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为探究苜蓿改农田（AC）土壤水分恢复机制，研究人员以地膜覆盖玉米 - 马铃薯轮作的 AC 和常规农田（CC）为对象，开展 12 年试验。发现 AC 土壤水分 12 年可恢复，马铃薯比玉米更利于蓄水，降水需超 322mm，为节水农业提供策略。
在干旱半干旱地区，农田生态系统的水资源可持续管理一直是制约农业发展的关键瓶颈。紫花苜蓿（Medicago sativa L.）作为一种深根多年生豆科植物，虽在保持水土、固氮等生态功能方面表现优异，但其长期种植会导致深层土壤形成显著的水分亏缺层。这种水分亏缺不仅会抑制苜蓿自身生长，还会对后续作物的水分利用产生持续负面影响。然而，目前对于苜蓿改农田（alfalfa-converted cropland, AC）后深层土壤水分恢复的时空动态规律，以及覆盖管理、作物选择和降水等因素的调控机制尚缺乏系统认知，这极大限制了该轮作模式在干旱区的推广应用。
为填补这一知识空白，甘肃农业大学等机构的研究人员在黄土高原旱地农业生态观测研究站开展了一项为期 12 年（2010-2021 年）的田间试验。该研究以地膜覆盖的玉米 - 马铃薯轮作系统为研究对象，对比分析了苜蓿改农田（AC）与常规农田（conventional cropland, CC）的土壤水分恢复过程，旨在明确作物类型（玉米 vs. 马铃薯）和季节（生长季 vs. 休耕季）对土壤水分补给的影响，以及降水在其中的驱动作用。研究成果发表在《Agricultural Water Management》，为干旱区农田水分可持续管理提供了重要科学依据。
研究主要采用了以下关键技术方法：①土壤水分含量（SWC）测定：通过土钻法采集 0-500cm 土层样品，每 20cm 为一层，烘干法测定重量含水量，结合容重计算土壤储水量（SWS）；②土壤水分亏缺量（DS）和补给量（SWR）计算：通过 AC 与 CC 的土壤储水量差值标准化得到 DS，特定时段内储水量变化定义为 SWR；③蒸散量（ET）计算：基于水量平衡方程，结合降水量、土壤储水量变化等参数估算；④统计分析：运用方差分析（ANOVA）和线性 / 非线性回归模型，解析各因素对土壤水分恢复的影响。
3.1 土壤水分恢复与转换年限的关系
研究发现，苜蓿长期种植导致 0-500cm 土层平均 SWC 仅为 9.2%，DS 达 - 0.37，即 AC 土壤水分比 CC 低 37%。转换为 AC 后，土壤水分呈指数型恢复：浅层 0-60cm 在 2 年内恢复，而深层 200-500cm 需 12 年才基本恢复至 CC 水平。值得注意的是，马铃薯种植年后土壤水分恢复深度会出现阶梯式跃升，表明马铃薯对深层水分补给具有独特促进作用。
3.2 施肥对土壤水分恢复的影响
施肥对 AC 土壤水分的影响有限且不稳定，仅在干旱年份（第 6 年）显著降低 0-500cm SWC，但长期来看不影响整体恢复趋势。无论施肥与否，各土层水分恢复时间基本一致，说明施肥主要影响作物生长，而非土壤水分的长期恢复进程。
3.3 降水对土壤水分恢复的影响
土壤水分补给（SWR）与降水量呈显著线性关系，且存在阈值效应：当全年降水量超过 322mm 时，AC 土壤才能实现正补给。休耕期虽降水较少，但地膜覆盖显著提高了降水存储效率，其对深层（200-500cm）水分补给的贡献甚至超过生长季，突显了休耕期管理的重要性。
3.4 季节对土壤水分恢复的影响
生长季与休耕季的水分补给存在显著分层差异：0-200cm 土层生长季补给更多，而 200-500cm 土层休耕季补给更优。但从整个 0-500cm 剖面看，两季总补给量无显著差异，表明地膜覆盖下休耕期降水存储可有效补充生长季的水分消耗。
3.5 作物类型对土壤水分恢复的影响
马铃薯种植年的土壤水分补给量显著高于玉米年，前者在各土层均实现正补给，而后者接近零补给。这与马铃薯浅根性及收获后保留地膜的管理措施有关，提示增加轮作中马铃薯比例可加速水分恢复。
3.6 蒸散量与水分生产力
AC 与 CC 的蒸散量（ET）在不施肥时无显著差异，施肥后 CC 的 ET 显著升高，而 AC 保持稳定。两者的水分生产力（WP）在施肥后均提高，但 AC 凭借较高的土壤有机碳含量，在维持 ET 的同时实现了与 CC 相当的 WP，表明其在节水增产方面的双重优势。
研究表明，苜蓿改农田结合地膜覆盖可显著加速深层土壤水分恢复，12 年即可完成 0-500cm 剖面的恢复，较以往报道缩短约 1/3 时间。马铃薯轮作和休耕期地膜覆盖是关键驱动因素，前者通过浅根系统减少水分消耗，后者通过提高降水存储效率促进深层补给。此外，年降水量需超过 322mm 是实现有效恢复的气候门槛，这为黄土高原等干旱区的轮作模式推广提供了明确的气候适应性指标。施肥虽增加作物水分生产力，但对长期水分恢复无显著影响，表明 AC 系统可兼顾产量与生态可持续性。该研究不仅揭示了苜蓿改农田土壤水分恢复的时空规律，还提出了 “优先马铃薯轮作 + 全年地膜覆盖” 的优化管理策略，为干旱区农业水资源的高效利用和生态保护提供了重要理论支撑和实践指导。未来研究可进一步探索有机覆盖物替代地膜的可行性，以及不同作物轮作模式对土壤碳氮循环的影响，以完善可持续农业系统的构建。
