在炎热且干旱频发的地区，采用替代性的秸秆覆盖方法可以通过调节土壤温度和保持水分来提高高粱的产量和盈利能力

《Field Crops Research》：Alternate straw mulching improves sorghum productivity and profitability via moderating soil temperature and conserving moisture in a hot, drought-prone region

在贵州山区开展三年田间试验，比较交替秸秆覆盖（ASM）、起垄地膜覆盖（RFM）与传统不覆盖（NM）对土壤水热条件、水分利用效率（WUE）及高粱产量和经济可持续性的影响。结果显示ASM显著降低5-20cm土层温度（1.1-1.4℃），缓解高温胁迫，同时提高土壤储水能力和WUE，尤其在干旱年份（2022年）表现更优，WUE提升达32.4%-52.1%，产量增加13%-25.8%，经济效益提高13.9%-38.5%。RFM虽在正常年景提升产量22.5%-26.8%，但加剧高温胁迫并增加成本。研究证实ASM通过协同调控水热环境实现抗旱增产，是夏季高温干旱区的可持续种植方案。

　　

陈玉章|刘欣|吴松国|莫伟|李敏|刘曦|王立成|李瑞|龚丽娟

四川科学技术大学食品与酿酒工程学院，中国宜宾644000

摘要

高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）是中国西南地区的重要作物，对粮食供应、动物饲料和酿造产业都具有重要意义。然而，该地区的雨养生产受到季节性干旱和夏季高温的限制。2020年至2022年，在贵州省一个典型的雨养高粱生产区进行了为期三年的田间试验，采用随机完全区组设计，设置了三种处理方式：（ⅰ）交替秸秆覆盖（ASM），（ⅱ）垄膜覆盖（RFM），以及（ⅲ）传统不覆盖（NM，对照）。系统评估了这些措施对土壤水热条件、水分利用效率（WUE）、农艺表现、产量和经济可持续性的影响。结果表明，与NM相比，ASM使根区（5–20厘米）温度降低了1.1–1.4°C，从而缓解了粮食产量形成关键阶段的热应力；而RFM则使温度升高了0.7–1.5°C。两种覆盖方式（RFM和ASM）均显著提高了0–100厘米土层的土壤水分储存量（SWS）和WUE。具体而言，RFM使SWS提高了4.0%–13.3%，WUE提高了16.2%–53.1%，而ASM分别提高了5.1%–14.8%和3.3%–32.4%。值得注意的是，在干旱年份2022年，WUE的改善幅度（32.4%–52.1%）比在正常降雨年份2020年和2022年（3.3%–17.1%）更为显著。这种年际变化主要由蒸散量（ET）模式和粮食产量的差异驱动。在正常降雨年份，RFM和ASM下的ET分别比NM高4.1%–9.6%和5.0%–12.7%。相反，在干旱年份，RFM下的ET显著降低了1.8%，ASM下的ET降低了5.0%。同时，相对于NM，干旱年份的粮食产量增幅（RFM：50.4%；ASM：25.8%）大于正常年份（RFM：22.5%–26.8%；ASM：13.0%–16.5%）。交替覆盖促进产量提高的关键因素是每穗籽粒数增加和千粒重增大。从经济角度来看，ASM使净收益提高了13.9%–38.5%（3323.6–3780.4元/公顷），产值/投入比提高了2.9%–14.6%；而RFM由于塑料薄膜和劳动力的额外成本，使产值/投入比降低了0.8%–19.2%。总体而言，ASM的降温和保水效果有助于优化水分利用模式，促进高粱生长，最终提高作物产量。我们的研究结果表明，ASM适用于炎热且干旱频发的地区的可持续高粱生产。

引言

高粱（Sorghum bicolor (L.) Moench）是全球第五大重要粮食作物，在热带、亚热带和温带地区广泛种植（Hossain等，2022；Utomo等，2025）。随着当地知名白酒企业的快速发展，中国西南地区已成为重要的高粱种植区，其种植面积和产量均占全国总量的54%以上（Liu等，2025；Zhang等，2024）。然而，全球气候变化带来的干旱、高温等极端天气对这一地区的农业构成了重大威胁（Bogenreuther等，2025；Zhang等，2023）。对于主要依赖雨水灌溉的西南地区而言，这一问题尤为严重，该地区经常面临连续的春夏季干旱和夏季高温的双重压力（Impa等，2019）。当温度超过28℃时，高粱会遭受高温胁迫（Prasad等，2008）。Su等（2018）的研究表明，过去六十年来中国西南地区的气温上升了约1℃，预计未来三十年内还将再上升1℃。同时，干旱的频率、强度和影响范围也在不断增加（Safian等，2022），这导致高粱早期生长受阻，籽粒灌浆不良，进而造成产量下降和年际波动（Utomo等，2025；Xu等，2018）。因此，采取适应性和协调的水资源及作物管理策略对于缓解季节性干旱和仲夏热浪、确保区域粮食安全至关重要（Liang等，2018；Paye等，2022）。这也凸显了采用可持续农业实践和气候适应性作物系统的紧迫性（Yang等，2023）。

