精準灌溉技術在玉米種植中的應用

技術原理分層解析表明，土壤情動態監測技術、需水量智能決策模型與變量灌溉執行系統協同作用，可精準滿足玉米不同生育期的水分需求。在多維度應用場景實踐中，針對不同經營主體與典型區域，相關人員提出了相應的應用模式與實踐策略。綜合效益評估體系顯示，精準灌溉技術顯著提高了玉米的生產效益、生態效益與經濟可行性。然而，技術應用仍面臨現實瓶頸，如基礎設施薄弱、農戶操作能力不足等。為此，相關部門提出了“一區一策”的補貼方案、建立玉米灌溉技術標準體系、簡裝版控制系統開發等系統性解決方案，以推動精準灌溉技術的廣泛應用與持續優化。

在全球氣候變化與水資源日益緊張的大背景下，農業作為用水大戶，其節水增效的需求尤為迫切。玉米作為重要的糧食和油料作物，其種植面積廣泛。然而，傳統的灌溉方式存在水資源浪費、灌溉不均勻等問題，影響玉米的產量和質量。隨著科技的進步，精準灌溉技術應運而生。精準灌溉技術旨在根據玉米的實際需水情況，精確地供給水分，以實現水資源的高效利用和玉米的優質高產。該體系通過集成土壤摘情動態監測、需水量智能決策模型及變量灌溉執行系統等核心技術，實現了從“經驗灌溉”到“科學灌溉”的轉變。不僅能有效提升玉米產量和質量，還能顯著減少水資源消耗和農業生產成本，同時降低農業活動對生態環境的負面影響。據此，相關部門工作人員深入探討精準灌溉技術在玉米種植中的應用，解析其核心要素、多維度應用場景實踐及其帶來的綜合效益評估，旨在為推動現代農業可持續發展提供理論依據和技術支撐。

一、精準灌溉技術體系的核心要素

（一）技術原理分層解析

1.土壤情動態監測技術。基于多源感知技術構建農田水分實時監測網絡，通過埋設土壤水分傳感器、部署無人機熱成像系統及衛星遙感數據融合，實現玉米田 0～60cm 耕作層三維情圖譜的動態生成。該技術突破傳統定點采樣的局限性，可精準識別田塊內水分分布異質性，特別適用于玉米密植條件下冠層遮蔽導致的情監測盲區消除，為后續灌溉決策提供厘米級空間分辨率的數據支撐。

2.需水量智能決策模型。以玉米生理需水規律為核心參數，綜合氣象預報數據、作物生長階段、土壤持水特性等12項變量，構建基于機器學習的灌溉決策模型。該模型通過解析玉米抽雄期、灌漿期等關鍵生育階段的蒸騰系數閾值，動態生成逐日需水曲線，并引入降水概率預報進行灌溉方案彈性修正，確保在玉米水分敏感期實現“按需供水、錯峰補水”的精準調控。

3.變量灌溉執行系統。依托壓力補償式滴灌帶、可調角度噴頭組等裝備，結合地理信息系統(GIS)生成的灌溉處方圖，實現灌溉量、灌溉時間的空間差異化執行。該系統在玉米種植中展現出獨特優勢，即苗期采用低流量淺層灌溉促根系下扎，抽雄期切換高壓噴灌實現冠層降溫，乳熟期實施脈沖式灌溉避免田間積水，形成與玉米需水節律高度契合的灌溉執行體系。

（二）玉米種植的適配性特征

1.不同生育期水分敏感度曲線。玉米全生育期呈現顯著的水分需求階段性特征，苗期耐旱性強（適宜土壤含水量為 55%～60% )，拔節至抽雄期進入水分臨界期（需保持 70%～75% 含水量)，灌漿期需實施漸進式水分調控（ 65%～70% 含水量)。精準灌溉系統通過設定生育期識別模塊，自動切換水分管理策略，在需水敏感期建立精準的“水分安全窗口”。

