摘要
小麦是中国及世界最重要的粮食作物之一，它的产出关系到国计民生。目前，黄土高原地区气温逐渐升高，农业灌溉水资源日趋短缺，形势严峻。大部分农民仍采用传统耕作模式，造成土壤有机质含量低、水肥流失问题日益严重。降雨不足和土壤水分大量蒸发导致该地区供水和农业需求矛盾，由于农田土壤水分亏缺而造成低产，因此，需要建立合理的耕作模式，以期提高山西旱作农业区作物产量。有机旱作农业是山西的特色,2017年习总书记提出“发展有机旱作农业”，2021年农业农村部实施“耕地质量提升工程”。开展免耕秸秆覆盖方式下旱地小麦抗旱生理、土壤水分变化及产量的研究对节约水资源和实现旱地小麦高产稳产具有重要的现实意义。 本研究收集山西省临汾市保护性耕作试验区2020-2022年两个小麦生长季的小麦生长发育、土壤、田间管理和气象数据，利用免耕秸秆覆盖方式(no-tillage,NT)和旋耕秸秆还田方式(rotarytillage,RT)下冬小麦“晋麦102”的土壤蓄水量、各生育时期、叶面积指数(leaf area index,LAI)、生物量和产量等数据对APSIM-Wheat模型进行校准和验证，使模型本土化，用校验后的模型模拟该研究区38年的小麦产量和土壤水分变化，分析不同降水年型、不同耕作方式对麦田土壤水分变化及小麦产量的影响，并结合2021-2022年关键生育时期小麦的生理指标和农艺性状，揭示免耕秸秆覆盖方式下小麦的增产机理。 主要结论如下: (1)在旱地小麦关键生育时期，免耕秸秆覆盖比旋耕秸秆还田可明显提高0-50 cm和深层土层土壤含水量，增加小麦可利用的水分; (2)免耕秸秆覆盖比旋耕秸秆还田可减少小麦叶片抗氧化酶活性失衡，减少膜质受损，缓解体内细胞渗透失衡，进而延缓叶片衰老; (3)免耕秸秆覆盖可提高叶绿素含量，缓解叶绿素降解，增加叶面积指数，增加营养物质的积累，增加小麦分蘖数和穗数，从而提高旱地小麦产量; (4)APSIM-Wheat模型能较为准确的模拟该试验区不同耕作方式下小麦的生长发育情况和麦田土壤蓄水量的变化; (5)利用校验好的APSIM-Wheat模型对研究区38年的旱作小麦的产量和麦田土壤水分变化进行模拟，结果表明:平水年、丰水年和欠水年免耕秸秆覆盖方式可分别显著提高小麦产量31.07％、21.04％和28.54％,且变异系数最小。丰水年小麦产量最高而变异系数最低。在平水年、丰水年和欠水年，免耕秸秆覆盖能显著提高休闲期的土壤蓄水效率，分别为27％、36％和37％。欠水年休闲期土壤蓄水效率最低，且变异系数最小。对于小麦生长季耗水量，丰水年生长季耗水量较平水年与欠水年分别显著提高45％和54％。 综上，免耕秸秆覆盖方式显著提高了小麦产量和休闲期土壤蓄水效率，蓄水保墒效果良好，能有效减轻干旱对小麦产生的负面效应，有利于小麦高产稳产，是晋南旱作小麦区较为适宜的耕作方式。
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