]和提高灌漿速率[14]，改善產量構成三要素。但不同覆膜栽培方式因降水量差異、肥料投入量及比例不同對作物產量和養分吸收利用的調控效果也會不同，旱地小麥高產高效的歸結點是在地表覆蓋水分周年調控的基礎上，實現“以水定產”和“以產定肥”的水肥協調供應效應。【本研究切入點】黃土高原是中國旱作小麥重要生產基地，以往對旱作小麥產量及氮素利用的研究多為不同施肥管理、耕作措施或覆蓋方式方面，而有關“壟膜溝播”和“全膜覆土穴播”周年覆蓋和監控優化施肥互作條件下旱地小麥增產和氮肥增效的協同效應研究還鮮為報道。【擬解決的關鍵問題】本試驗在黃土高原東部旱塬冬麥區，研究“壟膜溝播”和“全膜覆土穴播”周年覆蓋和監控優化施肥互作對冬小麥產量形成、小麥氮素吸收轉運和土壤硝態氮殘留特征的影響，以期為我國旱作小麥高產高效生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于 2012—2016年在晉南黃土旱塬冬小麥種植區進行（36°22′ N，111°35′ E，海拔 648 m）。試驗區年均氣溫12.6℃，≥10℃活動積溫3 327℃，無霜期180—210 d，年均降水量約500 mm，約70%集中在6—9月。供試土壤為石灰性褐土，質地為中壤土，2012年播前耕層土壤各養分含量為：有機質 14.6 g·kg-1，全氮 0.87 g·kg-1，硝態氮 10.4 mg·kg-1，速效磷 10.4 mg·kg-1，速效鉀 168.2 mg·kg-1，陽離子交換量 27.3 cmol·kg-1，pH 7.9。 0—20、20—40、40—60、60—80和80—100 cm土層容重分別為1.21、1.35、1.35、1.30和 1.36 g·cm-3，100 cm 以下土層容重按 1.36 g·cm-3計。試驗期間（夏休閑期+生育期）降水量分布見表1。

1.2 試驗設計

試驗研究不同施肥覆膜栽培措施下旱地冬小麥的產量形成規律和氮素吸收利用特征，設置4個處理。

處理1為農戶模式（FP），施肥量為農民當地習慣施肥。種植方式為露地條播（播前淺旋耕，深度13 cm，露地不覆膜平作，行距20 cm），小麥收獲后，留茬30 cm，秸稈粉碎覆蓋還田。

表1 冬小麥試驗期間降水量分布情況Table 1 The distribution characteristics of precipitation during the experiment period of winter wheat（mm）

處理2為農戶施肥+壟膜溝播模式（RFSF1），施肥量同處理 1。種植方式為壟膜溝播（施肥整地后，起壟覆膜，溝內膜側播種，播種2行，行距20 cm，壟寬35 cm，壟高10 cm，溝寬30 cm），小麥收獲后，留茬 30 cm，繼續保持殘膜覆蓋，秸稈粉碎覆蓋還田。

處理3為監控施肥+壟膜溝播處理（RFSF2），施肥量采用“1 m土壤硝態氮監控施肥，0—40 cm土層磷鉀恒量施肥”技術[15-16]。

施氮量（kg N·hm-2）=作物目標產量需氮量 + 播前1 m 土壤硝態氮安全閾值（110.0 kg N·hm-2）-播前1 m 土壤硝態氮（kg N·hm-2）；

施磷（鉀）量（kg·hm-2）=作物目標產量需磷（鉀）量×施磷（鉀）系數；

施磷（鉀）系數依據0—40 cm土層速效磷鉀含量確定。其他管理方式同處理2。

處理 4為監控施肥+全膜覆土穴播處理（WFFHS），施肥技術同處理3，種植方式為全膜覆土穴播（施肥整地后，采用120 cm寬幅膜平鋪地面，膜上覆土0.5—1 cm左右，進行穴播種植，播種深度3—5 cm，行距15—16 cm，穴距12 cm，每幅膜播7—8行），小麥收獲后，留茬30 cm，繼續保持殘膜覆蓋，秸稈粉碎覆蓋還田。處理1、2、3和4的具體施肥量見表2。

