新疆玉米節水灌溉技術研究進展

摘 要 節水灌溉技術可提高作物水分利用效率，保證作物高產。通過系統介紹節水灌溉技術及其分類，闡述了新疆玉米節水灌溉技術的研究進展，分析了其存在的問題，提出了促進新疆玉米節水灌溉技術創新和發展的對策措施，并展望了玉米節水灌溉技術未來的發展趨勢。

關鍵詞 玉米；節水灌溉；研究進展；新疆

中圖分類號：S275 文獻標志碼：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境。然而，新疆也是我國最為干旱的地區之一，水資源短缺已成為制約當地農業生產尤其是玉米種植的關鍵因素。李云霞等認為新疆的節水潛力重點在于農業用水，提高農業用水效率是新疆經濟社會發展的根本出路[1]。在此背景下，開展節水灌溉技術的研究和應用，對于提高水資源利用效率、保障區域糧食安全和促進農業可持續發展具有重要意義。

玉米是新疆主要的糧食作物之一，相比棉花等經濟作物其占用大量農業用水，傳統的灌溉方式往往存在水資源浪費嚴重、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溝灌玉米產量提升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，節水灌溉技術在農業生產中的應用已經成為趨勢。針對玉米生產中的灌溉問題，節水灌溉技術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量。目前，節水灌溉技術的研究已經取得了一定的成果，包括滴灌、滲灌、噴灌等多種灌溉方式?？麓汗庠谏百|土壤進行玉米節水滴灌試驗，結果表明田間持水量增加10%～12%，可替代玉米噴灌技術[3]。這些技術通過精確控制灌溉水量和灌溉時間，實現了水資源的有效利用，同時也減少了水資源的浪費[4-5]。未來節水灌溉技術的發展將更加注重智能化和自動化，通過將信息技術與灌溉技術相結合，可以實現對灌溉過程的精確控制和實時監測，進一步提高水資源的利用效率[6]。此外，隨著生物技術的不斷發展，玉米的抗旱性和水分利用效率也將得到進一步提高，這將為節水灌溉技術的發展提供更好的條件[7-8]。節水灌溉技術是未來玉米生產中的重要環節，本研究通過分析新疆玉米節水灌溉技術的研究進展，探討其在新疆玉米種植中的實際效果和存在的問題，展望未來節水灌溉技術的發展趨勢，提出促進新疆玉米節水灌溉技術創新和發展的建議，以期為新疆乃至我國干旱地區的農業水資源管理和節水農業發展提供參考。

1" 節水灌溉技術綜述

節水灌溉技術是一種旨在通過最有效的節水措施，使用最少量的水來實現最大農作物產量和產值的灌溉方式[9-10]。它的基本要求是提高單位灌溉水量的農作物產量和產值，即在不降低農業生產效益的前提下，最大限度地節約水資源。節水灌溉技術有多種形式，包括畦灌、溝灌、膜上灌、低壓管道灌溉技術等，這些技術在不同類型的作物和地理條件下都有應用[11]。此外，節水灌溉還包括了水資源高效利用、減少病蟲害、節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，節水灌溉技術的重要性越來越明顯，它在促進農業現代化和高產、優質、高效農業生產方面起著至關重要的作用[13-15]。節水灌溉技術不僅有助于減少水資源浪費和損失，實現精確供水和土壤改良，還能最大限度地利用有限的水資源，確保農作物得到充足的水分供應。同時，節水灌溉技術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利用，為農業生產的長期發展提供堅實支撐[16-18]。隨著全球水資源日益緊張，農業作為用水大戶，必須采取有效措施來減少水資源的消耗[19]，通過采用節水灌溉技術，可以在保證農業生產效益的同時，降低對水資源的需求，為農業的長期穩定發展奠定基礎。

