一、引言

西北干旱半干旱区是我国重要的粮食生产基地，小麦、玉米作为区域主导粮油作物，其生产受水资源短缺制约显著。据统计，该区域农业用水占总用水量的80%以上，且传统漫灌、沟灌等方式水分利用效率仅为0.4-0.6kg/m³，水资源浪费严重。同时，区域年降水量不足400mm，蒸发量高达1500-2500mm，土壤墒情波动大，易导致作物生长关键期受旱，影响产量形成。

膜下滴灌技术结合了地膜覆盖与滴灌的优势，通过地膜抑制土壤蒸发，滴灌精准输送水分至作物根系区，已在我国西北棉田、果园中广泛应用，但针对小麦、玉米等密植作物的系统研究仍需完善。本文以西北干旱半干旱区典型农田为研究对象，对比分析膜下滴灌与传统灌溉对小麦、玉米水分利用效率及土壤墒情动态变化的影响，旨在为区域节水农业发展提供理论依据与实践参考。

二、材料与方法

（一）试验区域概况

试验于2022-2023年在甘肃省河西走廊东段（38°56′N，100°15′E）开展，该区域属典型温带大陆性干旱气候，年平均降水量156mm，年平均蒸发量2480mm，无霜期150d，试验田土壤类型为灌漠土，0-60cm土层土壤容重1.42g/cm³，田间持水量23.5%，土壤有机质含量12.8g/kg。

（二）试验设计

试验设置2个灌溉处理，分别为膜下滴灌（T1）和传统沟灌（CK），每个处理3次重复，小区面积30m²（5m×6m）。供试作物为春小麦（品种“宁春4号”）和春玉米（品种“先玉335”），小麦生育期为3月下旬-7月中旬，玉米为4月上旬-9月下旬。

膜下滴灌（T1）：小麦采用1膜2行种植模式，地膜宽70cm，行距30cm，滴灌带置于膜下两行作物中间，滴头间距30cm，工作压力0.15MPa；玉米采用1膜2行种植模式，地膜宽90cm，行距40cm，滴灌带置于膜下，滴头间距40cm，工作压力0.20MPa。灌溉定额根据作物生育期需水规律确定，小麦全生育期灌溉280m³/hm²，玉米320m³/hm²，分5-6次灌溉。

传统沟灌（CK）：小麦、玉米均采用传统沟灌方式，行距与T1一致，灌溉定额参照当地农户常规用量，小麦全生育期灌溉450m³/hm²，玉米520m³/hm²，分3-4次灌溉。

（三）测定指标与方法

1. 水分利用效率：在作物收获期，测定小区产量，计算水分利用效率（WUE），公式为：WUE=作物产量/总耗水量，其中总耗水量=灌溉量+有效降水量-土壤储水量变化量（0-100cm土层）。

2. 土壤墒情：采用时域反射仪（TDR）定期测定0-10cm、10-20cm、20-40cm、40-60cm土层土壤含水量，小麦生育期每7d测定1次，玉米每10d测定1次，同时记录灌溉、降水事件，分析土壤墒情动态变化规律。

 （四）辅助指标测定

1. 作物生长指标：在小麦拔节期、灌浆期及玉米大喇叭口期、吐丝期，每个小区随机选取5株代表性植株，采用直尺测定株高，游标卡尺测定茎粗（距地面10cm处）；通过叶面积仪测定功能叶叶面积，计算叶面积指数（LAI），分析不同灌溉方式对作物生长动态的影响。

2. 土壤盐分含量：在作物播种前、收获后，采集0-20cm、20-40cm、40-60cm土层土壤样品，采用烘干法测定土壤含水量后，通过电导仪测定土壤浸提液电导率（EC值），评估膜下滴灌对土壤盐分分布的影响，避免长期灌溉导致土壤次生盐碱化。

3. 产量构成因素：收获期对各小区作物进行单独脱粒、称重，统计小区实际产量；同时随机选取100粒小麦籽粒、50粒玉米籽粒，采用电子天平测定千粒重；计数小麦有效分蘖数、玉米穗粒数，分析膜下滴灌对作物产量构成的具体影响机制。

（五）数据处理

采用Excel 2021进行数据初步整理，使用SPSS 26.0软件进行统计分析。计量数据以“平均值±标准差（x±s）”表示，不同处理间差异显著性采用单因素方差分析（ANOVA），多重比较采用LSD法，以P<0.05为差异具有统计学意义。土壤墒情动态变化图采用Origin 2022软件绘制，确保数据可视化呈现清晰直观。

三、结果与分析

（一）膜下滴灌对小麦、玉米水分利用效率的影响

由表1可知，与传统沟灌（CK）相比，膜下滴灌（T1）显著提升了小麦、玉米的水分利用效率。2022年，T1处理小麦水分利用效率为1.82kg/m³，较CK提升22.7%；玉米为2.15kg/m³，较CK提升19.4%。2023年，T1处理小麦水分利用效率为1.95kg/m³，较CK提升25.6%；玉米为2.28kg/m³，较CK提升22.1%。两年试验结果一致表明，膜下滴灌在减少灌溉量的同时（小麦减少37.8%，玉米减少38.5%），作物产量未显著下降（小麦减产幅度<3%，玉米减产幅度<2%），实现了节水与稳产的平衡。

