水氮減量條件下地膜玉米免耕輪作小麥的水分利用特征

曹永剛，徐龍龍，柴強，胡發龍，殷文，樊志龍，王琦明，趙財

水氮減量條件下地膜玉米免耕輪作小麥的水分利用特征

曹永剛，徐龍龍，柴強，胡發龍，殷文，樊志龍，王琦明，趙財

甘肅農業大學農學院/省部共建干旱生境作物學國家重點實驗室，蘭州 730070

【目的】針對河西綠洲灌區資源型缺水嚴重，作物生產中地膜和水氮投入量大且利用率低等問題，探討水氮減量條件下免耕一膜兩年用對后茬作物水分利用特征的影響，為構建試區水氮減量和水分高效利用技術提供實踐依據。【方法】2019—2021年，開展三因素裂區試驗，設傳統翻耕（CT）和免耕一膜兩年用（NT）2種耕作方式，減量20%灌水量（I1，1 920 m3·hm-2）和傳統灌水量（I2，2 400 m3·hm-2）2個灌水水平，減量40%施氮（N1，135 kg·hm-2）、減量20%施氮（N2，180 kg·hm-2）和傳統施氮（N3，225 kg·hm-2）3個施氮水平，研究不同處理的耗水量、棵間蒸發量和水分利用效率。【結果】一膜兩年用可優化小麥播前土壤水分環境、減少小麥生育期內無效耗水。與CT相比，NT有利于提高小麥播前土壤含水量和貯水量，分別提高了16.9%—23.0%和14.5%—16.5%；可降低小麥全生育期總耗水量（ET）、總棵間蒸發量（E）和蒸散比（E/ET），降低幅度分別為3.5%—4.2%、19.0%—20.2%和16.8%—19.3%。隨著灌水和施氮量減少，耗水量、棵間蒸發量、E/ET 3個指標隨之降低，與I2相比，I1的3個指標分別降低了6.1%—6.4%、10.8%—11.1%和5.5%—6.0%；與N3相比，N2、N1的3個指標分別降低了2.2%—3.9%、4.2%—10.9%和1.7%—7.2%；耕作方式、灌水交互作用下，NTI1較CTI1耗水量、E/ET分別降低了0.6%—6.6%和17.4%—17.6%；免耕一膜兩年用集成水氮減量進一步優化耗水結構，與CTI2N3相比，NTI1N2的3個指標分別降低了11.0%—12.9%、28.3%—47.6%和22.5%—26.4%。與CT相比，NT顯著提高小麥籽粒產量和水分利用效率，分別提高了4.8%—6.3%和9.0%—9.5%。在NT和CT條件下，I1N2與I2N3、I2N2小麥籽粒產量和水分利用效率（WUE）差異不顯著；比較不同處理下的小麥籽粒產量和水分利用效率，以NTI1N2最高，與對照CTI2N3相比，籽粒產量和WUE分別提高了5.1%—6.6%和5.7%—6.2%。【結論】在河西灌區，免耕一膜兩年用玉米輪作小麥，在全生育期灌水1 920 m3·hm-2、施氮180 kg·hm-2，是適用于該區的水氮節約小麥高產和水分高效利用的生產技術。

