中国不同区域玉米补充灌溉增产效应的整合分析：优化水资源管理策略的路径探索

《Agricultural Water Management》：Response of maize to supplemental irrigation and other agronomic practices in different regions of China: A meta-analysis

本研究针对中国雨养农业区干旱威胁玉米生产的重大问题，通过整合分析82项田间试验数据，系统评估了补充灌溉对玉米产量及作物水分生产率(WPc)的影响。研究发现补充灌溉可使全国玉米平均增产17.5%，其中西北地区增产效果最显著(20.08%)。研究揭示了灌溉量50mm为最适单次灌溉量，并明确了不同区域的最佳灌溉模式，为制定区域差异化灌溉策略提供了科学依据，对保障中国玉米生产可持续发展具有重要意义。

　　

在全球气候变化加剧干旱频发的背景下，玉米作为中国最重要的粮食作物之一，其生产稳定性面临严峻挑战。中国玉米生产主要依赖雨养，但降水分布不均导致的季节性干旱已成为限制产量的关键因素。特别是在西北、华北和黄淮海三大玉米主产区，水资源短缺与作物需水期不匹配的矛盾日益突出。如何通过科学的水分管理实现玉米稳产增产，同时提高水资源利用效率，成为当前农业水资源管理领域的核心课题。

在这项发表于《Agricultural Water Management》的研究中，研究人员通过系统的整合分析(meta-analysis)，对补充灌溉在中国玉米生产中的效应进行了全面评估。研究团队收集了涵盖82项田间研究、2836组数据对的庞大数据库，首次在全国尺度上量化了补充灌溉对玉米产量和水分利用效率的影响规律。

研究揭示补充灌溉使中国玉米平均增产17.5%，增产效果随年降水量和平均温度的升高而减弱。区域分析显示，西北地区增产幅度最大(20.08%)，显著高于华北(16.37%)和黄淮海平原(17.01%)。产量提升主要源于粒数增加(10.67%)和粒重提高(9.28%)，而穗数无显著变化。尽管补充灌溉增加了作物耗水量(ET_a)，但对整体水分生产率(WP_c)无显著影响，且存在区域差异——西北地区WP_c显著提升，而其他区域保持稳定。

关键技术方法

研究采用整合分析方法，从Web of Science和中国知网(CNKI)检索截至2024年3月的文献，使用MetaWin 2.1软件计算自然对数响应比(lnR)作为效应值。数据分析涵盖气候因子、地理区域、农艺措施和灌溉参数等12个变量分组，通过自助法(bootstrapping)生成95%置信区间判定显著性。

3.1 总体效应值

补充灌溉显著提高玉米株高、叶面积指数(LAI)、地上部生物量(AGB)和产量，同时增加水分消耗，但对水分生产率影响不显著。产量构成分析表明，灌溉主要通过增加粒数和粒重实现增产，而对穗数影响有限。

3.2 气候、地理和品种对玉米响应补充灌溉的影响

年降水量(GPP)和年均温(MAT)显著影响灌溉效果：GPP<350mm和MAT<8℃地区灌溉增产效应最大。品种比较发现，新品种比老品种增产效果更显著。季节分析显示，春玉米灌溉同时提高产量和WP_c，而夏玉米灌溉虽增产但降低WP_c。

3.3 灌溉方式、灌水量和频率对玉米响应补充灌溉的影响

西北地区滴灌和沟灌增产效果最好，灌水量>100mm且增加灌溉频率可进一步提高产量。华北地区滴灌和沟灌效果相当，灌水量>100mm但差异不显著。黄淮海平原以畦灌表现最佳，单次灌量<50mm效果最好。所有区域WP_c均随灌水量和频率增加而下降。

3.4 不同产区农艺措施对玉米响应补充灌溉的影响

西北地区覆膜结合垄沟种植能显著提高WP_c；华北地区中等密度和施氮量(140-280kg ha^-1)下灌溉效果最优；黄淮海平原低密度和低氮处理更有利于维持WP_c。

研究结论与意义

该研究首次在全国尺度上量化了补充灌溉对玉米生产的效应，明确了区域差异化灌溉策略的必要性。针对西北地区推荐覆膜垄沟种植结合高频少量滴灌；华北地区适宜中等密度和施氮量下分两次滴灌；黄淮海平原则建议低氮低密度结合单次畦灌。这些发现为制定区域精准灌溉方案、实现水资源高效利用提供了重要科学依据，对保障中国玉米生产可持续发展具有深远意义。