膜下滴灌对玉米生长及土壤影响的研究进展

曹 巍，刘宏权，2，陈任强，王鑫鑫，薛宝松，商振清

（1.河北农业大学城乡建设学院，河北 保定 071001；2.农业农村部华北节水农业重点实验室，河北 保定 071001；3.河北省山区农业技术创新中心，河北 保定 071001；4.国家北方山区农业工程技术研究中心，河北 保定 071001；5.河北农业大学河北省山区研究所，河北 保定 071001；6.河北润农节水科技股份有限公司，河北 唐山 064100）

0 引 言

我国水资源总量大但人均占有量少，是最缺水的国家之一，水资源的合理分配与利用极为迫切[1]。农业用水作为全国用水大户，2013年之前一直左右着全国用水总量的变化趋势，但在之后农业用水量有所下降[2]，这与农业节水技术发展与应用密切相关，在保证有效灌溉面积的同时，提高了单位面积的用水效率。而中国农业的用水效率特征在空间格局上呈东高西低、南高北低的总体分布态势，北部及西北部地区不仅是缺水的重灾区，还面临着用水效率较低的难题[3]。特别是华北地区作为我国农产品和粮食生产的重地，拥有数亿亩的耕地良田，占全国耕地面积的18%，但却仅用全国6%的水资源产出了全国23%的粮食[4]。以上种种现状都是水土资源严重不匹配的表现——20%的水资源却要服务超过77%的潜在可开垦土地[5]。此外，土地盐渍化问题是世界农业旱作区突出的生态环境问题，我国的盐碱地分布广、面积大，在西北、华北、东北和沿海地区都有分布[6]，土地盐渍化不仅会导致作物生长不良，制约作物对水分、养分的吸收利用，而且容易让其受到病虫的侵害，不但影响了农业的可持续发展，最终还会影响人类的生命健康[7]。

膜下滴灌技术在很大程度上缓解了以上矛盾，并进一步提升粮食生产力、节约水资源和提高水生产力。膜下滴灌是在膜下应用滴灌技术，它充分结合了以色列滴灌技术和国内覆膜技术的优势，是一种应用广泛的节水技术。这种技术通过可控管道供水，将加压过的清水和水溶性肥料充分融合形成水肥溶液，经过滤系统再通过膜下的灌溉带，定时定量且均匀的滴在作物的根系发育区。研究表明，膜下滴灌技术不仅可以有效缓解农业用水效率低下和土地盐碱化的问题，还能提高土壤温度，减少土壤水分蒸发；蓄水保墒保肥，同时还能有效控制杂草生长；改善近地面气层的光热条件，促进土壤中微生物活动；加快有机质分解，改善土壤结构，为农作物的生长创造适宜的生态环境[8,9]。

近年来人们在种植玉米（Zea maysL.）、水稻（Oryza sativaL.）、大豆（Glycinemax (L.) Merr.）、棉花（Gossypium spp）、花生（Arachis hypogaeaL.）等作物时应用了膜下滴灌技术，从不同角度进行了研究和讨论[10-14]。例如，在灌溉方式的研究中玉米并不同于棉花，对棉花而言膜下滴灌已成为了最理想的灌溉方式，但对玉米而言，灌溉方式并不像棉花那样确定，需要根据周围环境和目标收益进行确定。而且随着国内玉米生产空间布局“北移”[15]，侧面突出了节水高产灌溉技术的必要性，研究者们也为此做了大量的试验以选取合适的灌溉方式。因此，本文结合膜下滴灌技术下玉米产量、品质及其土壤性质的响应规律，对膜下滴灌技术进行评价，以期优化玉米膜下滴灌技术。

1 膜下滴灌与其他不同灌溉方式对比

膜下滴灌对玉米生长有着明显的优势。就滴灌而言，在我国北方灌溉区域（35°～45°N，100°～125°E）能够对玉米实现增产节水的目的[16]。而地膜覆盖无论是平作还是垄膜沟种等种植方式，均能明显改善旱地玉米水热条件，促进玉米生长发育，提高其产量和水分利用效率[17-19]。

