不同耕作方式对灌溉甜菜水分利用效率的影响机制研究

为解决传统耕作(CT)与保护性耕作(NT/ST)对甜菜水分利用(WU)及水分利用效率(WUE)影响机制不明确的问题，美国农业部北方平原农业研究实验室团队通过3年田间试验，证实三种耕作方式下甜菜根产量、蔗糖产量及WUE无显著差异，为节水型甜菜种植提供了科学依据。研究发表于《Soil and Tillage Research》，对优化耕作策略具有重要实践价值。

　　

在全球水资源日益紧张的背景下，如何提高作物水分利用效率(WUE)成为农业可持续发展的核心问题。甜菜(Beta vulgaris L.)作为重要的经济作物，其生长周期长、需水量大，但在不同耕作方式下的水分利用规律尚不明确。传统观点认为保护性耕作(如免耕NT和条带耕作ST)能减少土壤水分蒸发，但具体到甜菜种植系统，这种优势是否显著存在争议。美国农业部北方平原农业研究实验室(Northern Plains Agricultural Research Laboratory, USDA-ARS)的Jabro Jay团队在《Soil and Tillage Research》发表的研究，为这一领域提供了重要数据。

研究采用随机区组设计，在蒙大拿州黏壤土条件下，对比了常规耕作(CT)、免耕(NT)和条带耕作(ST)三种方式对甜菜水分利用的影响。关键技术包括：(1)基于土壤水分平衡方程计算季节性水分利用(WU=降雨+灌溉-土壤储水变化ΔS)；(2)中子探针与重量法测定0-100 cm土层含水量；(3)通过产量/WU公式计算WUE；(4)五重复统计设计分析三年数据。

3. 结果与讨论
3.1 耕作方式无显著影响
数据显示，2018-2020年间CT、NT、ST处理的甜菜根产量(平均16.5-17.8 Mg/ha)、蔗糖产量(2.7-3.1 Mg/ha)及WUE(根产量WUE 16.5-17.8 kg ha^-1 mm^-1)均无统计学差异(p>0.05)。每生产1 Mg甜菜根需水量为CT 60.6 m³、NT 65.7 m³、ST 61.3 m³，NT略高但差异不显著。

3.2 年度气候波动主导变异
年际间WU和WUE差异显著(p<0.0001)，如2020年因土壤储水减少(ΔS达-30.7 mm)导致WU升高。这说明环境因素比耕作方式对水分利用的影响更大。

3.3 经济与环境效益平衡
经济水分利用效率(EWUE)分析显示，CT(0.696/m³)与ST(0.687/m³)相当，但NT(0.642/m³)略低。不过NT/ST可减少约240/ha的机械成本，且能有效防止春季风蚀。

4. 结论
该研究颠覆了"保护性耕作必然提高WUE"的假设，证明在黏壤土灌溉条件下，三种耕作方式对甜菜生产的水分利用效率影响相当。这一发现为农民选择耕作方式提供了灵活性——既可采用NT/ST降低成本和环境风险，又不牺牲产量。研究同时指出，未来需结合智能灌溉技术(如土壤湿度传感器)和长期多环境验证，以进一步优化水分管理策略。论文的创新性在于首次系统量化了不同耕作体系下甜菜生产的"水-能-经济"三角关系，为精准农业实践提供了理论支撑。