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摘要[目的]研究渭北旱塬免耕结合不同覆盖对春玉米产量和土壤物理性状的影响，以期对该区农业生产提供理论依据。[方法]选取先玉335为供试材料，以传统耕作不覆盖为对照，通过大田试验测定和分析了免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖、免耕地膜覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖下土壤容重、孔隙度、含水量以及水分利用效率的变化。[结果]免耕覆盖处理能够不同程度降低20～40 cm土层土壤容重，显著提高春玉米播前0～80 cm土层土壤含水量；免耕地膜秸秆覆盖和免耕地膜覆盖较对照春玉米播前0～300 cm土层土壤贮水量增加63.7和62.5 mm，水分利用效率提高69.7%和22.4%。[结论]渭北旱塬地区春玉米种植适宜免耕地膜秸秆双元覆盖的方式。
关键词 玉米；免耕；产量；容重；孔隙度；水分利用效率
中图分类号 S152 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）27-0142-04
Abstract [Objective]To study the effects of notillage combined with different coverage on soil physical properties and maize yield in order to provide theoretical basis for the agricultural production. [Method]Xianyu 335 was used as tested material ，and conventional tillage（CT） with no mulching was set as control check， a field experiment was carried out on dryland field of Weibei Highland， this research included five treatments， CT， NT（notillage with no mulching）， NTS（notillage with straw）， NTP（notillage with plastic）， NTSP（notillage with straw and plastic）. Soil bulk density， soil porosity， water content and water use efficiency（WUE） were measured. [Result]Soil bulk density of 20-40 cm soil layer were reduced inordinately and soil water content before spring maize sowing of 0 - 80 cm soil layer were enlarged significantly with notillage cover managements.The soil water storage presowing of NTS and NTP were increased 63.7 and 62.5mm， the WUE were enlarged by 69.7% and 22.4% than CT， separately， and the difference was significant.[Conclusion] It is suitable for the cultivation of spring maize in the way of notillage with straw and plastic in Weibei Highland.
Key words Corn；Notillage；Yield；Soil bulk density；Soil total porosity；WUE