1.1 膜下滴灌与传统灌溉方式对比

膜下滴灌相对于传统的漫灌，在产量、肥料利用、水分利用等方面拥有明显的优势。陈伟[20]研究了3种不同的灌溉方式，发现膜下滴灌在得到更高产量的同时，比畦灌和沟灌节约30%多的用水，提高50%的水分利用效率。刘洋[21]等人的研究发现，膜下滴灌为玉米生长创造了有利的土壤水热环境，比不覆膜滴灌和地面灌处理的平均产量分别提高11%和21%，水分利用效率分别提高9%和18%。黄金鑫[22]等人将膜下滴灌和传统施肥作比较，发现膜下滴灌显著提高玉米产量及磷素积累量、磷肥利用效率。任中生[23]等人同样发现，在河套灌区膜下滴灌能比地下水畦灌、黄河水畦灌分别提高玉米产量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、氮回收效率的关键，促进氮肥吸收并向籽粒分配，有效协调玉米籽粒产量和氮肥利用率的关系[23]。同样在河套灌区，高红艳[24]等人研究发现，膜下滴灌较多的灌溉次数维持了膜下土壤含水率波动不超过10%，使其产量比畦灌提高了60%。QIN[25]等人在充分灌溉下将膜下滴灌（DI）对比膜下畦灌（BI），试验发现膜下滴灌处理可缩短玉米生长天数，此状态下玉米田间蒸发蒸腾量（ET）较低。这一切都离不开膜下滴灌稳定提供的灌水和营养。WANG[26]等人的试验可以佐证这一观点，在DI替代BI后，DI处理在4 a试验内每年减少9%的ET消耗量，平均每年增加约28%的水分利用效率（WUE）和39%的氮素利用效率（NUE），可利用的水和营养得到了充分补给。相较于传统灌溉模式，膜下滴灌对玉米生长各方面均起到了积极作用，在北方干旱半干旱地区玉米种植具有很强的竞争优势。

虽然膜下滴灌理论与技术取得了长足进步，但传统灌溉模式结合自身特点，也有其独特的优势。传统漫灌可增大根系在深层土壤中所占比例，根系分布范围变广，有利于增加根系与土壤养分的接触机会，从而会提高玉米的养分吸收利用效率[27]。而且膜下滴灌可能会存有积盐现象，在干旱地区需建立适当频率的传统漫灌洗淋制度，以确保膜下滴灌的长期发展[24]。实际应用中适当将2者相结合，保证区域性玉米种植的可持续发展。

1.2 膜下滴灌与其他滴灌方式对比

1.2.1 膜下滴灌与浅埋滴灌对比

近年来，浅埋滴灌被广泛应用于中国北方小麦、玉米生产。膜下滴灌和浅埋滴灌2者具有节水增产和环境友好的特点，被视为高效节水的典范，但2者优势的发挥会随着外界条件不同而有差异。

膜下滴灌有着更加稳定的土壤环境，为玉米的生长起到保驾护航的作用。GENG[10]等人对比了浅埋滴灌和膜下滴灌对春玉米的影响，发现膜下滴灌春玉米的氮磷钾吸收、产量和水分利用效率显著高于浅埋滴灌。WU[28]等人在玉米产量、水分利用效率和氮利用效率方面也有相同的发现，其研究还表明覆膜滴灌可使玉米在生殖阶段拥有较高的土壤温度。贾琼[29]等人的研究表明，膜下滴灌在带来更高平均叶面积指数的同时其总耗水量较浅埋滴灌低9%，且平水偏枯年的产量会高于浅埋滴灌7%～15%，节水效果明显，在年降雨量小于268.32 mm的地方使用膜下滴灌将会是更佳的选择。

浅埋滴灌技术的出现有效解决了膜下滴灌地膜污染和回收成本高的难题，随着技术的不断革新和完善，其优势愈加明显，取得了较好的效果。陈江鲁[30]等人对比了2种滴灌技术对不同品种玉米的影响，试验发现浅埋滴灌能提高中晚熟玉米穗粒数和产量，并提高经济效益和产投比。贾琼[29]等人报道了浅埋滴灌根系分布会比膜下滴灌深10 cm，在平水年份膜下滴灌的玉米产量会低于浅埋滴灌6%～19%，在降雨量大于268.32 mm的地方更推荐使用浅埋滴灌。王建东[31]等人对覆膜浅埋滴灌技术模式进行探究，发现覆膜后浅埋滴灌的产量和水分利用率会略高于膜下滴灌3.9%和5.9%，差异性并不显著。覆膜后浅埋滴灌有较高设施成本，其技术主要凸现了工程节水措施与农艺措施相结合的重要性，可着重解决膜下滴灌系统滴灌带易被灼伤等问题[31]。

膜下滴灌和浅埋滴灌在作物产量和节水效率等方面，受作物品种、土壤、气象、农艺措施等因素影响而呈现不尽相同的表现，造成2者差异的原因与土壤水肥气热条件有关，这方面的机理还需要进一步探索。

1.2.2 膜下滴灌与不覆膜滴灌对比

无膜滴灌可以减少成本和避免地膜污染，但对玉米生长等方面的影响无膜滴灌不如膜下滴灌。有研究表明，地膜覆盖可有效提高光合能力，促进玉米生长[32]；保墒灌溉措施能够提高玉米的叶片叶绿素含量、有效蒸腾和光合速率，各指标基本以地膜覆盖最佳[33]。SUI[34]等人研究发现覆膜滴灌比不覆膜滴灌玉米拦截了更多的净辐射，这是其增产的主要原因之一。祁鸣笛[35]等人对比了不覆膜滴灌下玉米田间耗水，发现覆膜滴灌下玉米全生育期的耗水量显著减少了10.21%，生育期内平均作物系数显著降低7.42%。JIA[36]等人分析了玉米覆膜滴灌与不覆膜滴灌对土壤蒸散发的影响，玉米在膜下滴灌条件下全生育期的蒸发量仅为0.67 mm，远远小于无膜滴灌的84.59 mm。薄膜的保湿作用将更多水分储存在地膜下的土壤中，导致膜下滴灌的蒸发量要远小于无膜滴灌。玉米种植选择覆膜与否，还需要权衡分析地膜类型、厚度、经济效益以及对环境的影响后进行选择。

