2018, Vol. 24 
doi: 
2. 富平现代农业综合试验示范站，陕西富平 711799;
3. 富平农业技术推广中心，陕西富平 711799
2. Fuping Modern Agricultural Comprehensive Experiment Station, Fuping, Shaanxi 711799, China;
3. Fuping Agricultural Technology Promotion Center, Fuping, Shaanxi 711799, China
我国旱地面积占国土面积70%以上，干旱半干旱耕地是冬小麦、玉米等粮食作物的主要产地，占可耕地面积近55%，已成为中国农业持续发展战略目标集中的重要产区[1–2]。在西北地区，旱地农田面积占全国耕地总面积的1/3以上，且尚有2600～3300万 hm2土地可供开垦与农耕[3]。然而，由于该区水分缺乏与土壤贫瘠同时存在，作物实际产量未达到其生产潜力的50%，严重制约旱区农业生产增长及稳定性[4]。因此，寻求有效的栽培管理措施以提高土壤肥力及生产力是旱地农作物稳产高产的关键，也是该区农业生产中亟待解决的问题。
土壤养分是反映土壤肥力变化的重要指标，也是揭示土壤条件动态的敏感性指标，其养分含量和分布特征直接影响土壤肥力和农田生态恢复力度与方向[5–6]。土壤有机碳 (SOC) 与作物养分吸收、土壤物理特性 (改善土壤结构) 及生物学特性 (提高生物多样性和增强微生物活性) 密切相关[7]。活性有机碳 (LOC) 是SOC的重要组成部分之一，周转速率快且对田间管理措施反应敏感，其强烈的氧化作用在土壤食物网循环过程中具有重要地位，因而常常被作为评价土壤肥力和作物生产力的早期指标[8]。土壤酶活性是植物、动物和微生物活动的产物[9]，是土壤微生物特性及理化特性的总体现，能准确反映早期农田土壤肥力水平的变化[10]。因此，许多学者常常把土壤养分、SOC、LOC含量及酶活性水平作为评价土壤肥力及作物生产力变化的综合指标[11–12]。大量研究表明，覆盖栽培可以改善土壤结构、提高土壤养分含量、促进有机质更新及增强微生物繁殖速率[13–14]，在土壤肥力保持与提升方面具有重要作用。Jordán等[15]通过3年大田试验发现，秸秆覆盖 (× 10 t/hm2) 显著提高了土壤有机质含量，增加土壤水分储量与有效性，并且改善了土壤容重、孔隙度和团聚体稳定性。Zhang等[4]通过4年大田试验发现，玉米秸秆覆盖后脲酶、磷酸酶和蔗糖酶活性分别较不覆盖增加了19.6%、39.4%和44.3%，且明显提高了玉米产量和水分利用率。罗珠珠等[16]研究发现，在免耕 + 秸秆和免耕 + 地膜覆盖栽培6年后，土壤速效养分和SOC含量均有所增加，且二者均显著提高了作物 (春小麦与豌豆) 产量。相关研究发现，垄沟覆盖 (垄上覆膜且沟内秸秆或覆草) 和秸秆覆盖较露地栽培增加了土壤养分和有机质含量，提高了水分利用率[17–18]，增加了微生物数量及酶活性，促进了有效性养分的释放及有毒物质的降解，进而改善了土壤环境[19]。然而，一些学者则认为覆盖栽培也可能会降低作物的养分吸收量，甚至会造成减产，这很大程度上取决于区域气候环境条件[20–21]。因此，针对不同区域选择适宜的覆盖栽培方式对提高作物生产力及土壤肥力是非常关键的。
渭北旱塬位于我国黄土高原南部，被称为陕西省的“第二粮仓”，在确保我国粮食供应与安全方面占有举足轻重的地位。该地区年降雨量约500 mm且多集中在7—9月，年水分蒸发量明显高于降雨量，属于典型旱作农业区；同时，由于该区表层土壤土质疏松、SOC含量低、保水保肥性差，造成冬小麦生育中后期缺水、倒伏等现象，影响产量甚至绝收。干旱胁迫和地力贫瘠成为当地冬小麦生产的主要限制因素[2, 6]。而以往的研究主要集中在不同覆盖栽培下作物产量、水分利用率及土壤结构变化特征[22–24]，以不同方式覆盖栽培对土壤肥力进行评价的研究较少，尤其是缺乏土壤养分及生物学特性资料[21, 25]。本研究以渭北旱塬旱地冬小麦为例，探讨覆盖栽培对冬小麦生产力、土壤养分、SOC、LOC及酶活性的影响，进一步揭示不同覆盖栽培方式下土壤肥力的变化特征，旨在筛选出与当地冬小麦栽培相适应的增产增效生产模式，为旱区农田土壤质量及生产性能的提高提供相关理论依据与技术支撑，以指导我国旱区农业生产的可持续发展。
