研究背景：干旱威脅下的農(nóng)業(yè)挑戰(zhàn)
在全球農(nóng)業(yè)面臨干旱壓力日益增大的背景下，提高水分和氮素的利用效率成為確保農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。中國黃土高原作為典型的半干旱農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，水資源短缺和土壤質(zhì)量問題尤為突出。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，近年來，塑料薄膜覆蓋技術(shù)廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，尤其是白膜覆蓋，通過調(diào)節(jié)土壤溫度和水分管理，有效緩解了干旱對作物生長的負(fù)面影響。然而，傳統(tǒng)的氮肥管理方式往往未能與膜覆蓋技術(shù)的效果相匹配，導(dǎo)致肥料利用率低下和環(huán)境污染風(fēng)險的增加。
基于此，蘭州大學(xué)研究團(tuán)隊在權(quán)威期刊《Agricultural Water Management》上發(fā)表了研究成果。該研究以飼用玉米為研究對象，通過為期兩年的田間試驗，深入探討了不同膜覆蓋方式與氮肥施用策略對土壤水熱條件、水分生產(chǎn)力、氮素利用效率以及飼用玉米產(chǎn)量的影響。研究提出了一種適合干旱區(qū)的協(xié)同增效管理模式：結(jié)合白膜覆蓋和控釋尿素，不僅顯著提高了飼用玉米產(chǎn)量，還在提升水分和氮肥利用效率方面取得了顯著成效。
表1. 試驗點0-60 cm土層土壤理化性質(zhì)。
實驗方法：兩年田間試驗
研究團(tuán)隊在甘肅慶陽的黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)站進(jìn)行了為期兩年（2022–2023）的田間試驗，設(shè)置了不同地膜覆蓋和氮肥處理的組合：
*地膜類型：白膜、黑膜、無膜；
*氮肥類型與用量：
常規(guī)尿素（270 kg/ha，習(xí)慣用量）；
優(yōu)化尿素（200 kg/ha）；
控釋尿素（170 kg/ha 和 140 kg/ha）；
通過監(jiān)測土壤溫濕度、作物生長、水分消耗、氮素積累等指標(biāo)，系統(tǒng)評估了不同處理對玉米產(chǎn)量和資源利用效率的影響；
在該研究中，研究人員采用Smart-Chem 450全自動化學(xué)分析儀對不同階段的土壤硝態(tài)氮濃度進(jìn)行了分析。該儀器通過先進(jìn)的樣品管密封技術(shù)，有效降低了樣品蒸發(fā)和交叉污染的風(fēng)險，同時減少了環(huán)境因素對測量參數(shù)的干擾，確保了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
圖1.2022年和2023年，在飼用玉米幼苗期（V4）、拔節(jié)期（V8）、十二葉期（V12）、開花期（VT）和收獲期（R4）等不同生長階段，研究了不同地膜覆蓋處理（黑色地膜（B）、白色地膜（W）和無地膜（Z））對0-25 cm土壤深度溫度的影響
圖2.2022-2023年生長季地膜覆蓋和施氮對飼用玉米土壤水分剖面和土壤貯水量時間變化的影響。
表2.2022年和2023年地膜覆蓋和氮肥施用對飼用玉米干物質(zhì)含量、鮮重產(chǎn)量和干物質(zhì)產(chǎn)量的影響。
圖3.2022年和2023年飼用玉米的干物質(zhì)產(chǎn)量水分利用效率（WPDMP，a-b）、粗蛋白產(chǎn)量水分利用效率（WPCP，c-d）、淀粉產(chǎn)量水分利用效率（WPStarch，e-f）、相對飼草品質(zhì)產(chǎn)量水分利用效率（WPRFQ，g-h）和食物當(dāng)量單位產(chǎn)量水分利用效率（WPFEU，i-j）。
圖4.在不同地膜覆蓋和氮肥施用方案下，飼用玉米生長季（2022-2023年）硝態(tài)氮（NO3?-N）的垂直分布（0-200 cm土壤剖面）和累積量。
圖5.有向無環(huán)圖展示了偏最小二乘路徑模型 (PLS-PM) 的架構(gòu)，其中矩形表示由相應(yīng)觀測指標(biāo)反映的潛在變量。
研究結(jié)果：白膜+ 控釋尿素表現(xiàn)突出
?。?）白膜覆蓋效果顯著：白膜覆蓋顯著提高了土壤溫度、促進(jìn)了早期生長，并增加了水分生產(chǎn)力，提升了飼用玉米的干物質(zhì)生產(chǎn)（DMP）；
?。?）控釋尿素的優(yōu)勢：使用控釋尿素（CRU）施肥，能夠保持與傳統(tǒng)施肥相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)量，同時減少氮肥用量，顯著降低硝態(tài)氮積累，并提高氮素部分生產(chǎn)率（PFPN）；
?。?）水氮協(xié)同效應(yīng)：白膜覆蓋與控釋尿素結(jié)合，優(yōu)化了水氮利用，提升了水分生產(chǎn)力和氮素效率，減少了環(huán)境負(fù)擔(dān)，為干旱區(qū)農(nóng)業(yè)提供了可持續(xù)管理模式；
結(jié)語
本研究通過實驗驗證了白膜覆蓋與控釋尿素結(jié)合對提高水分生產(chǎn)力和氮素利用效率的顯著效果。研究結(jié)果表明，這一組合管理模式不僅提升了飼用玉米的產(chǎn)量，還有效減少了環(huán)境負(fù)擔(dān)，提供了適用于干旱區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)解決方案。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，進(jìn)一步優(yōu)化水氮管理策略，結(jié)合不同氣候和土壤條件，預(yù)計這一模式將在更多半干旱地區(qū)推廣應(yīng)用，為全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。、
發(fā)表期刊：Agricultural Water Management【影響因子：6.5】
研究單位：蘭州大學(xué)、新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)等
研究地點：國家草地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)野外科學(xué)觀測研究站
使用設(shè)備：Smart-Chem 450全自動化學(xué)分析儀
