新疆玉米節(jié)水灌溉技術(shù)研究進展

摘 要 節(jié)水灌溉技術(shù)可提高作物水分利用效率，保證作物高產(chǎn)。通過系統(tǒng)介紹節(jié)水灌溉技術(shù)及其分類，闡述了新疆玉米節(jié)水灌溉技術(shù)的研究進展，分析了其存在的問題，提出了促進新疆玉米節(jié)水灌溉技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的對策措施，并展望了玉米節(jié)水灌溉技術(shù)未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞 玉米；節(jié)水灌溉；研究進展；新疆

中圖分類號：S275 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.13.055

新疆是中國重要的玉米生產(chǎn)基地，其獨特的氣候條件和豐富的光照資源為玉米種植提供了良好的生長環(huán)境。然而，新疆也是我國最為干旱的地區(qū)之一，水資源短缺已成為制約當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤其是玉米種植的關(guān)鍵因素。李云霞等認(rèn)為新疆的節(jié)水潛力重點在于農(nóng)業(yè)用水，提高農(nóng)業(yè)用水效率是新疆經(jīng)濟社會發(fā)展的根本出路[1]。在此背景下，開展節(jié)水灌溉技術(shù)的研究和應(yīng)用，對于提高水資源利用效率、保障區(qū)域糧食安全和促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

玉米是新疆主要的糧食作物之一，相比棉花等經(jīng)濟作物其占用大量農(nóng)業(yè)用水，傳統(tǒng)的灌溉方式往往存在水資源浪費嚴(yán)重、灌溉效率低下等問題。劉夢潔等研究表明，膜下滴灌玉米相比傳統(tǒng)溝灌玉米產(chǎn)量提升14.4%，灌溉水利用效率提高14.6%[2]。因此，在保證玉米生長所需水分的同時，需要提高灌溉用水的利用效率。隨著科技的進步，節(jié)水灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用已經(jīng)成為趨勢。針對玉米生產(chǎn)中的灌溉問題，節(jié)水灌溉技術(shù)不僅可以提高水資源的利用效率，還能在一定程度上增加玉米的產(chǎn)量。目前，節(jié)水灌溉技術(shù)的研究已經(jīng)取得了一定的成果，包括滴灌、滲灌、噴灌等多種灌溉方式?？麓汗庠谏百|(zhì)土壤進行玉米節(jié)水滴灌試驗，結(jié)果表明田間持水量增加10%～12%，可替代玉米噴灌技術(shù)[3]。這些技術(shù)通過精確控制灌溉水量和灌溉時間，實現(xiàn)了水資源的有效利用，同時也減少了水資源的浪費[4-5]。未來節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展將更加注重智能化和自動化，通過將信息技術(shù)與灌溉技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)對灌溉過程的精確控制和實時監(jiān)測，進一步提高水資源的利用效率[6]。此外，隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，玉米的抗旱性和水分利用效率也將得到進一步提高，這將為節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展提供更好的條件[7-8]。節(jié)水灌溉技術(shù)是未來玉米生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，本研究通過分析新疆玉米節(jié)水灌溉技術(shù)的研究進展，探討其在新疆玉米種植中的實際效果和存在的問題，展望未來節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展趨勢，提出促進新疆玉米節(jié)水灌溉技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的建議，以期為新疆乃至我國干旱地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源管理和節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展提供參考。

