膜下滴灌對玉米生長及土壤影響的研究進展

曹 巍，劉宏權，2，陳任強，王鑫鑫，薛寶松，商振清

（1.河北農業大學城鄉建設學院，河北 保定 071001；2.農業農村部華北節水農業重點實驗室，河北 保定 071001；3.河北省山區農業技術創新中心，河北 保定 071001；4.國家北方山區農業工程技術研究中心，河北 保定 071001；5.河北農業大學河北省山區研究所，河北 保定 071001；6.河北潤農節水科技股份有限公司，河北 唐山 064100）

0 引 言

我國水資源總量大但人均占有量少，是最缺水的國家之一，水資源的合理分配與利用極為迫切[1]。農業用水作為全國用水大戶，2013年之前一直左右著全國用水總量的變化趨勢，但在之后農業用水量有所下降[2]，這與農業節水技術發展與應用密切相關，在保證有效灌溉面積的同時，提高了單位面積的用水效率。而中國農業的用水效率特征在空間格局上呈東高西低、南高北低的總體分布態勢，北部及西北部地區不僅是缺水的重災區，還面臨著用水效率較低的難題[3]。特別是華北地區作為我國農產品和糧食生產的重地，擁有數億畝的耕地良田，占全國耕地面積的18%，但卻僅用全國6%的水資源產出了全國23%的糧食[4]。以上種種現狀都是水土資源嚴重不匹配的表現——20%的水資源卻要服務超過77%的潛在可開墾土地[5]。此外，土地鹽漬化問題是世界農業旱作區突出的生態環境問題，我國的鹽堿地分布廣、面積大，在西北、華北、東北和沿海地區都有分布[6]，土地鹽漬化不僅會導致作物生長不良，制約作物對水分、養分的吸收利用，而且容易讓其受到病蟲的侵害，不但影響了農業的可持續發展，最終還會影響人類的生命健康[7]。

膜下滴灌技術在很大程度上緩解了以上矛盾，并進一步提升糧食生產力、節約水資源和提高水生產力。膜下滴灌是在膜下應用滴灌技術，它充分結合了以色列滴灌技術和國內覆膜技術的優勢，是一種應用廣泛的節水技術。這種技術通過可控管道供水，將加壓過的清水和水溶性肥料充分融合形成水肥溶液，經過濾系統再通過膜下的灌溉帶，定時定量且均勻的滴在作物的根系發育區。研究表明，膜下滴灌技術不僅可以有效緩解農業用水效率低下和土地鹽堿化的問題，還能提高土壤溫度，減少土壤水分蒸發；蓄水保墑保肥，同時還能有效控制雜草生長；改善近地面氣層的光熱條件，促進土壤中微生物活動；加快有機質分解，改善土壤結構，為農作物的生長創造適宜的生態環境[8,9]。

近年來人們在種植玉米（Zea maysL.）、水稻（Oryza sativaL.）、大豆（Glycinemax (L.) Merr.）、棉花（Gossypium spp）、花生（Arachis hypogaeaL.）等作物時應用了膜下滴灌技術，從不同角度進行了研究和討論[10-14]。例如，在灌溉方式的研究中玉米并不同于棉花，對棉花而言膜下滴灌已成為了最理想的灌溉方式，但對玉米而言，灌溉方式并不像棉花那樣確定，需要根據周圍環境和目標收益進行確定。而且隨著國內玉米生產空間布局“北移”[15]，側面突出了節水高產灌溉技術的必要性，研究者們也為此做了大量的試驗以選取合適的灌溉方式。因此，本文結合膜下滴灌技術下玉米產量、品質及其土壤性質的響應規律，對膜下滴灌技術進行評價，以期優化玉米膜下滴灌技術。

1 膜下滴灌與其他不同灌溉方式對比

膜下滴灌對玉米生長有著明顯的優勢。就滴灌而言，在我國北方灌溉區域（35°～45°N，100°～125°E）能夠對玉米實現增產節水的目的[16]。而地膜覆蓋無論是平作還是壟膜溝種等種植方式，均能明顯改善旱地玉米水熱條件，促進玉米生長發育，提高其產量和水分利用效率[17-19]。