1 材料与方法 1.1 试验地概况本试验于2014年9月—2017年6月在陕西渭南富平县淡村镇富平现代农业综合试验示范站 (34°74′N, 109°10′E) 进行。该区位于关中平原与陕北高原的过渡带，海拔472 m，年平均气温12.5℃，≥ 10℃积温4400.4℃，无霜期为222 d，年平均降水量约为500～550 mm，多集中在7—9月份，年蒸发量为1826.7 mm，属于典型旱作农业区。该区土壤类型为灰土，属土亚类黄土土属，0—20 cm呈灰黄棕色，粉砂质壤土，疏松；20—29 cm呈浊黄橙色，粉砂质粘壤土，块状结构，紧实。该土壤类型易导致农作物生育期内发生倒伏。试验前耕层土壤容重为1.32 g/cm3、pH为8.34、有机质含量11.40 g/kg、全氮0.58 g/kg、全磷0.41 g/kg、全钾12.02 g/kg、速效氮9.18 mg/kg、有效磷9.35 mg/kg、速效钾122.3 mg/kg。
1.2 试验设计试验设传统栽培 (CK)、秸秆覆盖 (NPS)、地膜覆盖 (NPP) 和垄沟覆盖 (RFPS，垄上覆盖地膜且沟内覆盖秸秆)，共4个处理，重复3次，12个小区，小区面积为90 m2 (18 m × 5 m)，完全随机排列设计。种植制度为冬小麦—休闲，耕作方式为免耕。肥料品种与施用方法：氮肥为尿素 (含N 46.4%)，磷肥为磷酸二铵 (含P2O5 44%)，各小区肥料于冬小麦播种前一次性作为基肥施入，具体施肥方案见表1。NPS处理中秸秆为上季该小区冬小麦秸秆，覆盖前进行风干和粉碎处理 (约为5～10 cm)，于当季冬小麦播种后均匀撒施于各小区，年平均用量约为5000 kg/hm2。NPP处理在冬小麦播种前15天覆盖地膜 (厚度为0.008 mm，宽度为45 cm)，地膜间距为60 cm，地膜行间进行播种。RFPS处理在冬小麦播种前15天进行田间起垄工作，起垄的规格为高15 cm、宽35 cm，垄上覆盖地膜 (地膜规格同NPP)；之后，垄沟内进行播种，播后沟内覆盖秸秆 (秸秆处理与施用同NPS处理)，年平均施用量约为6500 kg/hm2。本试验所选冬小麦品种为小堰22 (当地常用品种)，播种量为180 kg/hm2。试验期间 (2014年9月—2017年6月)，每年冬小麦播种期 (10月上旬) 和收获期 (6月上中旬) 基本一致。冬小麦生长期间所需水分均来自于降雨，其他田间管理与当地保持一致。
| 表1 施肥与田间管理方案 Table 1 Fertilizer application and field management |
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植株样品采集时间分别为2015年6月5日、2016年6月9日和2017年6月11日。于冬小麦收获前1天，分别在各小区中央选取3行进行人工收割。晒干后，分别测定茎秆与籽粒产量，以采样面积产量折算每公顷地上部干物质累积量。人工收割时，各小区另取15株小麦，每个处理重复3次，于105℃杀青30 min，80℃烘干、粉碎，测定籽粒与秸秆养分吸收量，根据单位面积干物质产量计算籽粒与秸秆累积量。
土样采集时间分别为2015年6月7日、2016年6月10日和2017年6月14日。于冬小麦收获后用口径为5 cm、长度为1 m的土钻，以20 cm为间隔，分别采集0—100 cm土层土样，每个小区随机取3个点，分别用于土壤质量含水量 (GSW) 的测定。同时，采用“5点式”取样法采集表层 (0—20 cm) 及亚表层土壤 (20—40 cm) 样品，每个小区同层混匀，为1个样品，重复3次。土样去除杂质后，一部分自然风干、研磨，分别过1 mm和0.25 mm筛用于土壤养分、SOC与LOC测定；另一部分鲜样冷藏，过1 mm筛用于土壤酶活性测定。另外，各小区分别用体积为200 cm3的环刀采集表层及亚表层土样用于土壤容重 (BD) 的测定。