2.根系分布與灌溉深度匹配。玉米須根系主要分布在 0～40cm 土層，且具有“淺一深一淺”的動態發育特征。灌溉系統依據根系探地雷達的實時監測數據，動態調整濕潤層深度，即苗期控制濕潤層在20cm 促根下扎，抽雄期擴展至 40cm 滿足深層吸水需求，成熟期回調至 30cm 避免深層滲漏，這種深度匹配機制可使水分利用效率提升 18%～22% 。

3.區域氣候特征的技術參數調適。針對東北春玉米區的春季低溫干旱，系統強化地溫監測與淺層灌溉的協同控制；黃淮海夏玉米區重點配置強降雨后的排水一補灌聯控模塊；西北灌溉農業區則開發多水源聯合調度算法，通過嵌入區域氣候模式識別器，系統可自動加載預設參數包，確保技術體系在不同生態區的適用性。

二、多維度應用場景實踐

（一）不同經營主體的應用模式

1.規模化農場的全自動灌溉系統。在玉米種植基地中，基于物聯網的智能灌溉系統實現全流程自動化管控。通過田間氣象站與土壤探頭組網，系統可自主判定玉米吐絲期、灌漿期等關鍵節點的灌溉需求，聯動指針式噴灌機實施變量作業。在黑龍江農墾示范區，該模式使灌溉用工減少 75% ，同時，通過避開午間高溫噴灌，降低玉米花粉敗育率 12%～15% ，增產達

2.合作社的水肥協同管理模式。依托滴灌帶鋪設形成的微灌網絡，農民專業合作社將灌溉與追肥作業深度整合，在黃淮海夏玉米區，采用壓力補償式滴灌系統，根據玉米大喇叭口期至抽雄期的氮素需求曲線，實施 6～8 次水肥同步供給。該模式使肥料利用率提升至 68% ，較傳統撒施方式節水超過 30% ，且有效避免雨季追肥流失，保障了玉米穗粒數的穩定形成。

3.小農戶的低成本簡易裝置。針對分散經營地塊，推廣太陽能驅動的微型滴灌系統。該系統采用可移動儲水罐（ 1～2m³ ）搭配重力滴灌帶，通過手機藍牙控制電磁閥啟閉，特別適用于山區坡地玉米種植。在云南丘陵地帶的應用表明，一家農戶初期投入不足2000元即可實現精準控水，使旱季玉米出苗率從55% 提升至 82% ，且裝置拆裝遷移靈活，適配小農生產動態。

（二）典型區域的應用實踐

1.干旱區。有限水資源最大化利用。西北旱作區采用地下滲灌技術，將PE滲灌管埋設于玉米根系密集層（ 25～35cm ，配合土壤水分閾值控制系統。當傳感器檢測到耕層含水量低于 55% 時，系統自動啟動脈沖灌溉，每次僅補給 5～8mm 水量。該模式在甘肅省張掖市的應用數據顯示，玉米全生育期灌水量從 5250m³?hm^-2 降至 3150m³?hm^-2 ，水分生產率提高 1.2kg?m^-3 ，且有效抑制了地表蒸發損失。

2.雨養區。精準補灌與自然降水協同。華北雨養農業區構建“降水預測一熵情診斷一靶向補灌”三級調控體系，利用氣象大數據預判玉米需水臨界期（抽雄前后20天）的降水概率，當預報連續干旱超過7天時，啟動移動式卷盤噴灌機實施 20～30mm 應急補灌。河北省廊坊市的實踐表明，該策略使雨養玉米產量波動系數從 32% 縮小至 15% ，且補灌量控制在總需水量的 18%～25% ，實現自然降水與人工灌溉的高效耦合。

3.設施種植。環境因子聯動調控。在連棟溫室玉米栽培中，開發基于蒸騰量監測的閉環灌溉系統，通過冠層溫濕度傳感器實時計算玉米蒸騰速率，當檢測值每天連續 2h 超過 3.5mm 時，自動觸發霧灌降溫與根系滴灌協同作業。上海省崇明市的設施玉米基地應用表明，該系統使果穗禿尖率降低4.6個百分點，同時通過維持晝夜溫差 ?8^°C ，促進干物質積累效率提升 17% 。