1.1 膜下滴灌與傳統灌溉方式對比

膜下滴灌相對于傳統的漫灌，在產量、肥料利用、水分利用等方面擁有明顯的優勢。陳偉[20]研究了3種不同的灌溉方式，發現膜下滴灌在得到更高產量的同時，比畦灌和溝灌節約30%多的用水，提高50%的水分利用效率。劉洋[21]等人的研究發現，膜下滴灌為玉米生長創造了有利的土壤水熱環境，比不覆膜滴灌和地面灌處理的平均產量分別提高11%和21%，水分利用效率分別提高9%和18%。黃金鑫[22]等人將膜下滴灌和傳統施肥作比較，發現膜下滴灌顯著提高玉米產量及磷素積累量、磷肥利用效率。任中生[23]等人同樣發現，在河套灌區膜下滴灌能比地下水畦灌、黃河水畦灌分別提高玉米產量11.68%、15.60%，提高氮肥利用效率41.03%、77.19%。膜下滴灌“少量多次”的灌水施肥方式是提高水分利用效率、氮回收效率的關鍵，促進氮肥吸收并向籽粒分配，有效協調玉米籽粒產量和氮肥利用率的關系[23]。同樣在河套灌區，高紅艷[24]等人研究發現，膜下滴灌較多的灌溉次數維持了膜下土壤含水率波動不超過10%，使其產量比畦灌提高了60%。QIN[25]等人在充分灌溉下將膜下滴灌（DI）對比膜下畦灌（BI），試驗發現膜下滴灌處理可縮短玉米生長天數，此狀態下玉米田間蒸發蒸騰量（ET）較低。這一切都離不開膜下滴灌穩定提供的灌水和營養。WANG[26]等人的試驗可以佐證這一觀點，在DI替代BI后，DI處理在4 a試驗內每年減少9%的ET消耗量，平均每年增加約28%的水分利用效率（WUE）和39%的氮素利用效率（NUE），可利用的水和營養得到了充分補給。相較于傳統灌溉模式，膜下滴灌對玉米生長各方面均起到了積極作用，在北方干旱半干旱地區玉米種植具有很強的競爭優勢。

雖然膜下滴灌理論與技術取得了長足進步，但傳統灌溉模式結合自身特點，也有其獨特的優勢。傳統漫灌可增大根系在深層土壤中所占比例，根系分布范圍變廣，有利于增加根系與土壤養分的接觸機會，從而會提高玉米的養分吸收利用效率[27]。而且膜下滴灌可能會存有積鹽現象，在干旱地區需建立適當頻率的傳統漫灌洗淋制度，以確保膜下滴灌的長期發展[24]。實際應用中適當將2者相結合，保證區域性玉米種植的可持續發展。

1.2 膜下滴灌與其他滴灌方式對比

1.2.1 膜下滴灌與淺埋滴灌對比

近年來，淺埋滴灌被廣泛應用于中國北方小麥、玉米生產。膜下滴灌和淺埋滴灌2者具有節水增產和環境友好的特點，被視為高效節水的典范，但2者優勢的發揮會隨著外界條件不同而有差異。

膜下滴灌有著更加穩定的土壤環境，為玉米的生長起到保駕護航的作用。GENG[10]等人對比了淺埋滴灌和膜下滴灌對春玉米的影響，發現膜下滴灌春玉米的氮磷鉀吸收、產量和水分利用效率顯著高于淺埋滴灌。WU[28]等人在玉米產量、水分利用效率和氮利用效率方面也有相同的發現，其研究還表明覆膜滴灌可使玉米在生殖階段擁有較高的土壤溫度。賈瓊[29]等人的研究表明，膜下滴灌在帶來更高平均葉面積指數的同時其總耗水量較淺埋滴灌低9%，且平水偏枯年的產量會高于淺埋滴灌7%～15%，節水效果明顯，在年降雨量小于268.32 mm的地方使用膜下滴灌將會是更佳的選擇。

淺埋滴灌技術的出現有效解決了膜下滴灌地膜污染和回收成本高的難題，隨著技術的不斷革新和完善，其優勢愈加明顯，取得了較好的效果。陳江魯[30]等人對比了2種滴灌技術對不同品種玉米的影響，試驗發現淺埋滴灌能提高中晚熟玉米穗粒數和產量，并提高經濟效益和產投比。賈瓊[29]等人報道了淺埋滴灌根系分布會比膜下滴灌深10 cm，在平水年份膜下滴灌的玉米產量會低于淺埋滴灌6%～19%，在降雨量大于268.32 mm的地方更推薦使用淺埋滴灌。王建東[31]等人對覆膜淺埋滴灌技術模式進行探究，發現覆膜后淺埋滴灌的產量和水分利用率會略高于膜下滴灌3.9%和5.9%，差異性并不顯著。覆膜后淺埋滴灌有較高設施成本，其技術主要凸現了工程節水措施與農藝措施相結合的重要性，可著重解決膜下滴灌系統滴灌帶易被灼傷等問題[31]。

膜下滴灌和淺埋滴灌在作物產量和節水效率等方面，受作物品種、土壤、氣象、農藝措施等因素影響而呈現不盡相同的表現，造成2者差異的原因與土壤水肥氣熱條件有關，這方面的機理還需要進一步探索。

