2011年和2012年连续2年,在甘肃省水利科学研究院民勤试验站布置了碎麦秸垫式膜上灌大田试验,试验系统研究了碎麦秸垫式膜上灌在西北旱区高效用水机理、对西北旱区特色经济作物的生长、产量、土壤环境的影响机制。试验选择覆盖方式和灌水定额两个控制因素,采用双因素完全随机试验设计。覆盖方式设有四个水平：无覆盖(N),秸秆覆盖(S),地膜覆盖(F),碎麦秸垫膜覆盖(SF)；灌水定额设有高(H)、中(M)、低(L)三个水平,即：H:900n3/hm2,M:750m3/hm2,L:600,3/hm2;共形成4x3=12个处理水平,重复3次。通过连续两年的田间试验,主要得出以下主要结论：(1)覆盖方式对作物出苗率的影响极显著(P<0.01)。2011年向日葵试验结果表明,碎麦秸垫膜覆盖(SF)的出苗率比S的提高了14.33%,比无覆盖(N)处理提高了49.32%。2012年玉米试验结果表明,碎麦秸垫膜覆盖(SF)的玉米出苗率比秸秆覆盖(S)的提高了49.50%,比无覆盖(N)的提高了21.36%。总之,碎麦秸垫膜覆盖(SF)对出苗率的影响接近地膜覆盖(F)的,远远高于秸秆覆盖(S)和无覆盖的(N)。故在西北干旱区利用碎麦秸垫膜覆盖(SF)技术可以解决保护性耕作技术中秸秆覆盖(S)的由于土壤温度过低导致的“出苗率低”等问题。(2)覆盖方式对2011年向日葵株高、茎粗、产量及其构成因素、产量性状、收获指数的影响极其显著(P<0.01)。其中碎麦秸垫膜覆盖(SF)的茎粗、百粒重最高,地膜覆盖(F)次之；地膜覆盖(F)的株高、冠干重、茎干重、叶干重、单株生物量、单株粒重、生物产量、籽粒产量最优,碎麦秸垫膜覆盖(SF)的次之。灌水定额对株高、茎粗的主效应在一水灌溉前不显著；一水灌溉后显著；对产量及构成要素、产量性状、收获指数的影响差异不显著。不同的覆盖方式与不同的灌水定额的组合的交互作用对产量及构成要素、产量性状都不显著(P>0.05),对收获指数的影响显著(P<0.05)。从向日葵株高、茎粗、产量及其构成因素、产量性状、收获指数的影响结果考虑,FM.SFM为最佳组合,即地膜覆盖与灌水定额为M、碎麦秸垫膜覆盖与灌水定额为M的组合为最佳组合。(3)覆盖方式对玉米株高、茎粗、产量及其构成因素、产量性状、收获指数的主效应极显著(P<0.01)。覆盖方式各水平上的茎粗均值差异极显著(P<0.01),大小次序是：SF>S>F>N,SF的茎粗比N、S、F分别增加2.20mm、0.26mm、0.93mm.SF与N、S之间差异极显著(P<0.01),比N、S的籽粒产量分别高3444.72kg/hm2、4415.79kg/hm2。覆盖方式对穗长、秃顶长的主效应显著(P<0.05),对玉米收获期穗粗、穗行数、穗粒重的主效应不显著(P>0.05)。可见,碎麦秸垫膜覆盖(SF)与地膜覆盖(F)对玉米产量及构成要素的影响无差异。灌水定额对玉米株高、茎粗、产量及其构成因素、产量性状、收获指数的主效应不显著(P>0.05)。覆盖方式与灌水定额的交互作用对玉米株高、茎粗、产量及其构成因素、产量性状、收获指数有一定的显著度。综合考虑以上因素,最佳组合SFM,FM次之。(4)覆盖方式和灌水定额对0～120cm土壤含水量的主效应在一水灌溉前不显著,在一水灌溉后显著。