冬小麥供試品種為長8744，播量為150 kg·hm-2，全生育期除自然降水外不灌溉。4年播種時間在9月30日至10月9日，收獲時間在6月5日至 6月10日，6月中旬至9月下旬為夏休閑期。每個處理重復4次，采用隨機區組排列，由于黃土旱塬地塊不規則及大小原因，小區面積為210—520 m2。

表2 試驗期各處理養分用量Table 2 The application rate of nutrients in different treatments during experiment period（N-P2O5-K2O, kg·hm-2）

1.3 樣品采集與測定

1.3.1 樣品采集 分別于冬小麥播前和收獲期采集2 m土壤樣品，每20 cm為一層，用于土壤硝態氮測定；冬小麥的開花期采集植株樣品，樣品分為莖葉、莖稈和穗3部分，收獲期采集植株樣品，樣品分為籽粒、莖葉、莖稈和穎殼+麥軸 4部分，用于各器官氮素含量測定；在收獲期于各小區中央收獲3 m×20 m樣方小麥，脫粒計產，并代表性選取3個1 m長的小麥樣段，調查穗數、穗粒數及千粒重。

1.3.2 項目測定與方法

（1）植株氮素含量測定 小麥開花期和收獲期地上部各部分樣品分別烘干，粉碎，用濃 H2SO4-H2O2法消解，AA3連續流動分析儀（德國BRAN＋LUBBE公司）測定全氮。

（2）土壤硝態氮測定 稱取5 g新鮮土壤，加入50 mL 0.01mol·L-1CaCl2溶液，振蕩30 min，過濾，用AA3流動分析儀測定，并用烘干法測定土壤水分。

1.3.3 計算方法

各器官植株氮素積累量（kg·hm-2）= 干物質質量（kg·hm-2）×氮素含量（g·kg-1）/103；

花前營養器官氮素轉移量（kg·hm-2）= 花期地上部氮素積累量（kg·hm-2）-成熟期地上部營養器官氮素積累量（kg·hm-2）；

花后土壤氮素吸收量（kg·hm-2）= 籽粒氮素積累量（kg·hm-2）-花前營養器官氮素轉移量（kg·hm-2）；

氮素轉移貢獻率（%）=花前營養器官氮素轉移量（kg·hm-2）/籽粒氮素積累量（kg·hm-2）×100；

氮素吸收貢獻率（%）=花后土壤氮素吸收量（kg·hm-2）/籽粒氮素積累量（kg·hm-2）×100；

氮收獲指數（%）=籽粒氮素積累量（kg·hm-2）/地上部氮素積累量（kg·hm-2）×100；

氮素生理效率（kg·kg-1）=籽粒產量(kg·hm-2)/地上部氮素積累量（kg·hm-2）×100；

土壤硝態氮累積量（kg·hm-2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g·cm-3）×土壤硝態氮含量（g·kg-1）/10；

氮表觀礦化量（kg·hm-2）=對照區地上部吸氮量（kg·hm-2）+對照區收獲后土壤殘留 Nmin 量（kg·hm-2）-對照區播前土壤無機氮量（kg·hm-2）；

氮表觀損失量（kg·hm-2）=[（施氮量（kg·hm-2）+播前土壤 Nmin量（kg·hm-2）+氮表觀礦化量（kg·hm-2）]-[作物吸收氮量（kg·hm-2）+收獲后土壤殘留 Nmin 量（kg·hm-2）]；