1.2.2 膜下滴灌與不覆膜滴灌對比

無膜滴灌可以減少成本和避免地膜污染，但對玉米生長等方面的影響無膜滴灌不如膜下滴灌。有研究表明，地膜覆蓋可有效提高光合能力，促進玉米生長[32]；保墑灌溉措施能夠提高玉米的葉片葉綠素含量、有效蒸騰和光合速率，各指標基本以地膜覆蓋最佳[33]。SUI[34]等人研究發現覆膜滴灌比不覆膜滴灌玉米攔截了更多的凈輻射，這是其增產的主要原因之一。祁鳴笛[35]等人對比了不覆膜滴灌下玉米田間耗水，發現覆膜滴灌下玉米全生育期的耗水量顯著減少了10.21%，生育期內平均作物系數顯著降低7.42%。JIA[36]等人分析了玉米覆膜滴灌與不覆膜滴灌對土壤蒸散發的影響，玉米在膜下滴灌條件下全生育期的蒸發量僅為0.67 mm，遠遠小于無膜滴灌的84.59 mm。薄膜的保濕作用將更多水分儲存在地膜下的土壤中，導致膜下滴灌的蒸發量要遠小于無膜滴灌。玉米種植選擇覆膜與否，還需要權衡分析地膜類型、厚度、經濟效益以及對環境的影響后進行選擇。

1.3 膜下滴灌與其他節水灌溉方式對比

魏子涵[37]等人探究了低壓管灌、膜下滴灌和噴灌這3種節水灌溉方式對玉米生長參數及產量的影響，結果表明膜下滴灌下玉米生物量和實際產量最佳。李鐵男[38]等人在半干旱區開展玉米膜下滴灌與覆膜漫灌、噴灌、不覆膜不灌對玉米生物學效應的影響，試驗發現膜下滴灌玉米生物學優勢效應顯著，比其他灌溉方式節水50%以上，與傳統種植相比單產可提高1倍以上。干旱、少雨、低溫等不利氣象條件年份，玉米膜下滴灌將凸顯節水、增產、增效的優勢。

膜下滴灌在促進玉米生長方面并不總是存在優勢。邵明星[39]研究了不同灌溉水量下微潤灌溉和膜下滴灌對玉米生長和產量的影響，結果發現在風沙土地區灌溉水量在25%～75%ET時適合采用微潤灌溉。薛新偉[27]等人對西遼河平原地區玉米不同灌溉模式進行探究，淺埋滴灌和傳統畦灌的產量均高于膜下滴灌，且膜下滴灌生育后期玉米根系超氧化物歧化酶、過氧化物酶活性低于淺埋滴灌和傳統畦灌，此時膜下滴灌玉米根系抗衰老能力較弱，衰老較快。

上述研究說明膜下滴灌和其他灌溉方式對玉米的影響出現了差異性，可能與不同灌溉方式相匹配的灌溉制度有關，差異性出現的原因還需要結合地域性和試驗目的進行進一步的探究。

2 膜下滴灌對玉米生長、產量和品質的影響

膜下滴灌在各個方面對作物的產量和品質產生影響，例如，滴灌時的水質、水量，施肥量以及施肥方式，水肥耦合方式等不同組合都能在膜下滴灌的方式下發揮出更好的作用。但無論試驗設計、方法如何改變，研究者的初衷都是模擬現實中可能發生的條件下，通過膜下滴灌的方式實現節水、省肥、高產、優質、高效的目的。

2.1 膜下滴灌施肥制度對玉米的影響

適時適量施肥可以給玉米的生長發育提供養分保障，受常見磷肥、鉀肥較難溶于水或價格較高等影響，對膜下滴灌施肥的研究集中在氮肥上。宋金鑫[40]等人發現，氮肥有助于玉米在膜下滴灌條件下生長，合適的施氮量顯著影響葉面積指數、干物質積累量和產量形成。朱金龍[41]等人探究了不同氮肥水平對春玉米膜下滴灌地上部和根系干物質及氮磷鉀累積的影響，發現施氮增加了春玉米地上部和根系的干物質積累和養分積累，但過量施氮抑制了地上部和地下部的生長和氮素積累，不利于磷鉀養分的吸收。翟娟[42]的研究同樣發現，施氮量會顯著影響玉米的千粒重和穗粒數進而影響玉米的產量，但當施氮肥超過適宜施氮量時葉面積和干物質不再繼續增加。WANG[43]等人設置了6個不同施氮量水平，進一步探究施氮量對膜下滴灌作物的影響，發現當施氮量在0～240 kg∕hm2的范圍內時，每增加50 kg∕hm2施氮量，玉米總氮平均提高了16.7%。在中國東北平原地區，膜下滴灌施氮230 kg∕hm2下的玉米產量、WUE和NUE比當地種植分別提高10%～29%、10%～31%和57%～84%，但施氮量從230 kg∕hm2增加到330 kg∕hm2，產量并沒有顯著增加[34]。同樣在東北地區，劉洋[44]等人發現施氮次數對玉米產量的影響大于施氮量，建議在黑土區玉米膜下滴灌采用3次施氮（拔節期、抽穗期、灌漿期）、總施氮量150～200 kg∕hm2的施氮管理措施。張鵬飛[45]等人還對玉米膜下滴灌的氮肥分期追施量進行了研究，最佳氮肥分期追施方式為在30%、60%、100%葉齡指數時期，按照3∶5∶2的分配方式將120 kg∕hm2氮肥追施，這將會有效提高籽粒產量和氮素吸收與利用效率。