1.3.2 测定项目与方法土样分析：土壤养分 (全氮、全磷、全钾、速效氮、有效磷和速效钾) 及SOC的测定参考《土壤农化分析》[26]。蔗糖酶活性用3, 5-二硝基水杨酸比色法测定，单位以Glucose mg/(g·24h) 表示[27]；脲酶活性用靛酚蓝比色法测定，单位以NH3-N mg/(g·24h) 表示[27]；碱性磷酸酶用酸苯二钠比色法，以Phenol mg/(g·24h) 表示[27]；LOC测定采用KMnO4氧化法，并以试验前SOC为参照计算碳库管理指数 (CPMI)，具体参考Zhang等[4]的测定方法。
植株样分析：样品杀青及烘干后，将茎秆剪成2 cm小段，与籽粒分别进行磨碎，用H2SO4–H2O2法消解，消煮液测定全氮、全磷和全钾含量。其中，全氮和全磷用流动分析仪测定，全钾用火焰光度计测定。
水分利用率：各个小区GSW和BD的分析参考Mccarty等[28]测定方法。冬小麦生育期内水分利用率 (WUE) 计算公式[18]：
| $\begin{array}{l}SWS\left( {{\rm mm}} \right) = GSW \times BD \times SD\\ET\left( {{\rm mm}} \right) = \Delta SWS + {P_e}\\WUE\left[ {{\rm kg}/\left( {{\rm h}{{\rm m}^2}\cdot{\rm mm}} \right)} \right] = Y/ET\end{array}$ |
式中：SWS为土壤储水量；SD为土层深度；ET为生育期内总耗水量；ΔSWS为收获后与播种前土壤储水量之差；Pe为生育期有效降水量；Y为籽粒产量。
1.4 数据处理与分析通过Excel 2013进行数据收集与整理。采用SPSS 19.0处理软件对数据进行单因素方差分析 (one-way ANOVA)，运用最小显著差异法 (Fisher’s LSD) 检验各处理平均值在5%水平上的差异显著性，OriginPro 2016进行作图。
2 结果与分析 2.1 覆盖栽培对冬小麦产量、水分利用率及养分吸收量的影响 2.1.1 冬小麦产量与水分利用率由2015—2017年试验结果 (表2) 可以看出，不同覆盖栽培均显著提高了冬小麦产量。与CK相比，RFPS处理分别增加了56.0%、57.6%和43.2%，NPP处理分别增加了43.6%、45.9%和35.8%，NPS处理分别增加了8.1%、11.1%和20.5%；覆盖栽培以RFPS最高，NPP次之，其次是NPS，处理之间差异显著。不同覆盖栽培对冬小麦水分利用率的影响表明，在2015—2017年，RFPS处理分别较CK显著提高了42.8%、45.3%和36.5%，NPP处理分别较CK显著提高了35.9%、39.2%和29.5%；2015和2016年NPS处理冬小麦水分利用率与CK差异不显著，但2017年较CK显著提高了18.2%。覆盖栽培处理之间冬小麦水分利用率总体表现为RFPS > NPP > NPS，差异达到显著水平。
| 表2 不同覆盖栽培下冬小麦产量与水分利用率 Table 2 Yield and water use efficiency of winter wheat under different mulching modes |
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不同覆盖栽培对冬小麦氮、磷和钾吸收量的影响不同 (表3)。3年 (2015—2017年) 试验结果表明，不同覆盖栽培均显著提高了冬小麦吸氮量。与CK籽粒吸氮量相比，RFPS分别提高了74.5%、76.5%和73.7%，NPP处理分别提高了60.4%、63.2%和62.5%，NPS处理分别提高了24.0%、24.1%和31.0%，且覆盖栽培之间差异显著；同时，覆盖栽培均显著提高了秸秆吸氮量，以RFPS和NPP处理显著高于NPS处理。由2015—2017年试验结果发现，覆盖栽培均提高了冬小麦吸磷量。其中，RFPS处理籽粒吸磷量较CK分别显著提高了36.1%、47.8%和47.1%，NPP处理较CK分别显著提高了31.0%、33.8%和31.9%，且二者均显著提高了秸秆吸磷量；而NPS处理吸磷量与CK之间无显著差异。试验期间 (2015—2017年)，覆盖栽培均显著提高了冬小麦吸钾量。与CK籽粒吸钾量相比，RFPS处理分别提高了29.7%、39.4%和40.6%，NPP处理分别提高了28.5%、32.6%和31.0%，NPS处理分别提高了23.8%、30.4%和26.0%，覆盖栽培之间差异并不显著；覆盖栽培均显著增加了秸秆吸钾量，以RFPS处理显著高于NPP和NPS处理。