一膜兩年用；水氮減量；水分利用特征；小麥；籽粒產量

0 引言

【研究意義】灌水和施肥是作物產量提高的重要途徑[1]。中國農業生產中大水大肥生產模式造成資源浪費嚴重，水氮資源利用率遠低于發達國家水平[2]。西北內陸灌區為典型資源型缺水地區，農業生產中灌溉用水與供水矛盾日益凸顯，加之近些年氮肥過量使用，導致一系列農田生態環境問題[3]。因此，協調水氮投入、提高資源利用效率，開展作物高效節水理論和技術研究對西北內陸灌區水資源高效利用具有重要意義。【前人研究進展】種植模式、耕作措施、覆蓋技術、水肥一體化技術等一定條件下可以提高作物水分利用效率[4-6]。其中，地膜覆蓋作為干旱地區最常見的保水技術，具有阻抑土壤無效水分耗損、儲納土壤水分、增產和提高作物水分利用效率的作用[7-8]。然而，傳統翻耕覆新膜的生產模式提高產量的同時也導致生產成本增加、地膜殘存、“白色污染”加劇[9-11]等問題。地膜高效利用技術研發亟待進一步深入。一膜兩年用技術在前茬作物收獲后保證70%地膜完整率，其增產增效作用與覆新膜相當，將免耕和舊膜再利用有機結合起來，具有減少休閑期地表裸露有效防止水土流失、阻抑休閑期土壤水分損耗、提高水分利用效率作用[12-13]。研究發現，免耕一膜兩年用在保證穩產的情況下，降低了作物生育期耗水量、棵間蒸發量，進而提高水分利用效率[7, 14]。生產實踐中，通過搭配不同作物輪作倒茬，充分利用作物對茬口水分需求的差異性，從時間和空間均衡利用土壤水分，協調作物水分供需關系，降低耗水量，提高水分利用效率[15-16]。前人已經對一膜兩年用條件下輪作小麥產量效益、光合等進行了一系列研究[17]，但在水氮減量條件下，免耕一膜兩年用輪作小麥能否保持較高水分利用效率的基礎上降低小麥耗水量，仍需試驗驗證。【本研究切入點】西北內陸灌區資源性缺水嚴重，在玉米“非膜不植”的生產大背景下，地膜減量化備受關注，已形成集輪作、免耕、覆蓋、水氮減量等技術于一體的種植模式，其保水增產效果已得到驗證，但在該模式下，免耕輪作小麥能否抵消水氮減量帶來的負效應，優化小麥的耗水結構和水分的供需平衡關系仍需進一步驗證。【擬解決的關鍵問題】本研究通過大田試驗，探討采用免耕一膜兩年用玉米輪作小麥模式，能否實現水氮節約和小麥水分利用效率提高的雙重目標，以期優化水分在年際間的供需平衡關系，尋求適宜于試區應用的水氮節約高產高效栽培技術。

1 材料與方法

1.1 試區概況

試驗于甘肅省武威市甘肅農業大學綠洲農業試驗站進行，該區氣候為典型的溫帶大陸性荒漠氣候，年均降水量不足170 mm，年蒸發量約2 400 mm，小麥和玉米是該區的主要糧食作物，玉米全膜覆蓋生產，小麥、玉米連作普遍且水肥投入量大。2020和2021年試驗地0—10、10—20和20—30 cm土壤容重分別為1.47、1.35和1.32 g·cm-3和1.60、1.52和1.44 g·cm-3，2020和2021年試驗站小麥全生育期平均降水量和日平均氣溫如圖1。

圖1 2020和2021年試驗站降水量和氣溫變化

1.2 試驗設計

試驗為三因素裂區試驗，主區為耕作方式，設免耕一膜兩年用（no tillage，NT）和傳統翻耕（conventional tillage，CT）；裂區為灌水水平，設減量20%灌水量（I1，1 920 m3·hm-2）和傳統灌水量（I2，2 400 m3·hm-2）；裂-裂區為施氮水平，設減量40%施氮（N1，135 kg·hm-2）、減量20%施氮（N2，180 kg·hm-2）和傳統施氮（N3，225 kg·hm-2）。共計12個處理，每個處理重復3次，以傳統小麥生產模式（CTI2N3）作為對照，具體試驗處理及代碼如表1。

2019和2020年玉米收獲后，部分免耕留膜次年輪作小麥。2020年3月20日和2021年3月22日采用自制簡易滾筒穴播機器直接穴播春小麥，2020年和2021年分別于7月20日和7月17日收獲。

小麥品種為隴春30，播種密度465萬基本苗/hm2，行距12 cm，試驗小區面積42.5 m2。灌水采用滴灌，水表控制灌水量，化肥全部作基肥，施肥均以地下施肥器進行施肥。不同處理灌冬儲水1 200 m3·hm-2，苗期、孕穗期和灌漿期分別各灌水一次，I2處理分別灌750、900和750 m3·hm-2，I1處理每次灌水量均減少20%。

1.3 測定指標和計算方法

1.3.1 土壤含水量 采用烘干法在小麥播種前和收獲后測定每個小區0—120 cm土層的土壤含水量[18]。0—30 cm土層每10 cm分層，30—120 cm土層每30 cm分層[19]。

