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沟垄地膜覆盖可显著提高旱地作物产量。为了降低地膜覆盖成本、提高生产效益，以每年播种时揭掉旧膜、覆上新膜为对照(P1)，研究了1次覆膜保留3年栽培方式(P3)的作物产量和土壤响应。2018-2019年在甘肃榆中县兰州大学旱地农业生态野外站开展了玉米和蚕豆的大田试验研究。试验地在2017年春季农户采用沟垄覆膜种植玉米，秋季收获后，所有地膜继续保留在农田，至到2018年春季播种之前，设置4个处理：1)一次覆膜三年持续种植玉米，地膜一直保留到2019年收获期(P3-M)；2)一次覆膜第二、三年连续种植蚕豆(P3-B)；3)2018和2019年每年播种时揭旧膜换新膜覆盖种植玉米(P1-M)；4)2018和2019年每年播种时揭旧膜换新膜覆盖种植蚕豆(P1-B)。2018-2019年持续测量各处理0-2m土壤含水量和土壤10cm深处地温，收获季测产。2019年收获时，测定土壤有机碳及其轻/重组分有机碳含量、团聚体结构和团聚体不同粒径中的土壤酶活性。用干筛法、“合适湿度”筛法和湿筛法三种方式分离土壤团聚体，用干筛法和“合适湿度”筛法分离的土样测定土壤酶活性。主要结果如下：
1)与每年新膜覆盖(P1)对比，一次覆膜保留三年(P3)降低了土壤10cm深度温度。2018-2019两年间5-10月P1-B、P3-B和P1-M、P3-M的平均地温分别为18.3℃、16.7℃和17.3℃、16.0℃。
2)各试验处理土壤含水量变化主要发生在0-60cm，0-60cm土壤储水量在P1和P3处理之间无显著差异。相对于P1-B，P3-B显著降低了2018-2019年间土壤0-2m的平均储水量(p=0.025)，但在2019年收获时，P1-B与P3-B处理之间土壤0-2m储水量差异不显著。玉米农田0-2m土壤储水量在两年生长期及2019年收获时在P1和P3处理之间均无显著差异。
3)在两个生长季中，P3-M处理的玉米全株生物量和水分利用效率均显著低于P1-M处理，2018年降幅分别为46.9%和49%，2019年降幅为41.3%和39%。蚕豆种植中，P3-B与P1-B的籽粒产量和水分利用效率均无显著差异。
4)相比于P1，P3在2018和2019年少投入了地膜和机械花费，共计3210yuan·ha-1·year-1。在玉米种植中，P3的经济效益显著低于P1，2018和2019两年总净利润降低9360yuan/ha。在蚕豆种植中，P3的经济效益显著高于P1，2018和2019两年总净利润提高8339yuan/ha。
5)2019年秋季玉米收获时，P3-M处理的土壤有机碳、土壤轻组有机碳和土壤重组有机碳含量均显著低于P1-M处理，降幅依次为25%、78.9%和7.7%。而在蚕豆种植中，仅有重组有机碳轻微降低，但未达到显著水平(p=0.086)。
6)三种团聚体分析方法对试验处理敏感性不同，干筛法最为敏感。湿筛法测定的两种作物P1和P3处理之间团聚体粒径分布和团聚体平均重量直径(MWD)均未达到显著差异。“合适湿度”筛法测定的两种作物小团聚体(0-0.25 mm)的比例P3处理显著低于P1处理，平均降幅66.2%，但对MWD无显著影响。干筛法测定结果，相对于P1处理，P3处理显著增加了大-大团聚体(＞2mm)的比例，平均增幅16.4%；降低了小团聚体(0-0.25 mm)的比例，平均降幅33.3%；并且显著地增加了MWD，平均增幅16.4%。
7)两种团聚体分离方法取得的土壤样品中，土壤酶活性(β-葡萄糖苷酶和磷酸酶)在不同粒径团聚体和耕作方式中分布规律不同。干筛法与“合适湿度”筛法都显示两种作物在各处理间酶活性存在差异显著。干筛法中，土壤酶活性在团聚体粒径间差异显著，土壤酶活性随团聚体粒径直径的增加而降低，而在耕作方式间无显著差异。“合适湿度”筛法中土壤酶活性在团聚体粒径间无明显差异，但耕作方式间差异显著。
8)采用“合适湿度”筛法研究发现，相对于P1处理，两种作物的P3处理显著降低了小-大团聚体(0.25-1 mm)和小团聚体(0-0.25 mm)中土壤β-葡萄糖苷酶活性，降幅依次为22.2%和27.1%；显著降低了大-大团聚体(＞2mm)和中-大团聚体(1-2 mm)中土壤磷酸酶活性，降幅依次为21.8%和15.4%。