（二）膜下滴灌对土壤墒情动态变化的影响

1. 小麦生育期土壤墒情

小麦生育期内，0-60cm土层土壤含水量动态变化如图1所示。CK处理土壤含水量波动剧烈，灌溉后土壤含水量迅速升至田间持水量的85%以上，但随着蒸发与作物耗水，7-10d内即降至田间持水量的55%以下，需频繁补水；而T1处理土壤含水量始终维持在田间持水量的65%-80%，波动幅度小。在小麦拔节期（需水关键期），CK处理0-20cm表层土壤含水量降至12.3%，出现干旱胁迫，而T1处理仍保持在15.8%，满足作物生长需求。

2. 玉米生育期土壤墒情

玉米生育期较长，且需水量大，土壤墒情变化更能体现灌溉技术的优势。由图2可知，CK处理40-60cm深层土壤含水量在灌溉后15d内下降12.5%，表明深层水分渗漏严重；而T1处理40-60cm土层土壤含水量下降幅度仅为4.8%，且始终保持在14.5%以上。此外，T1处理地膜覆盖有效抑制了表层土壤蒸发，0-10cm土层土壤含水量较CK处理高3.2-5.6个百分点，减少了无效水分消耗。

 （三）膜下滴灌对小麦、玉米生长指标的影响

由表2可知，不同灌溉方式对作物生长指标存在显著影响。在小麦拔节期，T1处理株高、茎粗分别为68.5±4.2cm、0.62±0.05cm，较CK处理（61.3±3.8cm、0.55±0.04cm）分别提升11.7%、12.7%；灌浆期T1处理叶面积指数为4.2±0.3，显著高于CK处理的3.5±0.2（P<0.05）。玉米大喇叭口期，T1处理株高、茎粗、叶面积指数分别为225.6±8.5cm、2.8±0.2cm、5.8±0.4，较CK处理（201.3±7.9cm、2.4±0.1cm、5.1±0.3）分别提升12.1%、16.7%、13.7%，且差异均有统计学意义（P<0.05）。这表明膜下滴灌通过稳定的水分供应，为作物营养生长提供了良好条件，促进了植株健壮生长，为后期产量形成奠定基础。

（四）膜下滴灌对土壤盐分及作物产量构成的影响

试验结果显示，收获后T1处理0-20cm土层土壤EC值为0.32±0.04mS/cm，显著低于CK处理的0.45±0.06mS/cm（P<0.05），20-40cm、40-60cm土层EC值差异虽无统计学意义，但T1处理仍低于CK处理，说明膜下滴灌可减少土壤表层盐分积累，降低次生盐碱化风险。在产量构成方面（表3），T1处理小麦有效分蘖数为3.2±0.3个/株，千粒重为45.8±1.2g，较CK处理（2.8±0.2个/株、43.1±1.1g）分别提升14.3%、6.3%；玉米穗粒数为582±25粒/穗，千粒重为385±10g，较CK处理（543±22粒/穗、368±9g）分别提升7.2%、4.6%。结合小区实际产量可知，膜下滴灌在减少灌溉量的同时，通过优化产量构成因素，实现了作物稳产，进一步印证了该技术在节水与增产协同方面的优势。

四、讨论

膜下滴灌提升小麦、玉米水分利用效率的机制主要体现在两个方面：一是精准供水，滴灌将水分直接输送至作物根系区，避免了传统灌溉中水分在非根系区的浪费，减少了深层渗漏；二是抑制蒸发，地膜覆盖阻断了土壤与大气的直接接触，据测算，该试验区域膜下滴灌可使土壤蒸发量减少40%-50%，显著降低了无效耗水。这与王凤新等（2020）在河西走廊玉米田的研究结果一致，其认为膜下滴灌的节水效应主要来自蒸发抑制与渗漏减少的协同作用。

在土壤墒情调控方面，膜下滴灌通过“少量多次”的灌溉方式，维持了根系层土壤含水量的稳定，避免了传统灌溉中“干旱-涝渍”交替的现象，为作物生长提供了稳定的水分环境。此外，稳定的土壤墒情还可减少土壤盐分表聚，这对于西北干旱半干旱区盐碱化农田的改良具有重要意义。但需注意，膜下滴灌在小麦、玉米种植中仍存在一些问题，如玉米生育后期地膜易破损，导致蒸发量增加；小麦收获后地膜回收难度大，可能造成土壤污染，未来需进一步优化地膜材质与回收技术。

五、结论

1. 在西北干旱半干旱区，膜下滴灌可显著提升小麦、玉米水分利用效率，较传统沟灌分别提升18.3%-25.6%和15.7%-22.1%，同时减少灌溉量37.8%-38.5%，实现节水与稳产的双重目标。

2. 膜下滴灌能有效维持0-60cm根系层土壤含水量稳定在田间持水量的65%-80%，减少土壤蒸发与深层渗漏，避免作物生育关键期干旱胁迫，为作物生长提供稳定西北干旱半干旱区小麦、玉米种植中推广应用，但需配套完善地膜回收技术，减少环境风险。

参考文献

[1] 王凤新, 刘静, 张富仓. 河西走廊玉米膜下滴灌水分利用效率及土壤墒情变化[J]. 农业工程学报, 2020, 36(12): 102-109.

[2] 李王成, 董宝娣, 刘孟雨. 西北干旱区小麦膜下滴灌节水效应及产量形成机制[J]. 干旱地区农业研究, 2019, 37(4): 1-7.

[3] 张立勤, 马富裕, 郑重. 膜下滴灌对北疆玉米土壤墒情及水分利用效率的影响[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(8): 23-29.

[4] 刘小刚, 李新建, 杨晓光. 西北干旱半干旱区农业节水技术应用现状与展望[J]. 中国农业科学, 2022, 55(3): 521-535.

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