9.1 主要结论
本书针对河套灌区引黄水量锐减、土壤耕层返盐严重、水氮利用效率低、农药莠去津污染大、作物产量低等问题，研究了耕作模式对作物根系分布及根际效应的影响，秸秆覆盖-施氮量耦合对土壤养分时空分布、夏玉米氮素转运利用及莠去津消解半衰期的影响，秸秆覆盖-灌水量耦合对土壤水盐运移及夏玉米生产效益的影响，基于深度学习理论及技术构建了递进水盐嵌入神经网络模型（PSWE），并基于PSWE模型优化了秸秆深埋下夏玉米灌施制度。通过系统性研究，揭示了河套灌区秸秆覆盖-灌水耦合及秸秆覆盖-施氮耦合对作物-土壤系统抑盐-调水分-降药-增产的机制，在优选秸秆覆盖下优化了河套灌区盐渍化耕地的夏玉米灌施制度。
本书的研究得到以下结论：
①不同覆盖方式与耕作模式显著影响夏玉米根长密度分布。秸秆表覆显著提高水平向根长密度，但根系分布层较浅，形成“宽浅”型根系，较常规耕作提高24.7%；秸秆深埋显著提高大于40 cm土层根长密度，促进深层根系发育，形成“窄深”型理想根系，改善夏玉米根系空间分布，较常规耕作的深层根长密度提高23.8%。夏玉米根长密度与相对标准化根系下扎深度呈显著的三阶多项式函数关系，该模型可较好描述不同耕作模式的根长密度分布。秸秆深埋耕作模式的夏玉米可形成良好的根冠关系，有效促进植株生长发育，较常规耕作的夏玉米根冠比提高20.8%；且有助于提高夏玉米产量和水分利用效率，较常规耕作水分利用效率提高32.2%，增产19.5%。
②秸秆覆盖-灌水量耦合试验研究表明，秸秆表覆处理的土壤盐分表聚，成熟期各土层均不同程度积盐；秸秆深埋处理在表层及隔层以下的土层均积盐，灌水量分别为90 mm和120 mm的秸秆深埋处理的秸秆隔层蓄水量较当地耕作提高20.3%和17.2%，脱盐率分别为7.6%和7.1%，隔层较好地起到抑盐蓄水的作用，淡化根系环境。各处理耕作层的含盐量、单次灌水量与夏玉米生产效益具有显著相关性，秸秆表覆处理的夏玉米产量随灌水量增大而增大，当地灌水量135 mm处理的产量最高，相比常规耕作仅增产1.6%；秸秆深埋处理的夏玉米产量随灌水量增大呈先增后减趋势，灌水量为90 mm的秸秆深埋处理夏玉米产量最高，相比常规耕作增产5.2%。秸秆深埋耕作模式节水增产效果显著，试验田尺度下理论较优灌水定额为82～111 mm，节水17.8%以上，生育期灌3水，耕作层含盐量调控在1.45～1.48 g/kg，属轻度盐渍化，较试验前耕作层含盐量减少5.7%～10.2%。
③本书通过架构PSWE神经网络模型，较好地模拟了河套灌区多因素协同秸秆深埋下土壤水盐运移规律，有效表征夏玉米生长影响因素、土壤水盐与夏玉米生产效益间双层递进因果关系。模型平均均方根误差为0.029，平均绝对误差为0.570，平均决定系数为0.981。模型模拟表明，整个土体的含水率随灌水量增大而增大；耕作层和秸秆隔层含盐量随着灌水量增大呈先减后增趋势，耕作层积盐；在收获期，秸秆隔层在灌水量大于86 mm时脱盐，随灌水量增大脱盐率降低；不同灌水量下心土层均积盐，收获后积盐率随灌水量增大而增大。河套灌区秸秆深埋下夏玉米种植的单次灌水量为89.3～96.8 mm，生育期灌3水，耕作层理论含盐量调控为1.38～1.55 g/kg。
④秸秆覆盖-施氮耦合显著改变土壤氮素空间分布，降低深层土壤氮素积累量，减少氮素淋溶损失。秸秆表覆处理的氮素在表层表聚，秸秆深埋处理的氮素含量在秸秆隔层附近土层聚集，随着施氮量增加，各土层氮素含量不同程度的增加。夏玉米成熟期，秸秆深埋-中氮（180 kg/hm2）处理在大于80 cm土层的土壤硝态氮累积量降低56.8%，铵态氮累积量平均降低84.7%；在1 m土体硝态氮累积损失量降低39.6%，铵态氮累积损失量降低13.5%。且秸秆隔层可减缓土壤氮素迁移及深层氮素累积，形成有效拦截氮素运移的保护屏障，显著降低了地下水氮素污染风险，在秋浇前秸秆深埋处理的小区地下水质提升到Ⅱ类水质，氮污染风险较小。
⑤秸秆覆盖-施氮耦合显著改善土壤养分分布，有利于土壤养分积累，但不是所有土层养分含量均增加。常规耕作在第二试验年土壤养分下降0.3%～5.1%，耕作层下降幅度较大；而秸秆覆盖处理的土壤养分提高0.3%～14%，且耕作层养分提高幅度较大。秸秆表覆的土壤养分表聚，随施氮量增大而增大；秸秆深埋显著提高秸秆隔层附近土层的养分，随着施氮量增大呈先增后降的趋势。
⑥秸秆覆盖-施氮耦合下，土壤莠去津残留量随时间变化符合一级动力学方程，以秸秆深埋配施中氮处理消解最快，半衰期最短，较常规耕作的消解率提高5.3%，消解半衰期缩短3.9 d。秸秆覆盖的土壤不同养分与莠去津消解半衰期存在不同程度相关性，通过单项回归及逐步回归发现，20～40 cm土层有机质、碱解氮和全氮含量与莠去津消解半衰期相关程度较大，且秸秆深埋对促进莠去津的消解效果较好，可考虑将秸秆深埋配施中氮（180 kg/hm2）作为灌区提高莠去津消解率的耕作施氮模式。
⑦秸秆覆盖配施氮对夏玉米氮素转运利用及产量的影响存在显著（p＜0.05）或极显著（p＜0.01）交互效应。各处理的夏玉米吸氮量、氮素利用率及产量变化趋势与其深层根系根长密度变化趋势一致。适当减少表层冗余根系和降低施氮量（中氮水平及以下），提高深层根长密度，增强深层根系提水作用，实现土壤水分养分在空间上的耦合，促进夏玉米根系对深层土壤水氮的吸收，提高氮素转运同化产物对籽粒产量的贡献率，实现产量和氮肥利用效率的协同增长，与常规耕作相比，提高氮肥利用效率66.8%，增产9.3%。秸秆深埋配施氮量（180～193.7 kg/hm2）的耕作施肥模式有利于实现这一目标。