碎麦秸垫膜覆盖(SF)中的土壤含水量总体优于地膜覆盖的(F)；SF的初始值稍低于F的,播种后25天时田间土壤含水量显示SF中土壤水分最高,在播种前低于F到现在高于F,保墒效果优于F和S,是因为具有地膜、秸秆双重保墒作用。灌水定额较高(H)的处理土壤水分较高,灌水定额中等(M)的处理次之,灌水定额较低(L)的土壤水分含量最小。这主要是因为灌水时灌水定额不同所导致的。故从土壤保墒效果来看,组合SFH的效果最佳,SFM次之。(5)从横向时间轴来看,各覆盖方式的0-25cm土壤温度和气温日变化都呈现出随深度增加而逐渐滞后的趋势。无论哪种覆盖方式,峰值均出现在地表处。地膜覆盖(F)有增温作用,使得其峰值出现的时间较无覆盖处理提前1h,而碎麦秸垫膜覆盖(SF)和秸秆覆盖(S)中的秸秆具有降温作用,导致其峰值滞后1h出现。而碎麦秸垫膜覆盖(SF)中的地膜又具有增温效应,使其峰值比秸秆覆盖(S)的高出7℃。从温度变化范围上来看,同峰值的出现一样,各个覆盖方式的温域的最宽值都出现在地表处。各覆盖方式中,地膜覆盖(F)的增温效应导致地膜覆盖后温域比无覆盖处理(N)的宽,碎麦秸垫膜覆盖(SF)和秸秆覆盖(S)的减温效应使其温域变窄。碎麦秸垫膜覆盖(SF)中地膜的增温作用又使得其温域比秸秆覆盖(S)宽7℃。从深度上来看,温度的变化有早、中、晚三种类型：早晨(6：00-7：00),土壤温度随着深度的增加而增加,表层低、底层高呈地底辐射型；中午(8：00～16：00),土壤温度在地表处最高,属地表辐射型；傍晚(17：00～20：00),土壤温度的峰值出现在5cm或10cm处,为中间辐射型。在同一天内,土壤温度呈现出低——高——低的单峰循环规律。0-25cm深度的土壤温度自作物播种后开始到6月中旬都表现出上升的趋势,6月中旬以后各个深度层次的土壤温度都趋于稳定。碎麦秸垫膜覆盖(SF)与无覆盖处理(N)、地膜覆盖(F)的相比,秸秆阻隔了太阳的直接辐射,具有秸秆覆盖(S)的降温效应；与秸秆覆盖(S)相比,又具有地膜的升温作用。(6)在作物生育期期,各覆盖方式都具有改善0-40cm土层的土壤容重的作用。N、S、SF具有降低0-10cm土层的土壤容重、增加土壤总孔度的作用,而F具有增加0-10cm土层的土壤容重、减小土壤总孔度的作用。在土壤耕层(0-40cm)范围内,与N相比,SF具有土壤容重小、总孔度大的特点,而F、S具有容重大、总孔度小的特点。说明在碎麦秸垫式膜上灌条件下能改善土壤结构和孔隙度,有利于作物的根系生长。(7)2011年向日葵田间,各覆盖方式的0～120cm土壤pH值随着土壤层次的加深有递减的趋势,SF具有降低0-30cm土壤pH值的作用,SF的0-30cm土层的土壤pH值比N、S、F分别降低了3.51%、2.15%、3.69%。2012年玉米田间,各覆盖方式的0-120cm的平均土壤pH值随着生育进程的推进呈现出明显降低的趋势。有覆盖处理中,SF的pH值最小,F的最大,这是因为SF中的碎秸秆的降解过程和根系的分泌物使得土壤pH值降低。这说明碎麦秸垫式膜上灌可明显降低表层土壤的pH值,防止土壤次生盐碱化,使得灌区土地荒漠化得到遏制,土壤环境进一步得到改善。在向日葵和玉米苗期,由于田间土壤裸露多,蒸发强烈,各覆盖方式的土壤盐分都存在不同程度的表聚现象,0-5cm处地膜覆盖(F)的土壤盐分表聚最明显。