引草入田，实施粮草轮作，可兼顾牧草与粮食生产，是促进粮-草-畜协调发展、保障粮食安全和提高农业资源利用效率的重要措施。在黄土旱塬区，将一年生饲草引入传统休闲-冬小麦（Triticum aestivum L.）种植系统，是提高生产力与资源利用效率的有效途径。然而，该地区降水量年际间与年内分布不均衡，导致饲草-冬小麦轮作系统生产力处于不稳定状态。因此，探究不同降水情景下饲草-冬小麦轮作系统的生产力变化特征，对优化该区域冬小麦种植结构和适应未来气候变化有重要的实践指导意义。该研究于2016-2020年在兰州大学甘肃庆阳草地农业生态系统国家科学野外观测研究站开展，包含四个轮作系统：休闲-冬小麦（F-W，对照）、燕麦（Avena sativa L.）-冬小麦（O-W）、大豆（Glycine max L.）-冬小麦（S-W）和箭筈豌豆（Vicia sativa L.）-冬小麦（V-W）；各轮作系统运用遮雨棚模拟形成三个降水情景：降水减少30%（R-30%）、正常降水（CK）和降水增加30%（R+30%）。系统探究了降水变化对一年生饲草-冬小麦轮作系统生产力形成过程和水氮利用特征的影响。主要研究成果如下：（1）阐明了夏闲期复种一年生饲草（燕麦、大豆和箭筈豌豆）生产力和水分利用特征及其对降水变化的响应机制；（2）综合评价了一年生饲草-冬小麦轮作系统的生产力及其稳定性；（3）量化了降水变化对一年生饲草-冬小麦株高、叶面积指数、干物质等生长过程和产量构成的影响；（4）揭示不同降水情景下一年生饲草-冬小麦轮作系统的资源利用效率；（5）计算对比了不同降水情景下一年生饲草-冬小麦轮作系统经济效益。该研究表明，黄土旱塬区年内与年际间的降水变化能显著影响一年生饲草-冬小麦系统的产量、水分利用效率和氮肥偏生产力。其中燕麦-冬小麦系统可获得最大干物质产量，可显著提升系统水分利用效率、降水利用效率和氮素利用效率，但由于燕麦耗水量大，显著降低了冬小麦播种期土壤贮水量，导致冬小麦生长季土壤水分供应不足，在干旱年型下有降低冬小麦籽粒产量的风险。而大豆-冬小麦系统不仅可获得大量优质饲草，同时可充分利用豆科固氮作用，降低化肥使用，能显著提升系统生产力和水氮利用效率，且具有较高净收益，建议在黄土旱塬区推广应用，以促进区域种植结构优化和农业高效绿色发展。

上述研究成果分别发表在《European Journal of Agronomy》《Agricultural water Management》《Crop Science》等刊物上。

主要论文成果清单：

[1] Xingfa Lai; Yuying Shen; Zikui Wang; Jingyong Ma; Xianlong Yang; Longshuai Ma*; Impact of precipitation variation on summer forage crop productivity and precipitation use efficiency in a semi-arid environment, European Journal of Agronomy, 2022, 141: 126616.

[2] Xingfa Lai; Xianlong Yang; Zikui Wang; Yuying Shen*; Longshuai Ma; Productivity and water use in forage-winter wheat cropping systems across variable precipitation gradients on the Loess Plateau of China, Agricultural Water Management, 2022, 259: 107250.

[3] Xingfa Lai; Tongtong Guan; Xiu Dong; Xueyi Jia; Yuying Shen*; Productivity variation and stability of intensive forage‐winter wheat cropping systems on the Loess Plateau, China, Crop Science, 2023, 63(4): 2524-2538.

[4] Xingfa Lai, Yongliang You, Xianlong Yang, Zikui Wang, Yuying Shen*. Quantifying the rainfall variability effects on crop growth and production in the intensified annual forage -winter wheat rotation systems in a semiarid region of China [J]. Agricultural Water Management, 2024, 305, 109131.

[5] Xingfa Lai, Dong An, Yuying Shen*. Effects of rainfall variability on productivity and profitability in the intensified annual forage-winter wheat cropping systems on the Loess Plateau of China [J]. Crop Science, 2025, e70006.

兰州大学庆阳站站长沈禹颖教授为论文通讯作者，庆阳站骨干来兴发助理研究员为第一作者。该研究得到了国家自然基金面上项目（31872416）、国家重点研发计划——优质饲草和种子丰产栽培与高效利用技术（2022YFD1300803）、中央高校基本科研业务费（lzujbky-2023-50）和国家牧草产业技术体系（CARS-34-13）资助与支持。