1.3.2 土壤貯水量 土壤貯水量（soil water storage，SWS）用土壤重量含水量計算，計算公式如下：

SWS（mm）=θ×h×r×10

式中，θ為土壤重量含水量（%），h為土層深度（cm)，r為土壤容重（g·cm-3），10為單位換算系數。

NT：免耕一膜兩年用；CT：傳統翻耕；I1：減量20%灌水量（1 920 m3·hm-2）；I2：傳統灌水量（2 400 m3·hm-2）；N1：減量40%施氮（135 kg·hm-2）；N2：減量20%施氮（180 kg·hm-2）；N3：傳統施氮（225 kg·hm-2）。下同

NT: No tillage one film for two years; CT: Conventional tillage; I1: 20% reduction in irrigation (1 920 m3·hm-2); I2: Conventional irrigation(2 400 m3·hm-2); N1: 40% reduction in N application (135 kg·hm-2); N2: 20% reduction in N application (180 kg·hm-2); N3: Conventional nitrogen application(225 kg·hm-2). The same as below

1.3.3 棵間蒸發量 采用PVC管制作微型蒸散器（Micro Lysimeter，高15 cm，直徑11 cm）測定[6]，用PVC管做成管套（直徑12 cm），將其垂直放入地塊中心小麥中央行間，取原狀土，然后，用防水膠帶密封，使其表面與附近土壤持平。小麥播種至收獲每隔5—6 d測定1次，根據每2次測量之間的微型蒸散器重量稱量的差值來計算蒸發量，微型蒸散器中土樣重量每減少1 g相當于蒸發水分0.1051 mm，降雨、灌水后立即換土。

1.3.4 耗水量、耗水結構 采用水分平衡公式[15]計算耗水量（evapotranspiration，ET）：ETi=Pi+Ii-ΔSi。式中，ETi為i時段作物耗水量（mm），Pi為i時段的降水量，Ii為i時段灌水量，ΔSi為i時段末與時段初的土壤貯水量之差（mm）。由于試驗地區地下水在30 m以下，灌水量較少，滲漏量和地下水上升的影響忽略不計。

耗水結構（E/ET）：棵間蒸發量（evaporation，E）與耗水量（evapotranspiration，ET）之比。

1.3.5 籽粒產量、產量構成要素和水分利用效率 采用樣方計產，每小區收獲4 m2樣方脫粒測產，按籽粒含水量14%計產。

水分利用效率（water use efficiency，WUE）：WUE=Y/ET，式中，Y為籽粒產量（kg·hm-2）。

1.4 數據統計

數據采用Microsoft Excel 2021進行數據整理、圖表制作，用SPSS 26.0軟件進行統計及顯著性檢驗（Duncan法，=0.05）。

2 結果

2.1 免耕及水氮減量對小麥農田耗水特征的影響

2.1.1 免耕一膜兩年用和水氮減量對小麥播前土壤含水量和貯水量的影響 從表2可以看出，免耕一膜兩年用（NT）顯著提高了小麥播前土壤含水量和貯水量，灌溉水平、施氮水平及交互效應對二者影響均不顯著。2年中，NT較CT小麥播前含水量和貯水量分別增加了16.9%—23.0%和14.5%—16.5%。說明NT能夠減少休閑期土壤水分的無效蒸發，具有保持較高播前土壤含水量和貯水量的效用。

2.1.2 免耕一膜兩年用和水氮減量對小麥全生育期耗水量的影響 耕作方式、灌溉水平、施氮水平及耕作方式和灌溉水平互作對小麥全生育期耗水量影響顯著（圖2）。2年中，NT較CT小麥全生育期耗水量降低了3.5%—4.2%。ET隨著灌溉和施氮量的遞減而降低，減量20%灌水（I1）較傳統灌水（I2）小麥全生育期耗水量降低了6.1%—6.4%，減量20%施氮（N2）、減量40%施氮（N1）較傳統施氮（N3）小麥全生育期耗水量分別降低了2.2%—2.4%和1.5%—3.9%。耕作方式和灌溉水平交互作用下，免耕減量20%灌水（NTI1）較傳統耕作減量20%灌水（CTI1）ET降低了0.6%—6.6%。綜合3個因素，免耕一膜兩年用減量20%水氮供應（NTI1N2）較對照耗水量降低了10.7%—14.3%。免耕一膜兩年用條件下集成減量20%施氮量和灌水量能夠有效降低小麥全生育期耗水量，具有更高的節水潛力。

