覆蓋方式對春小麥產(chǎn)量及土壤肥力、微生物的影響綜述

高 麗，宋展樹，賈純社，張建峰，柳小剛，高鵬聰，張彥平

（甘肅省慶陽市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅慶陽745000）

小麥是僅次于玉米和水稻的第三大糧食作物，總種植面積約占全國總耕地面積的20%～30%[1]。春小麥作為我國廣泛種植的作物之一，其種植區(qū)大多分布在北方，而主要產(chǎn)區(qū)則是在西北地區(qū)[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計，春小麥在我國西北地區(qū)的種植面積約占全國小麥總種植面積的20%，占當?shù)馗髅娣e的40%，占糧食播種面積的51%[3]。水資源短缺嚴重限制西北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，作物播種期間干旱缺水，降雨季節(jié)與作物生長季節(jié)嚴重錯位，水分不足成為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵限制因子[4]。農(nóng)田覆蓋栽培技術(shù)的出現(xiàn)一定意義上推動了國內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的進程[5]，農(nóng)田覆蓋對于降低土壤水分無效損耗，增加對自然降雨的攔截和儲水具有重要意義，農(nóng)田覆蓋能夠促進降雨向更深的土壤入滲，對于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義[6]，廣泛應(yīng)用于西北內(nèi)陸雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。諸多研究證明：農(nóng)田覆蓋在很大程度上能夠改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境[7]。農(nóng)田覆蓋在保土保水、抑制蒸發(fā)、保墑蓄水、改善土壤肥力、增加固碳潛力、提高作物產(chǎn)量方面有顯著效益[8]。不同覆蓋方式必然對麥田土壤的物理、化學(xué)及生物學(xué)性狀產(chǎn)生影響，進而直接或間接影響麥田土壤水分和養(yǎng)分，最終影響小麥產(chǎn)量。

1 覆蓋方式對春小麥產(chǎn)量的影響

覆蓋作為一種有效的保水保墑措施，在旱地作物生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的增產(chǎn)作用，隨著覆蓋技術(shù)的發(fā)展，覆蓋材料越來越多樣化。近年來，農(nóng)田覆蓋技術(shù)發(fā)展較快，涌現(xiàn)出了大量不同覆蓋方式與效果，對推動我國乃至全球小麥生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展起到了積極作用。目前，我國小麥生產(chǎn)中常用的農(nóng)田覆蓋方式主要有以下幾種。

1.1 春小麥產(chǎn)量對地膜覆蓋的響應(yīng)

地膜覆蓋主要是將蒸發(fā)耗水轉(zhuǎn)變?yōu)檎趄v耗水，進而影響作物產(chǎn)量[9]。有研究表明：覆蓋地膜在地表形成保護層，減少土壤水分無效蒸發(fā)，同時提高土壤溫度，進而增加作物產(chǎn)量[10，11]。程宏波[12]研究認為，與露地栽培相比，地膜覆蓋顯著提高小麥水分利用效率(Water Use Efficiency)，增產(chǎn)30%以上。楊長剛等[13]研究表明：增產(chǎn)效果表現(xiàn)為全膜穴播＞全膜覆土穴播＞壟膜溝播。侯慧芝等[14]研究表明：小麥全膜覆土穴播較露地穴播增產(chǎn)35.4%～61.9%。

地膜覆蓋對干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了一定的優(yōu)勢，但同時也帶來了一系列的負面影響，諸如農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的污染，白色污染加劇了農(nóng)田深層水分消耗等[15]，并且地膜的殘留會污染土壤環(huán)境，不利于耕作[16]。此外，地膜的增溫作用加速作物的生育進程，縮短生育期，加劇了土壤養(yǎng)分的分解，從而導(dǎo)致作物生長后期營養(yǎng)失衡，致使植株早衰，不利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)[9]。