1.3 膜下滴灌与其他节水灌溉方式对比

魏子涵[37]等人探究了低压管灌、膜下滴灌和喷灌这3种节水灌溉方式对玉米生长参数及产量的影响，结果表明膜下滴灌下玉米生物量和实际产量最佳。李铁男[38]等人在半干旱区开展玉米膜下滴灌与覆膜漫灌、喷灌、不覆膜不灌对玉米生物学效应的影响，试验发现膜下滴灌玉米生物学优势效应显著，比其他灌溉方式节水50%以上，与传统种植相比单产可提高1倍以上。干旱、少雨、低温等不利气象条件年份，玉米膜下滴灌将凸显节水、增产、增效的优势。

膜下滴灌在促进玉米生长方面并不总是存在优势。邵明星[39]研究了不同灌溉水量下微润灌溉和膜下滴灌对玉米生长和产量的影响，结果发现在风沙土地区灌溉水量在25%～75%ET时适合采用微润灌溉。薛新伟[27]等人对西辽河平原地区玉米不同灌溉模式进行探究，浅埋滴灌和传统畦灌的产量均高于膜下滴灌，且膜下滴灌生育后期玉米根系超氧化物歧化酶、过氧化物酶活性低于浅埋滴灌和传统畦灌，此时膜下滴灌玉米根系抗衰老能力较弱，衰老较快。

上述研究说明膜下滴灌和其他灌溉方式对玉米的影响出现了差异性，可能与不同灌溉方式相匹配的灌溉制度有关，差异性出现的原因还需要结合地域性和试验目的进行进一步的探究。

2 膜下滴灌对玉米生长、产量和品质的影响

膜下滴灌在各个方面对作物的产量和品质产生影响，例如，滴灌时的水质、水量，施肥量以及施肥方式，水肥耦合方式等不同组合都能在膜下滴灌的方式下发挥出更好的作用。但无论试验设计、方法如何改变，研究者的初衷都是模拟现实中可能发生的条件下，通过膜下滴灌的方式实现节水、省肥、高产、优质、高效的目的。

2.1 膜下滴灌施肥制度对玉米的影响

适时适量施肥可以给玉米的生长发育提供养分保障，受常见磷肥、钾肥较难溶于水或价格较高等影响，对膜下滴灌施肥的研究集中在氮肥上。宋金鑫[40]等人发现，氮肥有助于玉米在膜下滴灌条件下生长，合适的施氮量显著影响叶面积指数、干物质积累量和产量形成。朱金龙[41]等人探究了不同氮肥水平对春玉米膜下滴灌地上部和根系干物质及氮磷钾累积的影响，发现施氮增加了春玉米地上部和根系的干物质积累和养分积累，但过量施氮抑制了地上部和地下部的生长和氮素积累，不利于磷钾养分的吸收。翟娟[42]的研究同样发现，施氮量会显著影响玉米的千粒重和穗粒数进而影响玉米的产量，但当施氮肥超过适宜施氮量时叶面积和干物质不再继续增加。WANG[43]等人设置了6个不同施氮量水平，进一步探究施氮量对膜下滴灌作物的影响，发现当施氮量在0～240 kg∕hm2的范围内时，每增加50 kg∕hm2施氮量，玉米总氮平均提高了16.7%。在中国东北平原地区，膜下滴灌施氮230 kg∕hm2下的玉米产量、WUE和NUE比当地种植分别提高10%～29%、10%～31%和57%～84%，但施氮量从230 kg∕hm2增加到330 kg∕hm2，产量并没有显著增加[34]。同样在东北地区，刘洋[44]等人发现施氮次数对玉米产量的影响大于施氮量，建议在黑土区玉米膜下滴灌采用3次施氮（拔节期、抽穗期、灌浆期）、总施氮量150～200 kg∕hm2的施氮管理措施。张鹏飞[45]等人还对玉米膜下滴灌的氮肥分期追施量进行了研究，最佳氮肥分期追施方式为在30%、60%、100%叶龄指数时期，按照3∶5∶2的分配方式将120 kg∕hm2氮肥追施，这将会有效提高籽粒产量和氮素吸收与利用效率。

