滴灌技术在玉米生产上的应用研究进展

目前，滴灌技术在玉米生产上被广泛应用，滴灌技术具有在玉米全过程滴灌中不破坏原有土壤结构，且对土壤内部温、光、水、气、肥状态影响小等优势，同时，具有不产生地表径流、水分蒸发损失量少、土壤纵向深层渗透少等特点。滴灌玉米受环境的影响较少，可以按照施肥方案随时随地补充水肥，极大地提高了水肥利用率及人均生产率。近年，滴灌技术快速发展，逐渐实现了自动化、智能化。

一、滴灌技术

（一）滴灌技术的概念

滴灌是一种比较节水的灌溉形式，是按照作物需水、需肥规律，通过管道系统与设计在毛管上的滴水器，将水分和肥料均匀而又缓慢地滴入作物根系土壤中的技术。在玉米全生育期中，滴灌技术具有不破坏原有土壤结构且对土壤内部温、光、水、气、肥状态影响小等优势。滴灌可以保持适宜作物良好生长的状态，不产生地表径流，而且蒸发损失量少，几乎没有土壤纵向的深层扩散渗透，是一种高效节水的灌溉方式。滴灌具有诸多优势，其最大的特点是节水高效，每次灌水量少，每个出水孔缓慢一滴一滴出水，减少了地表径流及地下过度渗透等缺点。滴灌可以随时补水进肥，不受天气和地形影响。近年，随着智能化和物联网的发展，滴灌还可以进行大面积自动化控制等。

（二）滴灌技术的应用场景

目前，国内滴灌技术的应用场景呈现多元化发展趋势。最初从以色列等农业发达的国家引进，在农业研究院（所）率先落地开展试验并推广实践。最先应用在一些园林绿化领域，尤其是一些干旱地区的绿化工程上。随着需求的不断增加及各地区水资源的日益枯竭，滴灌技术逐渐向经济作物发展。随着国家粮食增产、农业高质量发展以及“藏粮于地、藏粮于技”等要求，粮食作物如玉米也开始大面积推广滴灌技术，使可利用耕地面积增加，尤其在西北干旱地区，如新疆、内蒙古、宁夏、甘肃等多个省份率先开展。应用滴灌技术使人们具有对抗不良环境的能力，可以随时随地进行滴水进肥。在滴灌技术的基础上，水肥一体化、精准水肥、超大规模物联网农田、智慧农场等逐渐有序开展。

二、滴灌技术国内外应用研究综述

（一）国外应用研究进展

常见的玉米滴灌方式有地面滴灌、地下滴灌及覆膜滴灌等。在滴灌技术研究方面，以色列的地面滴灌技术比较先进，美国的滴灌技术在落地应用方面比较领先，澳大利亚等国家在灌水器研究方面比较突出，这些国家在滴灌技术研究应用方面占据主导地位。20世纪60年代，以色列研制出了压力滴灌系统，滴灌技术逐渐成为一种新兴的灌溉方式，迅速被各国应用于现代农业建设中｡20世纪70年代，Bernstein和Francois对比了滴灌、喷灌、沟灌三种灌溉措施下辣椒的产量，发现当用微咸水灌溉时，沟灌、喷灌与滴灌相比，分别减产13%与59%｡20世纪80年代后期，印度学者研究发现在产量不变的前提下应用滴灌处理，较沟灌处理节水84.7%。20世纪30年代，荷兰、英国开始研究温室滴灌技术，之后，滴灌技术开始应用到温室花卉与蔬菜上，显著提高了产量和水分利用效率。20世纪中叶，以色列为了提高滴灌的灌水均匀度研制了长流道滴头，该成果对滴灌技术的发展起到了显著的促进作用。20世纪60年代后期，以色列又进行了大量滴灌灌水器滴头的研究，其他国家也紧随其后，使滴灌技术得到了长足发展。目前，滴灌技术已经成为世界现代农业中一项不可或缺的基础构成技术，并朝着智能化、精准化的方向快速发展。

（二）国内应用研究进展

20世纪70年代后，我国开始引进滴灌技术，到21世纪初迅速发展。我国2003—2013年滴灌面积增加了13倍，从27万hm2扩展到了390万hm2｡20世纪90年代后，我国滴灌技术无论是在灌水器原理上，还是在关键工艺设备技术上都有了比较长足的进步。近20年，全世界滴灌技术应用落地面积高速增长，平均每年增加33%，在此背景下，我国相关研究人员在学习国外先进理论知识的同时，不断把理论应用到实践中深化改革，促进了我国滴灌系统技术高速发展。最近10年，由于我国现代节水农业及高标准农田的建设和发展，滴灌玉米面积迅速增长（主要以浅埋滴灌和覆膜滴灌为主）。近5年，我国滴灌技术借助互联网及智能化技术快速发展迭代出现多元化现象，自动化、无人化、精准化、大规模化等快速成为发展势头。