综上所述，相对于每年新膜覆盖处理，第一年覆膜后，第2、3年连续保留地膜处理降低了后两年玉米产量，而在第2、3年种植蚕豆的产量几乎不受影响。这种差异是由于玉米作为喜温作物，在一次覆膜保留三年第2、3年地温不足所引起的结果。另外，一次覆膜保留三年第2、3年种植玉米时过低的产量导致经济效益下滑，第2、3年种植蚕豆时因降低了地膜和机械成本提高了经济效益。一次覆膜保留三年有利于大团聚体的构建，降低了玉米种植土壤有机碳含量和部分团聚体粒径中的土壤酶活性。总之，鉴于连续覆膜在第2、3年土壤温度较低，不利于玉米生产，不推荐一次覆膜保持3年的玉米种植模式，但在能够适当增加有机质还田量、保持土壤有机质不下降的前提下，第1年覆膜玉米，第2、3年保持地膜种植蚕豆的栽培模式是值得推荐的。
1)与每年新膜覆盖(P1)对比，一次覆膜保留三年(P3)降低了土壤10cm深度温度。2018-2019两年间5-10月P1-B、P3-B和P1-M、P3-M的平均地温分别为18.3℃、16.7℃和17.3℃、16.0℃。
2)各试验处理土壤含水量变化主要发生在0-60cm，0-60cm土壤储水量在P1和P3处理之间无显著差异。相对于P1-B，P3-B显著降低了2018-2019年间土壤0-2m的平均储水量(p=0.025)，但在2019年收获时，P1-B与P3-B处理之间土壤0-2m储水量差异不显著。玉米农田0-2m土壤储水量在两年生长期及2019年收获时在P1和P3处理之间均无显著差异。
3)在两个生长季中，P3-M处理的玉米全株生物量和水分利用效率均显著低于P1-M处理，2018年降幅分别为46.9%和49%，2019年降幅为41.3%和39%。蚕豆种植中，P3-B与P1-B的籽粒产量和水分利用效率均无显著差异。
4)相比于P1，P3在2018和2019年少投入了地膜和机械花费，共计3210yuan·ha-1·year-1。在玉米种植中，P3的经济效益显著低于P1，2018和2019两年总净利润降低9360yuan/ha。在蚕豆种植中，P3的经济效益显著高于P1，2018和2019两年总净利润提高8339yuan/ha。
5)2019年秋季玉米收获时，P3-M处理的土壤有机碳、土壤轻组有机碳和土壤重组有机碳含量均显著低于P1-M处理，降幅依次为25%、78.9%和7.7%。而在蚕豆种植中，仅有重组有机碳轻微降低，但未达到显著水平(p=0.086)。
6)三种团聚体分析方法对试验处理敏感性不同，干筛法最为敏感。湿筛法测定的两种作物P1和P3处理之间团聚体粒径分布和团聚体平均重量直径(MWD)均未达到显著差异。“合适湿度”筛法测定的两种作物小团聚体(0-0.25 mm)的比例P3处理显著低于P1处理，平均降幅66.2%，但对MWD无显著影响。干筛法测定结果，相对于P1处理，P3处理显著增加了大-大团聚体(＞2mm)的比例，平均增幅16.4%；降低了小团聚体(0-0.25 mm)的比例，平均降幅33.3%；并且显著地增加了MWD，平均增幅16.4%。
7)两种团聚体分离方法取得的土壤样品中，土壤酶活性(β-葡萄糖苷酶和磷酸酶)在不同粒径团聚体和耕作方式中分布规律不同。干筛法与“合适湿度”筛法都显示两种作物在各处理间酶活性存在差异显著。干筛法中，土壤酶活性在团聚体粒径间差异显著，土壤酶活性随团聚体粒径直径的增加而降低，而在耕作方式间无显著差异。“合适湿度”筛法中土壤酶活性在团聚体粒径间无明显差异，但耕作方式间差异显著。
8)采用“合适湿度”筛法研究发现，相对于P1处理，两种作物的P3处理显著降低了小-大团聚体(0.25-1 mm)和小团聚体(0-0.25 mm)中土壤β-葡萄糖苷酶活性，降幅依次为22.2%和27.1%；显著降低了大-大团聚体(＞2mm)和中-大团聚体(1-2 mm)中土壤磷酸酶活性，降幅依次为21.8%和15.4%。
综上所述，相对于每年新膜覆盖处理，第一年覆膜后，第2、3年连续保留地膜处理降低了后两年玉米产量，而在第2、3年种植蚕豆的产量几乎不受影响。这种差异是由于玉米作为喜温作物，在一次覆膜保留三年第2、3年地温不足所引起的结果。另外，一次覆膜保留三年第2、3年种植玉米时过低的产量导致经济效益下滑，第2、3年种植蚕豆时因降低了地膜和机械成本提高了经济效益。一次覆膜保留三年有利于大团聚体的构建，降低了玉米种植土壤有机碳含量和部分团聚体粒径中的土壤酶活性。总之，鉴于连续覆膜在第2、3年土壤温度较低，不利于玉米生产，不推荐一次覆膜保持3年的玉米种植模式，但在能够适当增加有机质还田量、保持土壤有机质不下降的前提下，第1年覆膜玉米，第2、3年保持地膜种植蚕豆的栽培模式是值得推荐的。