1" 節(jié)水灌溉技術(shù)綜述

節(jié)水灌溉技術(shù)是一種旨在通過最有效的節(jié)水措施，使用最少量的水來實現(xiàn)最大農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)值的灌溉方式[9-10]。它的基本要求是提高單位灌溉水量的農(nóng)作物產(chǎn)量和產(chǎn)值，即在不降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的前提下，最大限度地節(jié)約水資源。節(jié)水灌溉技術(shù)有多種形式，包括畦灌、溝灌、膜上灌、低壓管道灌溉技術(shù)等，這些技術(shù)在不同類型的作物和地理條件下都有應(yīng)用[11]。此外，節(jié)水灌溉還包括了水資源高效利用、減少病蟲害、節(jié)省施肥量和電力能源等方面的綜合效益[12]。隨著人們對水資源需求的日益增長，節(jié)水灌溉技術(shù)的重要性越來越明顯，它在促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面起著至關(guān)重要的作用[13-15]。節(jié)水灌溉技術(shù)不僅有助于減少水資源浪費和損失，實現(xiàn)精確供水和土壤改良，還能最大限度地利用有限的水資源，確保農(nóng)作物得到充足的水分供應(yīng)。同時，節(jié)水灌溉技術(shù)通過減少對地下水和其他淡水資源的過度開采，有助于維護水資源的可持續(xù)利用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的長期發(fā)展提供堅實支撐[16-18]。隨著全球水資源日益緊張，農(nóng)業(yè)作為用水大戶，必須采取有效措施來減少水資源的消耗[19]，通過采用節(jié)水灌溉技術(shù)，可以在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的同時，降低對水資源的需求，為農(nóng)業(yè)的長期穩(wěn)定發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2" 節(jié)水灌溉技術(shù)分類

2.1" 噴灌技術(shù)

噴灌作為一種高效節(jié)水灌溉技術(shù)在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中發(fā)揮著重要作用。其將水加壓通過噴頭噴射到空中，形成細(xì)小水滴來均勻灌溉農(nóng)田，不僅提高了灌溉效率，還節(jié)省了大量人力物力[20-22]。要實現(xiàn)噴灌的最佳效果，必須滿足一定的技術(shù)要求，包括控制噴灌強度、確保噴灌均勻度、降低水滴打擊強度，達(dá)到節(jié)水、增產(chǎn)并保護土壤結(jié)構(gòu)和作物葉面的目的，這些技術(shù)參數(shù)的合理設(shè)置和調(diào)控，對于評估噴灌系統(tǒng)的性能和效果至關(guān)重要。噴灌技術(shù)具有許多優(yōu)點，如節(jié)水、節(jié)電、省地、增產(chǎn)、省工等，同時，噴灌技術(shù)還可以改善作物的生育環(huán)境，提高作物的產(chǎn)量和品質(zhì)[21，23-24]。但是，噴灌技術(shù)也存在一些缺點，如設(shè)備投資較高、易受風(fēng)力影響等。因此，在選擇是否使用噴灌技術(shù)時，需要綜合考慮當(dāng)?shù)氐臍夂?、土壤、作物種類和經(jīng)濟條件等因素[24-26]?？偟膩碚f，噴灌技術(shù)是一種高效、節(jié)水、節(jié)能的現(xiàn)代化灌溉方法，對于提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、促進農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

2.2" 滴灌技術(shù)

滴灌技術(shù)是一種高效且先進的節(jié)水灌溉方法，它是干旱缺水地區(qū)最有效的一種節(jié)水灌溉方式，特別適用于干旱缺水地區(qū)[27-28]。它通過塑料管道將水直接輸送到作物的根部，并以水滴形式緩慢而均勻地滴入土壤中，這種灌溉水的利用率可達(dá)95%，還能有效減少水分蒸發(fā)和浪費。與噴灌相比，滴灌具有更高的節(jié)水增產(chǎn)效果，結(jié)合水肥一體化技術(shù)，能顯著提高肥料利用率。滴灌技術(shù)在果樹、蔬菜、經(jīng)濟作物及溫室大棚灌溉中得到了廣泛應(yīng)用。在干旱缺水的地方，滴灌技術(shù)也可用于大田作物灌溉，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來顯著效益。滴灌技術(shù)的優(yōu)點主要有以下7個。1）節(jié)水。與傳統(tǒng)灌溉相比，滴灌技術(shù)可以顯著提高水的利用效率，減少水的浪費，滴灌的灌水效率比傳統(tǒng)灌溉可提高40%～50%，節(jié)水效果顯著。2）節(jié)肥。滴灌技術(shù)可以結(jié)合施肥，將肥料直接輸送到作物根部，提高肥效1倍以上。3）節(jié)能。滴灌的工作壓力相對較低，一般在1 kg·cm-2左右，相比之下，噴灌的工作壓力常常在2 kg·cm-2以上。4）省工。滴灌系統(tǒng)需要的灌溉管理人員比傳統(tǒng)灌溉系統(tǒng)要少得多，這大大降低了勞動力成本。5）省力。由于滴灌系統(tǒng)可以通過手動或自動閥門進行控制，操作簡單省力，因此不需要大量的勞動力來進行日常的灌溉管理。6）省地。滴灌系統(tǒng)節(jié)地也是一個重要的優(yōu)勢，由于滴灌系統(tǒng)通過管道輸水，管道通常埋在地下，不占用耕地[29]，這意味著在有限的土地資源上，可以種植更多的作物，提高了土地的利用率。7）抑制雜草生長。滴灌是局部灌溉，只有濕潤的作物區(qū)域才可以生長，干燥區(qū)域則不易生長雜草?？偟膩碚f，滴灌技術(shù)是一種高效、節(jié)水、節(jié)能的灌溉方式，特別適用于干旱缺水地區(qū)和果樹、蔬菜、經(jīng)濟作物及溫室大棚的灌溉。滴灌技術(shù)也存在一些不足，如滴頭易結(jié)垢和堵塞等，為解決這一問題，應(yīng)對水源進行嚴(yán)格的過濾處理，以確保滴灌系統(tǒng)的正常運行。