2.2 免耕一膜兩年用及水氮減量對小麥農田棵間蒸發的影響

2.2.1 免耕一膜兩年用和水氮減量對農田棵間蒸發動態變化的影響 免耕一膜兩年用顯著降低了小麥生育期各階段農田棵間蒸發量，隨著生育時期推進，小麥各生育階段日棵間蒸發量隨著灌水、施氮量的減少而降低，其中，小麥開花-灌漿期灌水和施氮對小麥農田日蒸發量有顯著的交互作用，灌漿-成熟期耕作措施和灌水水平交互作用顯著（圖3）。小麥播種-拔節期，NT較CT日棵間蒸發量降低了18.3%—22.0%。拔節-開花期，NT較CT日棵間蒸發量降低了13.8%—21.0%，I1較I2日棵間蒸發量降低了10.5%—19.9%，N2較N3日棵間蒸發量降低了2.2%—6.7%。開花-灌漿期，NT較CT日棵間蒸發量降低了16.9%—18.7%。水氮交互作用下，I1N2較I1N3、I2N3日棵間蒸發量分別降低了4.5%—10.2%、9.8%—13.1%。灌漿-成熟期，NT較CT日棵間蒸發量降低了22.1%—22.9%。在耕作方式和灌水水平交互作用下，NTI1較CTI2、NTI2日棵間蒸發量降低了27.4%—34.4%、18.6%—20.0%。綜合3個因素，NTI1N2較對照各生育階段日棵間蒸發量降低了9.1%—38.2%。結果表明，免耕一膜兩年用集成減量20%灌水和施氮可以有效抑制小麥日棵間蒸發量，減少水分無效損失。

表2 免耕和水氮減量條件下小麥播前農田含水量和貯水量

數據后不同字母表示同一年度中處理間差異顯著（＜0.05），NS：各處理無顯著差異。下同

different letters after the data indicate significant differences between treatments in the same year (<0.05). NS: no significant difference among treatments. The same as below

不同字母表示在P＜0.05水平差異顯著，誤差線表示標準差（n=3）。下同

圖3 不同處理下小麥農田土壤蒸發量動態

2.2.2 免耕一膜兩年用及水氮減量對小麥棵間蒸發量的影響 耕作方式、灌溉水平及施氮水平對小麥全生育期棵間蒸發量影響顯著（圖4）。2年中，NT較CT小麥全生育期的棵間蒸發量降低了19.0%—20.2%。農田總棵間蒸發量隨著灌水和施氮量的減少而降低，I1較I2降低了10.8%—11.1%。N2、N1較N3分別降低了4.2%—5.1%、8.2%—10.9%。綜合3個因素，NTI1N2較對照棵間蒸發量降低了28.3%—47.6%。免耕一膜兩年用集成減量20%灌水量和施氮量具有減少全生育期總棵間蒸發量的優勢，阻抑農田水分的無效損失。

2.3 免耕一膜兩年用和水氮減量對農田棵間蒸發占總耗水量比例(E/ET)的影響

耕作方式、灌溉水平、施氮水平及耕作方式和灌溉水平交互作用對E/ET影響顯著（圖5）。2年中，NT較CT的E/ET降低了16.8%—19.3%。E/ET隨著灌水和施氮量的減少而降低，I1較I2的E/ET降低了5.5%—6.0%，N2、N1分別較N3降低了1.7%—3.1%、7.0%—7.2%。同一耕作方式下，減量20%灌水較傳統灌水E/ET降低了5.6%—5.8%；不同耕作方式下，NTI1較CTI1的E/ET降低了17.4%—17.6%。綜合3個因素，NTI1N2較CTI2N3的E/ET降低了22.5%—26.4%。說明免耕一膜兩年用集成減量20%的灌水量和施氮量具有更高的節水潛力。