以上研究的施氮量和施氮时间在对膜下滴灌时玉米的影响规律上表现出了一致性，为适时适量高效施氮提供了参考。研究表明，玉米的产量主要由吐丝期至乳熟期群体叶片光合性能，以及中上部叶片的光合能力和高光效所持续的时间共同决定[46,47]，而适时适量施肥正好能显著提高玉米叶片叶绿素含量、蒸腾速率和气孔导度值，进而提高叶片的净光合速率[48]。玉米生育期内对氮肥的需求是极大的，膜下滴灌很大程度上解决了肥料损失严重、利用率较低的问题，加上合适的施肥频率和灌溉施肥方式，能够适时适量地将水分和养分供给玉米根区，调控土壤中氮素运移分布和吸收利用过程，从而达到提高玉米产量，改善玉米品质的目的。随着新型水溶肥的问世和推广，磷肥、钾肥和中微量元素对膜下滴灌玉米生长、产量和品质的研究将成为研究热点。

2.2 膜下滴灌灌水制度对玉米的影响

合理高效的灌溉制度同样发挥着重要的作用。刘一龙[49]等人发现，膜下滴灌玉米产量相较于传统种植增产显著，在最佳灌溉定额和灌溉次数的加持下可达到产量翻倍的结果，且在生育期内适当减少灌溉定额和灌水次数可以达到节水增产的效果。合理进行灌水量主动调节可以实现节水和产量的双赢。ZHANG[50]等人在优化新疆地区玉米膜下滴灌时发现，相比充分灌溉条件（600 mm），灌溉量降低10%后，籽粒产量和经济效益没有显著变化，却带来蒸散量减少、水分利用效率增加的好处。张芮[51]等人采用膜下调亏滴灌在制种玉米不同生育期进行水分胁迫，拔节抽穗期缺水会抑制叶面扩展，使植株矮小，抽穗灌浆期胁迫影响玉米库容建立，最终都会导致响产量降低；膜下滴灌制种玉米合适的水分调控模式是苗期轻微水分亏缺、拔节到灌浆期充分供水、灌浆后期到成熟期适度亏水。刘战东[52]等人以不同灌水方案处理膜下滴灌玉米，发现玉米的株高、茎节数和产量构成因素均随着灌水量的增加呈现上升趋势。张昊[53]等人同样发现，膜下滴灌玉米产量和全生育期耗水量随着灌水定额的增大而增大，但水分利用效率却随之下降。过高的灌水量会抑制玉米根系呼吸、降低根系活力，过低的灌水量造成玉米光合能力下降、根系吸水困难，因此玉米膜下滴灌时的灌水量过高或过低都会降低玉米产量[54]。

2.3 膜下滴灌水肥耦合对玉米的影响

高效的水肥运筹使玉米膜下滴灌更加合理。水、氮在一定范围内配合表现出明显的正向交互作用，促进玉米的生长发育；而施氮量超过一定范围将产生负效应，对玉米的生长发育及产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产效应与灌水量之间的关系，当灌水量处于较低水平时，施氮肥越多越有可能造成减产；灌水量适宜时，氮肥的增产效果明显；灌水量过高时，氮肥增产效果不再明显。

任中生[57]等人探讨不同滴灌施氮策略对玉米生长、产量和水肥利用效率的影响，施氮对玉米株高与叶面积指数促进作用显著，灌水与施氮均可显著增加玉米籽粒产量、百粒重、穗行数和行粒数，在施氮0～262.5 kg∕hm2范围内氮肥利用率随施氮量的增加而升高，水分利用效率和灌溉水利用效率均随施氮量升高而增加。孟翔燕[58]构建了数学模型对膜下滴灌水肥耦合对玉米性状的影响进行分析，发现灌水量、氮肥、钾肥和磷肥对玉米产量均有显著的影响，各因素的影响顺序为氮肥＞磷肥＞灌水量＞钾肥，且存在交互作用。水肥耦合存在阈值：低于阈值时，增加灌水量和施肥量都能显著增加产量；但高于阈值后，则增产效果不明显，甚至会导致减产[59]。因此，应该综合考虑产量、经济效益和肥料利用率等因素选择适宜的水肥耦合管理模式。

以目前的研究来看，膜下滴灌在干旱和半干旱地区玉米的生长、产量和水肥利用效率发挥着积极的作用。其中的差异主要受玉米品种、灌溉制度、施肥量以及区域条件差异等因素影响，因此在不同的生态区条件下探索水肥耦合规律和适合该区域经济高效的灌溉施肥方式是十分有意义的。

3 膜下滴灌对土壤的影响

膜下滴灌直接、快速、频繁地影响土壤环境，再辅以微咸水、作物间作和化肥施用等方式，对土壤生态系统的影响则又呈现出了多样性，这种影响过程是复杂的但值得我们深究。而且土壤表面覆膜以后，将土壤和外界大气隔离，使外界环境不会直接作用于土壤，从而维持土壤内部稳定，起到维稳增产的效果，这种情况在半干旱或干旱地区尤为明显。因此，分析不同模式下的膜下滴灌方式，对提高土壤肥力、减少养分流失有着重要意义。