氮肥表觀利用率（%）=[施氮區地上部吸氮量（kg·hm-2）-對照區地上部吸氮量（kg·hm-2）]/施氮量（kg·hm-2）×100；

氮肥表觀殘留率（%）=（施氮區土壤殘留Nmin量(kg·hm-2)-對照區土壤殘留 Nmin 量(kg·hm-2)）/施氮量(kg·hm-2) ×100；

氮肥表觀損失率（%）= 100-氮肥表觀利用率（%）-氮肥表觀殘留率（%）。

1.4 統計分析

試驗數據使用 Microsoft Excel 2003整理，利用SPSS 20.0軟件進行檢驗統計分析。

2 結果

2.1 覆膜施肥對黃土高原冬小麥產量形成的影響

試驗期間，農戶模式處理冬小麥籽粒產量在1 967—4 350 kg·hm-2，均值 3367 kg·hm-2（表 3）。在農戶施肥基礎上采用壟膜溝播種植，籽粒產量和生物產量分別提高 8.6%和 9.6%。在壟膜溝播種植方式基礎上進行監控優化施肥，籽粒產量和生物產量分別較農戶模式提高 24.7%和 29.6%。在監控施肥基礎上采用全膜覆土穴播種植，籽粒產量和生物產量分別較農戶模式提高42.1%和44.2%。不同覆膜施肥處理間平均產量差異達顯著水平，其中WFFHS處理增產幅度最大，平均籽粒產量為4 785 kg·hm-2。F值檢驗表明，黃土高原旱地冬小麥產量具有極顯著的年際差異性，同時年份和覆膜施肥處理之間交互作用對冬小麥產量也具有極顯著的影響。

表3 黃土高原典型種植方式下冬小麥的產量及產量構成Table 3 Yield and its components of winter wheat under classic plant patterns in the Loess Plateau

從產量構成看，試驗期間公頃穗數、穗粒數和千粒重的變異系數分別為18.3%、14.0%和13.3%，年度和不同覆膜施肥處理及其交互作用對公頃穗數均具有極顯著影響，年際差異對穗粒數和千粒重的影響大于不同覆膜施肥處理的影響，不同覆膜施肥處理總體上對冬小麥穗粒數沒有顯著影響。相關分析表明，籽粒產量與公頃穗數、穗粒數及千粒重的相關系數分別為0.822**、0.274和0.801**（n=16，r0.01=0.623）。表明黃土旱塬冬小麥產量形成主要取決于公頃穗數，其次是千粒重。不同處理間以WFFHS處理的穗數和千粒重最高，平均分別為581×104穗/hm2和44.3 g，全膜覆土穴播種植高產的原因很大程度上取決于其播種行距減小，冬小麥可充分利用水分和光照資源，群體穗數增加，因此覆膜和合理構建群體是提高旱塬冬小麥產量的重要措施。不同覆膜施肥措施下黃土高原冬小麥收獲指數沒有顯著變化，平均值為46.6%。

2.2 覆膜施肥對黃土高原冬小麥氮素積累轉移的影響

試驗期間，冬小麥地上部氮素積累量和籽粒吸氮量分別在 48.4—170.3 kg·hm-2和 39.1—139.8 kg·hm-2，總體表現為與對應生物產量和籽粒產量一致的變化規律（表4）。覆膜結合監控施肥可顯著提高冬小麥地上部和籽粒氮素積累量，其中以 WFFHS處理最高，平均氮素積累量和籽粒吸氮量分別較相同施肥量的 RFSF 2處理高 16.2%和 19.3%（P＜0.05）；冬小麥氮收獲指數較穩定，對施肥、覆膜以及年際變化均無顯著響應，維持在74.7%—83.6%，平均80.7%；氮素生理效率在34.2—46.0 kg·kg-1，不同處理之間平均氮素生理效率表現為覆膜種植較露地條播種植有 6.4%—9.2%的降幅；花前營養器官氮素轉移量與生物產量和經濟產量的相關系數分別達0.959**和0.960**（n=16，r0.01=0.623），覆膜結合監控施肥可顯著提高花前營養器官氮素向籽粒的轉移量，較農戶模式提高了43.7%—100.1%。RFSF 2 和WFFHS處理的氮素轉移貢獻率為81.4%—88.8%，兩處理之間差異不顯著，但顯著高于FP和RFSF 1處理；花后氮素土壤吸收量表現為RFSF 2 和WFFHS處理總體低于FP和RFSF 1處理，且對應的吸收貢獻率差異達顯著水平。

表4 黃土高原典型種植方式下冬小麥氮素積累轉移特征Table 4 N accumulation and translocation of winter wheat under classic plant patterns in the Loess Plateau