| 表3 不同覆盖栽培对冬小麦氮、磷与钾吸收量的影响 (kg/hm2) Table 3 Effects of different mulching modes on N, P and K uptakes of winter wheat |
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不同覆盖栽培对表层及亚表层土壤全氮、全磷和全钾含量影响不同 (表4)。由2015—2017年试验结果发现，RFPS处理表层土壤全氮含量分别较CK显著增加了4.3%、6.2%和9.0%，且2016和2017年亚表层土壤全氮含量分别较CK显著提高了11.7%和15.6%；NPP和NPS处理的全氮含量与CK之间无显著差异，但NPP处理在一定程度上降低了全氮含量。3年试验结果表明，2015年不同处理表层土壤全磷差异不明显，而2016和2017年RFPS处理表层土壤全磷含量分别较CK显著增加了4.5%和6.3%；各处理亚表层土壤全磷含量与CK之间差异未达到显著水平。在试验期间 (2015—2017年)，RFPS处理表层土壤全钾含量分别较CK显著增加了5.8%、7.9%和10.3%，而处理NPP、NPS和CK之间无显著差异；不同处理亚表层土壤全钾变化较小，差异均未达到显著水平。
| 表4 不同覆盖栽培下土壤全氮、全磷和全钾含量 (g/kg) Table 4 Soil total N, P and K contents under different mulching modes |
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不同覆盖栽培均提高了0—40 cm土层速效养分含量，RFPS和NPS处理较CK提高较为明显，而NPP处理与CK之间差异不显著 (表5)。3年试验结果表明，与CK表层土壤速效氮含量相比，2015—2017年 RFPS 处理分别显著提高了46.0%、53.3%和38.6%，NPS处理分别显著提高了25.0%、30.3%和24.5%，且RFPS处理增幅显著高于NPP和NPS处理。亚表层土中，RFPS处理的速效氮含量分别较CK显著提高了31.8%、29.8%和22.1%；2015和2016年NPS处理的速效氮含量与CK无显著差异，但2017年较CK显著提高了15.2%。与CK表层土壤有效磷含量相比，2015—2017年 RFPS处理分别显著增加了33.2%、41.0%和39.3%，NPS处理分别显著增加了18.9%、20.9%和19.8%，且覆盖栽培之间差异显著。亚表层土中，RFPS处理的有效磷含量分别较CK显著增加了14.3%、16.9%和18.8%；2015和2016年NPS处理与CK无显著差异，而2017年较CK显著增加了13.5%。2015—2017年 RFPS处理表层土壤速效钾含量分别较CK显著增加了11.6%、18.6%和28.0%；2015年NPS处理表层土壤速效钾含量与CK无显著差异，但2016和2017年分别较CK显著增加了13.8%和24.0%。与CK相比，覆盖栽培对亚表层土壤速效钾含量影响较小，差异均未达到显著水平。
| 表5 不同覆盖栽培下土壤速效氮、有效磷和速效钾含量 (mg/kg) Table 5 Soil available N, P and K contents under different mulching modes |
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不同覆盖栽培对SOC含量的影响明显不同 (表6)。试验结果表明，2015—2017年 RFPS处理表层SOC含量分别较CK显著增加了4.8%、5.6%和5.0%；2015年NPS处理表层SOC含量与CK差异不显著，但2016和2017年分别较CK显著增加了4.6%和4.5%；而NPP处理表层SOC含量与CK之间无显著差异，且一定程度上降低了SOC含量。与表层土相比，各处理亚表层SOC含量变化较小，差异均未达到显著水平。