以上研究的施氮量和施氮時間在對膜下滴灌時玉米的影響規律上表現出了一致性，為適時適量高效施氮提供了參考。研究表明，玉米的產量主要由吐絲期至乳熟期群體葉片光合性能，以及中上部葉片的光合能力和高光效所持續的時間共同決定[46,47]，而適時適量施肥正好能顯著提高玉米葉片葉綠素含量、蒸騰速率和氣孔導度值，進而提高葉片的凈光合速率[48]。玉米生育期內對氮肥的需求是極大的，膜下滴灌很大程度上解決了肥料損失嚴重、利用率較低的問題，加上合適的施肥頻率和灌溉施肥方式，能夠適時適量地將水分和養分供給玉米根區，調控土壤中氮素運移分布和吸收利用過程，從而達到提高玉米產量，改善玉米品質的目的。隨著新型水溶肥的問世和推廣，磷肥、鉀肥和中微量元素對膜下滴灌玉米生長、產量和品質的研究將成為研究熱點。

2.2 膜下滴灌灌水制度對玉米的影響

合理高效的灌溉制度同樣發揮著重要的作用。劉一龍[49]等人發現，膜下滴灌玉米產量相較于傳統種植增產顯著，在最佳灌溉定額和灌溉次數的加持下可達到產量翻倍的結果，且在生育期內適當減少灌溉定額和灌水次數可以達到節水增產的效果。合理進行灌水量主動調節可以實現節水和產量的雙贏。ZHANG[50]等人在優化新疆地區玉米膜下滴灌時發現，相比充分灌溉條件（600 mm），灌溉量降低10%后，籽粒產量和經濟效益沒有顯著變化，卻帶來蒸散量減少、水分利用效率增加的好處。張芮[51]等人采用膜下調虧滴灌在制種玉米不同生育期進行水分脅迫，拔節抽穗期缺水會抑制葉面擴展，使植株矮小，抽穗灌漿期脅迫影響玉米庫容建立，最終都會導致響產量降低；膜下滴灌制種玉米合適的水分調控模式是苗期輕微水分虧缺、拔節到灌漿期充分供水、灌漿后期到成熟期適度虧水。劉戰東[52]等人以不同灌水方案處理膜下滴灌玉米，發現玉米的株高、莖節數和產量構成因素均隨著灌水量的增加呈現上升趨勢。張昊[53]等人同樣發現，膜下滴灌玉米產量和全生育期耗水量隨著灌水定額的增大而增大，但水分利用效率卻隨之下降。過高的灌水量會抑制玉米根系呼吸、降低根系活力，過低的灌水量造成玉米光合能力下降、根系吸水困難，因此玉米膜下滴灌時的灌水量過高或過低都會降低玉米產量[54]。

2.3 膜下滴灌水肥耦合對玉米的影響

高效的水肥運籌使玉米膜下滴灌更加合理。水、氮在一定范圍內配合表現出明顯的正向交互作用，促進玉米的生長發育；而施氮量超過一定范圍將產生負效應，對玉米的生長發育及產量起到一定的抑制作用[55]。尚文彬[56]揭示了玉米膜下滴灌氮肥的增產效應與灌水量之間的關系，當灌水量處于較低水平時，施氮肥越多越有可能造成減產；灌水量適宜時，氮肥的增產效果明顯；灌水量過高時，氮肥增產效果不再明顯。

任中生[57]等人探討不同滴灌施氮策略對玉米生長、產量和水肥利用效率的影響，施氮對玉米株高與葉面積指數促進作用顯著，灌水與施氮均可顯著增加玉米籽粒產量、百粒重、穗行數和行粒數，在施氮0～262.5 kg∕hm2范圍內氮肥利用率隨施氮量的增加而升高，水分利用效率和灌溉水利用效率均隨施氮量升高而增加。孟翔燕[58]構建了數學模型對膜下滴灌水肥耦合對玉米性狀的影響進行分析，發現灌水量、氮肥、鉀肥和磷肥對玉米產量均有顯著的影響，各因素的影響順序為氮肥＞磷肥＞灌水量＞鉀肥，且存在交互作用。水肥耦合存在閾值：低于閾值時，增加灌水量和施肥量都能顯著增加產量；但高于閾值后，則增產效果不明顯，甚至會導致減產[59]。因此，應該綜合考慮產量、經濟效益和肥料利用率等因素選擇適宜的水肥耦合管理模式。

以目前的研究來看，膜下滴灌在干旱和半干旱地區玉米的生長、產量和水肥利用效率發揮著積極的作用。其中的差異主要受玉米品種、灌溉制度、施肥量以及區域條件差異等因素影響，因此在不同的生態區條件下探索水肥耦合規律和適合該區域經濟高效的灌溉施肥方式是十分有意義的。

3 膜下滴灌對土壤的影響

膜下滴灌直接、快速、頻繁地影響土壤環境，再輔以微咸水、作物間作和化肥施用等方式，對土壤生態系統的影響則又呈現出了多樣性，這種影響過程是復雜的但值得我們深究。而且土壤表面覆膜以后，將土壤和外界大氣隔離，使外界環境不會直接作用于土壤，從而維持土壤內部穩定，起到維穩增產的效果，這種情況在半干旱或干旱地區尤為明顯。因此，分析不同模式下的膜下滴灌方式，對提高土壤肥力、減少養分流失有著重要意義。