为应对这些挑战，人们开发了多种温度调节和保水策略（Gan等，2013），包括广泛认可且有效的塑料膜覆盖和秸秆覆盖技术（Yang等，2022）。塑料膜覆盖（如垄膜覆盖RFM）能有效保持土壤水分并在干旱地区提高土壤温度，从而促进作物早期生长和产量提升（Li等，2021；Wang等，2024；Zhang等，2025）。然而，其长期应用的可持续性仍值得关注（Wang等，2023）。特别是，相关的升温效应可能会提前作物物候期，增加开花后期遭遇高温和干旱胁迫的风险，进而影响籽粒灌浆和最终产量（Yi等，2014；Zhu等，2022）。相比之下，传统的全田秸秆覆盖是一种可持续的种植方式，以其优异的保水、降温和施肥效果而闻名（Visconti等，2024；Wu等，2025）。然而，在高粱等喜温C₄作物早期生长阶段，它可能会引起低温胁迫，抑制其生长和发育，最终降低产量（Crafts-Brandner和Salvucci，2002；Lu等，2015；Zhao等，2026）。尽管通过调整覆盖材料用量来减轻过度降温，全田秸秆覆盖仍难以实现作物生长所需的最佳土壤水分和温度调节平衡（Kader等，2017；Zizinga等，2026）。因此，其广泛应用受到限制。为克服全田作物残渣覆盖的局限性，人们开发了交替秸秆覆盖（ASM）技术（Chen等，2019）。该技术将田地划分为交替覆盖区和裸地种植区（Chai等，2022a；Li等，2022）。先前的研究表明，ASM可以有效保持土壤水分并提高冷季C₃作物（如冬小麦、马铃薯）的产量，但也会显著降低土壤温度（Li等，2025；Li等，2021；Ma等，2024）。由此可见，ASM和RFM对高粱田微气候的调节作用，尤其是在调节土壤温度方面，预计会有显著差异，并在整个生长季节持续发挥作用。具体而言，RFM在早期生长阶段具有显著的升温效果，但在开花后期可能会加剧土壤热应力；而ASM则在早期生长阶段提供适度的降温缓冲，并在开花后期发挥关键的“降温”作用。这种关键生长阶段的水分和热量调节对于决定高粱最终产量和产量稳定性至关重要。然而，这些生态区域关于这一核心方面的系统研究仍不足。

我们假设交替覆盖（RFM和ASM）增加的土壤水分能够促进高粱生长和产量。然而，仍有几个关键问题尚未解决：这种改善的土壤水分是否直接提高了水分利用效率（WUE）？覆盖材料引起的不同生长阶段和土壤深度的温度调节如何促进高粱产量增加？RFM和ASM对土壤水分、WUE、植物生长和最终产量的影响有何差异？在夏季高温和干旱条件下，由此产生的土壤热条件对高粱生长是有利还是有害？为了解决这些科学问题，我们提出以下假设：与NM相比，RFM和ASM都能通过缓解干旱胁迫来提高土壤水分和高粱产量；然而，RFM会在早期生长阶段提高土壤温度（促进早期生长），但会加剧开花后的高温胁迫（不利于籽粒灌浆），而ASM则会在早期生长阶段降低土壤温度（避免过度降温胁迫），并缓解开花后的高温胁迫（有利于籽粒灌浆），从而实现比RFM和NM更高的产量稳定性。为了验证这一假设，我们在中国西南地区炎热且夏季干旱的地区进行了为期三年的田间试验，旨在系统比较ASM和RFM对高粱生产的影响，并验证ASM是否可以通过协调调节土壤水分和热量来缓解开花后的高温胁迫，从而可能提高产量稳定性。具体目标包括：（1）比较不同交替覆盖方式对土壤水热条件、WUE和高粱产量形成的影响；（2）研究土壤温度/水分与高粱生长之间的关系，并阐明这些覆盖措施对产量响应的机制；（3）对中国西南地区夏季炎热且干旱频发地区的实际应用价值进行多年比较评估，重点关注其在开花后期对土壤温度的调节能力。

实验地点描述

2020年3月至2022年8月，在中国贵州省安龙市新桥镇的一个典型雨养旱地农业站进行了为期三年的田间试验（25°8′N，105°18′E；海拔1214.1米）。该地点位于中国西南部的云贵高原山区，属于亚热带季风气候，冬季和春季干燥，夏季炎热多雨。1989年至2019年间，年均气温和降水量分别为15.3℃和1186毫米。

产量

ASM和RFM处理均显著提高了高粱的营养器官生长和产量。然而，RFM的产量潜力高于ASM（表2）。在2020年、2021年和2022年的三个生长季节中，RFM和ASM分别使产量提高了22.5%–50.4%和13.0%–25.8%，每穗籽粒数分别增加了15.9%–48.5%和7.6%–37.2%，而NM则没有显著变化。

讨论

在相同的种植密度下，ASM和RFM相比NM的产量增加主要归因于每穗籽粒数和千粒重的双重提升。RFM虽然增加了土壤水分，但也加剧了仲夏的热应力；相比之下，ASM在保持水分的同时降低了温度，使土壤环境更加凉爽湿润。

结论

本研究表明，与不覆盖（NM）和垄膜覆盖（RFM）相比，交替秸秆覆盖（ASM）是夏季炎热干旱地区雨养高粱生产的可持续策略。ASM的主要优势在于其对土壤微气候的协同调节作用，既能保持土壤水分又能降低根区温度。这种“降温和保水”效果在干旱条件下尤为重要。

CRediT作者贡献声明

吴松国：撰写——审稿与编辑、方法学、调查、数据管理。刘欣：撰写——初稿撰写、调查、数据管理。莫伟：软件应用、方法学、调查、数据管理。刘曦：数据可视化、验证。李敏：数据可视化、软件应用、数据管理。李瑞：软件应用、方法学、调查、资金获取、数据管理。王立成：调查、资金获取、数据管理。龚丽娟：数据可视化、方法学、调查

资助

本项工作得到了四川省酿酒 grain 工程技术研究中心（2022–03，2021-05）、四川省科技支撑计划（2022ZDZX0016）以及宜宾2023年农业科技创新项目（H72313006）的资助。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。