2.3 覆膜施肥對黃土高原麥田土壤硝態氮殘留的影響

圖1為2012年播前至2016年收獲期黃土旱塬麥田2 m土層硝態氮變化特征。2012年播前試驗田2 m土層硝態氮為145 kg·hm-2，其中70%集中在0—100 cm土層，表明長期施肥已導致黃土高原麥田土壤硝態氮在1 m土層殘留，殘留量達100 kg·hm-2以上，累積峰值在20—60 cm土層。經過連續4年種植，FP和PFSF1處理發生了明顯的硝態氮殘留，主要集中在0—120 cm土層，其中農戶模式處理2 m土壤硝態氮累積量最高，達 277 kg·hm-2，較 2012年播前增加了87.7%，在農戶模式基礎上進行壟膜溝播種植 2 m土層硝態氮累積量可減少6.2%。而覆膜結合監控施肥處理較2012年播前僅增加了15.7%—24.2%，其中以監控施肥全膜覆土穴播種植硝態氮殘留量最低。比較2016年收獲期和2012年播前各處理在120—200 cm土層的硝態氮累積量，發現不同處理間有 10.2%—133.7%的增幅，表明試驗期間土壤殘留硝態氮有隨降水向下淋移的趨勢。

圖1 黃土高原典型種植方式下麥田2 m土層硝態氮殘留特征Fig. 1 Content of residual nitrate nitrogen in 2 m soil layers of wheat field under classic plant patterns in the Loess Plateau

2.4 覆膜施肥對黃土高原麥田土壤氮素平衡的影響

表5為4季冬小麥生產過程中2 m土層總體氮素平衡情況。因石灰性旱作土壤中礦質態氮主要以硝態氮形式存在，故氮平衡中礦質態氮以硝態氮含量計。可知，監控施肥處理連續4年累積施氮量較傳統施肥減少31%。不同種植方式下累積氮表觀礦化量表現為全膜覆土穴播 ＞ 壟膜溝播 ＞ 露地條播，且差異達顯著水平?？紤]到試驗田秸稈全部還田，作物氮素累積攜出量=前3季小麥籽粒吸氮量+第4季小麥地上部吸氮量，不同處理間作物氮素累積攜出量差異達顯著水平，以WFFHS處理最高，達430.5 kg·hm-2，高于4年累積施氮量（415 kg·hm-2），表明監控施肥全膜覆土穴播種植更大程度地利用了歷年土壤殘留硝態氮和有機質的礦化氮，同時表明監控施肥條件下，連續覆膜種植在實現小麥高產的同時有降低土壤有機質含量的風險。監控施肥覆膜種植較農戶模式處理可減少2 m土層硝態氮殘留量，降低幅度為33.8%—38.4%（P＜0.05），其中以監控施肥全膜覆土穴播種植處理最低。監控施肥覆膜種植亦可減少氮素的表觀損失量，較農戶模式處理低 29.5%—32.8%（P＜0.05），但壟膜溝播種植（RFSF1）處理較相同施肥量的農戶模式處理氮素累積表觀損失量增加了18.7%（P＜0.05）?？傮w來看，各處理氮肥表觀利用率在 28.8%—56.7%，氮肥表觀殘留率在 12.1%—28.9%，氮肥表觀損失率在31.2%—49.6%，監控施肥全膜覆土穴播處理具有相對低的氮肥表觀殘留率（12.1%）和氮肥表觀損失率（31.2%）以及相對高的氮肥表觀利用率（56.7%）。

表5 黃土高原典型種植方式下麥田土壤氮素平衡（kg·hm-2）Table 5 Soil N balance in wheat yield under classic plant patterns in the Loess Plateau

3 討論

3.1 黃土高原冬小麥產量形成特征

不同區域降水時空分布和土壤貯水能力差異是造成黃土高原旱地冬小麥產量差異的主要原因，合理的水肥管理是提高旱地小麥生產力的重要措施。本研究表明，農戶模式種植條件下，黃土高原冬小麥產量在1 967—4 350 kg·hm-2，平均 3 367 kg·hm-2。通過監控施肥結合覆膜種植，產量可提高至 2 666—6 277 kg·hm-2，其中監控施肥對籽粒產量形成的貢獻率為14.8%，覆膜和監控施肥協同貢獻率達24.7%—42.1%。監控施肥條件下，全膜覆土穴播種植平均產量達4 785 kg·hm-2，較壟膜溝播種植有更顯著的增產效益。全膜覆土穴播種植高產是建立在生育期高耗水的基礎，耗水強度的增加，促進了作物源的建成，有利于碳水化合物合成和干物質的積累[2,17-18]。