渭北旱塬地处黄土高原南部，属于半湿润易旱气候区，年降水量420～700 mm，降雨主要集中在7—9月，降雨时空分配不均匀且变化较大。春玉米是渭北旱塬地区的主要粮食作物之一，降雨短缺以及降雨季节分布不均是制约该地区春玉米生长发育、导致作物产量低而不稳的主要因素[1]。长期以来，传统耕作方式对耕层土壤扰动较大，频繁耕翻土壤，容易破坏土壤结构，造成土壤肥力下降，影响作物产量[2]。大量研究表明[3-8]，保护性耕作能够改善农田作物生长环境，改良土壤结构，培肥地力，增加土壤入渗能力，提高土壤蓄水保水能力，提高农田水分利用效率，增加作物产量，并且能够有效控制水土流失，是具有生态保护意义的可持续农业形式，已成为该区旱作农业研究的重点。张海林等[9]研究显示，相比于传统耕作处理，免耕可显著增加土壤蓄水量，提高水分利用效率，增幅均达到10%；余海英等[10]研究认为，免耕能够提高土壤蓄水能力和农田水分利用效率，促进作物增产，其主要原因是免耕降低了土壤容重，增加了土壤总孔隙度；张萌等[11]在陕西合阳县10年的玉米连作试验研究表明，与传统耕作相比，免耕覆盖玉米增产1 012.5 kg/hm2，增产率为17.6%。目前，研究保护性耕作对玉米产量、土壤肥力以及土壤水分状况影响的报道较多，主要集中在免耕[12]、免耕秸秆覆盖[13]以及不同耕作方式组成的轮耕[14]，但以免耕为主要耕作方式，结合不同覆盖的研究报道较少。该试验在渭北旱塬春玉米连作10年的基础上，以传统耕作不覆盖为对照，通过研究4种免耕覆盖措施对作物产量和土壤物理性质的影响，旨在探索适合该区域可持续发展的耕作措施，以期对渭北旱塬农业生产有现实指导意义。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
利用陕西省长武农业生态试验站在渭北旱塬典型代表地区2005年设定的保护性耕作定位田间试验，连续10年免耕（NT）、免耕秸秆覆盖（NTS）、免耕地膜覆盖（NTP）和免耕地膜秸秆覆盖（NTSP）处理，以传统耕作（CT）为对照，研究保护性耕作对农业生态的影响。渭北旱塬区属暖温带半湿润大陆性季风气候，是典型的旱作农业区，农作物以一年一熟小麦或玉米为主。试验地海拔1 200 m，日照時数2 226 h ，年均气温9.1 ℃，无霜期171 d，>10 ℃积温3 029 ℃，年均降水量为578.5 mm，且季节性分布不均，降雨量主要集中在7—9月。试验区土壤为黑垆土，耕层土壤pH为8.3，有机质11.97 g/kg，全氮0.87 g/kg，全磷1.22 g/kg，碱解氮49.64 mg/kg，速效磷16.22 mg/kg，速效钾147.35 mg/kg，土壤肥力状况在该区具有典型代表性。玉米生育期年均降雨量为412.8 mm，玉米生育期降雨量为502.6 mm，8、9月降雨量占生育期总降雨量的66.14%（图1）。 1.2 试验设计
试验于2014年4月27日—9月21日开展，共设5个处理：
①传统耕作（CT），在春玉米播种前进行翻耕，地表不覆盖；②免耕（NT），播前不做耕翻处理，地表不覆盖；③免耕秸秆覆盖（NTS）；播前不做耕翻处理，地表玉米行间覆盖秸秆，覆盖量为上一季玉米收获后总的地上部秸秆；④免耕地膜覆盖（NTP），播前不做耕翻处理，宽行覆盖地膜，在地膜上打孔种植；⑤免耕地膜秸秆覆盖（NTSP），播前不做耕翻处理，宽行覆盖地膜，地膜之间覆盖秸秆，覆盖量同NTS处理。
3次重复，共计15个小区，每小区面积35 m2（7 m×5 m），所有小区均以氮肥和磷肥作为基肥，施N量为150 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2，其中氮肥用尿素，含氮量为46%，磷肥用过磷酸钙，含P2O516%。传统耕作条件下，肥料于玉米播种前撒施，翻入地表；免耕条件下，玉米行间沟施，田间管理同大田。供试玉米品种为先玉335，种植密度为57 000株/ hm2，采取宽窄行种植，宽行60 cm，窄行30 cm，株距20 cm。试验所用地膜为宽60 cm、厚0.015 mm的聚乙烯薄膜。
1.3 土壤样品采集和分析
在春玉米播种前和收获后，采用土钻烘干法测定0～300 cm土层土壤含水率，取样深度为0～100 cm土层每10 cm为一层，100～300 cm土层每20 cm为一层；在玉米收获后，按0～20和20～40 cm 2个土层取样，每个小区选取3个采样点，采用环刀法测定土壤容重；玉米收获时期在每个试验小区随机取玉米5株，测定相关农艺指标。
2 结果与分析
2.1 免耕覆盖对土壤容重和孔隙度的影响
土壤容重是土壤物理性状的一项重要指标，不同耕作处理对土壤物理性状的影响直接表现在土壤容重的变化上。从表1可以看出，在经过10年的保护性耕作定位试验后，与传统耕作不覆盖相比，在0～20 cm土层，免耕秸秆覆盖土壤容重下降1.5%，免耕不覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖土壤容重则均上升3.8%，但差异均未达到显著水平；免耕地膜覆盖较传统耕作不覆盖土壤容重上升12.0%，达到显著水平；在20～40 cm土层，免耕土壤容重较传统耕作不覆盖均不同程度下降，以免耕秸秆覆盖土壤容重下降最为显著，达10.2%，免耕地膜覆盖次之，为4.8%。综上所述，以免耕为主的保护性耕作能够有效降低20～40 cm土壤容重，且以免耕结合秸秆覆盖效果最为显著。