3.1 膜下滴灌對玉米土壤物理性質的影響

土壤含水率主要受到土壤條件、灌溉制度和氣象要素的影響。劉戰東[52]等人在玉米膜下滴灌設置了不同灌水方案，發現土壤水多分布在0～60 cm的土層，以0～30 cm的變化最為活躍，在整個生育期內灌溉定額越多，土壤含水率就越大。這與張昊[53]等人的研究結果一致。劉庭瑞[60]等人發現，玉米膜下滴灌的土壤含水率在上部耕作層較高，中間層減少，在下層又升高。胡建強[61]等人在多礫石砂土中的研究發現卻有所不同，垂直方向土壤含水率表現呈現：中部＞下部＞上部，土壤表面25 cm含水率會明顯小于灌溉時含水率。這是礫石沙土土壤表面水分流失更快導致的，其年均蒸發量可達到年均降雨量的15倍之多[62]。李金剛[63]等人研究發現，滴頭下橢圓濕潤層的土壤含水率會隨著土壤基質勢的增大而增大。焦艷平[64]等人的研究還表明，糯玉米的生理性狀也隨著土壤基質勢的升高而增加且在-5 kPa時產量達到最大，在土壤基質勢-10～-15 kPa時有較高的灌溉水利用效率。而丁運韜[65]的研究發現，控制灌水下限為-30 kPa，可獲得較高的玉米籽粒產量和水分利用效率，又具有較好的根系活力，能有效利用深層土壤水分。這與雙方試驗大田土壤、玉米品種和氣象等不同有關。

土壤含水率也會受到其他因素的影響。QIN[25]等人試驗發現，膜下滴灌比膜下畦灌有更高的灌溉頻率，所以土壤滲漏損失較小，有著更高的土壤含水率。此外，土壤含水率又會受到地下水深度的影響。WANG[66]等人發現，當地下水位較淺（小于1.9 m）時，膜下滴灌對土壤含水率幾乎沒有影響，當地下水位較深（大于4.2 m）時，隨著灌溉周期的增加，土壤含水率逐漸增加。

地膜覆蓋可以減少土壤體積密度[67]，ANIKWE[68]等人也發現了類似的結果，這是因為地膜覆蓋可以改善土壤環境，促進根系生長，在微觀尺度上有利于增加土壤中孔隙。采用塑料覆蓋的滴灌顯著增加了土壤水分和溫度[69]。楊建房[70]等人研究了覆膜玉米的水熱狀況，在10 cm深度覆膜處理的土壤含水率會低于不覆膜處理，而20和40 cm深度則相反；在10 cm深度覆膜處理的地溫高于不覆膜，在40和60 cm深度2處理差異較小。對土壤含水率而言，覆膜促進根系生長吸收更多土壤水分，從而降低了表層土壤含水率；覆膜還使地溫升高，在更強的毛管力作用下使下層土壤水分向上運輸。SUI[34]等人研究發現，與傳統雨養相比，膜下滴灌不僅使壟上總土壤貯水量（SWS）顯著增加80 mm，而且還使得表層土壤積溫（TC）增加353 ℃；與無膜地面滴灌相比，膜下滴灌的總SWS和TC分別增加了9 mm和245～314 ℃。祁鳴笛[35]等人研究了覆膜滴灌對玉米田間水熱傳輸的影響，試驗發現全生育期覆膜使0～80 cm的土層平均地溫和土壤積溫分別提高了1.13 ℃和149.68 ℃。這是由于土壤表面覆膜之后，地表凈輻射收入下降，顯熱交換減弱，潛熱交換趨于零造成的[71]。孫貫芳[72]等人發現，膜下滴灌時土壤溫度也會受到灌水、土壤含水率、氣溫和玉米葉面積指數共同影響，在灌水下限為-30 kPa時的土壤積溫將有利于玉米生長。高利華[73]等人還發現，膜下滴灌時適當使用生物炭可有效提高耕層土壤含水率和土壤溫度。

膜下滴灌對土壤物理性質的影響主要集中在土壤水熱傳輸，持續滴灌能夠讓土壤含水率只存在于一個較小的區間內波動，維持相對穩定的土壤環境。但在滴灌和覆膜對土壤水力性能、土壤孔隙度、土壤空氣組分和土壤結構性質等方面的研究較少且不夠深入。因此，膜下滴灌對土壤物理性質的影響仍需進一步的研究。

3.2 膜下滴灌對玉米土壤的化學性質的影響

灌溉水質會影響土壤的化學性質，不管是水肥溶液還是有礦化度的水，都會使得土壤的化學性質發生改變，并改變土壤中化學性質的分布，影響作物的生長。膜下滴灌為干旱半干旱地區利用微咸水資源和鹽堿地開發提供了合理方式和有益探索。李金剛[63]等人在鹽堿地使用微咸水膜下滴灌玉米，在灌水下限為-20 kPa和-30 kPa時，能充分淋洗膜下表層的土壤鹽分且未導致土壤鹽分積累，但玉米收獲后100 cm內土體均有積鹽，需要進行秋澆或春匯。王若水[74]等人的研究發現，不同灌溉制度下土壤基質勢越高其中Na+與Cl-被淋洗的效果越好，而SO4