3.1 膜下滴灌对玉米土壤物理性质的影响

土壤含水率主要受到土壤条件、灌溉制度和气象要素的影响。刘战东[52]等人在玉米膜下滴灌设置了不同灌水方案，发现土壤水多分布在0～60 cm的土层，以0～30 cm的变化最为活跃，在整个生育期内灌溉定额越多，土壤含水率就越大。这与张昊[53]等人的研究结果一致。刘庭瑞[60]等人发现，玉米膜下滴灌的土壤含水率在上部耕作层较高，中间层减少，在下层又升高。胡建强[61]等人在多砾石砂土中的研究发现却有所不同，垂直方向土壤含水率表现呈现：中部＞下部＞上部，土壤表面25 cm含水率会明显小于灌溉时含水率。这是砾石沙土土壤表面水分流失更快导致的，其年均蒸发量可达到年均降雨量的15倍之多[62]。李金刚[63]等人研究发现，滴头下椭圆湿润层的土壤含水率会随着土壤基质势的增大而增大。焦艳平[64]等人的研究还表明，糯玉米的生理性状也随着土壤基质势的升高而增加且在-5 kPa时产量达到最大，在土壤基质势-10～-15 kPa时有较高的灌溉水利用效率。而丁运韬[65]的研究发现，控制灌水下限为-30 kPa，可获得较高的玉米籽粒产量和水分利用效率，又具有较好的根系活力，能有效利用深层土壤水分。这与双方试验大田土壤、玉米品种和气象等不同有关。

土壤含水率也会受到其他因素的影响。QIN[25]等人试验发现，膜下滴灌比膜下畦灌有更高的灌溉频率，所以土壤渗漏损失较小，有着更高的土壤含水率。此外，土壤含水率又会受到地下水深度的影响。WANG[66]等人发现，当地下水位较浅（小于1.9 m）时，膜下滴灌对土壤含水率几乎没有影响，当地下水位较深（大于4.2 m）时，随着灌溉周期的增加，土壤含水率逐渐增加。

地膜覆盖可以减少土壤体积密度[67]，ANIKWE[68]等人也发现了类似的结果，这是因为地膜覆盖可以改善土壤环境，促进根系生长，在微观尺度上有利于增加土壤中孔隙。采用塑料覆盖的滴灌显著增加了土壤水分和温度[69]。杨建房[70]等人研究了覆膜玉米的水热状况，在10 cm深度覆膜处理的土壤含水率会低于不覆膜处理，而20和40 cm深度则相反；在10 cm深度覆膜处理的地温高于不覆膜，在40和60 cm深度2处理差异较小。对土壤含水率而言，覆膜促进根系生长吸收更多土壤水分，从而降低了表层土壤含水率；覆膜还使地温升高，在更强的毛管力作用下使下层土壤水分向上运输。SUI[34]等人研究发现，与传统雨养相比，膜下滴灌不仅使垄上总土壤贮水量（SWS）显著增加80 mm，而且还使得表层土壤积温（TC）增加353 ℃；与无膜地面滴灌相比，膜下滴灌的总SWS和TC分别增加了9 mm和245～314 ℃。祁鸣笛[35]等人研究了覆膜滴灌对玉米田间水热传输的影响，试验发现全生育期覆膜使0～80 cm的土层平均地温和土壤积温分别提高了1.13 ℃和149.68 ℃。这是由于土壤表面覆膜之后，地表净辐射收入下降，显热交换减弱，潜热交换趋于零造成的[71]。孙贯芳[72]等人发现，膜下滴灌时土壤温度也会受到灌水、土壤含水率、气温和玉米叶面积指数共同影响，在灌水下限为-30 kPa时的土壤积温将有利于玉米生长。高利华[73]等人还发现，膜下滴灌时适当使用生物炭可有效提高耕层土壤含水率和土壤温度。

膜下滴灌对土壤物理性质的影响主要集中在土壤水热传输，持续滴灌能够让土壤含水率只存在于一个较小的区间内波动，维持相对稳定的土壤环境。但在滴灌和覆膜对土壤水力性能、土壤孔隙度、土壤空气组分和土壤结构性质等方面的研究较少且不够深入。因此，膜下滴灌对土壤物理性质的影响仍需进一步的研究。

3.2 膜下滴灌对玉米土壤的化学性质的影响

灌溉水质会影响土壤的化学性质，不管是水肥溶液还是有矿化度的水，都会使得土壤的化学性质发生改变，并改变土壤中化学性质的分布，影响作物的生长。膜下滴灌为干旱半干旱地区利用微咸水资源和盐碱地开发提供了合理方式和有益探索。李金刚[63]等人在盐碱地使用微咸水膜下滴灌玉米，在灌水下限为-20 kPa和-30 kPa时，能充分淋洗膜下表层的土壤盐分且未导致土壤盐分积累，但玉米收获后100 cm内土体均有积盐，需要进行秋浇或春汇。王若水[74]等人的研究发现，不同灌溉制度下土壤基质势越高其中Na+与Cl-被淋洗的效果越好，而SO4

