绿肥配施减氮提升干旱区春小麦水分利用效率的机制研究

为解决干旱区水资源短缺与粮食高产之间的矛盾，研究人员开展绿肥(GM)配施减氮对春小麦产量(GY)及水分利用效率(WP)影响的研究。通过3年田间试验发现，30,000 kg ha?1 GM+15%减氮处理可显著提高土壤水分储存(SWS)、降低土壤蒸发(SE)、促进蒸腾(T)，最终使GY和WP分别提升28.1%和22.7%。该研究为干旱区节水增效农业提供了创新方案。

　　

全球气候变化背景下，干旱区农业面临水资源短缺与粮食安全的双重挑战。中国西北干旱灌溉区年均蒸发量高达2400毫米，而降水量不足160毫米，传统小麦种植模式中长达8个月的休耕期导致土壤水分大量流失。更严峻的是，农民为追求高产长期过量施用氮肥，不仅造成50%的氮素流失，还加剧了土壤酸化和水分消耗。如何通过可持续农业措施实现"节水保产"，成为干旱区农业发展的核心命题。

甘肃农业大学农学院的研究团队在《Agricultural Water Management》发表的研究，创新性地将绿肥还田与氮肥减施相结合，建立了"春小麦-豆科绿肥→春小麦"轮作体系。通过201-2023年的田间试验，设置7种处理（常规施氮无绿肥对照及6种绿肥量×减氮比例组合），系统监测了土壤水分动态、作物耗水特征及产量形成机制。研究采用微蒸渗仪测定土壤蒸发(SE)，通过水分平衡方程计算蒸散量(ET)，结合根系生物量(RB)和冠层覆盖度(CC)等生长指标，解析了绿肥减氮对水分利用效率(WP)的提升路径。

3.1 GY和WP

30,000 kg ha^?1 GM+15%减氮(M3N85)处理表现最优，三年平均GY达5281 kg ha^?1，较常规施氮(N100)提高28.1%；WP提升22.7%至1.58 kg m^?3，证实该模式可实现"节水增产"双赢。

3.2 土壤水分状态

绿肥减氮显著增加0-120 cm土层SWS，其中M3N85在生殖生长期使0-30 cm土层SWS提高25.6%。微蒸渗仪数据显示，该处理使全生育期SE降低19.9%，而T在并发生长期和生殖生长期分别增加35.0%和29.2%，优化了水分消耗结构。

3.3 SOM和STN

M3N85处理使土壤有机质(SOM)和全氮(STN)分别提升13.7%和15.2%，其分解过程与小麦需肥规律同步，缓解了传统施肥"前促后衰"的问题。

3.4 作物生长特性

冠层分析表明，M3N85在生育后期CC保持较高水平（较N100高15.3%），干物质积累(DMA)在开花至成熟期增加30.3%，形成"库大源足"的高产架构。

3.5-3.6 关联分析与机制解析

结构方程模型(SEM)显示，DMA通过三条路径提升WP：直接促进GY（路径系数1.10）、增加T（0.58）和抑制SE（-0.67）。随机森林模型进一步证实，0-60 cm SWS和DMA对WP变异的解释度达84.2%。

该研究突破性地揭示了绿肥减氮协同增效的生理生态机制：绿肥还田通过物理覆盖和改善土壤结构减少无效蒸发，其缓释氮特性匹配小麦后期需肥高峰；减氮措施避免前期旺长，将水分留存在关键生育期。提出的30,000 kg ha^?1 GM+15%减氮模式，为干旱区构建"用地养地结合"的可持续农业体系提供了量化标准，对实现联合国SDGs中的零饥饿与清洁用水目标具有实践意义。未来研究可进一步解析绿肥种类、还田深度与减氮比例的协同效应，推动该技术在更广泛生态区的应用。