1.2 秸稈覆蓋對春小麥產(chǎn)量的影響

我國作為世界農(nóng)業(yè)大國，具有豐富的農(nóng)作物秸稈資源。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年產(chǎn)各類秸稈約45 億t，而我國的各類秸稈約8.4 億t，占世界總量的19%[17]。發(fā)達國家將秸稈直接還田，英國和美國秸稈還田率分別為76%和66%，我國僅有25%[18]。在一定的區(qū)域內(nèi)，秸稈覆蓋有等同于地膜覆蓋的作用，且秸稈覆蓋還能培肥地力，增加農(nóng)田有機質(zhì)含量[19]。有研究表明：秸稈覆蓋在環(huán)境溫度較高時，表現(xiàn)出降溫效應(yīng)，在環(huán)境溫度較低時，表現(xiàn)出增溫效應(yīng)，對于緩沖土壤溫度變化，促進作物生長提供了良好環(huán)境[20]。楊長剛等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與露地條播相比，秸稈帶狀覆蓋顯著增加單位面積穗數(shù)和成熟期生物量，籽粒產(chǎn)量顯著增加19%～52%。黃明等[22]研究了耕作方式和秸稈覆蓋對旱地麥豆輪作下小麥籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量和土壤硝態(tài)氮殘留的影響，發(fā)現(xiàn)在耕作方式相同的條件下，與露地栽培相比，秸稈覆蓋下小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)顯著增加，同時還提高了拔節(jié)前和開花后的氮素積累量。有研究發(fā)現(xiàn)，秸稈帶狀覆蓋能顯著改善旱地冬小麥花后光合效率，促進干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運，從而達到增產(chǎn)的效果[23]。秸稈覆蓋是一種更為綠色、可持續(xù)的覆蓋模式。秸稈覆蓋具有諸多優(yōu)點，但在應(yīng)用時一定要結(jié)合地區(qū)的氣候條件，溫度較低或者寒冷地區(qū)，秸稈覆蓋可能會引起作物生長季內(nèi)積溫不足，甚至出現(xiàn)0～20 cm 土層溫度降低等現(xiàn)象[24]。因此，在后續(xù)的秸稈覆蓋技術(shù)研究中，可以把這一問題作為突破口進行相關(guān)研究。

2 覆蓋對土壤耗水特性的影響

覆蓋主要包括地膜覆蓋和秸稈覆蓋。地膜覆膜通過降低土壤水分無效蒸發(fā)，在土壤中保持了較高的貯水量[25]。張禮軍等[26]研究認為，環(huán)境溫度較高時地膜能夠抑制蒸發(fā)，蓄水保墑；在環(huán)境溫度較低時，能夠提高土壤溫度，在一定程度上提高冬小麥越冬成活率，同時提高作物水分利用效率(WUE)。有研究表明：與露地栽培相比，地膜覆蓋顯著提高淺層(0～30 cm)土壤含水量[27，28]。與露地栽培相比，地膜覆蓋顯著提高作物水分利用效率(WUE)，小麥全膜覆土穴播較露地穴播水分利用效率(WUE)提高44.6%～63.3%[14]。地膜覆蓋對于作物增產(chǎn)有很大的幫助，但前提是以損害環(huán)境為代價，且殘膜留在土壤中對土壤環(huán)境造成持續(xù)污染，嚴重威脅農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[29]。

殷文等[19]研究表明：秸稈還田具有提高春小麥播種時土壤含水量的優(yōu)勢。不同覆蓋措施主要是通過改變土壤用水結(jié)果，增加土壤墑情，進而提高土壤貯水量，最終表現(xiàn)為增加產(chǎn)量。楊長剛等[13]研究表明：秸稈帶狀覆蓋主要是降低小麥生育前期的耗水量，增加了生殖生長階段耗水量，而增加的生殖生長階段耗水量主要是通過調(diào)用深層(120 cm 以下)土壤貯水來實現(xiàn)。秸稈帶狀覆蓋周年水分利用效率較露地條播分別顯著提高19%～61%、14%～31%和15%～58%[13]。王建東等[30]研究表明：秸稈覆蓋條件下滴灌可以減少7%～15%的灌溉定額，為缺水地區(qū)節(jié)水灌溉提供了理論基礎(chǔ)。也有研究表明：與露地栽培相比，秸稈覆蓋對華北地區(qū)冬小麥產(chǎn)量和作物水分利用效率(WUE)無顯著影響，其產(chǎn)量甚至比露地栽培更低[31]。范穎丹等[32]研究發(fā)現(xiàn)，與露地栽培相比，秸稈覆蓋有時會出現(xiàn)不利于作物生長的情況，可能是因為秸稈覆蓋增墑和減墑的雙重效應(yīng)所致。因此，地膜秸稈復(fù)合覆蓋技術(shù)應(yīng)運而生，呂雯等[33]研究發(fā)現(xiàn)，地膜秸稈復(fù)合覆蓋在一定程度上能消除地膜和秸稈覆蓋造成的負面影響。

3 覆蓋方式對土壤肥力的影響

地膜覆蓋增加了土壤的貯水量，提高了土壤溫度，進一步影響土壤微生物群路和活性，對于土壤氮素礦化具有促進作用，提高了植物對氮素的吸收[34]。毛海蘭等[35]研究表明：與露地栽培相比，玉米地膜覆蓋顯著增加了0～40 cm 土壤硝態(tài)氮（NO-3-N）含量，顯著降低作物成熟前期0～20 cm 土壤全氮。地膜覆蓋雖然增產(chǎn)潛力巨大，但由于回收難，污染環(huán)境等問題，故而不提倡地膜覆蓋，但可以尋求新型綠色的材料來代替地膜，諸如可降解膜、液態(tài)膜等。