2-与HCO3-的淋洗效果主要受离子浓度影响，Mg2+与Ca2+不易随水移动则在淋洗后无明显差别。孙贯芳[72]等人用膜下滴灌对玉米土壤盐分调控进行了研究，发现不同灌溉制度下土壤盐分均会从内膜向外膜扩散，在灌水下限为-10 kPa时可有效淋滤土壤盐分，同时在非生育期通过秋浇进行洗盐灌溉能有效控制干旱半干旱地区膜下滴灌的土壤盐分。

膜下滴灌在不同灌溉制度下会对玉米土壤化学性质产生影响。谭军利[75]等人研究了长期覆膜滴灌对土壤化学性质产生的影响，当土壤基质势为-10 kPa时，土壤盐分含量、各种盐分离子、土壤酸碱度、Cl-∕SO42-和钠吸附比随滴灌种植年限的增加而降低。而且WAN[76]等人的研究进一步说明，当土壤基质势维持在较高水平时，膜下滴灌会在根区形成并维持高水分、低盐分区域，为糯玉米生长创造了有利的土壤条件，经过多年的耕作和滴灌淋滤可将高盐分土壤逐渐转变为中等盐分土壤。但DONG[77]等人研究发现，土壤基质势与盐淋分数（LF）相关，处于-20 kPa和-15 kPa之间的土壤基质势对于维持LF、浸出盐和满足ET起到重要的作用。李明思[78]等人探究长期膜下滴灌对农田土壤盐分演变的影响，膜下滴灌技术的使用会让田间的土壤盐分含量有明显的下降，长期使用后会使土壤含盐量稳定在一定范围内。WANG[66]等人经过长期试验发现，膜下滴灌降低了土壤中可溶盐离子（Na+、K+和Cl-）的浓度，增加了Ca2+和SO42-的浓度。虽说膜下滴灌会对土壤的含盐量有一定降低作用，但仅是对较浅的土层起到作用，这是由于浅层土壤受灌溉影响将易溶于水的盐分淋洗至下层土壤。FENG[79]等人研究了膜下滴灌结合非生长期冬季定期灌溉对土壤的影响，第2次冬季灌溉后不同土壤的脱盐率均超过60%，第4次冬季灌溉后不同土壤的脱盐率均超过63.52%。通过选取适宜的灌溉方式来降低土壤的含盐量是较为有效的。滴灌交替使用淡水和微咸水是一种很好的灌溉策略，可以克服微咸水引起的盐胁迫问题[80]。ZHANG[81]等人对交替使用淡水和微咸水的膜下滴灌进行了评估，发现微咸水灌溉频次越高越容易造成盐胁迫，从而降低作物产量，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 膜下滴灌对玉米土壤酶、土壤生物的影响

土壤酶主要通过土壤中的动植物和微生物分泌或者通过分解动植物残体形成的，其活性是评价土壤生态功能的重要指标[82]，能够反映土壤转化、积累和分解等生物化学过程的运动和强度[83]，而薄膜覆盖和灌溉管理可以最大限度地提高土壤中相关酶活性，从而促进土壤有机质的转化[84]。

膜下滴灌有高频的灌溉次数，能保证作物全生育期内土壤含水率处于一个稳定的区间，且膜下环境中水分和养分不易向外界流失，这些有利条件都让土壤生物的生存空间得到了极大地改善[85,86]。地膜覆盖有利于养分循环和维护土壤微环境稳定，覆盖材料在生长季节维持时间越长越有益于土壤微生物量积累[87]。

李全胜[88]等人在玉米膜下滴灌时增施微生物肥，发现玉米抽雄期窄行、根际土壤细菌和放线菌数量显著增加，土壤有机质含量和脲酶活性显著提高，表明增施微生物肥改善了玉米根区土壤微生物区系结构，提高了土壤酶活性。由于滴灌时随水施用生物菌肥的特点[89]，养分和土壤细菌群落也集中分布在滴水形成的湿润体内。MA[90]等人研究咸水滴灌对反硝化细菌群落的影响，发现使用盐水滴灌降低了未施肥地块中反硝化酶的活性和反硝化细菌的多样性，并且可以改变反硝化细菌的群落结构，并促进优势物种的生长。尹松旭[91]试验发现，膜下滴灌在玉米全生育期显著地提高土壤过氧化氢酶活性、脲酶活性、土壤微生物生物量碳。但目前有关膜下滴灌对玉米土壤微生物、酶活性和养分的研究，以及这些指标对玉米生长、产量和品质影响的研究较少，如何整体评价土壤生态系统对玉米的作用过程，还有待进一步研究。