2.3" 渠道防滲技術(shù)

渠道防滲技術(shù)是一種用于減少渠道輸水過程中水資源滲漏損失的工程技術(shù)措施。該技術(shù)的核心在于通過采用特定的材料和結(jié)構(gòu)，對渠道的輸水過程進行優(yōu)化，以降低水資源的浪費。渠道防滲技術(shù)主要優(yōu)點有以下4個。1）減少滲漏損失。采用防滲材料和技術(shù)，可以有效降低渠道輸水過程中的滲漏損失，提高水資源的利用效率。2）提高輸水能力。通過優(yōu)化渠道結(jié)構(gòu)，可以減少水流阻力，提高渠道的輸水能力，從而滿足農(nóng)田灌溉的需求[30]。3）節(jié)省能源和成本。由于減少了滲漏損失，可以相應(yīng)減少水泵的能耗和運行成本，降低農(nóng)田灌溉的總體成本。4）促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。通過提高水資源的利用效率，可以減少對地下水的開采，保護水資源，促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

常見的渠道防滲技術(shù)包括混凝土襯砌、塑料薄膜防滲、磚石襯砌等，在實際應(yīng)用中，需要根據(jù)渠道的具體情況和工程要求，選擇合適的防滲技術(shù)和材料。但是，渠道防滲技術(shù)也存在一些缺點，如施工難度大、投資成本高等，因此，在推廣和應(yīng)用該技術(shù)時，需要綜合考慮技術(shù)可行性、經(jīng)濟效益、環(huán)境影響等因素。

2.4" 低壓管道輸水技術(shù)

低壓管道輸水技術(shù)是一種高效的灌溉技術(shù)，它利用低壓輸水管道將水直接輸送到田間農(nóng)作物，以減少輸水過程中的蒸發(fā)損失和滲漏損失[31]。這種技術(shù)在我國北方地區(qū)尤其是機電井灌區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。低壓管道輸水技術(shù)主要由水源、水泵和動力機、連接保護裝置、輸水管道、給配水裝置及附屬設(shè)備等組成。與傳統(tǒng)的土渠道輸水相比，低壓管道輸水技術(shù)具有許多優(yōu)點：1）它的輸水損失少，大部分水都可以直接輸送到田間，節(jié)省電量并減少了占地面積；2）這種技術(shù)還具有運行費用少、受氣候和地形等因素干擾少、水流速度快、灌水周期短等優(yōu)點；3）低壓管道輸水技術(shù)的單位面積投資相對較低，使用技術(shù)也相對簡單。總的來說，低壓管道輸水技術(shù)是一種高效、節(jié)水、節(jié)能的灌溉方式，特別適合我國北方地區(qū)的灌溉。

