研究单位：西北农林科技大学
试验地点：陕西杨凌 · 关中平原
研究周期：2022–2024冬小麦生长季
图1. 中国关中平原研究区（a）、两种冬小麦种植模式（b）及2022-2024年日降水量、平均气温和相对湿度（c）。以第一年7月至次年7月为一年。FP，粗播；RP，沟垄膜播。
在关中平原这样的半湿润地区，冬小麦种植面临着“雨水来了却留不住、水一蒸发就白费”的难题。传统的平作（FP）方式，不仅易失水，想要提高产量也常常遇到瓶颈。
为此，研究人员尝试了一种更节水的方式——垄沟覆膜种植（RP）：在田里起垄，沟里播种，再覆盖地膜。这种方法在西北干旱区已广泛使用，但在降雨稍多的关中，是否也同样适用？水分利用是否更高效？这是本研究要回答的问题。
研究方法：科学追踪水的“去与留”
为了揭示RP到底好在哪，研究团队连续两年在田间开展试验，采用随机区组设计对比RP与FP两种种植方式的差异。他们利用δ²H和δ¹⁸O稳定同位素技术，像给水分贴上“身份证”，追踪水从“下雨”到“被小麦吸收”的全过程。
实验中，研究人员采集并分析了多个来源的水样，包括：
· 降雨水样
· 不同深度土壤水样
· 小麦茎秆内水样
土壤和茎秆样品在-15℃冷冻保存直至水分提取。采用LI-2100全自动真空冷凝抽提系统（北京理加联合科技有限公司）从土壤和茎秆样品中提取水分，提取率约为99.0%，随后借助MixSIAR模型计算出水分的入渗路径、根系水源比例以及水分消耗的方式（蒸发vs蒸腾），深入揭示作物“喝水”的机制。
研究结果：RP让每一滴水更有价值
结果显示，垄沟覆膜种植在多方面表现出显著优势
【结果】
1. 水的同位素组成
图2. 2022–2023年降水、土壤水与小麦茎秆水的δ18O与δ2H之间的关系
图3. 2022–2023年返青至成熟期不同土层土壤水δ2H、δ18O、lc-excess及SWC在FP与RP处理下的差异
图4. 2022–2023年降水事件后降水对0–120cm土层土壤水的贡献比例（f）和有效贡献时间（ECT）
图5. 2022–2023年平作（FP）与垄沟覆膜（RP）种植下返青–拔节、拔节–抽穗、抽穗–扬花、扬花–灌浆、灌浆–成熟及返青–成熟期间的土壤储水量（SWS）变化
图6. 2022–2023年平作（FP）与垄沟覆膜（RP）种植下冬小麦在不同生育期对四个土层的RWU比例
图7. 2022–2023年冬小麦返青–成熟期四个土层的平均RWD和RLD分布及其与RWU比例的关系
图8. 2022–2023年冬小麦不同生育期的E和T累积量
图9. 2022–2023年冬小麦叶面积指数（LAI）和蒸腾占蒸散的比例（FT）的季节变化及其相互关系
图10. 2022–2023年平作（FP）与垄沟覆膜（RP）种植下返青至成熟期冬小麦水分利用与生长示意图
雨水入渗更深
· 降雨后5天内，RP处理下，0–100cm土层内的水分贡献率比FP提高10.4–22.9%
· 降雨后80–100cm层的入渗时间从0（FP）延长到3天（RP）
小麦“喝得更聪明”
· RP处理下，小麦更多吸收0–60cm的浅层水（RWU ↑8.6%）
· 对深层水的依赖显著降低（60–200cm RWU↓28.1%）
· 在扬花期和灌浆期，小麦的主要吸水层也从30–60cm前移到了0–30cm
节水效果明显
· 从返青到收获期，RP处理显著减少土壤蒸发（E）36.9%，增加蒸腾作用（T）8.9%
· 土壤水同位素浓度显著降低，说明水主要进入了植物体内，而非白白蒸发
产量与水分利用效率双提升
· 两年平均产量提升19.1%
· 水分利用效率（WUE）提升21.6%
· 总蒸散量（ET）保持基本一致，说明水“花在了刀刃上”
水分留得住，产量自然高
本研究证明，垄沟覆膜种植不仅适用于干旱地区，在半湿润的关中平原同样能够显著提升降水利用效率、优化小麦“饮水路径”，从而实现节水与增产的双赢。
也正是通过这样一系列精准追踪与机制分析，研究团队为RP技术在更大区域的推广提供了可靠依据，让“聪明种田”的理念更进一步。
参考文献：
Wang, Y., Li, Y., & Wang, L.* (2025). Applying stable isotopes to illuminate the mechanism of water use in wheat fields under ridge-furrow planting with plastic film. Soil & Tillage Research, 253, 106652. https://doi.org/10.1016/j.still.2025.106652