2-與HCO3-的淋洗效果主要受離子濃度影響，Mg2+與Ca2+不易隨水移動則在淋洗后無明顯差別。孫貫芳[72]等人用膜下滴灌對玉米土壤鹽分調控進行了研究，發現不同灌溉制度下土壤鹽分均會從內膜向外膜擴散，在灌水下限為-10 kPa時可有效淋濾土壤鹽分，同時在非生育期通過秋澆進行洗鹽灌溉能有效控制干旱半干旱地區膜下滴灌的土壤鹽分。

膜下滴灌在不同灌溉制度下會對玉米土壤化學性質產生影響。譚軍利[75]等人研究了長期覆膜滴灌對土壤化學性質產生的影響，當土壤基質勢為-10 kPa時，土壤鹽分含量、各種鹽分離子、土壤酸堿度、Cl-∕SO42-和鈉吸附比隨滴灌種植年限的增加而降低。而且WAN[76]等人的研究進一步說明，當土壤基質勢維持在較高水平時，膜下滴灌會在根區形成并維持高水分、低鹽分區域，為糯玉米生長創造了有利的土壤條件，經過多年的耕作和滴灌淋濾可將高鹽分土壤逐漸轉變為中等鹽分土壤。但DONG[77]等人研究發現，土壤基質勢與鹽淋分數（LF）相關，處于-20 kPa和-15 kPa之間的土壤基質勢對于維持LF、浸出鹽和滿足ET起到重要的作用。李明思[78]等人探究長期膜下滴灌對農田土壤鹽分演變的影響，膜下滴灌技術的使用會讓田間的土壤鹽分含量有明顯的下降，長期使用后會使土壤含鹽量穩定在一定范圍內。WANG[66]等人經過長期試驗發現，膜下滴灌降低了土壤中可溶鹽離子（Na+、K+和Cl-）的濃度，增加了Ca2+和SO42-的濃度。雖說膜下滴灌會對土壤的含鹽量有一定降低作用，但僅是對較淺的土層起到作用，這是由于淺層土壤受灌溉影響將易溶于水的鹽分淋洗至下層土壤。FENG[79]等人研究了膜下滴灌結合非生長期冬季定期灌溉對土壤的影響，第2次冬季灌溉后不同土壤的脫鹽率均超過60%，第4次冬季灌溉后不同土壤的脫鹽率均超過63.52%。通過選取適宜的灌溉方式來降低土壤的含鹽量是較為有效的。滴灌交替使用淡水和微咸水是一種很好的灌溉策略，可以克服微咸水引起的鹽脅迫問題[80]。ZHANG[81]等人對交替使用淡水和微咸水的膜下滴灌進行了評估，發現微咸水灌溉頻次越高越容易造成鹽脅迫，從而降低作物產量，最佳策略是交替使用2次微咸水灌溉和1次淡水灌溉。

3.3 膜下滴灌對玉米土壤酶、土壤生物的影響

土壤酶主要通過土壤中的動植物和微生物分泌或者通過分解動植物殘體形成的，其活性是評價土壤生態功能的重要指標[82]，能夠反映土壤轉化、積累和分解等生物化學過程的運動和強度[83]，而薄膜覆蓋和灌溉管理可以最大限度地提高土壤中相關酶活性，從而促進土壤有機質的轉化[84]。

膜下滴灌有高頻的灌溉次數，能保證作物全生育期內土壤含水率處于一個穩定的區間，且膜下環境中水分和養分不易向外界流失，這些有利條件都讓土壤生物的生存空間得到了極大地改善[85,86]。地膜覆蓋有利于養分循環和維護土壤微環境穩定，覆蓋材料在生長季節維持時間越長越有益于土壤微生物量積累[87]。

李全勝[88]等人在玉米膜下滴灌時增施微生物肥，發現玉米抽雄期窄行、根際土壤細菌和放線菌數量顯著增加，土壤有機質含量和脲酶活性顯著提高，表明增施微生物肥改善了玉米根區土壤微生物區系結構，提高了土壤酶活性。由于滴灌時隨水施用生物菌肥的特點[89]，養分和土壤細菌群落也集中分布在滴水形成的濕潤體內。MA[90]等人研究咸水滴灌對反硝化細菌群落的影響，發現使用鹽水滴灌降低了未施肥地塊中反硝化酶的活性和反硝化細菌的多樣性，并且可以改變反硝化細菌的群落結構，并促進優勢物種的生長。尹松旭[91]試驗發現，膜下滴灌在玉米全生育期顯著地提高土壤過氧化氫酶活性、脲酶活性、土壤微生物生物量碳。但目前有關膜下滴灌對玉米土壤微生物、酶活性和養分的研究，以及這些指標對玉米生長、產量和品質影響的研究較少，如何整體評價土壤生態系統對玉米的作用過程，還有待進一步研究。