圖4 不同處理下小麥全生育期的蒸發量

圖5 不同處理下小麥的耗水結構

2.4 小麥籽粒產量對免耕一膜兩年用和水氮減量的響應

耕作方式、施氮水平、耕作措施和施氮水平互作、灌水量和施氮水平交互作用對小麥籽粒產量影響顯著（圖6）。2年中，NT較CT小麥籽粒產量增加了4.8%—6.3%。N2與N3籽粒產量無顯著差異，但N1較N3、N2產量分別降低了5.9%—7.1%、4.8%—6.5%。相同耕作方式下，籽粒產量隨著施氮量的減少而降低；不同耕作方式下，CTN3分別較NTN3、NTN2籽粒產量降低了3.9%—4.3%和4.3%—6.4%。同一灌水條件下，籽粒產量隨著施氮量的減少而降低；不同灌水條件下，I1N2較I1N3、I2N3籽粒產量差異不顯著，但較I1N1、I2N1分別增加了5.3%—6.4%、6.4%—7.0%。綜合耕作方式、灌水水平、施氮水平3個因素，NTI1N2較對照產量提高了5.1%—6.6%。因此，免耕一膜兩年用在保持小麥籽粒產量穩產高產的情況下，可以節約20%的灌水和氮肥。

圖6 不同處理下小麥的籽粒產量

2.5 水分利用效率對免耕一膜兩年用和水氮減量的響應

耕作方式、灌水水平、施氮水平、耕作方式和灌水水平互作、灌水水平和施氮水平互作對水分利用效率的影響顯著（圖7）。2年中，NT較CT小麥WUE提高了9.0%—9.5%，I1較I2小麥WUE提高了3.8%—6.5%，N2較N3無顯著差異，但較N1提高了2.0%—3.4%。相同耕作方式下，減量20%灌水較傳統灌水WUE提高了6.6%—7.3%；不同耕作方式下，WUE以NTI1最高，分別較NTI2、CTI2提高了3.7%—11.0%和6.9%—13.4%。不同灌水條件下，I1N2較I2N3、I2N2的WUE不顯著，但是較I1N1、I2N1分別提高了6.5%—9.6%和12.1%—15.2%。綜合3個因素，NTI1N2較對照水分利用效率提高16.7%—20.4%。結果表明，免耕一膜兩年用集成灌水、施氮均減量20%是試區提高水分利用效率的可行措施。

3 討論

3.1 免耕一膜兩年用及水氮減量對農田耗水特征的影響

免耕一膜兩年用是將保護性耕作和地膜覆蓋有機結合的一種創新性節水措施，具有蓄水保墑、協調作物-農田水分關系的作用[10]。免耕一膜兩年用較傳統生產模式可以有效提高作物生育前期的土壤含水量和貯水量，其原因是玉米收獲后農田休閑期，免耕結合全生育期舊膜覆蓋可以減少土壤耕層裸露、阻抑土壤水分無效地蒸散、提高表層土壤儲水量和調節播前土壤水分，加強土壤持水保水能力，為前期小麥出苗生長提供足夠的土壤水分[14, 20]。本研究結果得出，免耕一膜兩年用提高了播前土壤含水量和貯水量，其結果與張展軍等[14]、殷文等[7]研究一致。因此，玉米收獲后留茬免耕地膜覆蓋具有較高的土壤水分供給潛力。

圖7 不同處理下小麥水分利用效率

免耕一膜兩年用和水氮交互作用能夠有效降低作物生育期總耗水量，協調作物蒸騰與蒸散關系[21-22]。研究表明，免耕一膜兩年用較傳統生產模式能夠有效降低作物生育期前期的耗水量，增加作物需水關鍵期的耗水量，進而協調作物水分供需關系[7, 14]。本研究發現，玉米全膜覆蓋留茬免耕能夠有效降低小麥生育期耗水量，其結果與鄭鳳君等[23]一致。灌水和施氮也是影響耗水量的重要因素，本研究發現，在同一耕作方式下，小麥全生育期總耗水量與灌溉量和施氮量呈線性關系。究其原因可能是隨著灌水量和施氮量的增加，造成了地上部作物群體結構密度增大，增強其蒸騰作用，提高了耗水量[24]。