三、滴灌技术在玉米生产上的应用研究

目前，滴灌技术在玉米上的应用研究十分广泛，但是主要集中在高效节水、密植高产、水肥一体化、精准水肥等方面（如图1所示）。

（一）玉米滴灌高效节水技术

滴灌玉米技术的一个典型特征就是节水，可以达到减水但不减产的效果，主要原因是滴灌技术的超高水分利用率优势，其可以在20 cm耕层处形成类似椭球状的湿润区域，刚好包裹玉米根系区域，水分横向运动增加，减少了水分纵向下渗。相较于漫灌等其他方式，滴灌几乎没有地表径流，极大地减少了水分地表蒸发。因为滴灌可以随时随地浇水，所以按照玉米的需水规律可以建立灌水模型，即不同生育期灌水量不同。以宁夏西北春玉米为例，可在苗期、拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄吐丝期、籽粒建成期、乳熟期等进行滴水灌溉，总体7次，水量控制在200 m3左右，墒情较差的滴水出苗方式可以适当增加灌水量。

1.浅埋滴灌。将滴灌带埋在田间土层3～5 cm处，是引黄灌区较为常见的玉米滴灌方式，可以实现种肥同播。其主要优势是埋藏于地下可以减少滴灌带的物理损伤，包括太阳的照晒老化、鸟类找水喝时的啄食破坏、小动物的啃食，以及人类田间机械操作的破坏等。同时，埋藏地下可以减少水分地表蒸发及形成地表径流，避免土壤表面干旱质密结皮的影响，使水分更快速到达玉米根系，从而提高水分的利用效率。

2.膜下滴灌技术。即在地膜下面铺设滴灌带。地膜几乎隔断了玉米棵间地表蒸发，同时高效吸收太阳热量，防止热量过度扩散，其中以黑色地膜最为显著。此项技术解决了干旱及积温不足地区玉米生产难题，使墒情及地温得以优化，同时减少地表水分蒸发，进一步提高水分利用效率，增加玉米种植面积。膜下滴灌技术是节水农业的典型代表。

（二）玉米滴灌密植高产技术

滴灌技术的高效利用使大田生产突破自身的产量限制，传统漫灌玉米由于大水漫灌及全田肥料难以随时均匀补充等先天性缺陷，普遍存在田块中间出现脱肥的现象，同时，肥料大量浪费，生产效率不高，通过增加玉米种植密度达到增加产量的目标比较困难。因此，滴灌技术的优势得以显现，理论上可以做到一个毛管滴水孔管一株玉米，只要水肥方案合理，干旱脱肥的现象很难发生。

近年，玉米种植密度逐渐增加，产量不断突破。滴灌籽粒玉米每667 m2种植密度普遍在5500株以上，且有逐渐增大的趋势，在新疆等先行示范区域每667 m2种植密度可以达到7000～10 000株。受社会、市场等多方的影响，育种趋向于紧凑株型的玉米，各类肥料也变得更加高效，功能多样化。农机市场也同步大发展，导航播种快速落地，可以精准高效地利用田块，提高了土地利用率，从而提高单产。玉米群体密度增加后会出现不良生长的竞争关系，导致倒伏、倒折、不育和空秆等现象。目前，结合有效的化控技术，比如，在玉米拔节期时可以每667 m2喷施羟基乙烯利，从而有效控制玉米第一节与第二节的节间距。同时，结合深耕技术，打破犁底层，使得玉米根系下扎稳固。优良的品种结合先进的播种技术促使苗壮苗齐，提高田间玉米的整齐度，然后结合科学合理的施肥，促使玉米提质增产。总体来说，多种技术有效落地应用使滴灌玉米产量逐年增加，目前，每667 m2突破1000 kg，逐渐向 1200～1500 kg突破。