4 膜下滴灌可能引发的问题

4.1 地膜污染

地膜污染是膜下滴灌技术无法回避的问题和挑战，地膜本身是一种人工合成高分子化合物，地膜容易因老化和田间管理活动而破损残留在土壤中，但在自然条件下不易分解或降解。加之近年来生产厂家降低成本，使地膜变薄容易破碎，在使用之后难以回收，这不仅严重影响了农业生产，而且对农业环境的安全和健康构成了极大的威胁[92]。结合以上研究，残留在土壤中的地膜必然在不同方面改变了土壤的理化性质从而降低土壤肥力，导致玉米的产量和品质有所下滑，而且残留在土壤里的地膜可能会阻碍玉米根部对养分的吸收，进一步限制玉米的生长发育。在面对塑料残膜造成的危害要做到：①要施行高质量标准化生产，规范地膜产品质量。目前我国还存在部分0.006 mm厚度地膜，存在不耐老化和强度低的问题，国家相关部门要定期开展市场督查，根据国家发改委与生态环境部于2020年1月联合发文《关于进一步加强塑料污染治理的意见》，严格限制生产和销售厚度小于0.1 mm的地膜，农民也要开展相关知识的科普宣传，不能盲目购买薄型地膜[93]。②加强对地膜回收技术的研究，提高残膜回收率。根据不同种类不同地区，得出合理的揭膜时间和揭膜方式，提高残膜的回收利用率，并且加快对残膜回收机具的研究[92]。③加快对新型可降解地膜的研究，这是解决地膜污染最为有效的方式之一[94]。对于作物而言，可降解地膜能够在作物生长前期起到和普通地膜相当的保护作用，在水氮利用和干旱胁迫下具有稳产的优势，一些液体地膜甚至可以起到增产的效果；于土壤而言，新型地膜均能有效提高土壤温度，且对土壤环境无不良影响[95]。

4.2 地下水补给降低

大规模实施膜下滴灌后，土壤水分运动出现新的特征。从以上研究来看，滴灌的灌水量一般少于传统灌溉，膜下滴灌的土壤水更多活跃在较为浅的耕作层，且在覆膜的保护下有了更低的蒸发量，提高了灌溉水利用效率。但滴灌也使土壤水竖直方向上分布不均匀和深层土壤水分得不到补给，对土壤总生物量以及土壤的长效利用和发展会带来什么样的影响还需要进一步的研究发掘。

已有学者对区域地下水补给进行了评估。HU[96]等人指出，随着膜下滴灌技术的普及和节水技术的使用，灌溉回流从20世纪90年代的594.01 mm下降到2010年的164.62 mm。JIN[97]等人对比膜下滴灌和淹灌发现，膜下滴灌在一定程度上降低了西辽河平原的入渗深度和地下水补给量。这种现象最终会降低地下水位，从而威胁区域地下水的稳定性。此外还应注意，地下水位下降将加剧灌溉区周围自然植被的生态系统退化[98]，并增加土地荒漠化的风险。对于地下水埋深较深的区域，建议年际间采取淹灌和膜下滴灌相交替的灌溉方式，提高地下水的稳定性。

4.3 覆膜和滴灌的缺点

滴灌技术、覆膜技术的缺点共存于膜下滴灌技术。灌水器容易阻塞是滴灌最常见的问题。一些溶解性不好的肥料或过滤系统不达标，容易造成滴头阻塞，导致随水施肥效果不佳[99]。滴灌条件下容水器内长期充水容易滋生细菌，用再生水进行膜下滴灌时会让细菌在滴灌系统中大量繁殖，形成的附生生物膜会阻塞滴灌系统[100]。目前很多人对不同阻塞的方式提出了相应的控制方法[101,102]。地膜覆盖和残膜处理的成本不容小视。考虑到地膜覆盖的成本，膜下滴灌和浅埋滴灌之间的经济效益可能没有显著差异[10]。虽然膜下滴灌具有较大的生产优势，但在施肥技术进一步优化和膜污染问题得到解决之前，浅埋滴灌可能是一种更生态环保的灌溉方式。

