西北沙地春玉米浅埋滴灌水氮协同优化机制与高产效应研究

针对西北沙地水资源匮乏、土壤保水保肥能力差导致的作物水肥利用效率低下问题，研究人员通过两年田间试验，探究浅埋滴灌(SBDI)下不同灌溉定额(375/300/225 m3 hm-2)与施氮量(600/450/300 kg hm-2)对春玉米生长、产量及水氮利用效率(WUE/PFPN)的影响，发现T1N2组合(375 m3 hm-2+450 kg hm-2)可实现最高产(14.5 t hm-2)，并通过二元二次回归确定最优水氮区间，为干旱区农业可持续发展提供技术支撑。

　　

在中国西北广袤的沙地上，充足的阳光与贫瘠的土壤形成鲜明对比。这里既是重要的粮食产区，又面临着严峻的荒漠化威胁。传统灌溉方式下，沙地土壤"漏水漏肥"的特性导致春玉米水肥利用效率低下，而地下水位下降、地膜污染等问题更让农业生产雪上加霜。浅埋滴灌(SBDI)技术将滴灌带埋设于地表下3-5 cm，既能减少水分蒸发，又避免了地膜污染的困扰，但如何精准调控水氮配比仍是悬而未决的科学难题。

针对这一挑战，来自水利部中国水利水电科学研究院等机构的研究团队在鄂尔多斯灌溉试验站开展了为期两年的田间试验。通过设置3种灌溉定额(T1-T3)与3种施氮水平(N1-N3)的完全组合，系统分析了SBDI条件下水氮管理对春玉米生长、产量形成及土壤氮素残留的影响，相关成果发表在《Field Crops Research》上。

研究采用田间对比试验法，通过监测植株形态指标(株高、茎粗、叶面积指数LAI)、产量构成要素，结合土壤硝态氮(NO₃^--N)分层测定，计算实际耗水量(ET)、水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(PFPN)。运用二元二次回归模型量化水氮互作效应，最终确定实现95%最大产量潜力的优化区间。

主要结果

1. 生长特性响应
   T1N1处理的株高显著高于低灌溉量处理(P<0.05)，茎粗和LAI较T1N3优势明显。地上部干物质积累显示，T1N1与T1N2无显著差异，但二者均显著高于T1N3，表明过量减氮会抑制生物量形成。

2. 产量与水氮利用效率
   灌溉定额与施氮量对产量构成具有显著互作效应。T1较T3增产19.74%，N1较N3增产12.52%，最优组合T1N2两年平均产量达14.5 t hm^-2。ET随水氮用量增加而上升，最高达583.1 mm(2022)；WUE峰值出现在T2N1(25.17 kg mm^-1 hm^-2)和T2N2(33.35 kg mm^-1 hm^-2)，而PFPN随施氮量增加呈下降趋势。

3. 土壤氮素分布
   0-20 cm土层NO₃^--N含量最高，灌浆至成熟期0-40 cm土层硝态氮较苗期下降74%-81%，显示生育后期氮素吸收增强。

4. 优化参数
   回归分析表明，实现95%最大产量需灌溉定额314.78-342.98 m³ hm^-2(丰水年灌4-5次，平水年6-7次)，施氮量481.98-498.00 kg hm^-2。

结论与意义
该研究首次系统阐明了西北沙地SBDI条件下春玉米水氮协同增效机制。创新性提出"中水高氮"优化方案——适当降低灌溉量(较传统减少8%-17%)配合中高氮水平，既可维持高产，又能提高WUE 25%-33%。研究结果破解了沙地农业"大水大肥"的传统误区，为制定《干旱区浅埋滴灌技术规程》提供了理论依据，对实现"藏粮于技"战略具有重要实践价值。特别是提出的分降水年型差异化灌溉制度，为应对气候变化下的精准农业管理提供了新思路。