土壤总孔隙度是指土壤孔隙容积占土体容积的百分比，孔隙度大小能够反映土壤结构的好坏，也是重要的土壤物理性状指标，一般认为良好的土壤孔隙度在55%～65%。土壤总孔隙度与土壤容重呈负相关，容重越大，孔隙度越小；容重越小，孔隙度越大。0～20 cm土层，传统耕作不覆盖处理土壤具有较高的土壤总孔隙度，免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖较之有不同程度的增加或减少，但差异均不显著；免耕地膜覆盖土壤总孔隙度较传统耕作不覆盖显著减少。在20～40 cm土层，免耕秸秆覆盖和免耕地膜覆盖总孔隙度较传统耕作不覆盖分别增加17.1%和8.0%，且均达到差异显著水平。土壤总孔隙度的增多意味着土壤拥有更多的通气孔隙，而疏松多孔的土壤环境有利于作物根系生长，从而促进作物生长发育，有利于作物的稳产和增产。
2.2 免耕覆盖对土壤含水率剖面分布的影响
水分是植物生长和发育的必要条件之一，对半湿润易旱气候区来说，适当的地表覆盖能够有效保持土壤水分，从而有利于将有限的降水资源更多地贮存在土壤中。从图2可以看出，在春玉米播种前，0～300 cm土层土壤含水量整体呈先减少后增加最后逐步趋于稳定的趋势。在0～80 cm土层，与传统耕作不覆盖相比较，免耕覆盖能够显著提高土壤含水量，平均增幅在17.7%～28.3%，且以免耕地膜秸秆双元覆盖效果最为显著；同时在该土层出现土壤含水量最大值和最小值，以传统耕作不覆盖最小，为16.0%，以免耕秸秆地膜双元覆盖最大，达24.2%；不同保护性耕作措施之间，免耕地膜秸秆双元覆盖较其余3种保护性耕作能够显著增加50～100 cm土壤含水量。在100～150 cm土层，不同处理之间土壤含水量逐步趋于一致。在150 cm以下土层，各处理土壤平均含水量变化在18.9%～19.3%，不同土层土壤含水量虽有差异但不显著。
在春玉米收获后，不同处理0～300 cm土层土壤含水量基本呈现先减少后增大再减少，最后趋于稳定的趋势。9月有196.8 mm的降雨，占到生育期总降雨量的39.2%，大量降水使得春玉米收获后表层土壤具有较高含水量，0～20 cm土层土壤含水量保持在20.2%～22.3%，其中以传统耕作不覆盖最低，免耕秸秆覆盖最高。在40～100 cm土层，土壤含水量随着土层深度的增加而增加，以免耕地膜秸秆双元覆盖增加最为显著，平均土壤含水量达23.5%。100 cm土层是土壤含水量的一个拐点，各处理土壤含水量迅速减少，以免耕地膜覆盖降低幅度最为显著，传统耕作不覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖次之，免耕不覆盖和免耕秸秆覆盖土壤含水量降低最为缓慢。在280～300 cm，各处理土壤含水量逐步趋于稳定，平均土壤含水量保持在17.9%～18.7%。
2.3 免耕覆盖对土壤贮水量和春玉米水分利用效率的影响
从表2可以看出，不同免耕覆盖处理与传统耕作不覆盖春玉米播前0～300 cm贮水量、收获后0～300 cm贮水量、生育期作物耗水量及水分利用效率均差异显著。在春玉米播前，传统耕作不覆盖0～300 cm土壤贮水量最低，仅有730.9 mm，保护性耕作土壤贮水量增加33.8～67.8 mm，主要原因是0～80 cm土壤含水量的顯著提高，这对作物出苗具有重要意义。在春玉米收获后，免耕不覆盖和免耕秸秆覆盖0～300 cm土壤贮水量最高，分别较传统耕作不覆盖增加62.5～63.7 mm；地膜秸秆双元覆盖次之，增加43.2 mm；免耕地膜覆盖较传统耕作不覆盖略有减少，但差异不显著。生育期耗水量以免耕地膜覆盖最高，免耕秸秆覆盖最低。水分利用效率由高到低依次为免耕地膜秸秆双元覆盖、免耕地膜覆盖、传统耕作不覆盖、免耕秸秆覆盖、免耕不覆盖，免耕地膜秸秆双元覆盖和免耕地膜覆盖水分利用效率较传统耕作不覆盖提高69.7%和22.4%。 3 结论与讨论
在经过连续10年的长期定位试验后，除免耕秸秆覆盖以外，其余3种处理0～20 cm土层土壤容重均高于传统耕作不覆盖，以免耕地膜覆盖容重最大，增幅达到12.0%，这可能是由于地膜覆盖透气性差所导致的[15]；但4种免耕覆盖处理均能够降低20～40 cm土层土壤容重，这主要是免耕对土壤扰动较少，有利于增强土壤结构稳定性、降低土壤容重和改善土壤孔隙状况[12]；4种免耕覆盖措施中以免耕秸秆覆盖降低土壤容重的效果最显著，这与雷金银等[15]、孙利军等[16]和张婧等[17]的研究结果较为一致。武均等[18]的研究结果显示，免耕秸秆覆盖能够显著降低0～30 cm各土层土壤容重，并显著提升土壤孔隙度。在旱地农作区，免耕秸秆覆盖一方面能够缓解外力对土壤结构的破坏[15]，另一方面秸秆在微生物作用下腐解，有助于增加表层土壤腐殖质含量，提高土壤孔隙度，进而降低土壤容重[16]。因此，随着实施保护性耕作时间的推移，免耕秸秆覆盖对降低土壤容重的作用最为显著。