4 膜下滴灌可能引發的問題

4.1 地膜污染

地膜污染是膜下滴灌技術無法回避的問題和挑戰，地膜本身是一種人工合成高分子化合物，地膜容易因老化和田間管理活動而破損殘留在土壤中，但在自然條件下不易分解或降解。加之近年來生產廠家降低成本，使地膜變薄容易破碎，在使用之后難以回收，這不僅嚴重影響了農業生產，而且對農業環境的安全和健康構成了極大的威脅[92]。結合以上研究，殘留在土壤中的地膜必然在不同方面改變了土壤的理化性質從而降低土壤肥力，導致玉米的產量和品質有所下滑，而且殘留在土壤里的地膜可能會阻礙玉米根部對養分的吸收，進一步限制玉米的生長發育。在面對塑料殘膜造成的危害要做到：①要施行高質量標準化生產，規范地膜產品質量。目前我國還存在部分0.006 mm厚度地膜，存在不耐老化和強度低的問題，國家相關部門要定期開展市場督查，根據國家發改委與生態環境部于2020年1月聯合發文《關于進一步加強塑料污染治理的意見》，嚴格限制生產和銷售厚度小于0.1 mm的地膜，農民也要開展相關知識的科普宣傳，不能盲目購買薄型地膜[93]。②加強對地膜回收技術的研究，提高殘膜回收率。根據不同種類不同地區，得出合理的揭膜時間和揭膜方式，提高殘膜的回收利用率，并且加快對殘膜回收機具的研究[92]。③加快對新型可降解地膜的研究，這是解決地膜污染最為有效的方式之一[94]。對于作物而言，可降解地膜能夠在作物生長前期起到和普通地膜相當的保護作用，在水氮利用和干旱脅迫下具有穩產的優勢，一些液體地膜甚至可以起到增產的效果；于土壤而言，新型地膜均能有效提高土壤溫度，且對土壤環境無不良影響[95]。

4.2 地下水補給降低

大規模實施膜下滴灌后，土壤水分運動出現新的特征。從以上研究來看，滴灌的灌水量一般少于傳統灌溉，膜下滴灌的土壤水更多活躍在較為淺的耕作層，且在覆膜的保護下有了更低的蒸發量，提高了灌溉水利用效率。但滴灌也使土壤水豎直方向上分布不均勻和深層土壤水分得不到補給，對土壤總生物量以及土壤的長效利用和發展會帶來什么樣的影響還需要進一步的研究發掘。

已有學者對區域地下水補給進行了評估。HU[96]等人指出，隨著膜下滴灌技術的普及和節水技術的使用，灌溉回流從20世紀90年代的594.01 mm下降到2010年的164.62 mm。JIN[97]等人對比膜下滴灌和淹灌發現，膜下滴灌在一定程度上降低了西遼河平原的入滲深度和地下水補給量。這種現象最終會降低地下水位，從而威脅區域地下水的穩定性。此外還應注意，地下水位下降將加劇灌溉區周圍自然植被的生態系統退化[98]，并增加土地荒漠化的風險。對于地下水埋深較深的區域，建議年際間采取淹灌和膜下滴灌相交替的灌溉方式，提高地下水的穩定性。

4.3 覆膜和滴灌的缺點

滴灌技術、覆膜技術的缺點共存于膜下滴灌技術。灌水器容易阻塞是滴灌最常見的問題。一些溶解性不好的肥料或過濾系統不達標，容易造成滴頭阻塞，導致隨水施肥效果不佳[99]。滴灌條件下容水器內長期充水容易滋生細菌，用再生水進行膜下滴灌時會讓細菌在滴灌系統中大量繁殖，形成的附生生物膜會阻塞滴灌系統[100]。目前很多人對不同阻塞的方式提出了相應的控制方法[101,102]。地膜覆蓋和殘膜處理的成本不容小視?？紤]到地膜覆蓋的成本，膜下滴灌和淺埋滴灌之間的經濟效益可能沒有顯著差異[10]。雖然膜下滴灌具有較大的生產優勢，但在施肥技術進一步優化和膜污染問題得到解決之前，淺埋滴灌可能是一種更生態環保的灌溉方式。