5 展 望

膜下滴灌技术的应用与诸多因素有关。这部分的阐述是希望相关研究人员在应用这项技术之前，能对周围环境进行全面的调研，对比其他技术来选取使用，进而更好发挥其优势：

（1）地下水埋深对作物的生长发育起着重要的作用，膜下滴灌同时也会影响着地下水埋深的深浅。2者的关系还需进行进一步探究，根据不同地方的需求达到相应的动态平衡。适当地下水位可以改善土壤水分环境，增强根系活力改善根冠关系，进一步促进作物生长发育，提高水分利用效率，最终达到节水增产的目的。因此，合理利用浅层地下水资源是农业生产中必须考虑的一个问题。孙仕军[103]等人研究地下水的埋深对膜下滴灌玉米产生的影响，浅埋地下水（1.0～2.5 m）会缩短玉米的生育期，提高玉米的生长指标，进而达到增产的效果。明广辉[104]等人探究了不同埋深地下水对膜下滴灌棉田的水盐运移规律，试验发现，随着滴灌期的地下水埋深增大，会让苗期和非生育期土壤的反盐程度降低，让收获期盐分显著下降；且将地下水埋深控制在3.5 m时，膜下滴灌结合冬春灌淋洗能有效抑制土壤层盐分的增加。而杨鹏年[105]等人使用Hydrus软件对不同地下水埋深下膜下滴灌棉花生育期耗水量进行了模拟，发现地下水埋深越浅，会让棉花的灌水定额越小，但考虑到较高的潜在蒸发势会导致土壤盐渍化，1.5～3.0 m的地下水埋深是灌区内较理想的水位区间[106]。2者间存在差异可能是由于其研究目的不同导致的，在3.5 m的地下水埋深对抑制土壤盐分有效，1.5～3.0 m的地下水埋深将会有利于减少灌区的灌溉定额。

（2）膜下滴灌与其他灌溉方式相结合，可相辅相成、达到更好的使用效果。膜下滴灌会存有积盐现象，需建立适当频率的传统漫灌淋洗制度，以确保膜下滴灌的长期发展[24]。如果干旱年份不进行灌溉，膜下滴灌较低的水分可用性可能会增加产量下降的风险，提前浇地或者在关键生育期进行灌水使更深的土壤层中储存足够的水分，以促进玉米根系向下生长并保持高产[107]。特别是在已经存在次生盐碱化的土地上可采用“播前沟灌+滴灌”的灌溉模式，可避免次生盐碱化造成的不良影响[108]。在枯水年或者降雨量小于268.32 mm的地方使用膜下滴灌将会是更佳的选择，在平水年或者降雨量大于268.32 mm的地方更佳推荐使用浅埋滴灌[29]。膜下滴灌系统的滴灌带存在易被灼伤的问题，在覆膜的基础上进行浅埋可有效解决这一问题[31]。

（3）通过数学模型对作物生长进行合理预测。从试验中得出的结果具有较强的局限性，可以通过构建作物生长模拟模型对作物生长发育和产量形成的过程进行定量且动态地描述[109]，使用数学方程对作物、土壤、气象、灌溉、施肥的函数进行模拟[110]，这方面虽比较成熟但仍有应用受限或精度不高的问题。LI[111]等人将遥感信息与水文—作物耦合模型相结合，对干旱地区的玉米产量进行估计，结果表明该研究和相关模型可用于评估灌溉、肥料和田间管理对区域范围内作物产量的影响。但由于模型开发目标和环境不同，模型结构和参数存在显著差异[112]。因此，需对作物生长模型进一步优化改进，细化不同条件下（作物品种、土壤类型、灌溉管理方式）适当参数的选择，即参数本地化；另一方面，结合新型监测技术、精准灌溉施肥、加强作物表型方面的研究，最终实现实际观测和模型模拟相结合的目标。

（4）膜下滴灌对玉米品质和生态问题相关方面的研究仍然较少。目前水肥耦合对玉米品质的研究还较少，大多为通过膜下滴灌的灌溉施肥方式对于玉米品质产生的影响[113]，并未比较不同灌溉方式之间玉米品质的差异性。如何通过水肥投入—产量—品质—效益关系，对玉米生产进行科学指导仍是值得进一步深究的问题。目前大量研究表明膜下滴灌对于土壤微生物特征、土壤有机质含量及其酶活性等方面有着积极地促进作用[114-116]，但这方面内容在玉米上的研究却并不多见，膜下滴灌对土壤微生物活动及碳排放过程的影响是否也表现出一致性，这都值得研究者进一步探究。

（5）膜下滴灌的使用存在一定局限性。当降雨较多时膜下滴灌并不能发挥节水作用，李前[117]等人试验发现，在多雨年份玉米膜下滴灌处理的耗水量不仅多于农民习惯施肥处理，而且水分利用效率仅高出9%，结果与干旱年间相比差异较大。当地下水埋深较大时不适合使用膜下滴灌。地下水的补给有一部分来自于农田灌溉，而膜下滴灌对于地下水的补给微乎其微，在地下水埋深较大时使用膜下滴灌，会进一步降低地下水位，既不利于作物的生长发育，还会形成大面积的降落漏斗。在西辽河地区，播种期多风沙气候条件，不平整的地面难以满足膜下滴灌的布置条件[118]。对于发展较为落后，生态环境脆弱的地方同样不适合用膜下滴灌，膜下滴灌的农业配套技术不仅复杂，而且前期投入较大，其薄膜难以回收的特点会加重生态环境负担。灌溉节水技术的使用还需根据不同地方、不同条件进行酌情选择。