2" 節水灌溉技術分類

2.1" 噴灌技術

噴灌作為一種高效節水灌溉技術在現代農業中發揮著重要作用。其將水加壓通過噴頭噴射到空中，形成細小水滴來均勻灌溉農田，不僅提高了灌溉效率，還節省了大量人力物力[20-22]。要實現噴灌的最佳效果，必須滿足一定的技術要求，包括控制噴灌強度、確保噴灌均勻度、降低水滴打擊強度，達到節水、增產并保護土壤結構和作物葉面的目的，這些技術參數的合理設置和調控，對于評估噴灌系統的性能和效果至關重要。噴灌技術具有許多優點，如節水、節電、省地、增產、省工等，同時，噴灌技術還可以改善作物的生育環境，提高作物的產量和品質[21，23-24]。但是，噴灌技術也存在一些缺點，如設備投資較高、易受風力影響等。因此，在選擇是否使用噴灌技術時，需要綜合考慮當地的氣候、土壤、作物種類和經濟條件等因素[24-26]。總的來說，噴灌技術是一種高效、節水、節能的現代化灌溉方法，對于提高農業生產效率、促進農業發展具有重要意義。

2.2" 滴灌技術

滴灌技術是一種高效且先進的節水灌溉方法，它是干旱缺水地區最有效的一種節水灌溉方式，特別適用于干旱缺水地區[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95%，還能有效減少水分蒸發和浪費。與噴灌相比，滴灌具有更高的節水增產效果，結合水肥一體化技術，能顯著提高肥料利用率。滴灌技術在果樹、蔬菜、經濟作物及溫室大棚灌溉中得到了廣泛應用。在干旱缺水的地方，滴灌技術也可用于大田作物灌溉，為農業生產帶來顯著效益。滴灌技術的優點主要有以下7個。1）節水。與傳統灌溉相比，滴灌技術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灌溉可提高40%～50%，節水效果顯著。2）節肥。滴灌技術可以結合施肥，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。滴灌系統需要的灌溉管理人員比傳統灌溉系統要少得多，這大大降低了勞動力成本。5）省力。由于滴灌系統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。滴灌系統節地也是一個重要的優勢，由于滴灌系統通過管道輸水，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，只有濕潤的作物區域才可以生長，干燥區域則不易生長雜草。總的來說，滴灌技術是一種高效、節水、節能的灌溉方式，特別適用于干旱缺水地區和果樹、蔬菜、經濟作物及溫室大棚的灌溉。滴灌技術也存在一些不足，如滴頭易結垢和堵塞等，為解決這一問題，應對水源進行嚴格的過濾處理，以確保滴灌系統的正常運行。

2.3" 渠道防滲技術

渠道防滲技術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措施。該技術的核心在于通過采用特定的材料和結構，對渠道的輸水過程進行優化，以降低水資源的浪費。渠道防滲技術主要優點有以下4個。1）減少滲漏損失。采用防滲材料和技術，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。通過優化渠道結構，可以減少水流阻力，提高渠道的輸水能力，從而滿足農田灌溉的需求[30]。3）節省能源和成本。由于減少了滲漏損失，可以相應減少水泵的能耗和運行成本，降低農田灌溉的總體成本。4）促進農業可持續發展。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，促進農業的可持續發展。

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

2.4" 低壓管道輸水技術

低壓管道輸水技術是一種高效的灌溉技術，它利用低壓輸水管道將水直接輸送到田間農作物，以減少輸水過程中的蒸發損失和滲漏損失[31]。這種技術在我國北方地區尤其是機電井灌區得到了廣泛應用。低壓管道輸水技術主要由水源、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備等組成。與傳統的土渠道輸水相比，低壓管道輸水技術具有許多優點：1）它的輸水損失少，大部分水都可以直接輸送到田間，節省電量并減少了占地面積；2）這種技術還具有運行費用少、受氣候和地形等因素干擾少、水流速度快、灌水周期短等優點；3）低壓管道輸水技術的單位面積投資相對較低，使用技術也相對簡單?？偟膩碚f，低壓管道輸水技術是一種高效、節水、節能的灌溉方式，特別適合我國北方地區的灌溉。