免耕覆蓋對于降低農田土壤總棵間蒸發量效果顯著，能夠有效協調農田—作物系統水分耗損，提高作物對土壤水分吸收利用[25]。本研究中，免耕一膜兩年用集成水氮減量20%較傳統生產模式顯著降低了小麥全生育期棵間蒸發量，究其原因可能是玉米收獲后留茬免耕，舊膜保持70%的完整率的前提下，在小麥全生育期留膜覆蓋，傳統小麥生產技術較免耕一膜兩年用，地表覆蓋度低，耕層土壤蒸散量大。另有研究指出，在一定的灌水和施氮水平下可以抑制農田土壤棵間蒸發[26]。在本研究中，隨著灌水量的增加，棵間蒸發量也隨之增加，可能原因是，棵間蒸發與土壤水分呈線性關系，隨著灌水量增加提高了土壤含水量，進而增加了土壤蒸發[27]。本研究發現在小麥開花-灌漿期，減量20%灌水和施氮顯著降低了棵間蒸發量，結果與夏桂敏等[26]一致。可能的原因是，在開花-灌漿期水氮交互作用延長了LAI，有效協調了土壤蒸發和作物蒸騰，減少了開花-灌漿期無效水分損耗，協調了水分供需錯位，使無效耗水轉化為有效耗水。

3.2 免耕一膜兩年用及水氮減量對小麥籽粒產量的影響

隨著灌水和施氮量的增加，作物籽粒產量會先增加后降低[28]。適度的水氮配施可促進作物生長，協調作物關鍵生育時期的水肥供需同步，促進花后籽粒灌漿速率，提高葉面積指數，減緩葉綠素降解，提高光合速率，協調源—庫關系，促進了干物質的累積[29-30]。免耕一膜兩年用能夠調節作物地上部群體生長結構，減緩葉片老化，延長光合時間，進一步提高光合速率，有利于花后光合同化物向籽粒的轉運[17]。本研究發現，免耕一膜兩年用集成減量20%灌水施氮較傳統小麥管理技術增產優勢更加顯著。隨著灌溉和施氮量的增加，籽粒產量隨之增加，但過量灌水和施氮并沒有造成增產，因而適宜的水氮配比可提高作物籽粒產量，其結果與樊志龍等[10]一致。免耕一膜兩年用集成水氮減量生產模式能夠增產的原因是，免耕一膜兩年用改善了播前土壤水分狀況，適墑播種，優化春小麥群體結構、提高成穗質量，保證了穗數；在生育后期，協調開花灌漿期的耗水量，水分供需同步，優化耗水結構，在保證一定穗數和穗粒數的基礎上，水氮互作進一步提高千粒重進而達到高產穩產目的。

3.3 免耕一膜兩年用及水氮減量對水分利用效率的影響

作物水分利用效率是反應作物對水分吸收利用和干物質生產之間關系的重要指標[31]。免耕一膜兩年用較傳統生產模式可以極大地提高作物產量和提高水分利用效率，其原因是，免耕一膜兩年用較傳統耕作阻抑了土壤水無效耗損、增強了作物蒸騰強度、有效協調農田—作物系統降耗進而提高了水分利用效率[7]。有研究表明，在一定的范圍內適當增加灌水量和施氮量會提高作物水分利用效率，但過量灌水施氮會造成資源浪費和水分利用效率的嚴重降低[32-33]。本研究得出，免耕一膜兩年用集成減量20%灌水量和施氮量較傳統小麥管理技術顯著提高水分利用效率，主要原因是免耕降低了土壤水分的無效損耗，土壤無效水轉換為有效水，協調了小麥生育期水分供需同步，在免耕條件下，適宜的水氮配比進一步降低了小麥開花—灌漿期棵間蒸發量，保證了灌漿期適宜的水分，提高了產量進而提高了水分利用效率。因此，在免耕一膜兩年用條件下集成減量20%灌水量和施氮量可有效提高小麥水分利用效率。

4 結論

免耕一膜兩年用較傳統翻耕具有更高的節水潛力。玉米留茬免耕有效抑制休閑期土壤水分的無效蒸發，具有保持較高的播前土壤含水量和貯水量的潛力。免耕降低了小麥耗水量、棵間蒸發量和蒸散比，相同耕作方式下，三者隨著灌水和施氮量的減少而降低。免耕一膜兩年用顯著提高了籽粒產量和水分利用效率，所有水氮處理中，減量20%灌水和施氮籽粒產量和水分利用效率達最大，具有更高的節水增產潛力。在水資源嚴重匱乏的河西綠洲灌區，以全膜覆蓋玉米為前茬，在水氮減量20%（I1，1 920 m3·hm-2、N2，180 kg·hm-2）條件下免耕輪作小麥，可以獲得較傳統小麥管理技術更高的產量和水分利用效率，可作為河西綠洲灌區地膜減量化使用、節水減氮的小麥生產關鍵技術。