5 展 望

膜下滴灌技術的應用與諸多因素有關。這部分的闡述是希望相關研究人員在應用這項技術之前，能對周圍環境進行全面的調研，對比其他技術來選取使用，進而更好發揮其優勢：

（1）地下水埋深對作物的生長發育起著重要的作用，膜下滴灌同時也會影響著地下水埋深的深淺。2者的關系還需進行進一步探究，根據不同地方的需求達到相應的動態平衡。適當地下水位可以改善土壤水分環境，增強根系活力改善根冠關系，進一步促進作物生長發育，提高水分利用效率，最終達到節水增產的目的。因此，合理利用淺層地下水資源是農業生產中必須考慮的一個問題。孫仕軍[103]等人研究地下水的埋深對膜下滴灌玉米產生的影響，淺埋地下水（1.0～2.5 m）會縮短玉米的生育期，提高玉米的生長指標，進而達到增產的效果。明廣輝[104]等人探究了不同埋深地下水對膜下滴灌棉田的水鹽運移規律，試驗發現，隨著滴灌期的地下水埋深增大，會讓苗期和非生育期土壤的反鹽程度降低，讓收獲期鹽分顯著下降；且將地下水埋深控制在3.5 m時，膜下滴灌結合冬春灌淋洗能有效抑制土壤層鹽分的增加。而楊鵬年[105]等人使用Hydrus軟件對不同地下水埋深下膜下滴灌棉花生育期耗水量進行了模擬，發現地下水埋深越淺，會讓棉花的灌水定額越小，但考慮到較高的潛在蒸發勢會導致土壤鹽漬化，1.5～3.0 m的地下水埋深是灌區內較理想的水位區間[106]。2者間存在差異可能是由于其研究目的不同導致的，在3.5 m的地下水埋深對抑制土壤鹽分有效，1.5～3.0 m的地下水埋深將會有利于減少灌區的灌溉定額。

（2）膜下滴灌與其他灌溉方式相結合，可相輔相成、達到更好的使用效果。膜下滴灌會存有積鹽現象，需建立適當頻率的傳統漫灌淋洗制度，以確保膜下滴灌的長期發展[24]。如果干旱年份不進行灌溉，膜下滴灌較低的水分可用性可能會增加產量下降的風險，提前澆地或者在關鍵生育期進行灌水使更深的土壤層中儲存足夠的水分，以促進玉米根系向下生長并保持高產[107]。特別是在已經存在次生鹽堿化的土地上可采用“播前溝灌+滴灌”的灌溉模式，可避免次生鹽堿化造成的不良影響[108]。在枯水年或者降雨量小于268.32 mm的地方使用膜下滴灌將會是更佳的選擇，在平水年或者降雨量大于268.32 mm的地方更佳推薦使用淺埋滴灌[29]。膜下滴灌系統的滴灌帶存在易被灼傷的問題，在覆膜的基礎上進行淺埋可有效解決這一問題[31]。

（3）通過數學模型對作物生長進行合理預測。從試驗中得出的結果具有較強的局限性，可以通過構建作物生長模擬模型對作物生長發育和產量形成的過程進行定量且動態地描述[109]，使用數學方程對作物、土壤、氣象、灌溉、施肥的函數進行模擬[110]，這方面雖比較成熟但仍有應用受限或精度不高的問題。LI[111]等人將遙感信息與水文—作物耦合模型相結合，對干旱地區的玉米產量進行估計，結果表明該研究和相關模型可用于評估灌溉、肥料和田間管理對區域范圍內作物產量的影響。但由于模型開發目標和環境不同，模型結構和參數存在顯著差異[112]。因此，需對作物生長模型進一步優化改進，細化不同條件下（作物品種、土壤類型、灌溉管理方式）適當參數的選擇，即參數本地化；另一方面，結合新型監測技術、精準灌溉施肥、加強作物表型方面的研究，最終實現實際觀測和模型模擬相結合的目標。

（4）膜下滴灌對玉米品質和生態問題相關方面的研究仍然較少。目前水肥耦合對玉米品質的研究還較少，大多為通過膜下滴灌的灌溉施肥方式對于玉米品質產生的影響[113]，并未比較不同灌溉方式之間玉米品質的差異性。如何通過水肥投入—產量—品質—效益關系，對玉米生產進行科學指導仍是值得進一步深究的問題。目前大量研究表明膜下滴灌對于土壤微生物特征、土壤有機質含量及其酶活性等方面有著積極地促進作用[114-116]，但這方面內容在玉米上的研究卻并不多見，膜下滴灌對土壤微生物活動及碳排放過程的影響是否也表現出一致性，這都值得研究者進一步探究。

（5）膜下滴灌的使用存在一定局限性。當降雨較多時膜下滴灌并不能發揮節水作用，李前[117]等人試驗發現，在多雨年份玉米膜下滴灌處理的耗水量不僅多于農民習慣施肥處理，而且水分利用效率僅高出9%，結果與干旱年間相比差異較大。當地下水埋深較大時不適合使用膜下滴灌。地下水的補給有一部分來自于農田灌溉，而膜下滴灌對于地下水的補給微乎其微，在地下水埋深較大時使用膜下滴灌，會進一步降低地下水位，既不利于作物的生長發育，還會形成大面積的降落漏斗。在西遼河地區，播種期多風沙氣候條件，不平整的地面難以滿足膜下滴灌的布置條件[118]。對于發展較為落后，生態環境脆弱的地方同樣不適合用膜下滴灌，膜下滴灌的農業配套技術不僅復雜，而且前期投入較大，其薄膜難以回收的特點會加重生態環境負擔。灌溉節水技術的使用還需根據不同地方、不同條件進行酌情選擇。