免耕作为重要的保护性耕作措施，能减少机械对土壤的扰动和碾压，进而能降低土壤容重，改善土壤孔隙状况，显著提高耕层土壤的渗透性能，有利于土壤蓄水保墒[14]。该试验中，保护性耕作能够显著提高春玉米播前0～80 cm土层土壤含水量，以免耕地膜秸秆双元覆盖效果最佳。播前土壤含水量对作物出苗的影响较大，显著增加表层土壤含水量，对确保苗齐、苗壮具有重要意义。在春玉米收获后，免耕和免耕秸秆覆盖处理的深层土壤含水量显著高于其他处理，主要是免耕结合覆盖措施有利于保持土壤的深层蓄水[10]，由于免耕和免耕秸秆覆盖处理春玉米产量较低，减少了作物对土壤水分的消耗，从而将更多的降雨储存在土壤中。传统耕作和免耕地膜秸秆双元覆盖处理土壤贮水量差异较小，但产量差异显著。此外，该研究以免耕地膜秸秆双元覆盖水分利用效率最高，较传统耕作提高69.7%，免耕结合地膜秸秆双元覆盖能够有效提高土壤蓄水保墒能力，有利于提高土壤微生物活性和作物根系生长，促进作物生长发育，从而显著提高作物产量和水分利用效率[19]。试验结果表明，免耕地膜覆盖处理土壤150 cm以下含水量较传统耕作显著减少，产量和水分利用效率虽有显著增加，但却加剧了深层土壤水分的过度消耗。
该试验结果表明：免耕覆盖能够提高春玉米播前0～80 cm土壤含水量和0～300 cm土层土壤贮水量，不同程度降低土壤20～40 cm土层土壤容重；免耕地膜覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖能够显著提高春玉米产量和水分利用效率，且双元覆盖效果优于地膜覆盖。
参考文献
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关键词 玉米；免耕；产量；容重；孔隙度；水分利用效率
中图分类号 S152 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2017）27-0142-04
Abstract [Objective]To study the effects of notillage combined with different coverage on soil physical properties and maize yield in order to provide theoretical basis for the agricultural production. [Method]Xianyu 335 was used as tested material ，and conventional tillage（CT） with no mulching was set as control check， a field experiment was carried out on dryland field of Weibei Highland， this research included five treatments， CT， NT（notillage with no mulching）， NTS（notillage with straw）， NTP（notillage with plastic）， NTSP（notillage with straw and plastic）. Soil bulk density， soil porosity， water content and water use efficiency（WUE） were measured. [Result]Soil bulk density of 20-40 cm soil layer were reduced inordinately and soil water content before spring maize sowing of 0 - 80 cm soil layer were enlarged significantly with notillage cover managements.The soil water storage presowing of NTS and NTP were increased 63.7 and 62.5mm， the WUE were enlarged by 69.7% and 22.4% than CT， separately， and the difference was significant.[Conclusion] It is suitable for the cultivation of spring maize in the way of notillage with straw and plastic in Weibei Highland.
