优化垄沟覆盖与施肥策略提升黄土高原糜子产量与资源利用效率

为解决黄土高原糜子生产受水资源和肥料利用问题制约，研究人员开展相关研究，发现优化配置可提升产量和资源利用效率，意义重大。

　　在全球变暖的大背景下，水资源短缺逐渐成为可持续农业发展路上的 “拦路虎”。在我国，黄土高原作为半干旱地区的典型代表，同时也是重要的粮食生产基地，这里的农业发展深受水资源短缺的困扰。糜子，这种具有耐旱、耐贫瘠特性的小杂粮，在当地粮食生产中占据着重要地位。然而，有限且分布不均的降雨，让糜子的产量增长困难重重。如何巧妙地利用雨水，合理进行养分管理，成为了摆在科研人员面前的紧迫问题。

为了攻克这些难题，西北农林科技大学的研究人员展开了一项为期两年的田间试验研究。他们的研究成果发表在《Agricultural Water Management》上，为黄土高原的农业发展带来了新的希望。

在研究过程中，研究人员采用了多种技术方法。首先，他们运用了裂区试验设计，以传统不覆膜种植（TP）为对照，设置了两种不同的垄沟比（40 cm:40 cm，即 RF40；40 cm:80 cm，即 RF80），并搭配五种不同的氮肥施用方案。这样可以全面考察不同种植模式和施肥方式对糜子生长的影响。其次，在样本采集和测量方面，研究人员在糜子生长的不同阶段，从不同土壤深度采集样本，测定土壤水分含量（SM）、土壤储水量（SWS）、蒸散量（ET）等指标，进而计算水分利用效率（WUE）和降水利用效率（PUE）。同时，他们还对糜子成熟阶段不同器官的干物质样本进行处理，测定氮含量，计算氮积累（NA）、氮农学效率（NAE）等氮素利用效率相关指标。此外，研究人员通过随机森林（RF）分析和偏最小二乘法路径建模（PLS-PM）等统计分析方法，深入探究各因素之间的关系。

研究结果如下：

1. 水分利用效率：在 2021 年，土壤水分含量随糜子生长呈下降趋势，RF40 处理下的 WUE 最高。与 TP 和 RF80 处理相比，RF40 处理的平均 WUE 分别提高了 13.65% 和 4.00%。在 2022 年，U3C7 和 U7C3 处理的 WUE 显著高于 N0 处理。方差分析表明，垄沟覆盖系统显著影响 SWS、WUE 和 PUE。这说明 RF40 处理在保持土壤水分、提高水分利用效率方面具有明显优势。
2. 氮素利用效率：2021 年，糜子茎中氮含量表现为 RF40＞RF80＞TP。在不同垄沟覆盖系统下，四种施肥模式均能不同程度提高糜子各器官的氮含量。2021 和 2022 年，U7C3 和 U3C7 处理的氮积累（NA）、氮回收效率（NRE）和氮利用效率（NUE）始终高于 U 和 C 处理。方差分析显示，垄沟覆盖系统和施肥对糜子各器官氮含量、NA、NAE、NRE 和 NUE 均有显著影响。这表明合理的施肥方式能够有效提高氮素利用效率。
3. 农艺特征和谷物产量：2021 和 2022 年，RF40 处理下糜子的茎直径最大。在 2021 年，U7C3 和 U3C7 处理显著增加了糜子的株高和茎直径。2021 年，在相同施肥条件下，千粒重和产量均表现为 RF40＞RF80＞TP。2021 和 2022 年，四种施肥制度均显著增加了主茎穗长、穗粒重和产量，其中 U7C3 处理的产量最高。随机森林分析表明，穗长和粒重显著影响糜子产量及其构成因素。PLS-PM 分析显示，2021 年，覆盖模式对 WUE 和产量及其构成因素有正向影响；2022 年，农艺性状对产量及其构成因素有正向影响。这充分说明优化的垄沟覆盖和施肥方式能够显著提升糜子的农艺特征和产量。

综合研究结论和讨论部分，优化垄沟覆盖配置和控释尿素与普通尿素的比例，对黄土高原糜子的资源利用效率和高产具有重要意义。在资源利用方面，垄沟覆盖系统对土壤水分影响较大，而施肥在优化氮积累和利用方面更具优势。特别是在干旱年份，垄沟覆盖系统能有效收集雨水，提高糜子的 WUE 和 PUE，促进肥料随水溶解和渗透，增加干物质积累、千粒重和产量。混合施肥（普通尿素和控释尿素按 3:7 和 7:3 的比例混合）使肥料释放与作物生长同步，提高了 WUE 和 NUE，显著增强了糜子的农艺性状，有效提高了谷物产量。然而，在降水较多的年份，不同垄沟比和尿素类型对糜子的影响差异不显著。这项研究为干旱和半干旱地区优化农业实践提供了理论基础和实践指导，有助于推动当地农业的可持续发展。