不同覆盖栽培表层土壤LOC含量与CPMI结果表明 (表6)，在2015—2017年，RFPS处理表层土壤LOC含量分别较CK显著提高了10.6%、14.9%和19.5%，相应地CPMI处理分别显著提高了12.5%、17.3%和24.0%；2015年NPS处理表层土壤LOC含量与CK之间差异不显著，但2016和2017年分别较CK显著增加了12.9%和16.8%，相应地CPMI处理分别显著增加了15.0%和20.0%；NPP处理表层土壤LOC含量及CPMI处理与CK之间均无显著差异。覆盖栽培对亚表层土壤LOC含量及CPMI影响较小，各处理较CK均有所增加，但差异均未达到显著水平。
| 表6 不同覆盖栽培下土壤有机碳、活性有机碳及碳库管理指数 Table 6 Contents of SOC, LOC and CPMI under different mulching modes |
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图1显示，试验期间 (2015—2017年)，RFPS处理蔗糖酶活性分别较CK显著增加了19.4%、24.6%和29.7%；2015年NPP和NPS处理蔗糖酶活性与CK之间无显著差异，而2016年分别较CK显著增加了9.1%和13.5%，2017年分别较CK显著增加了13.6%和15.9%。不同覆盖栽培下亚表层土壤蔗糖酶活性的结果显示 (图1)，在2015—2017年，RFPS处理蔗糖酶活性分别较CK显著增加了33.4%、37.4%和43.5%；2015年NPS处理蔗糖酶活性与CK之间无显著差异，但2016和2017年分别较CK显著提高了16.5%和19.2%；NPP处理蔗糖酶活性与CK之间差异不显著。
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| 图1 不同覆盖栽培下土壤蔗糖酶活性 (37℃) Fig. 1 Soil invertase activity under different mulching modes (37℃) [注（Note）：方柱上不同字母表示处理间在P < 0.05水平上差异显著Different letters above the bars are significantly different among treatments at P < 0.05.] |
在2015～2017年试验期间，不同覆盖栽培下土壤脲酶活性之间存在明显差异 (图2)。2015—2017年表层土中，RFPS处理脲酶活性分别较CK显著增加了26.0%、35.4%和42.2%；2015年NPS处理脲酶活性较CK无显著差异，而2016和2017年分别较CK显著增加了16.3%和19.0%；NPP处理脲酶活性与CK之间无显著差异。亚表层土中，RFPS处理脲酶活性分别较CK显著增加了10.6%、12.1%和13.6%，但处理NPP、NPS和CK之间差异未达到显著水平。
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| 图2 不同覆盖栽培下土壤脲酶活性 (37℃) Fig. 2 Soil urease activity under different mulching modes (37℃) [注（Note）：方柱上不同字母表示处理间在P < 0.05水平上差异显著Different letters above the bars are significantly different among treatments at P < 0.05 level.] |
图3显示，在2015—2017年，RFPS处理表层土壤磷酸酶活性分别较CK显著增加了19.8%、26.6%和35.6%；2015年NPS处理磷酸酶活性与CK之间无显著差异，而2016和2017年分别较CK显著增加了12.4%和16.7%；NPP处理磷酸酶活性与CK之间无显著差异。2015—2017年不同覆盖栽培下亚表层土壤磷酸酶活性，RFPS处理磷酸酶活性分别较CK显著增加了16.7%、20.2%和23.9%；2015年NPS处理磷酸酶活性与CK间无显著差异，但2016和2017年分别较CK显著提高了11.1%和12.7%；NPP处理与CK之间差异未达到显著水平。