Key words Corn；Notillage；Yield；Soil bulk density；Soil total porosity；WUE
渭北旱塬地处黄土高原南部，属于半湿润易旱气候区，年降水量420～700 mm，降雨主要集中在7—9月，降雨时空分配不均匀且变化较大。春玉米是渭北旱塬地区的主要粮食作物之一，降雨短缺以及降雨季节分布不均是制约该地区春玉米生长发育、导致作物产量低而不稳的主要因素[1]。长期以来，传统耕作方式对耕层土壤扰动较大，频繁耕翻土壤，容易破坏土壤结构，造成土壤肥力下降，影响作物产量[2]。大量研究表明[3-8]，保护性耕作能够改善农田作物生长环境，改良土壤结构，培肥地力，增加土壤入渗能力，提高土壤蓄水保水能力，提高农田水分利用效率，增加作物产量，并且能够有效控制水土流失，是具有生态保护意义的可持续农业形式，已成为该区旱作农业研究的重点。张海林等[9]研究显示，相比于传统耕作处理，免耕可显著增加土壤蓄水量，提高水分利用效率，增幅均达到10%；余海英等[10]研究认为，免耕能够提高土壤蓄水能力和农田水分利用效率，促进作物增产，其主要原因是免耕降低了土壤容重，增加了土壤总孔隙度；张萌等[11]在陕西合阳县10年的玉米连作试验研究表明，与传统耕作相比，免耕覆盖玉米增产1 012.5 kg/hm2，增产率为17.6%。目前，研究保护性耕作对玉米产量、土壤肥力以及土壤水分状况影响的报道较多，主要集中在免耕[12]、免耕秸秆覆盖[13]以及不同耕作方式组成的轮耕[14]，但以免耕为主要耕作方式，结合不同覆盖的研究报道较少。该试验在渭北旱塬春玉米连作10年的基础上，以传统耕作不覆盖为对照，通过研究4种免耕覆盖措施对作物产量和土壤物理性质的影响，旨在探索适合该区域可持续发展的耕作措施，以期对渭北旱塬农业生产有现实指导意义。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
利用陕西省长武农业生态试验站在渭北旱塬典型代表地区2005年设定的保护性耕作定位田间试验，连续10年免耕（NT）、免耕秸秆覆盖（NTS）、免耕地膜覆盖（NTP）和免耕地膜秸秆覆盖（NTSP）处理，以传统耕作（CT）为对照，研究保护性耕作对农业生态的影响。渭北旱塬区属暖温带半湿润大陆性季风气候，是典型的旱作农业区，农作物以一年一熟小麦或玉米为主。试验地海拔1 200 m，日照時数2 226 h ，年均气温9.1 ℃，无霜期171 d，>10 ℃积温3 029 ℃，年均降水量为578.5 mm，且季节性分布不均，降雨量主要集中在7—9月。试验区土壤为黑垆土，耕层土壤pH为8.3，有机质11.97 g/kg，全氮0.87 g/kg，全磷1.22 g/kg，碱解氮49.64 mg/kg，速效磷16.22 mg/kg，速效钾147.35 mg/kg，土壤肥力状况在该区具有典型代表性。玉米生育期年均降雨量为412.8 mm，玉米生育期降雨量为502.6 mm，8、9月降雨量占生育期总降雨量的66.14%（图1）。 1.2 试验设计
试验于2014年4月27日—9月21日开展，共设5个处理：
①传统耕作（CT），在春玉米播种前进行翻耕，地表不覆盖；②免耕（NT），播前不做耕翻处理，地表不覆盖；③免耕秸秆覆盖（NTS）；播前不做耕翻处理，地表玉米行间覆盖秸秆，覆盖量为上一季玉米收获后总的地上部秸秆；④免耕地膜覆盖（NTP），播前不做耕翻处理，宽行覆盖地膜，在地膜上打孔种植；⑤免耕地膜秸秆覆盖（NTSP），播前不做耕翻处理，宽行覆盖地膜，地膜之间覆盖秸秆，覆盖量同NTS处理。
3次重复，共计15个小区，每小区面积35 m2（7 m×5 m），所有小区均以氮肥和磷肥作为基肥，施N量为150 kg/hm2、P2O5 75 kg/hm2，其中氮肥用尿素，含氮量为46%，磷肥用过磷酸钙，含P2O516%。传统耕作条件下，肥料于玉米播种前撒施，翻入地表；免耕条件下，玉米行间沟施，田间管理同大田。供试玉米品种为先玉335，种植密度为57 000株/ hm2，采取宽窄行种植，宽行60 cm，窄行30 cm，株距20 cm。试验所用地膜为宽60 cm、厚0.015 mm的聚乙烯薄膜。