（三）玉米滴灌水肥一体化与抗盐碱技术

玉米水肥一体化概念是由滴灌技术逐渐发展而来的，水和肥同时提供，可以达到高效绿色的效果。依托于水肥一体化技术，肥料及水分可以根据玉米需水需肥模型规律定时定量供给，极大地提高了水肥利用效率。西北春玉米区供给水肥一般集中在6～8次，以拔节期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄吐丝期、籽粒建成期等生育期最为重要。水肥同时供给，先进行1～2 h的润地，此时不开肥料阀门只滴水，目的是让水分快速在根系间横向扩散，减少后续肥料的纵向下渗浪费，提高肥料利用效率，每次滴水每667 m2尽量不要超过30 m3。玉米需水规律基本上遵循“前期少，中期多，后期偏多”的规律。玉米出苗期要少浇水，适当干旱可以促进玉米根系向深度和广度发展，扩大吸收范围，为壮苗奠定基础。进入拔节期后植株开始快速生长，此时需水量增加，一般这个阶段浇水使土壤水分维持在60%左右。玉米喇叭口期是玉米需水的关键期，因此，遇到干旱应及时浇水，确保植株健壮生长。抽雄吐丝期是玉米耗水量最大的时期，也是玉米需水的临界期，干旱、缺水都会造成玉米后期不同程度的减产，玉米抽雄吐丝期的灌水是增加穗粒数和粒质量的关键。玉米需肥规律是随着玉米植株的生长对养分的吸收速度加快，抽雄吐丝—籽粒建成期达到峰值，灌浆期至成熟期逐渐减慢，总体上对氮、磷、钾的需求比例为1 ： 0.5 ： 1。

水肥一体化抗盐碱方面最明显的效果是避免了大水漫灌，降低了地下水位，抑制田块中盐碱化反复。同时，由于减少肥料的不科学合理投入，减缓土壤中盐基离子的积累，从而缓解了次生盐渍化。

（四）水肥模型算法影响下的玉米精准灌溉与施肥技术

结合气象、土壤、作物等诸多外界因素，一体的精准水肥技术近年发展迅速，其最大的优势是肥水用量可以通过技术无限接近玉米的真实需求，最终达到大幅提高水肥利用效率的效果。在精准水肥设计运作时，需要大量物联网环境监测设备实时协同运行，诸如小型气象站更正水肥模型中的气候蒸发参数，土壤墒情仪监测土壤水分和温度变化，并且及时反馈玉米缺水情况；等等。全套的智能化设备组网形成一个智能决策系统，监测指导玉米全生育期水肥管理。

随着各类传感器和人为数据的逐年积累，形成一个庞大的数据库体系，再根据区域特性进行分类，形成较为适合某个市、县的专有玉米水肥灌溉模型，最终实现这样的效果：只要数据库中有的地点模型，输入地点后就会自动决策生成该区域玉米施肥方案，指导农户进行绿色高效生产。

（五）玉米田产投比在滴灌技术影响下的优势

在滴灌技术的促进下，玉米生产效率大幅度提高，不仅增加了单位面积产量，还提高了人均生产力。综合每667 m2平均收入，较传统种植方式可增效200～280元，同时，为农业集约化、大规模化发展奠定基础。高效的水肥模型得以落地实施，达到减肥减水但不减产的优良效果，节省了一部分化肥费用和水费投入也是提高生产效率的表现。综上所述，在滴灌技术的影响下，玉米种植的产投比得到了长足的正向发展。

四、滴灌技术在玉米种植管理上的应用展望

（一）精准水肥技术

随着滴灌技术和物联网技术的发展，玉米生产中任何环节都可以实现智能化实时监测。即玉米全生育期水肥活动全部可以模拟监测，形成一套高精度数据库模型。只要知道种植玉米的地点，就可以生成一份施肥灌溉方案，此方案的水分利用效率与肥料利用效率极高。数据模型精准的原因是其涉及该区域历史的天气情况，包含温度变化、蒸发量、降水量、干热情况、地形、土壤类型、下衬面特性等，还有作物吸收水肥的规律等，从而可以精确到每个生育期具体需要多少水及氮、磷、钾等元素。

（二）物联网与智能化发展

滴灌技术结合智能化的发展，最终会把人们从繁重的农事劳作中解放出来。所有的端口最终都会集成到智能手机APP中，结合多种类型的传感器可用手机遥控控制，甚至人工授权后，电脑AI可以自主决策一些简单的场景，如灌溉、施肥等。

（三）超大规模与无人化监管

此阶段需要10～15年的发展，1～2人就可以管理大型玉米农场。多数玉米农场的农事操作全部智能化决策，人们只需要从事对外简单的农资投入品采购、日常无人机巡田等工作，以及标准化处理突发事件，如电脑决策错误、管道破损、传感器失灵等。总体来说，可以使玉米生产变成一个超级工厂，大多数生产可以定量标准化服务。

作者简介：刘文辉（1999—），男，甘肃平凉人，硕士，主要从事植物营养与智慧农业研究。