（三）智能化系統的典型應用場景

1.移動端遠程控制系統。開發玉米專用灌溉APP，集成田塊三維地圖與設備狀態看板，農戶可通過手機端查看玉米各生育階段累計灌水量，并滑動調節灌溉時長。例如，在吉林省榆樹市， 85% 的規模種植戶已實現“穗期灌溉一鍵執行”，系統自動規避大風天氣（ >4 級）和強降水時段的無效灌溉，使決策響應時間從 24h 縮短至 15min 。

2.氣象數據聯動預警。建立玉米干旱風險預警模型，融合未來7天氣象預報與實時情數據，當預測拔節期土壤含水量低于 60mm 且無有效降水時，系統提前 48h 推送分級預警 (藍/黃/橙)。河南省周口市的應用案例顯示，該功能使2022年夏玉米花期干旱受災面積減少 41% ，農戶可依據預警等級有序啟動輪灌計劃，避免集中用水導致的系統過載。

3.歷史數據驅動的決策優化。構建玉米灌溉知識庫，積累歷年灌溉記錄與產量品質數據，通過機器學習挖掘不同品種（如鄭單958、先玉335）在特定土壤類型下的最優灌溉模式。例如，山東省德州市示范田運用該模型后，強筋玉米的灌溉決策準確率提升至89% ，籽粒蛋白質含量標準差從 1.2% 縮小至 0.7% ，顯著提高了商品玉米的品質一致性。

三、綜合效益評估體系

（一）生產效益提升維度

精準灌溉技術通過根系層定向供水，使玉米全生育期平均用水量從傳統漫灌的 5250～6000m³?hm^-2 降至 2700～3300m³?hm^-2 ，節水率在 40%～45% 。在吉林省公主嶺市的對比試驗中，抽雄期采用滴灌替代溝灌后，單株玉米蒸騰效率增長 22% ，無效蒸發量減少 63% ，水分生產率突破 2.1kg?m^-3 ，實現“量減效增”的突破性改進。同時，精準控水使玉米穗粒數增加 15%～20% ，千粒質量提升 5%～8% ，更關鍵的是通過規避花期干旱脅迫，將籽粒敗育率控制在3% 以內。在質量方面，穩定供水使籽粒蛋白質含量標準差縮小0.5個百分點，容重達標率提升至 92% ，顯著提升了商品玉米的市場競爭力。此外，自動化灌溉系統使玉米年管理工時從 180～225h?hm^-2 縮減至 45～75h?hm^-2 ，其中，灌溉作業人力投入減少80% 。內蒙古自治區通遼市規模化農場實踐顯示，智能控制系統可同時管理 133.33hm² 灌溉單元，人工巡查頻次從每天2次降至每7天1次，綜合用工成本下降825元·hm^-2 。

（二）生態效益延伸價值

精準灌溉將深層滲漏量每次控制在 5mm 以內，較漫灌減少 70% 的地下水補給需求。河北省衡水市監測數據顯示，連續3年應用滴灌技術后，玉米種植區地下水位年均下降速率從 1.8m 減緩至 0.6m ，雨季回補量增加 25% ，實現資源消耗與自然補給的動態平衡。恒定土攘含水率（ 55%～75% 田間持水量）使玉米根區土壤容重降低 0.15～0.2g?cm^-3 ，孔隙度增加

8%～12% 。河南省周口市連續5年水肥一體化實踐表明，耕作層有機質含量年增幅達 0.08% ，表層土壤電導率下降 30% ，有效降低了次生鹽漬化風險。此外，精準灌溉系統通過優化泵站運行時間，使單位產量柴油消耗量減少 0.18L?kg^-1 。結合水肥協同帶來的氮肥利用率提升，玉米種植的碳含量從 639kg?hm^-2 降至 468kg?hm^-2 ，其中，灌溉環節減排貢獻率達58% ，成為低碳農業的重要突破口。