1.3 土壤样品采集和分析
在春玉米播种前和收获后，采用土钻烘干法测定0～300 cm土层土壤含水率，取样深度为0～100 cm土层每10 cm为一层，100～300 cm土层每20 cm为一层；在玉米收获后，按0～20和20～40 cm 2个土层取样，每个小区选取3个采样点，采用环刀法测定土壤容重；玉米收获时期在每个试验小区随机取玉米5株，测定相关农艺指标。
2 结果与分析
2.1 免耕覆盖对土壤容重和孔隙度的影响
土壤容重是土壤物理性状的一项重要指标，不同耕作处理对土壤物理性状的影响直接表现在土壤容重的变化上。从表1可以看出，在经过10年的保护性耕作定位试验后，与传统耕作不覆盖相比，在0～20 cm土层，免耕秸秆覆盖土壤容重下降1.5%，免耕不覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖土壤容重则均上升3.8%，但差异均未达到显著水平；免耕地膜覆盖较传统耕作不覆盖土壤容重上升12.0%，达到显著水平；在20～40 cm土层，免耕土壤容重较传统耕作不覆盖均不同程度下降，以免耕秸秆覆盖土壤容重下降最为显著，达10.2%，免耕地膜覆盖次之，为4.8%。综上所述，以免耕为主的保护性耕作能够有效降低20～40 cm土壤容重，且以免耕结合秸秆覆盖效果最为显著。
土壤总孔隙度是指土壤孔隙容积占土体容积的百分比，孔隙度大小能够反映土壤结构的好坏，也是重要的土壤物理性状指标，一般认为良好的土壤孔隙度在55%～65%。土壤总孔隙度与土壤容重呈负相关，容重越大，孔隙度越小；容重越小，孔隙度越大。0～20 cm土层，传统耕作不覆盖处理土壤具有较高的土壤总孔隙度，免耕不覆盖、免耕秸秆覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖较之有不同程度的增加或减少，但差异均不显著；免耕地膜覆盖土壤总孔隙度较传统耕作不覆盖显著减少。在20～40 cm土层，免耕秸秆覆盖和免耕地膜覆盖总孔隙度较传统耕作不覆盖分别增加17.1%和8.0%，且均达到差异显著水平。土壤总孔隙度的增多意味着土壤拥有更多的通气孔隙，而疏松多孔的土壤环境有利于作物根系生长，从而促进作物生长发育，有利于作物的稳产和增产。
2.2 免耕覆盖对土壤含水率剖面分布的影响
水分是植物生长和发育的必要条件之一，对半湿润易旱气候区来说，适当的地表覆盖能够有效保持土壤水分，从而有利于将有限的降水资源更多地贮存在土壤中。从图2可以看出，在春玉米播种前，0～300 cm土层土壤含水量整体呈先减少后增加最后逐步趋于稳定的趋势。在0～80 cm土层，与传统耕作不覆盖相比较，免耕覆盖能够显著提高土壤含水量，平均增幅在17.7%～28.3%，且以免耕地膜秸秆双元覆盖效果最为显著；同时在该土层出现土壤含水量最大值和最小值，以传统耕作不覆盖最小，为16.0%，以免耕秸秆地膜双元覆盖最大，达24.2%；不同保护性耕作措施之间，免耕地膜秸秆双元覆盖较其余3种保护性耕作能够显著增加50～100 cm土壤含水量。在100～150 cm土层，不同处理之间土壤含水量逐步趋于一致。在150 cm以下土层，各处理土壤平均含水量变化在18.9%～19.3%，不同土层土壤含水量虽有差异但不显著。
在春玉米收获后，不同处理0～300 cm土层土壤含水量基本呈现先减少后增大再减少，最后趋于稳定的趋势。9月有196.8 mm的降雨，占到生育期总降雨量的39.2%，大量降水使得春玉米收获后表层土壤具有较高含水量，0～20 cm土层土壤含水量保持在20.2%～22.3%，其中以传统耕作不覆盖最低，免耕秸秆覆盖最高。在40～100 cm土层，土壤含水量随着土层深度的增加而增加，以免耕地膜秸秆双元覆盖增加最为显著，平均土壤含水量达23.5%。100 cm土层是土壤含水量的一个拐点，各处理土壤含水量迅速减少，以免耕地膜覆盖降低幅度最为显著，传统耕作不覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖次之，免耕不覆盖和免耕秸秆覆盖土壤含水量降低最为缓慢。在280～300 cm，各处理土壤含水量逐步趋于稳定，平均土壤含水量保持在17.9%～18.7%。