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| 图3 不同覆盖栽培下土壤磷酸酶活性 (37℃) Fig. 3 Soil phosphatase activity under different mulching modes (37℃) [注（Note）：方柱上不同字母表示处理间在P < 0.05水平上差异显著Different letters above the bars are significantly different among treatments at P < 0.05 level.] |
作物产量与水分利用率是土壤肥力及生产性能的综合体现。大量研究表明，覆盖栽培可以有效地提高土壤水分有效性、作物产量及水分利用率[29]。刘金海等[30]研究发现，地膜覆盖和秸秆覆盖栽培下冬小麦产量分别较露地栽培显著提高了56.8%和14.7%，且二者较不覆盖均明显提高了水分利用率。Chen等[18]通过3年大田试验研究发现，垄沟覆盖栽培冬小麦年平均产量和水分利用率分别较露地平作显著提高了30.3%和22.5%。这些研究结论与本结果基本一致 (表2)。本研究还发现，不同覆盖栽培处理对冬小麦产量和水分利用率的影响顺序为RFPS > NPP > NPS，且处理之间差异显著。这主要是由于垄沟覆盖不仅具有较好的集水性和保水性，使雨水入渗到更深土层，而且还可以降低无效的行间蒸发，相应地增强了冬小麦对土壤肥水的吸收和利用能力 [31]；地膜覆盖冬小麦的产量显著高于秸秆覆盖，这可能与地膜覆盖具有较高的水分利用率 (表2)、养分吸收量 (表3) 及良好的温度条件有关[32]。
作物养分吸收是决定作物生产力的重要因素，是土壤理化性质及生物学特性的综合反映[14, 33]。本研究发现，RFPS和NPP处理较CK均显著提高了冬小麦养分吸收量；NPS处理较CK显著提高了冬小麦对氮和钾的吸收量，而对磷的吸收量相对较低 (表3)。这可能是由于作物养分吸收量与土壤水分储量及有效性密切相关，较高的水分利用率一定程度上可以提高作物对养分的吸收能力[34]。相对于地膜覆盖，秸秆覆盖保水性略差且水分利用率较低 (表2)，降低了养分吸收量[29]；另一方面，秸秆中含氮和钾较高 (表3)，而含磷较少且易被土壤吸附固定，因此降低了作物对磷的吸收[35]。垄沟覆盖较其他覆盖方式显著提高了水分利用率 (表2)，相应地增强了土壤养分有效性及干物质转运能力[17, 36]。
3.2 土壤养分土壤养分是评价土壤肥力的重要指标之一，其含量和有效性直接关系到土壤环境好坏、供肥能力强弱及作物产量高低[5, 37]。Zhang等[4]通过3年大田试验发现，秸秆还田土壤速效氮和有效磷含量分别较不还田增加了27.5%和10.8%，且产量增加了22.5%～22.8%。付威等[38]研究发现，地膜覆盖改善了土壤物理性质，且增加了土壤速效养分含量。高亚军等[39]研究发现，渭北旱塬冬小麦垄沟覆盖提高了土壤速效氮含量。这些研究结论与本试验结果相一致 (表5)。本研究还发现，在试验期间 (2015—2017年)，随着栽培年限的增加，RFPS处理明显提高了表层土全量养分和0—40 cm土层速效养分含量，NPS处理提高了0—40 cm土层速效养分含量，前者增幅明显高于后者，而NPP处理0—40 cm土层养分变化较小且降低了表层土全氮含量。这主要是由于秸秆覆盖可以改良土壤理化性质 (团聚体结构、土壤容重、孔隙度等) [18]，减少水分蒸散，促进根系、凋落物及秸秆腐解，增强了速效养分的释放与供应[2, 22]；地膜覆盖增强了有机物 (根系残茬、凋落物等) 矿化速率，提高了有效养分释放，但这些有机物数量相对于秸秆覆盖是非常低的[40]，而且矿化量增加可能会导致土壤有机氮降低[41]；垄沟覆盖增强了雨水入渗，沟内秸秆覆盖提高了保水性，改善了更深层土壤微生态环境，促进了难溶性物质的分解与转化，增加了稳态养分含量，从而提高了土壤养分有效性和库容量[31]。