（三）經濟可行性分析

以 33.33hm² 玉米田為例，智能灌溉系統初期投資18萬 ～22 萬元（含設備與安裝)，按節水每年節肥收益（2250元·hm^-2 ）與每年增產收益（3000元·hm^-2， 0計算，靜態投資回收期為 2.8～3.5 年。黃淮海地區實踐表明，系統運行第4年即可實現累計凈收益轉正。核心部件中，滴灌帶抗堵塞設計使使用壽命延長至1～2 年，壓力補償式噴頭耐用度達 8～10 年，考慮10% 年維護成本，全生命周期（10年）年均成本降至525～600 元·hm^-2 ，較傳統灌溉設施下降 42% ，且殘值率可達初始投資的 15%～20% 。

此外，農業農村部高標準農田建設補貼覆蓋智能灌溉系統投資的 30%～50% ，結合節水獎勵 ）、購置稅減免等政策，使農戶實際支付成本降低 40%～ 60% 。例如，山東省德州市2022年在補貼政策的推動下，項目區精準灌溉覆蓋率一年內從 18% 躍升至57% ，政策資金撬動社會投資比達1：3.2。

四、實施障礙與優化路徑

（一）技術應用現實瓶頸

在玉米主產區中，僅 38% 的耕地布設標準化傳感器網絡，且丘陵地帶存在信號盲區。東北黑土區因田塊細碎化導致監測設備覆蓋率不足 20% ，難以支撐精準灌溉所需的全域數據采集。基礎設施薄弱直接制約了玉米需水模型的運算精度，在抽雄期等關鍵階段易引發灌溉偏差。調查顯示，45歲以上玉米種植戶中僅12% 能獨立操作智能灌溉終端，小農戶更傾向沿用“看天澆水”的經驗。黃淮海地區因夏玉米生長季短（ 90～100 天），農戶對系統學習存在時間上的排斥心理，導致先進設備的閑置率為 25%～30% 。此外，玉米田高密度種植環境容易發生噴頭堵塞風險，然而縣域技術服務網點僅覆蓋 60% 的鄉鎮。甘肅省相關調查顯示，滴灌系統故障修復周期平均達5.2天，超過玉米水分脅迫耐受臨界值（ (72h) ，直接影響穗粒發育。

（二）系統性解決方案

推行“一區一策”的補貼方案，東北冷涼區重點支持凍害防護型傳感器研發，黃淮海平原優先布局低功耗窄帶物聯網。建立玉米灌溉技術標準體系，將情監測精度（ ±2% 、響應速度（ <30min ）等關鍵指標納入農機補貼認證范圍。同時，開發玉米專用簡裝版控制系統，如基于作物生育期的“紅黃綠”三色灌溉指示燈。在西南山區推廣重力式滴灌袋，利用20m 自然落差實現無泵灌溉，設備成本平均壓縮至12000元·hm^-2 以內。針對鹽堿地玉米種植，研發防結晶滴頭與pH自適應沖洗模塊。此外，構建“田間學校 + 移動端微課”雙軌培訓模式，將玉米需水規律可視化(如虛擬現實展示根系吸水過程)。在吉林省、山東省等主產省試點灌溉技術經紀人制度，培養既懂玉米栽培又擅長設備運維的復合型人才，技術服務響應半徑縮短至 15km 。

五、結語

研究結論強調，精準灌溉技術是實現玉米種植可持續發展的關鍵途徑。通過優化技術體系與實施策略，可以有效消除當前應用障礙，進而促進農業現代化進程。未來，研究應進一步關注技術的區域適應性與長期穩定性，同時加大技術培訓與推廣力度，以確保精準灌溉技術能夠在更廣泛的農業生產場景中發揮其潛在優勢，為保障糧食安全與生態環境的可持續發展作出更大貢獻。

作者簡介：黃發元（1977—），男，甘肅民勤人，本科，工程師，主要從事農田水利的項目工程建設工作。