3" 玉米節(jié)水灌溉的研究進展

3.1" 調(diào)虧灌溉

調(diào)虧灌溉是一種創(chuàng)新的灌溉方式，它根據(jù)玉米生長周期通過選擇性灌水來實現(xiàn)節(jié)水和提高水資源利用效率，與傳統(tǒng)的灌溉方式相比，調(diào)虧灌溉更注重利用玉米自身的生理反應(yīng)來適應(yīng)水分脅迫，以達(dá)到節(jié)水和提高產(chǎn)量的雙重效果。在調(diào)虧灌溉的過程中，某一時段會停止灌溉，使玉米產(chǎn)生自我節(jié)水的生理反應(yīng)，如根系下伸、氣孔關(guān)閉等，這些生理反應(yīng)有助于玉米適應(yīng)干旱環(huán)境，提高其對水分脅迫的抗性，隨后在適當(dāng)?shù)臅r候進行灌溉，以滿足玉米生長的需求[32]。通過該方式，調(diào)虧灌溉能夠減少不必要的水分流失與蒸發(fā)，提高水資源利用率。研究結(jié)果表明，調(diào)虧灌溉不僅能夠增強作物的光合作用，提高玉米的產(chǎn)量，還能使植物具有更好的免疫特性，增強其對病蟲害的抗性，這主要歸因于調(diào)虧灌溉能夠激發(fā)玉米內(nèi)在的節(jié)水特性，使其在干旱環(huán)境下更好地生長和繁衍，與傳統(tǒng)的外在節(jié)水技巧相比，調(diào)虧灌溉更注重開發(fā)植物內(nèi)在的節(jié)水特性，這種灌溉方式不僅具有節(jié)水的效果，還能提高作物的品質(zhì)和產(chǎn)量。目前調(diào)虧灌溉在一些地區(qū)應(yīng)用已經(jīng)取得了良好效果，在未來的研究中，應(yīng)該進一步探索調(diào)虧灌溉的機理和應(yīng)用技術(shù)，以推動其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用。

3.2" 分根交替灌溉

分根交替灌溉與分溝灌溉一致，都是基于植物缺水生理反應(yīng)進行有針對性的灌溉方式。分根交替灌溉技術(shù)能夠更精確地控制水分供應(yīng)，減少水浪費，提高水資源利用效率。在實際應(yīng)用中，分根交替灌溉技術(shù)需要結(jié)合具體的作物類型、生長階段、土壤條件等因素進行綜合考慮。例如，分根交替灌溉適用于具有較強耐旱性的作物，而分溝灌溉則更適用于需要保持土壤濕潤環(huán)境的作物[33]。此外，分根交替灌溉技術(shù)的實施還需要結(jié)合現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)技術(shù)和管理手段，如土壤水分監(jiān)測、自動化控制系統(tǒng)等，以實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉和智能化管理。通過綜合運用這些技術(shù)和管理手段，可以更好地利用植物的缺水生理反應(yīng)，實現(xiàn)節(jié)水、增產(chǎn)、提質(zhì)等多重目標(biāo)。

4" 玉米灌溉中存在的問題及對策措施

4.1" 灌溉方式落后

部分地區(qū)仍采用傳統(tǒng)的定量灌溉和定時灌溉方式，傳統(tǒng)的定量和定時灌溉方式存在很多不足，無法根據(jù)土壤水分狀況和作物需水量進行精準(zhǔn)灌溉控制，這不僅浪費了寶貴的水資源，而且影響作物的生長和產(chǎn)量。對于玉米這樣的作物來說，精準(zhǔn)灌溉尤為重要，因為玉米在不同的生長階段對水分的需求是不同的。為了解決這個問題，可以考慮采用更先進的灌溉技術(shù)，如滴灌、噴灌等，這些技術(shù)可以根據(jù)土壤濕度和作物需求進行精準(zhǔn)控制，從而提高水資源利用效率，減少浪費。同時，還可以結(jié)合土壤濕度傳感器、氣象數(shù)據(jù)等，實現(xiàn)對灌溉的智能化管理，進一步提高灌溉的精準(zhǔn)度和效率。此外，為了更好地滿足玉米生長的需求，還可以結(jié)合玉米的生長階段和需水規(guī)律，制定更為合理的灌溉計劃。例如在玉米生長初期，可以適當(dāng)減少灌溉量，避免過多的水分導(dǎo)致根系發(fā)育不良；而在玉米生長中后期，則需要適當(dāng)增加灌溉量，以滿足玉米對水分的高需求。通過采用先進的灌溉技術(shù)和制定合理的灌溉計劃，可以更好地實現(xiàn)精準(zhǔn)灌溉控制，提高水資源利用效率，同時也有助于提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。

