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旱地占我国耕地的60%以上,干旱缺水与土壤贫瘠是旱地农业发展的主要限制因素。保护性耕作措施能有效改善降雨保蓄率和土壤质量,进而提高土地生产力。本研究以陕西省富平西北农林科技大学试验站为基地,通过7年（2014-2020）长期定位试验,以冬小麦春玉米为供试作物,研究了不同施肥模式（NP、NPK、单施有机肥M以及NPM配施）及不同保护性耕作方式（NPS秸秆覆盖、NPF地膜覆盖、NPR裸露垄沟、NPRFS垄上覆膜沟内覆秸秆以及NPG绿肥翻压）对冬小麦春玉米产量、土壤水分、土壤肥力、微生物群落结构的影响以及微生物与土壤肥力之间关系的影响,同时利用DSSAT模型对冬小麦春玉米产量及土壤含水量进行验证和模拟。目的在于优化旱地土壤养分及水分管理,揭示微生物群落结构及多样性对土壤质量提升的重要意义以及保护性耕作措施对产量提升的机理。取得的主要结果如下:（1）不同保护性耕作措施对土壤水分保蓄、降雨利用效率以及作物产量都有不同程度的影响。垄上覆膜沟内覆秸秆是提高旱地小麦玉米产量的最优措施,该措施集成了地膜覆盖与秸秆覆盖对土壤水分的保蓄与高效利用,秸秆覆盖还田又提高了土壤肥力的双重优势,因此产量的提升包括水分和肥力两大因素。2015-2020年NP+垄上覆膜沟内覆秸秆措施（NPRFS）较其它处理小麦平均产量增幅为8.2%-63.6%,玉米为6.4%-77.5%,从水分角度,垄上覆膜沟内覆秸秆能减少休闲期土壤水分无效蒸发,增加生育期有效耗水量。休闲期耗水量顺序为NP>常规裸地CK>NP+地膜覆盖>NP+秸秆覆盖>NP+垄上覆膜沟内覆秸秆。保护性耕作措施均能提高降水利用效率,小麦垄上覆膜沟内覆秸秆（NPRFS）降水储存效率较其它处理增幅为5.2%-67.6%。玉米降水储存率较其它处理增幅为30.1%-60.7%。从养分角度,垄上覆膜沟内覆秸秆（NPRFS）措施可以降低土壤剖面硝酸盐累积,较其它措施更有利于作物对养分的吸收,减少氮素残留,提高化肥利用率从而提高了作物产量。（2）不同施肥措施对土壤水分、养分及作物产量同样有不同程度的影响。其中氮磷配施有机肥处理的产量最佳,2015-2020年氮磷配施有机肥处理（NPM）较其他处理小麦总产量增幅为0.19%-24.4%,玉米为2.7%-40.4%。NPM处理提高了小麦玉米水分利用效率,较CK小麦增幅为5.7%-23.1%,玉米增幅为0.6%-45.1%。同时,氮磷配施有机肥减少了土壤硝态氮累积,2015-2020年小麦氮素利用率较NP提高了53.6%,玉米较NP提高了121.8%,提高了土壤有机质含量从而提高了作物产量。该结论也得到了DSSAT模型的验证,确认了在雨养农业区DSSAT模型对不同施肥处理未来产量及水分预测的可行性。（3）旱地种植绿肥消耗了休闲期土壤贮水量,在不同降雨年份,对作物产量有不同程度的影响。在正常降雨或丰水年份,种植绿肥造成的水分亏缺会得到补充,同时,长期种植绿肥提高了土壤有机质、速效氮和速效磷含量,因此对作物的产量有积极影响。小麦2016-2020年绿肥翻压（NPG）较NP有机质增幅为2.0%-31.8%,速效氮增幅为16.5%-25.3%。对春玉米,绿肥处理（NPG）较NP在2016-2019年有机质增幅为3.8%-4.6%,速效氮增幅为42.3%-87.8%。在降雨量不足年份,会造成作物的严重减产。种植绿肥对产量的影响主要是受年降雨量、生育期降雨量和降水储存率的影响。（4）长期施肥会造成土壤养分盈余,对于小麦,氮盈亏值每增加100 kg/hm2,硝态氮的累积盈余量增加约37 kg/hm2,磷盈亏值每增加100 kg/hm2,土壤速效磷含量增加1.7 mg/kg。对于玉米,氮盈亏值每增加100 kg/hm2,土壤中的硝态氮累积盈余量增加45 kg/hm2,磷盈亏值每增加100 kg/hm2,速效磷的盈余量增加2.3 mg/kg。钾肥的施用也在一定程度上提高了作物产量。可见农田养分的盈亏决定了土壤养分的消长。（5）施肥及保护性耕作对土壤团聚体、有机碳含量以及酶活性都有不同程度的提高。单施有机肥（M）、NPK以及配施有机肥（NPM）较NP有机碳含量提高了48.2%、3.7%和26.9%。不同施肥模式对土壤团聚体平均重量直径的影响依次为单施有机肥（M）>NP配施有机肥（NPM）>NPK>NP>常规裸地（CK）,可见有机肥以及化肥配施有机肥能够增加土壤团聚体稳定性。同时,有机肥的施入提高了蔗糖酶、磷酸酶和脲酶活性。对于保护性耕作措施,秸秆覆盖（NPS）、垄上覆膜沟内覆盖秸秆（NPRFS）和绿肥翻压（NPG）较NP有机碳含量分别提高了44.6%、23.1%和11.4%,同时也提高了>7mm粒径团聚体数量以及蔗糖酶和磷酸酶活性,但对过氧化氢酶无显著差异。（6）通过OTU数量的检测及alpha多样性分析,氮磷配施有机肥（NPM）的细菌和真菌群落多样性最高,群落多样性依次为NPM>NPK>NPG>CK,保护性耕作中垄上覆膜沟内覆秸秆处理（NPRFS）微生物群落多样性最高。Beta多样性可以看出,不同处理的细菌和真菌群落有显著差异。通过对土壤理化性质与微生物群落的RDA分析,土壤理化性质对微生物群落结构有显著影响,对于细菌,土壤有机质、全氮和速效钾是最主要驱动因子;对于真菌,速效氮和有机质是主要驱动因子。因此,增施有机肥和秸秆覆盖的保护性耕作措施较常规裸地明显促进了微生物多样性,改变了微生物的群落分布,为循环经济条件下的土壤可持续管理提供了可能的途径。综上所述,保护性耕作措施中垄上覆膜沟内覆秸秆及施肥措施中有机无机肥配合施用提高作物产量的机制是这些措施明显提高了降水保蓄率,有机碳的增加扩充了土壤碳库,提高了微生物群落结构及多样性,进而提高了作物产量。