山东农业大学院长团队硕士生和讲师，以共同第一作者身份在一区Top期刊上发表研究论文

近日，山东农业大学农学院张吉旺教授团队在Agricultural Water Management发表题为“Optimized integrated soil-crop system management enhances crop yield while reducing water resource consumption”的文章。第一单位为山东农业大学。山东农业大学张吉旺教授为该论文的共同通讯作者，山东农业大学硕士研究生王炳硕和山东农业大学讲师于宁宁为该论文共同第一作者。

农业生产面临着全球水资源短缺与粮食需求增长的双重压力。特别是在中国的华北平原等地区，传统的农业实践，如过量施用氮肥和效率低下的灌溉方式（如大水漫灌），不仅浪费了宝贵的水资源，还导致了氮素流失和环境污染，降低了氮肥利用效率。为了应对这些挑战，综合土壤-作物系统管理（Integrated Soil-Crop System Management, ISSM）成为一种重要的策略。ISSM通过优化作物品种、种植密度、施肥和收获时间等一系列农艺措施，旨在提高作物产量和资源利用效率。然而，现有研究多集中于ISSM对产量和氮素利用的影响，而对于在ISSM基础上进一步优化灌溉方式，能否协同提升水分利用效率（Water Use Efficiency, WUE）和氮素利用效率（Nitrogen Use Efficiency, NUE），并减少水资源消耗，其内在机制和综合效应尚不明确。

图1. 不同ISSM处理的栽培管理、灌溉方法和施肥策略

研究表明采用“优化ISSM+微喷灌”的模式（O-OPT2处理），其玉米产量与投入最高（高种植密度、高水肥）的处理（HY处理）之间没有显著差异。然而，与传统的地面灌溉相比，微喷灌使ISSM处理组的产量提升了4.5-6.5%。这表明，优化的灌溉技术可以弥合因减少水肥投入而可能产生的产量差距。与HY处理相比，其水分利用效率（WUE）和氮素利用效率（NUE）分别提升了11.5-13.4%和132.5-136.4%。这主要归因于微喷灌减少了土壤蒸发量（7.8-10.8%）和总蒸散量（13.1-13.3%），并将更多的水分分配用于作物后期的生理活动。同时，该处理的水足迹（Water Footprint）也显著低于传统模式和高投入模式。

图2. 2022年和2023年综合土壤-作物系统管理试验的水足迹

这项研究的意义在于，它超越了单一农艺措施优化的局限，探索了管理措施之间的协同增效作用。研究结果为农业生产提供了一套具体的、可量化的优化管理方案，证明了将先进的灌溉技术（微喷灌）与综合的田间管理策略（ISSM）相结合，是实现农业高产、高效和可持续发展的有效途径。这不仅为华北平原，也为全球其他面临类似水资源和环境压力的粮食产区，提供了宝贵的实践指导，有助于在保障粮食安全的同时，减轻农业对环境的负面影响。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.109792