2.3 免耕覆盖对土壤贮水量和春玉米水分利用效率的影响
从表2可以看出，不同免耕覆盖处理与传统耕作不覆盖春玉米播前0～300 cm贮水量、收获后0～300 cm贮水量、生育期作物耗水量及水分利用效率均差异显著。在春玉米播前，传统耕作不覆盖0～300 cm土壤贮水量最低，仅有730.9 mm，保护性耕作土壤贮水量增加33.8～67.8 mm，主要原因是0～80 cm土壤含水量的顯著提高，这对作物出苗具有重要意义。在春玉米收获后，免耕不覆盖和免耕秸秆覆盖0～300 cm土壤贮水量最高，分别较传统耕作不覆盖增加62.5～63.7 mm；地膜秸秆双元覆盖次之，增加43.2 mm；免耕地膜覆盖较传统耕作不覆盖略有减少，但差异不显著。生育期耗水量以免耕地膜覆盖最高，免耕秸秆覆盖最低。水分利用效率由高到低依次为免耕地膜秸秆双元覆盖、免耕地膜覆盖、传统耕作不覆盖、免耕秸秆覆盖、免耕不覆盖，免耕地膜秸秆双元覆盖和免耕地膜覆盖水分利用效率较传统耕作不覆盖提高69.7%和22.4%。 3 结论与讨论
在经过连续10年的长期定位试验后，除免耕秸秆覆盖以外，其余3种处理0～20 cm土层土壤容重均高于传统耕作不覆盖，以免耕地膜覆盖容重最大，增幅达到12.0%，这可能是由于地膜覆盖透气性差所导致的[15]；但4种免耕覆盖处理均能够降低20～40 cm土层土壤容重，这主要是免耕对土壤扰动较少，有利于增强土壤结构稳定性、降低土壤容重和改善土壤孔隙状况[12]；4种免耕覆盖措施中以免耕秸秆覆盖降低土壤容重的效果最显著，这与雷金银等[15]、孙利军等[16]和张婧等[17]的研究结果较为一致。武均等[18]的研究结果显示，免耕秸秆覆盖能够显著降低0～30 cm各土层土壤容重，并显著提升土壤孔隙度。在旱地农作区，免耕秸秆覆盖一方面能够缓解外力对土壤结构的破坏[15]，另一方面秸秆在微生物作用下腐解，有助于增加表层土壤腐殖质含量，提高土壤孔隙度，进而降低土壤容重[16]。因此，随着实施保护性耕作时间的推移，免耕秸秆覆盖对降低土壤容重的作用最为显著。
免耕作为重要的保护性耕作措施，能减少机械对土壤的扰动和碾压，进而能降低土壤容重，改善土壤孔隙状况，显著提高耕层土壤的渗透性能，有利于土壤蓄水保墒[14]。该试验中，保护性耕作能够显著提高春玉米播前0～80 cm土层土壤含水量，以免耕地膜秸秆双元覆盖效果最佳。播前土壤含水量对作物出苗的影响较大，显著增加表层土壤含水量，对确保苗齐、苗壮具有重要意义。在春玉米收获后，免耕和免耕秸秆覆盖处理的深层土壤含水量显著高于其他处理，主要是免耕结合覆盖措施有利于保持土壤的深层蓄水[10]，由于免耕和免耕秸秆覆盖处理春玉米产量较低，减少了作物对土壤水分的消耗，从而将更多的降雨储存在土壤中。传统耕作和免耕地膜秸秆双元覆盖处理土壤贮水量差异较小，但产量差异显著。此外，该研究以免耕地膜秸秆双元覆盖水分利用效率最高，较传统耕作提高69.7%，免耕结合地膜秸秆双元覆盖能够有效提高土壤蓄水保墒能力，有利于提高土壤微生物活性和作物根系生长，促进作物生长发育，从而显著提高作物产量和水分利用效率[19]。试验结果表明，免耕地膜覆盖处理土壤150 cm以下含水量较传统耕作显著减少，产量和水分利用效率虽有显著增加，但却加剧了深层土壤水分的过度消耗。
该试验结果表明：免耕覆盖能够提高春玉米播前0～80 cm土壤含水量和0～300 cm土层土壤贮水量，不同程度降低土壤20～40 cm土层土壤容重；免耕地膜覆盖和免耕地膜秸秆双元覆盖能够显著提高春玉米产量和水分利用效率，且双元覆盖效果优于地膜覆盖。
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