以往研究表明[19-20]公頃穗數是對施肥耕作等栽培管理措施響應最為敏感的因素，調控公頃穗數是實現旱地小麥增產主要途徑。本研究從產量三要素的變異系數以及與籽粒產量的相關性角度分析，表明黃土高原冬小麥產量形成主要取決于公頃穗數，其次是千粒重。本研究中全膜覆土穴播種植因其合理的群體構建和良好的水熱條件，具有最高成穗數和千粒重，平均分別達 581×104穗/hm2和44.3 g。覆膜可加快小麥中前期生長，延緩后期衰老，同時提高旱地冬小麥的灌漿速率，而小麥的灌漿速率與千粒重形成呈極顯著正相關[21-22]，因此覆膜有利于旱地小麥千粒重的提高。

3.2 黃土高原冬小麥氮素積累轉移特征

冬小麥地上部氮素的積累與轉移是其產量形成的生理基礎。本研究中，冬小麥地上部氮素積累量和籽粒吸氮量與對應生物產量和籽粒產量具有一致的變化規律，覆膜結合監控施肥可顯著提高冬小麥地上部和籽粒氮素積累量，其中以監控施肥全膜覆土穴播種植處理最高，表明冬小麥地上部及籽粒氮素積累量與干物質的積累和轉移有關。有研究表明覆膜栽培提高了冬小麥地上部氮素積累量，但產量表現為未增加或一定程度上增加，結果降低了氮素生理效率或氮素生理效率無明顯變化[23]。本研究表明覆膜栽培提高了旱地冬小麥籽粒產量，并更大程度上提高了地上部氮素吸收量，因此降低了氮素生理效率。但也有研究表明，地膜覆蓋提高了冬小麥產量，卻降低了地上部氮素積累量，進而提高了籽粒產量形成的氮生理效率，同時降低了籽粒中蛋白質含量[24-25]。具體原因可能與土壤氮素供應水平等其他環境因子有關，有待進一步研究。

小麥籽粒中的氮素一部分來自營養器官氮素的花后再轉移，一部分來自花后土壤吸收氮素的同化。本研究表明農戶模式小麥籽粒中 3/4氮素來源于營養器官的轉移，1/4氮素來源于花后根系土壤吸收，覆膜結合監控施肥可顯著提高花前地上部積累氮素向籽粒的轉移量，其轉移貢獻率在81.4%—88.8%，但其花后吸收貢獻率在11.2%—18.6%，顯著低于農戶模式處理處理。李帥等[26]研究也表明優化施肥可顯著提高冬小麥營養器官氮素轉移效率。而邱臨靜等[27]研究表明壟上覆膜種植花前營養器官貯存氮向籽粒再轉運的比例小于常規平作露地栽培，壟上覆膜主要是顯著提高了花后累積氮素對籽粒氮的貢獻率。李華等[28]研究表明地表覆蓋對轉移氮貢獻率和氮轉移效率的影響隨年度而變化。分析原因冬小麥營養器官花后氮素轉移貢獻率與小麥對花前、花后吸收氮素的同化能力有關，所有影響小麥對階段吸收氮素同化能力的因素都會影響到籽粒的氮轉運貢獻率和吸收貢獻率。

3.3 黃土高原麥田土壤硝態氮殘留特征

地膜覆蓋因促進土壤有機氮礦化可增加表層土壤硝態氮累積，同時因促進小麥根系的生長降低了深層土壤硝態氮累積[29]。覆膜栽培可有效協調土壤氮素利用、地上部氮素積累和產量形成之間的關系。本研究表明，長期過量施肥已導致黃土高原麥田土壤硝態氮在1 m 土層的累積，累積量在100 kg·hm-2以上。章孜亮等[15-16]提出黃土高原地區為避免土壤硝態氮淋失，冬小麥播前1 m土體硝態氮累積量安全閾值為110 kg·hm-2，收獲時為 55 kg·hm-2。西歐國家為了防止氮肥造成水體污染，也規定作物收獲后1 m土體肥料氮殘留量不超過 50 kg·hm-2[15]。由此表明試驗區土壤硝態氮已具有一定的淋失風險。