3.3 SOC、LOC和CPMISOC是土壤养分转化与循环的核心，其含量及活性高低是影响土壤质量的重要指标[42]。尤其是LOC，直接参与土壤生物化学转化过程，是土壤养分转化的重要驱动力[10]。付鑫等[43]研究发现，秸秆覆盖显著地提高了表层SOC含量13.2%，而地膜覆盖对表层SOC的积累无促进作用，甚至降低了表层及亚表层SOC含量。张英英等[44]在15年长期定位试验中发现，秸秆覆盖较不覆盖SOC、LOC及CPMI显著增加了16.3%、28.3%和37.0%。梁贻仓等[45]研究发现，秸秆覆盖显著提高了SOC、LOC和CPMI，而地膜覆盖对其影响则较小。这些结论与本试验结果基本一致 (表6)。本研究还发现，在试验期间 (2015—2017年)，随着种植年限的增加，RFPS较NPP和CK显著提高了表层土SOC、LOC及CPMI，且明显提高了亚表层土LOC及CPMI。这主要是由于垄沟覆盖具有更高的水分保持与供应能力 (表2) 及良好的温度条件，增加了冬小麦生物量且丰富了土壤有机碳源 (根系残茬、凋落物、秸秆等) 的投入，提高了微生物数量及活性，增强了有机物的转化能力和活性[46]。此外，本研究还发现，RFPS处理较NPS处理可能更有利于提高SOC、LOC和CPMI，这可能与不同覆盖方式下有机物矿化速率和矿化量有关[45, 47]。
3.4 土壤酶活性土壤酶活性是作物吸收养分的重要驱动因子，被认为是有机质分解的“传感器”[48]。覆盖栽培可以改善土壤质量及环境条件，因而对土壤酶活性具有很大的影响[49–50]。Zhang等[4]研究发现，秸秆覆盖较不覆盖0—60 cm土层脲酶、磷酸酶和转化酶活性分别增加了19.6%、39.4和44.3%。杜社妮等[51]研究发现，地膜覆盖提高了土壤蔗糖酶和磷酸酶活性，而对脲酶活性影响较小。李荣等[52]研究指出，垄上覆地膜且沟内覆玉米秸秆可以明显提高土壤肥力及酶活性水平。本研究发现，覆盖栽培均提高了土壤蔗糖酶、脲酶及磷酸酶活性，且表层土壤增幅高于亚表层。这主要是由于覆盖栽培能够改善土壤理化性质，增加根系生物量，增强土壤呼吸，促进根系酶或分泌物的释放，从而提高了土壤酶活性[53]；而相对于亚表层土壤，表层土壤具有较高的微生物数量和活跃度，且土壤酶活性存在表层富集效应，因而表层土壤酶活性高于亚表层[54]。本研究还发现，随着栽培年限的增加，RFPS与NPS处理均显著增强了表层土壤蔗糖酶、脲酶和磷酸酶活性，且前者增幅显著高于后者。这主要是由于秸秆覆盖提高了表层土壤持水性和有机底物，增加了微生物数量及生物量碳氮，为酶活性累积提供了良好的环境条件[10, 29]；而垄沟覆盖较秸秆覆盖受外界变化干扰小，土壤性质趋于稳定，更易于形成优越的微环境，促进微生物生长与繁殖，进而增强了亚表层土壤酶活性[31]。另外，本研究还发现，随着栽培年限的增加，NPP处理明显提高了表层土壤蔗糖酶活性，但对脲酶和磷酸酶活性影响较小。这一结果可能与土壤多糖分解速率[55]、尿素和磷酸基团含量有关[51]。
4 结论1) 3种覆盖栽培方式均提高了冬小麦籽粒产量 (P < 0.05) 和水分利用率，其增幅顺序为垄沟覆盖 > 地膜覆盖 > 秸秆覆盖 ( P < 0.05)；同时，3种覆盖栽培方式均有效地增加了冬小麦籽粒和秸秆氮磷钾吸收量，尤其是垄沟覆盖和地膜覆盖 ( P < 0.05)。
2) 垄沟覆盖显著增加了表层土壤养分、有机碳、活性有机碳及酶活性水平 (P < 0.05)，其增幅明显高于地膜覆盖和秸秆覆盖，而且改善了亚表层土壤肥力状况；地膜覆盖显著提高了表层土壤蔗糖酶活性水平 ( P < 0.05)，而对土壤养分、有机碳、活性有机碳和其他酶活性影响较小，甚至一定程度上降低了全氮和有机碳含量；随着栽培年限的增加，秸秆覆盖显著提高了表层土壤速效养分、有机碳、活性有机碳和酶活性水平 ( P < 0.05)，但对亚表层土壤微环境影响较小。
综上所述，垄沟覆盖栽培方式对提高渭北旱地冬小麦生产力及土壤肥力水平具有显著效果，可在当地农业生产中推广使用。
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