





中国农业科学 ›› 2026, Vol. 59 ›› Issue (11): 2340-2357.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2026.11.004
魏文龙1,2(
), 王林林1,2(
), 陈晓丽1,3, 武凌彬1,2, 李录芳1,2, 解云婷1,2, 王江文1,2
收稿日期:2025-11-13
接受日期:2026-04-10
出版日期:2026-06-01
发布日期:2026-06-03
通信作者:
联系方式:
魏文龙,E-mail:1627979132@qq.com。
基金资助:
WEI WenLong1,2(
), WANG LinLin1,2(
), CHEN XiaoLi1,3, WU LingBin1,2, LI LuFang1,2, XIE YunTing1,2, WANG JiangWen1,2
Received:2025-11-13
Accepted:2026-04-10
Published:2026-06-01
Online:2026-06-03
摘要:
【目的】探析有机肥替代部分化肥和地膜覆盖对旱地小麦产量及水分利用效率的调控机制,为黄土高原旱作区春小麦高产高效生产提供理论依据。【方法】于2023—2025年在甘肃省定西市开展田间试验,设置单施化肥(NP,105 kg N·hm-2和105 kg P2O5·hm-2)、有机替代(MNP,80 kg N·hm-2和88 kg P2O5·hm-2,腐熟羊粪8 500 kg·hm-2,有机氮磷替代比例约为23.8%和16.2%)、地膜覆盖+单施化肥(FNP)及地膜覆盖+有机替代(FMNP)4个处理,分析各处理对春小麦根系性状、阶段水分利用、干物质积累、产量及水分利用效率(WUE)的影响。【结果】与不覆膜处理相比,地膜覆盖处理(FNP、FMNP)的播种期土壤贮水量平均显著增加了23.7 mm。与NP处理相比,FNP和FMNP处理的成熟期0—20 cm土层根长密度分别显著提高了25.7%和22.0%,而成熟期60—140 cm根长密度较NP处理分别显著提高了33.7%和45.9%。FNP和FMNP处理的拔节-开花阶段耗水量较NP处理分别显著提高了16.8%和24.5%,水分利用效率分别显著提高了34.3%和35.0%。与NP处理相比,MNP、FNP和FMNP处理的叶面积指数分别显著提高了12.5%、30.2%和38.7%。FNP和FMNP处理的成熟期地上干物质积累量较NP处理两年平均分别显著提高了35.1%和40.5%。相比NP处理,FNP和FMNP处理的产量平均分别显著提高47.0%和58.7%,籽粒产量水分利用效率(WUEg)平均分别显著提高了31.3%和41.7%,而MNP处理的籽粒产量和WUEg较NP处理提升不显著。随机森林和结构方程模型分析表明,有机替代结合地膜覆盖通过影响根系性状,进而调控了阶段水分利用和干物质分配,从而显著影响了产量和WUEg。【结论】有机替代结合地膜覆盖通过优化根系构型,促进小麦拔节-开花期的阶段水分利用,增加生物量积累,降低根冠比,促进光合产物向籽粒分配,从而提高了旱地春小麦产量与水分利用效率。
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表2
有机替代和地膜覆盖对春小麦产量性状、产量及水分利用效率的影响"
| 年份 Year | 处理 Treatment | 耗水量 ETc (mm) | 穗数 Number of spikes (spike/m2) | 穗粒数 Grains per spike | 千粒重 TGW (g) | 生物量水分利用效率 WUEb (kg·hm-2·mm-1) | 收获指数 Harvest index (%) | 籽粒产量水分利用效率 WUEg (kg·hm-2·mm-1) | 籽粒产量 Grain yield (kg·hm-2) | 产量协同效应SEGY (%) | 水分利用效率协同效应 SEWUE (%) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 2024 | NP | 349±22b | 395±21ab | 24.6±1.5c | 39.0±2.1a | 14.3±0.9b | 33.9±2.4a | 4.8±0.3c | 1688±115b | — | — |
| MNP | 373±22ab | 382±23b | 25.5±2.2bc | 41.7±3.3a | 13.7±1.0b | 35.7±2.4a | 4.9±0.2c | 1814±130b | — | — | |