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Water use characteristics of wheat rotated after no tillage plastic film mulching maize with reduced water and nitrogen

CAO YongGang, XU LongLong, CHAI Qiang, HU FaLong, YIN Wen, FAN Zhilong, WANG QiMing, ZHAO Cai

College of Agronomy, Gansu Agricultural University/State Key Laboratory of Aridland Crop Science, Lanzhou 730070

【Objective】In view of the severe water shortage of resource-based irrigation areas in the west of the river oasis and the large amount and low utilisation of mulch and water and nitrogen inputs in crop production, the effects of no-tillage and two-year use of mulch on the water utilisation characteristics of subsequent crops under water and nitrogen reduction conditions were explored to provide a practical basis for the construction of water and nitrogen reduction and efficient water utilisation technologies in the trial area.【Method】From 2019 to 2021, a three-factor split plot experiment was carried out, with two tillage methods of conventional tillage (CT) and no-tillage (NT), two irrigation levels of 20% reduced irrigation (I1, 1 920 m3·hm-2) and conventional irrigation (I2, 2 400 m3·hm-2), and three N levels of 40% reduced N application (N1, 135 kg·hm-2), 20% reduced N application (N2, 180 kg·hm-2) and conventional N application (N3, 225 kg·hm-2), to study the evapotranspiration, evaporation and water use efficiency of different treatments.【Result】The one film for two years can optimize the soil water environment before wheat sowing and reduce the ineffective water consumption during wheat growth period. Compared to CT, NT was beneficial to increase soil water content and water storage before wheat sowing, which increased by 16.9%-23.0% and 14.5%-16.5%, respectively; It can reduce the evapotranspiration (ET), total evaporation (E) and proportion of evaporation to evapotranspiration (E/ET) of wheat in the whole growth period by 3.5%-4.2%, 19.0%-20.2% and 16.8%-19.3%, respectively. With the reduction of irrigation and N application, the three indicators of evapotranspiration, evaporation and E/ET decreased. Compared with I2, the three indicators decreased by 6.1%-6.4%, 10.8%-11.1% and 5.5%-6.0%, respectively; Compared with N3, N2 and N1 decreased by 2.2%-3.9%, 4.2%-10.9% and 1.7%-7.2%, respectively; Under the interaction of tillage and irrigation, evapotranspiration and E/ET of NTI1 decreased by 0.6%-6.6% and 17.4%-17.6% respectively compared with CTI1; Integrated water and nitrogen reduction for two years with no tillage and one film to further optimize water consumption structure, the three indicators for NTI1N2 were reduced by 11.0%-12.9%, 28.3%-47.6% and 22.5%-26.4% respectively compared to CTI2N3. Compared with CT, NT significantly improved wheat grain yield and water use efficiency by 4.8%-6.3% and 9.0%-9.5% respectively. Under NT and CT conditions, there was no significant difference in grain yield and water use efficiency (WUE) between I1N2 and I2N3, I2N2 wheat. Comparing wheat grain yield and water use efficiency under different treatments, NTI1N2 was the highest, increasing grain yield and WUE by 5.1%-6.6% and 5.7%-6.2%, respectively, compared to the control CTI2N3.【Conclusion】In the Hexi irrigation area, no-tillage and one-film two-year rotation of maize for wheat, irrigation of 1 920 m3· hm-2and N application of 180 kg· hm-2in the whole growth period, is a production technology suitable for water and nitrogen conservation, high wheat yield and efficient water use in this area.

one film mulching for two years; water and nitrogen reduction; water use characteristics; wheat; grain yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.003

2022-10-10；

2023-03-23

國家自然科學基金（U21A20218）、國家重點研發計劃（2021YFD1700204）、甘肅省科技計劃（20JR5RA037）

曹永剛，E-mail：cyg9024@126.com。通信作者柴強，E-mail：chaiq@gsau.edu.cn

（責任編輯 楊鑫浩，李莉）