通過連續4年種植發現農戶模式處理2 m土層硝態氮累積量達 277 kg·hm-2，較 2012年播前增加了87.7%，主要集中在0—120 cm 土層，貢獻率達75%；監控施肥覆膜處理2 m土層硝態氮累積量較2012年播前僅增加15.7%—24.2%，監控施肥全膜覆土穴播處理硝態氮殘留量最低，為170.7 kg·hm-2。試驗期間土壤殘留硝態氮有隨降水向下淋移的趨勢，表現為 2016年收獲期各處理在120—200 cm土層較2012年播前有10.2%—133.7%的增幅，這主要與夏閑期降水量及降水強度有關。夏夢潔等[30]通過15N標記硝態氮去向的方法研究表明，黃土高原旱地麥田休閑期硝態氮淋溶作用不可忽視，在夏閑期降水量僅為157 mm的欠水年，15N標記的肥料氮可向下遷移至80 cm土層。DAI等[31]研究也表明黃土高原夏季每1 mm降水可引起硝態氮在土壤剖面中向下移動3.6 mm。

3.4 黃土高原麥田土壤氮素平衡

土壤氮素平衡可進一步反應肥料氮素和土壤氮素在小麥-土壤系統的動向和分配比例。本研究中，覆膜監控施肥處理連續 4年累計施氮量較傳統施肥減少31%，而累計籽粒產量卻提高了14.8%—30.9%，表明在黃土高原旱作區，小麥覆膜減氮平衡施肥增產的可能性。這在其他研究中也有類似的結果[15-16]。本試驗中，不同處理累積氮表觀礦化量表現為全膜覆土穴播＞壟膜溝播＞露地條播，原因是覆膜條件下良好的水熱條件影響了土壤微生物生物量及群落結構，進而影響有機氮的礦化過程[32]。監控施肥全膜覆土穴播種植更大程度上利用了歷年土壤殘留硝態氮和有機質的礦化氮，連續覆膜種植在實現小麥高產的同時有降低土壤有機質含量的風險。氨揮發和硝態氮淋溶是北方農田系統氮素損失的主要途徑，占到施氮量的20%—30%[33]。地膜覆蓋可增加土壤中N2O排放通量及氨揮發量[34-35]。本研究表明壟膜溝播處理較相同施肥量的露地條播處理氮素累積表觀損失量高 18.7%（P＜0.05）。但監控施肥覆膜種植可減少氮素的表觀損失。

本試驗通過4年種植總體評價土壤氮素平衡，充分考慮土壤殘留氮素的后效作用，更能準確說明肥料利用的真實情況。表明各處理氮肥表觀利用率在28.8%—56.7%，氮肥表觀殘留率在 12.1%—28.9%，氮肥表觀損失率在31.2%—49.6%。其中監控施肥全膜覆土穴播處理具有相對低的氮肥表觀殘留率（12.1%）、氮肥表觀損失率（31.2%）和相對高的氮肥表觀利用率（56.7%）。

4 結論

覆膜監控施肥種植可顯著提高黃土高原旱地冬小麥產量，提高幅度24.7%—42.1%。冬小麥產量形成主要取決于公頃穗數，其次是千粒重。黃土高原旱地冬小麥地上部氮素積累量、花前營養器官氮素轉移量與籽粒產量呈極顯著正相關。覆膜栽培更大程度上提高了冬小麥地上部氮素吸收量，但降低了氮素生理效率。農戶模式小麥籽粒中3/4氮素來源于營養器官的轉移，1/4氮素來源于花后根系土壤吸收，覆膜監控施肥可提高花前營養器官氮素向籽粒的轉移貢獻率至 81.4%—88.8%。

通過連續4年種植，農戶模式2 m土層硝態氮累積量增加了87.7%，而覆膜監控施肥種植在減氮31%基礎上，且因地上部吸收氮素的增加而具有相對較低的硝態氮殘留量。全膜覆土穴播監控施肥種植更大程度上利用了歷年土壤殘留硝態氮和有機質的礦化氮，具有相對低的氮素表觀殘留率（12.1%）和氮素表觀損失率（31.2%）以及相對高的氮素表觀利用率（56.7%），進而獲得較高產量，可作為黃土旱塬麥區一種有效的栽培措施。