在整个生育期内,盐分的表聚现象随着生育期的推进逐渐减弱；碎麦秸垫膜覆盖(SF)较明显地抑制了0-5cm的土壤盐分积聚,地膜覆盖(F)却明显使得表层土壤的累积盐分增加。从整个剖面上看,0-120cm土壤的含盐结构变化显著,地膜覆盖(F)具有增加土壤盐分含量的作用,碎麦秸垫膜覆盖(SF)具有脱盐的作用。这是由于播种时灌水后,SF的保墒效果好,表层土壤的含水量大,土层中的盐分随水分向下运动的多,下层内的盐分冲洗量则因水分的减少而减少。这样盐分离开作物主要根系层,有利于作物根系的生长。故碎麦秸垫式膜上灌条件下种植食用向日葵和玉米可以明显抑制表层土壤水溶性总盐的积聚,使得农田土壤环境进一步得到改善,灌区的荒漠化防治得到更有效的控制。(8)向日葵田间0～120cm剖面上HCO3含量呈“中间大、两头小的趋势”。碎麦秸垫式(SF)膜上灌可以降低耕层(0-30cm)土壤中HC03含量,增加深层土壤(60～100cm)中HC03含量。在向日葵苗期,N、S、F在0-5cm土层内Cl、SO4含量有积聚现象,尤其是F的表聚现象最明显；而SF具有抑制Cl、SO42在表层积聚的作用。麦秸垫膜式膜上灌可以降低耕层Cl、SO42含量、增加中下层Cl、SO42含量,这主要是SF的双重保墒作用使得上层土壤中的Cl、SO42被往中下层淋洗的结果。(9)随着向日葵生育期的推进,各覆盖方式的0～120cm土层中Ca2+、Mg2+含量基本呈下降趋势；F具有加速耕层(0-40cm)土壤中Ca2+、Mg2+流失的作用,而S、SF具有抑制耕层土壤中Ca2+、Mg2+含量降低的作用。可能原因是秸秆覆盖、碎麦秸垫膜覆盖后由于作物根系呼吸、根系分泌物以及碎麦秸和收获后作物根系的腐烂分解,使得pH值降低,抑制了固定态钙、镁溶解性降低。SF的30-60cm土壤Ca2+含量表现出在苗期至开花期下降缓慢、开花至收获期回升快的趋势；而F表现出下降速度快、回升慢的特征。向日葵田间0～120cm土壤剖面中,K+含量特别少。在0～10cm土层内有积聚现象,尤其是S、SF中0-5cm土层较明显。在向日葵苗期,N、S、F中0-5cm土壤Na+含量有明显积聚现象,尤其是F处理,而SF却抑制了土壤Na+含量在表层积聚；SF处理的40-60cm土壤中Na+含量明显增加,这是SF将表层和耕层土壤Na+向下淋洗的缘故。到开花期和收获期时,60～120cm土壤Na+含量明显上升,是因为SF的淋洗效果更为明显。SF并没有大幅度降低Na+含量而是调整了Na+在土壤剖面上的分布。从土壤深度方向来看,0-30cm的土壤SAR较小,中间层30-60cm的土壤SAR最大,深层(60～120cm)的介于前两者之间。这一方面是由于上层Na+淋溶到中下层而使中下层Na+含量增加,另一方面是中下层Ca2+和Mg2+含量下降的结果。碎麦秸垫式膜上灌(SF)条件下,土壤表层(0-5cm)和耕层(0-30cm)土壤SAR较其他处理明显减低。这是因为SF中0-5cm土壤中可溶性Na+的比例下降,同时Ca2+和Mg2+的比例则升高。而SF中30～120cm土壤SAR有增大的趋势,说明中下层土壤中可溶性Na+的比例增加了,而Ca2+和Mg2+的比例则相应降低了。由此可以看出,碎麦秸垫式膜上灌(SF)会使阳离子的组成在整个剖面上发生了改变,使得有益于作物的盐分离子积聚、有害于作物的盐分离子被淋洗,这会为西北旱区土壤环境改善、土壤盐碱化和灌区荒漠化防治起到一定的积极作用。