秸稈還田措施是影響農(nóng)田土壤碳庫周轉(zhuǎn)、土壤肥力和作物產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[36]，有研究表明：秸稈覆蓋還田進一步提高了各土壤層次上和所有級別團聚體的形成與穩(wěn)定[37]，秸稈還田能改善土壤的物理性質(zhì)，增加土壤微生物量碳和氮的含量，增加土壤酶的活性，增加土壤有機質(zhì)，提高土壤肥力[34]。程曼等[38]通過長期定位試驗研究了秸稈還田對0～20 cm、20～40 cm 土壤有機碳（Soil Organic Carbon）含量和土壤無機碳（Soil Inorganic Carbon）含量的影響，結(jié)果表明：秸稈還田較露地栽培增加0～20 cm 土層SOC含量6%～14%(p＜0.05)，但對20～40 cm SIC 無明顯影響，秸稈在增加SOC 含量的同時，對土壤全氮（Soil Total Nitrogen）、土壤全鉀（Soil Total Potassium）、土壤有效氮（Soil Available Nitrogen）和土壤有效鉀（Soil Available Potassium）含量均有顯著影響。張聰?shù)萚39]通過長期定位試驗研究發(fā)現(xiàn)，在秸稈還田開始的前10 年，對農(nóng)田SOC 含量和土壤養(yǎng)分以及各種土壤酶具有顯著的增加效果，但當秸稈還田年限超過10 年后，雖然對SOC、土壤養(yǎng)分及土壤酶具有一定的影響，但增加幅度很小?？梢?，秸稈還田已成為一種趨勢，但由于其技術(shù)的不成熟，在實際應(yīng)用中還存在各種問題，應(yīng)加大科研投入，爭取早日實現(xiàn)秸稈代替地膜，秸稈代替化肥，達到減肥降耗的目的，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展。

4 覆蓋方式對土壤微環(huán)境的影響

朱利霞等[40]研究表明：與露地栽培相比，地膜覆蓋顯著影響土壤微生物生物量磷（Microbial Biomass Phosphorus），而對土壤微生物生物量碳（Microbial Biomass Carbon）、土壤微生物生物量氮（Microbial Biomass Nitrogen）影響不顯著。井大煒[41]研究認為，地膜覆蓋主要影響土壤MBC 和與土壤養(yǎng)分有關(guān)的酶的活性，進而影響土壤養(yǎng)分的有效化。但也有學(xué)者研究認為，地膜覆蓋非但沒有增加MBC 含量，甚至還有降低作用[42]。倪麗佳等[43]研究表明：覆膜顯著影響農(nóng)田土壤中細菌和真菌的數(shù)量，覆膜較不覆膜土壤中細菌數(shù)量顯著增加29.0%～29.1%，真菌數(shù)量顯著增加17.3%～51.9%，覆膜對土壤中放線菌數(shù)量的影響無明顯規(guī)律，表現(xiàn)為更為復(fù)雜的變化，地膜覆蓋下農(nóng)田土壤微生物量變化與當?shù)貧夂驐l件、土壤條件以及作物種類等均有一定關(guān)系，覆蓋對農(nóng)田微生物的影響機制還需要更深層次的探索。

有學(xué)者研究表明：秸稈覆蓋對土壤中微生物數(shù)量也具有一定的影響，具體表現(xiàn)為不僅改變了土壤中微生物群落的種類，而且改變了微生物群落的結(jié)構(gòu)，同時顯著影響土壤細菌的結(jié)構(gòu)和多樣性，包括α 多樣性和β 多樣性，在微生物的作用下，土壤理化性狀得到持續(xù)改善，可在植物生長過程中不斷提供營養(yǎng)物質(zhì)[44-46]。有研究表明：秸稈中富含大量的碳和氮，秸稈還田之后，為以氮源為能量的微生物提供了大量的氮源，而對以碳源為能量的微生物提供了大量的碳源，對微生物群體的生長發(fā)育及微生物群體的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和組成比例均有顯著影響，對于土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的變化具有促進作用[47，48]。秸稈覆蓋還田相當于為土壤微生物引入碳源和氮源，對土壤微生物α 多樣性和β 多樣性產(chǎn)生顯著影響，引起土壤微生物群構(gòu)成和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，進一步改善土壤微生物群落組成，最終表現(xiàn)為改善土壤質(zhì)量，培肥地力[49]。

綜上所述，目前的覆蓋研究都是以地膜覆蓋和秸稈還田覆蓋為主，并已取得了一定的進展。而帶狀秸稈覆蓋技術(shù)作為一種新的地膜代替技術(shù)，對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐具有重要意義。同時，秸稈覆蓋易受地域氣候的影響，因此在生產(chǎn)實踐過程中需要順天時，量地力，因地制宜，采用適宜的覆蓋方式，促進農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效、促進農(nóng)民持續(xù)增收、促進生態(tài)環(huán)境保護。