亏缺灌溉有助于缓解中国盐碱地区土壤盐分含量的上升，并提高灌溉水的利用效率：一项元分析研究

《Agricultural Water Management》：Deficit irrigation alleviates the increase in soil salinity content in saline-alkali regions of China and improves irrigation water productivity: A meta-analysis

该研究通过元分析和机器学习评估了中国盐碱地区亏缺灌溉（DEI）对土壤盐分、作物产量和灌溉水利用效率（IWP）的影响，发现DEI使土壤盐分增加2.52%、产量降低6.77%，但显著提升IWP29.77%。最优灌溉策略为0.85-0.9 ETc比例和0.7-2 dS/m灌溉水盐度，需结合土壤质地（细土）、pH（中性）及地下水深度（5-10米）等条件。小麦耐盐性强于其他作物，油葵IWP提升最显著。研究建议采用 flood irrigation + drip irrigation 组合并辅以生物改良剂以实现盐分控制与可持续生产。

　　农业是保障粮食生产和人类生存的关键，而水资源在农业生产中扮演着至关重要的角色。全球约70%的水资源消耗用于农业，其中灌溉占农业用水的60%-80%。随着全球水资源短缺问题日益严重，提高农业用水效率成为增强粮食安全和可持续农业发展的核心任务。中国作为世界上最大的农业生产国之一，拥有大量盐碱地，这些土地的利用潜力巨大，但也面临土壤盐渍化问题的挑战。盐碱地不仅限制了农业生产力，还对全球粮食安全构成威胁。因此，探索有效的灌溉策略，以缓解盐碱地的盐渍化问题并提升农业产出，成为当前农业研究的重点。

在这样的背景下，缺水灌溉（Deficit Irrigation, DEI）作为一种节水和提升灌溉水利用效率的策略，受到了广泛关注。DEI通过在作物生长周期中减少灌溉量，不仅有助于节约水资源，还能在一定程度上提高单位水资源的产出效率。然而，DEI对盐碱地土壤盐分含量、作物产量以及灌溉水生产力（IWP）的具体影响，尤其是在盐碱地环境下的应用效果，尚不明确。因此，有必要对DEI在盐碱地中的影响进行系统性研究，以提供科学依据，指导其在实际农业中的合理应用。

本研究通过整合39篇文献中的1108个比较数据点，采用元分析（meta-analysis）和机器学习方法，对DEI在盐碱地中的影响进行了全面评估。研究发现，尽管DEI会导致土壤盐分含量增加2.52%，作物产量下降6.77%，但它显著提升了灌溉水生产力，提高了29.77%。这一结果表明，DEI虽然会对土壤盐分和产量产生一定负面影响，但其在提升水资源利用效率方面具有明显优势。总体来看，DEI的效果受到多种因素的影响，包括灌溉策略（如灌溉比例、灌溉水盐分浓度和灌溉方法）、气候条件（如降水量、温度和蒸发量）以及土壤特性（如土壤性质、地下水深度和初始盐分含量），同时作物类型也对DEI的效果产生显著影响。

为了最大化DEI的综合效益，研究指出，DEI在年降水量超过200毫米且土壤容重在1.45-1.55克/立方厘米的地区最为适宜。这些地区具备较高的降水能力，有助于稀释土壤中的盐分，同时其土壤结构能够有效吸收水分，减少盐分的积累。此外，研究还发现，采用两种灌溉方式的组合（如沟灌与滴灌结合）比单一的灌溉方式更有可能实现对土壤盐分的有效控制，保持稳定的农业生产，并显著提高IWP。这种综合灌溉策略能够平衡不同因素之间的相互作用，从而优化农业资源的利用。

在分析DEI对土壤盐分含量、作物产量和IWP的影响时，研究还发现，灌溉水盐分浓度是影响土壤盐分含量和IWP的关键因素。当灌溉水盐分浓度在0.7-2 dS/m之间时，DEI在控制盐分积累和提升IWP方面表现出最佳效果。这一发现表明，在盐碱地实施DEI时，选择适当盐分浓度的灌溉水可以有效减少土壤盐分的积累，同时保证作物产量不出现大幅下降。此外，研究还指出，灌溉比例对DEI的效果具有显著影响。当灌溉比例在0.85-0.9作物蒸腾量（ETc）范围内时，DEI能够实现土壤盐分含量的适度增加，作物产量的轻微下降，以及IWP的显著提升。这一比例范围为DEI在盐碱地的实施提供了重要的参考依据。

从气候条件来看，DEI的效果受到降水量、年平均温度和年平均蒸发量的显著影响。研究发现，在年降水量低于200毫米的地区，DEI对作物产量的负面影响更为明显，但在年降水量高于200毫米的地区，DEI能够有效缓解盐分积累，同时保持较高的IWP。此外，年平均温度较低的地区（如5-10℃）在实施DEI时，土壤盐分含量的增加幅度较小，而年平均温度较高的地区（如10-15℃）则更容易出现土壤盐分的上升趋势。这表明，在温度较低的盐碱地区，DEI可能更适合实施，以减少盐分对作物生长的负面影响。同时，年平均蒸发量较低的地区（如1000-1500毫米）在DEI实施后，土壤盐分含量的变化幅度较小，而年平均蒸发量较高的地区则可能出现较大的盐分积累。