4.2" 灌溉設(shè)施老化

部分地區(qū)的灌溉設(shè)施老化嚴(yán)重，尤其是在一些使用時間較長、維護不足的地區(qū)出現(xiàn)水管漏水、噴頭堵塞等問題，不僅導(dǎo)致水資源的浪費，還降低灌溉效果，進而影響作物的生長和產(chǎn)量。針對這個問題，一方面需要加大對灌溉設(shè)施的投入和維護力度，定期檢查和維修老化設(shè)施，及時更換損壞部件，確保灌溉設(shè)施的正常運行。另一方面引入新的灌溉技術(shù)和設(shè)備，如智能灌溉系統(tǒng)、節(jié)水灌溉設(shè)備等，以提高灌溉效率和效果。此外，為了更好地管理和維護灌溉設(shè)施，應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的管理制度和責(zé)任機制，明確設(shè)施的管理責(zé)任和維護要求，加強對設(shè)施的日常監(jiān)管和維護。

4.3" 土壤水分不均衡

部分地區(qū)土壤質(zhì)地不均勻，土層深度不一，會對玉米的生長和產(chǎn)量產(chǎn)生不良影響。這種情況下，土壤水分分布不均衡，使得玉米在不同區(qū)域的生長條件不一致，可能導(dǎo)致玉米生長不均勻，甚至出現(xiàn)部分地區(qū)玉米生長受限或死亡的情況。為了改善這種情況，可以考慮采取以下措施：土壤改良、深耕松土、精準(zhǔn)灌溉、合理施肥等。土壤改良：通過添加有機物質(zhì)、石灰等改良劑，調(diào)整土壤質(zhì)地和酸堿度，使其更加適合玉米生長。深耕松土：通過深耕和松土，增加土層深度，提高土壤通氣性和保水性，有助于水分在土壤中的均勻分布。精準(zhǔn)灌溉：結(jié)合土壤水分傳感器和智能灌溉系統(tǒng)，實時監(jiān)測土壤水分狀況，并根據(jù)不同區(qū)域的需水情況進行精準(zhǔn)灌溉，確保玉米在各個區(qū)域都能得到充足的水分供應(yīng)。合理施肥：根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況和玉米生長需求，合理施肥，提高土壤肥力，有助于玉米更好地吸收水分和養(yǎng)分，提高抗旱能力。

綜上所述，通過土壤改良、深耕松土、精準(zhǔn)灌溉和合理施肥等措施，可以改善土壤質(zhì)地不均勻和土層深度不一的問題，實現(xiàn)土壤水分均衡分布，為玉米生長創(chuàng)造更好的條件，從而提高玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)。

5" 小結(jié)

在新疆水資源日益緊缺的背景下，玉米節(jié)水灌溉技術(shù)的研究和應(yīng)用對于實現(xiàn)玉米種植的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。為推動玉米節(jié)水灌溉技術(shù)的進一步發(fā)展，未來還需加強相關(guān)政策的制定和實施，鼓勵農(nóng)民積極采用節(jié)水灌溉技術(shù)，提供必要的技術(shù)支持和資金補貼。同時，還需加強科研投入，不斷研發(fā)新的節(jié)水灌溉技術(shù)和設(shè)備，以滿足不同地區(qū)的玉米種植需求。通過不斷創(chuàng)新和推廣新型節(jié)水灌溉技術(shù)，可以更好地保護水資源，提高新疆玉米產(chǎn)量和水資源利用效率，為我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)做出積極貢獻(xiàn)。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2024-03-25

基金項目：新疆維吾爾自治區(qū)重大科技專項（2022A02003-6）；新疆維吾爾自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目（2023B02024-1-1）；中國博士后科學(xué)基金（2023M740980）；新疆維吾爾自治區(qū)人才發(fā)展基金“天池英才”引進計劃項目。

作者簡介：古扎麗努爾·依明太（2001—），在讀本科生。

E-mail：1849240889@qq.com。

*為通信作者，E-mail：htshz121@163.com。