覆盖物类型与限灌协同作用对春玉米（Zea mays L.）生理决定因素与产量的影响

为何农田节水至关重要

在世界上许多干旱地区，农民面临艰难抉择：要么大量用水以保证作物存活，要么减少用水但冒减产风险。玉米（玉蜀黍）作为粮食、饲料和能源的重要作物，在开花和籽粒灌浆期对干旱尤其敏感。本研究提出了一个具有全球意义的务实问题：农民是否可以仅通过改变灌溉方式和地表覆盖，就在显著减少用水的同时获得几乎相同的玉米产量？

在田间测试的简单措施

印度旁遮普邦（一个半干旱地区）的研究者开展了为期两年的春玉米田间试验，测试不同灌溉与覆盖组合。他们比较了三种地表覆盖——不覆盖、黑色塑料膜和一层稻（米）草——以及三档基于作物需水量的滴灌水平（80%、100% 和 120%），另设有传统漫灌对照。通过测量植株高度、叶面积、生物量、详细的叶片气体交换指标以及最终籽粒产量，研究者不仅观察植株的生长规模，也评估了其将阳光和水转化为有机物的“内部发动机”运转状况。

土壤覆稻草如何帮助植物“呼吸”

稻草覆盖持续创造出最优的生长条件。在完全滴灌（100%）条件下，稻草覆盖的玉米在植株高度和生物量上几乎与多浇20%水分的植株相当，说明在覆盖保护下额外灌水并非必要。稻草地块形成了更密、更持久的叶冠，有利于捕获光能。叶片内部的光合速率和气孔导度（气孔控制二氧化碳进入和水分散失）保持较高水平，叶片健康的光学敏感指标（叶绿素荧光）接近理想值。实质上，稻草减少了裸土的无效蒸发，令根区更凉爽、更湿润，使植物在水分受限时仍能维持“呼吸”和生长。

塑料膜在高温下反而适得其反

黑色塑料覆盖常被推广用于节水和控草，但在本研究的高温春季条件下表现不佳。塑料覆盖地块的植株更矮、干物质积累更少，在所有灌溉水平下产量最低。叶片应激指标显示其光合系统受到损伤，可能是因为深色塑料使土壤过热并限制了根区周围的气体交换。相比之下，稻草像一种“透气的被褥”：能遮蔽土壤并减缓蒸发而不封闭表面，支持更健康的根系和叶片。这些发现表明，一项在较冷气候有效的技术在更热、半干旱环境中直接移植可能会变得有害。

更少水获得更多作物产量

最直接的实用结论来自对水分生产力的考察——每单位用水产生的籽粒量。稻草覆盖配合80%滴灌在籽粒产量上与不覆膜完全灌溉及常规漫灌对照相当，但灌溉用水约减少20%。详细的水量平衡估算显示，该组合显著减少了深层径流和裸土蒸发等无效损失，把更多的水分引导到蒸腾中——正是驱动生长的水流。结合24项植物与产量指标的多变量分析也证实了这一点：稻草覆盖处理（尤其在100%灌溉下）聚为高效组，而塑料覆盖和漫灌则表现较差。

对农民和环境的意义

对于缺水地区的农民，结论很明确。在田间铺一层作物残茬（如稻草）并采用高效滴灌，既能维持甚至提高玉米产量，又能减少用水并降低稻草焚烧造成的污染。研究提出两种可行策略：若追求最大产量，可在完全滴灌下使用稻草覆盖；若追求节水且气候友好的做法，可将稻草覆盖与约80%需水量的适度限灌结合。在这两种情形中，每滴水所产的粮食都更多，从而提高了玉米生产在更热、更干未来的韧性。

引用: Singh, M., Singh, S., Brar, A.S. et al. Synergistic effects of mulch type and deficit irrigation on physiological determinants and yield of spring maize (Zea mays L.). Sci Rep 16, 10214 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40843-6

关键词: 玉米灌溉, 覆盖物, 稻草, 水分利用效率, 半干旱农业