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针对四川丘陵旱地气候冬干春旱下,水分亏缺限制根系氮吸收,导致产量低、水氮素利用效率低的关键问题,本研究于2016-2018年在西南典型丘区四川仁寿县,在冬小麦-夏玉米复种方式下,开展秋闲季秸秆覆盖（不覆盖NM、免耕覆盖SM）和施氮量（不施氮N0;正常施氮CN:180kg/hm~2;减氮RN:120kg/hm~2）的二因素裂区试验,探究秸秆覆盖与施氮量对土壤水热平衡、氮素平衡、根系构型、干物质积累、产量和水氮利用效率的影响。为进一步明确肥料氮吸收与残留,及覆盖后小麦对基肥和拔节肥氮素吸收利用的影响,本研究进一步采用15N标记试验,设置了3种15N标记方案:即（1）基肥标记:基肥采用15N标记尿素,拔节肥为普通尿素;（2）拔节肥标记:拔节肥为15N标记尿素,基肥为普通尿素;（3）全标记:基肥与拔节肥都为15N尿素。主要结果如下:1、秋闲季秸秆覆盖与减氮对土壤水热时空分布与水分利用的影响秸秆覆盖显著提高孕穗前0-10cm和10-20cm土壤水分含量,因而有效提高0-100cm土层土壤储水量,满足小麦孕穗期之前生长对水分的需求。秸秆覆盖的保温效应减小了土壤昼夜温差,土壤温度差异随着土壤深度的增加趋于减小。与不覆盖相比,秸秆覆盖在三叶期时降低表层土壤温度,在拔节期有效提高15cm和25cm处土壤温度,在孕穗期及之后显著降低土壤温度,表现为高温时降温,低温时保温的特点。秸秆覆盖下播种-拔节和拔节-开花阶段的耗水量较不覆盖分别提高21.2%和18.4%,但降低开花-成熟阶段的耗水量,既满足了该区域冬干春旱下小麦生长水分需求,又降低了花后水分无效消耗;秸秆覆盖使生育期总耗水量和水分利用效率分别提高11.7%和74.5%。与常规施氮量相比,秸秆覆盖下减氮未显著降低各阶段耗水量、总耗水量和水分利用效率。2、秋闲季秸秆覆盖与减氮对土壤无机氮分布的影响。秸秆覆盖显著提高小麦拔节期0-10cm土壤铵态氮含量,但显著降低开花期和成熟期0-20cm土层的硝态氮含量;覆盖下开花期和成熟期0-40cm土层的铵态氮含量显著降低;覆盖显著降低开花期0-10cm和成熟期0-40cm土壤无机氮含量;减氮后土壤无机氮含量也显著降低。3、秋闲季秸秆覆盖与减氮对冬小麦根系构型、干物质积累与转运的影响秸秆覆盖显著降低冬小麦三叶期根系生物量和根冠比,但显著提高其株高、叶长、叶宽、叶面积指数和地上部生物量。在拔节期,覆盖下根系生长逆转,表现为小麦根系横向和纵向生长均显著增强,上层根粗而多,下层根细而长;覆盖下0-40cm土层根长密度、根表面积密度和根体积密度显著提高,0-10cm土层根系直径增加,10-40cm根系直径显著降低。与常规施氮相比,秸秆覆盖下减氮对小麦根系构型无显著影响。秸秆覆盖可显著提升小麦干物质积累能力,覆盖下冬小麦叶长、叶宽和叶面积指数显著提高,花后叶绿素降解显著减缓;覆盖下减氮对小麦干物质积累能力无显著影响。秸秆覆盖后小麦花前干物质积累量提高71.5%,花后干物质积累量增加114.5%;覆盖下花前干物质向籽粒的转运量提高54.8%,花后干物质对籽粒的贡献率从38.1%提高到48.0%。4、秋闲季秸秆覆盖与减氮对冬小麦氮素利用、肥料氮与土壤无机氮平衡的影响（1）秸秆覆盖显著提高冬小麦氮素积累速率和积累速率峰值,并使峰值到达时间提前14-19d。秸秆覆盖下小麦拔节期、开花期和成熟期的氮素积累量较不覆盖分别提高120.2%、108.1%和73.1%。秸秆覆盖显著促进小麦花前氮素转运,花前氮素转运量和转运率显著提高,花前氮素转运对籽粒的贡献达72.0%,较不覆盖增加13.8个百分点,氮肥农学效率和氮肥偏生产力提高367.1%和83.7%,氮肥回收效率增加44.4个百分点。（2）秸秆覆盖显著提高肥料氮素积累量,使小麦对肥料氮素的吸收效率提高15.4个百分点,达到43.4%,并使土壤中肥料氮素残留量和损失量分别降低26.5%和18.2%,残留率和损失率分别下降6.1和9.3百分点;覆盖显著促进小麦对基肥和拔节肥中肥料氮的吸收。秸秆覆盖下减氮有利于提高对肥料氮的吸收效率,降低土壤中肥料氮残留量、损失量和损失率。秸秆覆盖显著提高土壤氮输出量,降低表观氮素损失量和损失率。秸秆覆盖下减氮显著降低氮素输出量和氮素损失。5、秋闲期秸秆覆盖与减氮对冬小麦产量与产量构成的影响秸秆覆盖显著提高冬小麦分蘖能力和分蘖成穗率,进而显著提高有效穗数;覆盖下单穗小穗数、单穗可育小花数和可育小花结实率显著提高,从而显著提高小麦穗粒数。秸秆覆盖下小麦有效穗数和穗粒数显著提升,导致小麦产量显著增加,增幅为92.9%;秸秆覆盖减氮下小麦产量降低不显著。综上,在西南冬干春旱条件下,秸秆覆盖的蓄水保墒效应可持续至冬小麦孕穗期,有效满足冬小麦孕穗前水分需求,从而促进根系和地上部生长、提高根系对土壤水分和氮素吸收、延缓叶片衰老、促进开花结实,有小穗数和穗粒数显著增加而增产。覆盖结合减氮小麦减产不显著在于覆盖后显著提高表层和人曾根系的分布,进而提高肥料氮和土壤氮的吸收,满足冬小麦生长对氮素的需求。本研究对西南丘陵旱地小麦水氮高效利用、农业可持续发展具重要的理论价值和实践意义。