气候变化,尤其是由于CO2等温室气体过多排放导致的全球气候变暖,对农田环境和农作物本身产生深远影响,对粮食的高产稳产形成巨大威胁。寻找一种能够在控制甚至降低农业碳排放的同时实现节水高产的农业模式成为亟待解决的问题。玉米作为我国第一大作物,是我国重要的粮食和饲料来源,其中近2/3为旱作玉米,经常因干旱造成严重损失。玉米生育期耗水较多且对水分胁迫比较敏感,干旱一般可造成玉米减产20%–30%,是限制玉米产量的最主要因素。同时,随着近年来气候的变化,华北平原地区夏玉米生育前期经常遭受干旱的胁迫,对夏玉米生长和产量的稳定构成了现实的威胁,鉴于此,本研究针对夏玉米农田,设置不同覆盖条件和不同底墒处理,探究能够实现玉米群体内在生理机制综合调优,实现水、光、热资源的综合利用,实现夏玉米稳产高产的覆盖模式与底墒处理的优化组合。探讨通过覆盖和底墒优化组合进一步提高农田水–碳利用效率的潜力,协调农田生态系统的水循环与碳循环,以期为我国华北平原地区的节水农业研究提供理论依据和技术支持。试验于2014和2015年在山东农业大学农学试验站水分池进行,试验设计方法为裂区试验设计,主区为0(N)、0.6(M)kg·m–2两种小麦秸秆覆盖条件,副区为30mm、70mm和110mm三种播前灌溉量(底墒),共6个处理,每个处理3次重复,共18个小区,随机区组排列。每个水分池内播种5行,行距60 cm,株距22.2 cm,种植密度为7.5棵·m–2,夏玉米所用品种为“登海661”。两个生长季内夏玉米发育至五叶期时,将事前准备好的上季小麦秸秆切成5–8 cm小段,均匀覆盖土壤表面。夏玉米生长季中测定和计算土壤体积含水量、降雨量、农田蒸散量、光合有效辐射(Photosynthetically Active Radiation–PAR)截获率、地上部干物质、叶面积指数、土壤呼吸速率、穗数、穗行数、行粒数、千粒重、籽粒产量等,对夏玉米农田水–碳利用进行深入研究。试验结果如下:在70mm和110mm播前灌溉量条件下,秸秆覆盖对土壤体积含水量有显著的提升作用,30mm播前灌溉量条件下则是覆盖处理土壤体积含水量低于不覆盖处理,覆盖措施对土壤不同层次体积含水量的影响程度不同,并且对各处理生长季总蒸散量影响并不显著。2014年,最大干物质积累量出现在M70处理,其次为M110处理,两者无显著性差异;2015年,最大干物质积累量出现在M110处理,其次为M70处理,两者无显著性差异。秸秆覆盖和适当提高播前底墒对夏玉米茎叶和穗的生长均有促进作用。2014和2015两年中最大穗重均出现在M110处理,分别达到1093.8和1587.75g·m–2;2014年最大茎叶重出现在M70处理,达到1502.8g·m–2,而2015年最大茎叶重出现在M110处理,达到948.5g·m–2。随着时间的推移,夏玉米农田土壤呼吸速率呈现降低的趋势,秸秆覆盖对夏玉米农田土壤呼吸具有抑制作用。底墒对土壤呼吸速率影响在各处理间无一致性,但是可以发现:夏玉米农田土壤呼吸速率从生育早期的倾向于随着底墒增加呼吸速率增加到生育中期三个底墒条件基本一致再到生育后期随着底墒的增加呼吸速率减小的总体趋势。秸秆覆盖对夏玉米农田土壤表面CO2排放通量具有抑制作用,适当底墒有助于降低土壤表面CO2排放通量,但是并无一致结果,以播前灌溉量为70mm时降低状况最多。秸秆覆盖措施对夏玉米呼吸产量比具有降低作用,同时底墒的增加也是降低呼吸产量比的一种途径,两年中呼吸产量比最大值均出现在N30处理最小值均出现在M110处理。另外,两年中同等处理条件下除N110处理外2015年夏玉米呼吸产量比均显著低于2014年,降低比例分别达到34.4%、40.8%、38.0%、25.3%、15.6%和6.9%。两年中最高产量均出现在M110处理,2014年达到1011.7g·m–2、2015年达到1350.69g·m–2。2015年各处理产量明显高于2014年。一方面,随着底墒的增加,产量呈现显著增加的趋势,另一方面,秸秆覆盖有助于提高夏玉米产量。秸秆覆盖处理对夏玉米水分利用效率(WUE)具有提升作用,同时,适当增加底墒,WUE也会随之增加。另外,2015年夏玉米的WUE均优于2014年同等条件下夏玉米WUE。两年中,最大WUE均出现在M110处理中,分别达到3.2 kg·m–3和4.6 kg·m–3。