| FNP | 394±23a | 426±29a | 28.4±1.8ab | 38.2±2.9a | 17.2±1.1a | 36.3±2.3a | 6.2±0.3b | 2450±108a | — | — | |
| FMNP | 381±21ab | 429±13a | 31.8±1.7a | 37.4±2.8a | 18.2±1.2a | 38.0±2.4a | 6.9±0.4a | 2631±126a | 6.2 | 40.0 | |
| 2025 | NP | 366±20c | 412±14b | 26.0±1.6b | 42.1±2.3a | 13.9±1.0c | 34.6±2.2b | 4.8±0.3b | 1759±97d | — | — |
| MNP | 380±16bc | 426±15ab | 27.7±1.9b | 43.1±2.8a | 14.8±1.3bc | 34.9±2.3ab | 5.2±0.5b | 1965±109c | — | — | |
| FNP | 409±19ab | 444±19ab | 31.7±2.1a | 41.4±2.4a | 16.7±0.9ab | 38.3±2.6ab | 6.4±0.3a | 2617±102b | — | — | |
| FMNP | 421±18a | 449±18a | 33.0±2.0a | 40.6±2.4a | 17.1±0.9a | 39.4±2.4a | 6.7±0.3a | 2840±104a | 1.6 | -5.0 | |
| 平均 Average | NP | 358±21b | 404±18b | 25.3±1.6c | 40.6±2.6a | 14.1±0.9b | 34.3±2.1c | 4.8±0.3c | 1724±103c | — | — |
| MNP | 377±18ab | 404±30b | 26.6±2.2c | 42.4±2.8a | 14.3±1.2b | 35.3±2.1bc | 5.0±0.4c | 1890±135c | — | — | |
| FNP | 402±21a | 435±24a | 30.1±2.5b | 39.8±3.0a | 17.0±0.9a | 37.3±2.5ab | 6.3±0.3b | 2534±131b | — | — | |
| FMNP | 401±28a | 439±18a | 32.4±1.8a | 39.0±2.9a | 17.7±1.1a | 38.7±2.3a | 6.8±0.3a | 2736±154a | 3.7 | 17.6 | |
| 年份Year (Y) | * | ** | ** | ** | * | ns | ns | ** | |||
| 有机替代Organic substitution (OR) | ns | ns | ** | ns | * | ** | ** | ** | |||
| 地膜覆盖Film mulching (FM) | ** | ** | ** | ns | ** | ** | ** | ** | |||
| Y×OR | ns | ** | ns | ns | ns | ns | ns | ns | |||
| Y×FM | ns | * | ns | ns | ** | * | ns | ns | |||
| OR×FM | ns | ns | ns | ns | ns | ns | * | ns | |||
| Y×OR×FM | ns | * | ns | ns | ns | ns | ns | ns | |||
图8
基于随机森林算法分析春小麦各生长指标对产量(GY)和水分利用效率(WUEg)的相对重要性 ET:耗水量;SN:穗数;GNS:穗粒数;TGW:千粒重;HI:收获指数;JBY:拔节期生物量;FBY:开花期生物量;MBY:成熟期生物量;PDMA:花后生物量积累;JWUEb:播种-拔节期的水分利用效率;FWUEb:拔节-开花期的水分利用效率;MWUEb:开花-成熟期的水分利用效率;WUEb:生物量水分利用效率;JLAI:拔节期叶面积指数;FLAI:开花期叶面积指数;JRDW:拔节期根干重;FRDW:开花期根干重;MRDW:成熟期根干重;JR/S:拔节期根冠比;FR/S:开花期根冠比;MR/S:成熟期根冠比;JRL:拔节期根长;FRL:开花期根长;MRL:成熟期根长;JRLD:拔节期根长密度;FRLD:开花期根长密度;MRLD:成熟期根长密度;GY:籽粒产量;WUEg:籽粒产量水分利用效率;SR:生育期降水;AR:周年降水。***表示0.001水平有显著影响。下同"
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