土壤特性对DEI的影响同样显著。研究发现，粗粒土壤和细粒土壤在DEI下的反应存在差异。粗粒土壤由于其较高的透气性，能够有效促进盐分的向下迁移，从而减少土壤表层的盐分积累。相比之下，细粒土壤由于其较强的保水能力，可能会在DEI实施过程中导致盐分的上升。此外，土壤容重也是一个关键因素。在土壤容重较高（如超过1.55克/立方厘米）的地区，DEI对作物产量和IWP的影响较小，这可能是因为高容重土壤限制了水分的渗透，使得作物根系难以获取足够的水分。因此，在选择DEI策略时，需要综合考虑土壤容重和土壤质地，以确保农业生产的可持续性。

从作物类型来看，DEI对不同作物的影响存在显著差异。研究发现，玉米、棉花、油葵等作物在DEI实施后，其产量和IWP均受到一定影响，但小麦的产量变化较小，且IWP的提升更为显著。这一结果可能与小麦较强的耐盐能力有关，表明在盐碱地种植小麦可能更为适宜。此外，研究还发现，油葵的IWP显著高于其他作物，这可能与其深根系结构和较低的蒸腾作用有关，使其在DEI条件下能够更有效地利用水分，减少对灌溉水的依赖。因此，在盐碱地实施DEI时，选择耐盐性较强的作物种类，有助于提高IWP并减少土壤盐分的积累。

在DEI策略的优化方面，研究建议在盐碱地推广“缓慢盐分积累与稳定产量”的综合管理措施。具体而言，采用灌溉比例在0.85-0.9 ETc范围内、灌溉水盐分浓度在0.7-2 dS/m之间的滴灌与沟灌结合的灌溉方式，能够有效控制土壤盐分含量，同时提高作物产量和IWP。此外，研究还指出，不同作物的DEI策略需要根据其生长特性和对盐分的耐受性进行调整。例如，油葵因其较高的IWP和较低的盐分敏感性，可能更适合在盐碱地进行种植，而玉米和棉花则需要更谨慎地选择灌溉比例和灌溉水盐分浓度，以避免产量的大幅下降。

从环境因素的角度来看，研究发现，DEI在盐碱地的应用需要综合考虑气候条件和土壤特性。在年降水量较高、年平均温度较低、年平均蒸发量较低的地区，DEI能够有效减少土壤盐分的积累，同时提高作物产量和IWP。而在年降水量较低、年平均温度较高的地区，DEI对作物产量的影响更为显著，需要通过调整灌溉比例和灌溉水盐分浓度来缓解其负面影响。此外，土壤容重和地下水深度也是影响DEI效果的重要因素。在土壤容重较低的地区，DEI对作物产量和IWP的影响较小，而在土壤容重较高的地区，DEI的实施可能需要结合其他农业措施，如生物改良和土壤改良技术，以改善土壤结构，提高水分渗透能力。

本研究还采用随机森林模型对影响DEI效果的各个因素进行了相对重要性分析。结果表明，灌溉水盐分浓度是影响DEI效果的最关键因素，其次是土壤pH值、地下水深度和土壤容重。这些因素对土壤盐分含量、作物产量和IWP的影响程度不同，因此在制定DEI策略时，需要根据具体的环境条件进行调整。例如，在土壤pH值较高的地区，选择灌溉水盐分浓度较低的DEI策略可能更为适宜，而在地下水深度较浅的地区，则需要通过调整灌溉比例来减少盐分的上升趋势。

尽管DEI在盐碱地的应用展现出一定的优势，但研究也指出了一些潜在的限制和不确定性。首先，DEI在盐碱地的实施可能受到土壤盐分积累的影响，特别是在长期应用过程中，可能会导致盐分的进一步上升，从而影响作物的生长。其次，由于盐碱地的土壤特性较为复杂，不同地区的DEI效果可能存在较大差异，因此需要更多的实验数据来支持策略的优化。此外，研究还发现，DEI对作物产量和IWP的影响受到多种因素的共同作用，包括气候条件、土壤特性以及作物类型，这使得DEI的应用需要更加精细化的管理。

为了进一步提升DEI在盐碱地的应用效果，研究建议采取一系列农业措施，如优化灌溉制度、增加氮肥施用量、应用生物肥料和生物炭等。这些措施能够有效缓解盐分对作物生长的负面影响，同时提高土壤的肥力和结构，为作物提供更好的生长环境。此外，结合滴灌与沟灌的复合灌溉方式，能够更好地控制土壤盐分的积累，同时保持较高的IWP。因此，在盐碱地推广这种综合灌溉策略，有助于实现农业生产的可持续发展。

总的来说，本研究通过元分析和机器学习方法，系统评估了DEI在盐碱地中的影响，揭示了不同因素对DEI效果的复杂作用机制。研究结果表明，尽管DEI会导致土壤盐分含量的增加和作物产量的下降，但它在提升灌溉水生产力方面具有显著优势。通过优化灌溉比例、选择适当的灌溉水盐分浓度以及结合不同的灌溉方式，可以实现DEI在盐碱地中的最佳应用效果。未来的研究需要进一步探讨DEI在不同作物和不同环境条件下的具体实施策略，以确保其在盐碱地中的广泛应用和长期可持续性。