研究背景：干旱威胁下的农业挑战
在全球农业面临干旱压力日益增大的背景下，提高水分和氮素的利用效率成为确保农业可持续发展的关键。中国黄土高原作为典型的半干旱农业生态系统，水资源短缺和土壤质量问题尤为突出。为应对这一挑战，近年来，塑料薄膜覆盖技术广泛应用于农业生产，尤其是白膜覆盖，通过调节土壤温度和水分管理，有效缓解了干旱对作物生长的负面影响。然而，传统的氮肥管理方式往往未能与膜覆盖技术的效果相匹配，导致肥料利用率低下和环境污染风险的增加。
基于此，兰州大学研究团队在权威期刊《Agricultural Water Management》上发表了最新研究成果。该研究以饲用玉米为研究对象，通过为期两年的田间试验，深入探讨了不同膜覆盖方式与氮肥施用策略对土壤水热条件、水分生产力、氮素利用效率以及饲用玉米产量的影响。研究提出了一种适合干旱区的协同增效管理模式：结合白膜覆盖和控释尿素，不仅显著提高了饲用玉米产量，还在提升水分和氮肥利用效率方面取得了显著成效。
表1. 试验点0-60 cm土层土壤理化性质。
实验方法：两年田间试验
研究团队在甘肃庆阳的黄土高原农业生态站进行了为期两年（2022–2023）的田间试验，设置了不同地膜覆盖和氮肥处理的组合：
l 地膜类型：白膜、黑膜、无膜；
l 氮肥类型与用量：
常规尿素（270 kg/ha，习惯用量）；
优化尿素（200 kg/ha）；
控释尿素（170 kg/ha 和 140 kg/ha）；
通过监测土壤温湿度、作物生长、水分消耗、氮素积累等指标，系统评估了不同处理对玉米产量和资源利用效率的影响；
在该研究中，研究人员采用Smart-Chem 450全自动化学分析仪对不同阶段的土壤硝态氮浓度进行了分析。该仪器通过先进的样品管密封技术，有效降低了样品蒸发和交叉污染的风险，同时减少了环境因素对测量参数的干扰，确保了分析结果的准确性和可靠性。
图1.2022年和2023年，在饲用玉米幼苗期（V4）、拔节期（V8）、十二叶期（V12）、开花期（VT）和收获期（R4）等不同生长阶段，研究了不同地膜覆盖处理（黑色地膜（B）、白色地膜（W）和无地膜（Z））对0-25 cm土壤深度温度的影响
图2.2022-2023年生长季地膜覆盖和施氮对饲用玉米土壤水分剖面和土壤贮水量时间变化的影响。
表2.2022年和2023年地膜覆盖和氮肥施用对饲用玉米干物质含量、鲜重产量和干物质产量的影响。
图3.2022年和2023年饲用玉米的干物质产量水分利用效率（WPDMP，a-b）、粗蛋白产量水分利用效率（WPCP，c-d）、淀粉产量水分利用效率（WPStarch，e-f）、相对饲草品质产量水分利用效率（WPRFQ，g-h）和食物当量单位产量水分利用效率（WPFEU，i-j）。
图4.在不同地膜覆盖和氮肥施用方案下，饲用玉米生长季（2022-2023年）硝态氮（NO3⁻-N）的垂直分布（0-200 cm土壤剖面）和累积量。
图5.有向无环图展示了偏最小二乘路径模型 (PLS-PM) 的架构，其中矩形表示由相应观测指标反映的潜在变量。
研究结果：白膜 + 控释尿素表现突出
（1）白膜覆盖效果显著：白膜覆盖显著提高了土壤温度、促进了早期生长，并增加了水分生产力，提升了饲用玉米的干物质生产（DMP）；
（2）控释尿素的优势：使用控释尿素（CRU）施肥，能够保持与传统施肥相当的产量，同时减少氮肥用量，显著降低硝态氮积累，并提高氮素部分生产率（PFPN）；
（3）水氮协同效应：白膜覆盖与控释尿素结合，优化了水氮利用，提升了水分生产力和氮素效率，减少了环境负担，为干旱区农业提供了可持续管理模式；
结语
本研究通过实验验证了白膜覆盖与控释尿素结合对提高水分生产力和氮素利用效率的显著效果。研究结果表明，这一组合管理模式不仅提升了饲用玉米的产量，还有效减少了环境负担，提供了适用于干旱区农业的可持续解决方案。未来，随着技术的不断进步，进一步优化水氮管理策略，结合不同气候和土壤条件，预计这一模式将在更多半干旱地区推广应用，为全球农业可持续发展做出贡献。、
发表期刊：Agricultural Water Management【影响因子：6.5】
研究单位：兰州大学、新疆农业大学等
研究地点：国家草地农业生态系统野外科学观测研究站
使用设备：Smart-Chem 450全自动化学分析仪
DOI：https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.110095