3" 玉米節水灌溉的研究進展

3.1" 調虧灌溉

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

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進行有針對性的灌溉方式。分根交替灌溉技術能夠更精確地控制水分供應，減少水浪費，提高水資源利用效率。在實際應用中，分根交替灌溉技術需要結合具體的作物類型、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境的作物[33]。此外，分根交替灌溉技術的實施還需要結合現代化的農業技術和管理手段，如土壤水分監測、自動化控制系統等，以實現精準灌溉和智能化管理。通過綜合運用這些技術和管理手段，可以更好地利用植物的缺水生理反應，實現節水、增產、提質等多重目標。

4" 玉米灌溉中存在的問題及對策措施

4.1" 灌溉方式落后

部分地區仍采用傳統的定量灌溉和定時灌溉方式，傳統的定量和定時灌溉方式存在很多不足，無法根據土壤水分狀況和作物需水量進行精準灌溉控制，這不僅浪費了寶貴的水資源，而且影響作物的生長和產量。對于玉米這樣的作物來說，精準灌溉尤為重要，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，如滴灌、噴灌等，這些技術可以根據土壤濕度和作物需求進行精準控制，從而提高水資源利用效率，減少浪費。同時，還可以結合土壤濕度傳感器、氣象數據等，實現對灌溉的智能化管理，進一步提高灌溉的精準度和效率。此外，為了更好地滿足玉米生長的需求，還可以結合玉米的生長階段和需水規律，制定更為合理的灌溉計劃。例如在玉米生長初期，可以適當減少灌溉量，避免過多的水分導致根系發育不良；而在玉米生長中后期，則需要適當增加灌溉量，以滿足玉米對水分的高需求。通過采用先進的灌溉技術和制定合理的灌溉計劃，可以更好地實現精準灌溉控制，提高水資源利用效率，同時也有助于提高玉米的產量和品質。

4.2" 灌溉設施老化

部分地區的灌溉設施老化嚴重，尤其是在一些使用時間較長、維護不足的地區出現水管漏水、噴頭堵塞等問題，不僅導致水資源的浪費，還降低灌溉效果，進而影響作物的生長和產量。針對這個問題，一方面需要加大對灌溉設施的投入和維護力度，定期檢查和維修老化設施，及時更換損壞部件，確保灌溉設施的正常運行。另一方面引入新的灌溉技術和設備，如智能灌溉系統、節水灌溉設備等，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施，應當建立相應的管理制度和責任機制，明確設施的管理責任和維護要求，加強對設施的日常監管和維護。

4.3" 土壤水分不均衡

部分地區土壤質地不均勻，土層深度不一，會對玉米的生長和產量產生不良影響。這種情況下，土壤水分分布不均衡，使得玉米在不同區域的生長條件不一致，可能導致玉米生長不均勻，甚至出現部分地區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、精準灌溉、合理施肥等。土壤改良：通過添加有機物質、石灰等改良劑，調整土壤質地和酸堿度，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。精準灌溉：結合土壤水分傳感器和智能灌溉系統，實時監測土壤水分狀況，并根據不同區域的需水情況進行精準灌溉，確保玉米在各個區域都能得到充足的水分供應。合理施肥：根據土壤養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分，提高抗旱能力。

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

5" 小結

在新疆水資源日益緊缺的背景下，玉米節水灌溉技術的研究和應用對于實現玉米種植的可持續發展具有重要意義。為推動玉米節水灌溉技術的進一步發展，未來還需加強相關政策的制定和實施，鼓勵農民積極采用節水灌溉技術，提供必要的技術支持和資金補貼。同時，還需加強科研投入，不斷研發新的節水灌溉技術和設備，以滿足不同地區的玉米種植需求。通過不斷創新和推廣新型節水灌溉技術，可以更好地保護水資源，提高新疆玉米產量和水資源利用效率，為我國農業的可持續發展和生態文明建設做出積極貢獻。

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（責任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2024-03-25

基金項目：新疆維吾爾自治區重大科技專項（2022A02003-6）；新疆維吾爾自治區重點研發計劃項目（2023B02024-1-1）；中國博士后科學基金（2023M740980）；新疆維吾爾自治區人才發展基金“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。