壟溝集雨種植的研究進(jìn)展

張?jiān)潞?，?霞，曹浚鉑，張雨晴，劉小利，王金金，任小龍

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100；2.農(nóng)業(yè)部西北黃土高原作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室∕西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西楊凌 712100）

0 引言

雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)占全球農(nóng)田的75%[1]，是我國(guó)干旱、半干旱地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，該區(qū)主要依靠自然降水進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水的緊缺不僅體現(xiàn)在數(shù)量上，也表現(xiàn)在農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)上[2]，水資源壓力[3]和糧食產(chǎn)量增加（中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒）滋生了農(nóng)業(yè)抗旱節(jié)水技術(shù)思想的萌芽。壟溝集雨種植技術(shù)在水分利用率和作物產(chǎn)量方面有明顯的促進(jìn)作用，為了節(jié)約水資源和提高作物產(chǎn)量，該技術(shù)已在全球干旱、半干旱、半濕潤(rùn)偏旱和半濕潤(rùn)地區(qū)得到了廣泛的研究[4]，尤其是在我國(guó)降雨量少的黃土高原旱地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)地區(qū)非常受歡迎。壟溝集雨種植技術(shù)被稱(chēng)為根區(qū)集雨集水（圖1，以壟∶溝=40∶60 的玉米種植為例），是一種有效的原位降雨采集與利用技術(shù)[5,6]，在田間修筑交互排列的壟溝，由集雨壟收集雨水，溝內(nèi)種植作物，來(lái)實(shí)現(xiàn)降水在種植溝內(nèi)的疊加，該系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)土壤水熱環(huán)境來(lái)滿(mǎn)足作物的生長(zhǎng)需求，從而充分利用田間微量降水和無(wú)效降水[7]。土壟的集雨效果相對(duì)來(lái)說(shuō)不夠好，但是長(zhǎng)期裸露的壟面容易形成一層土壤結(jié)皮，在遇到大雨或者暴雨的過(guò)程中，可以將不能及時(shí)入滲得雨水匯集到種植區(qū)，實(shí)現(xiàn)集雨的效果[8]。在眾多學(xué)者和農(nóng)民共同努力下該技術(shù)從最初簡(jiǎn)單的壟溝不覆蓋技術(shù)到現(xiàn)在各種衍生模式的發(fā)展，如壟溝集雨技術(shù)經(jīng)常與不同的覆蓋材料相結(jié)合，通過(guò)壟面，將無(wú)效降水匯集在種植溝中，加快降雨入滲，實(shí)現(xiàn)增溫保墑，提高水分利用效率[9]。本文從土壤屬性、作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量、水分利用效率和溫室氣體排放等方面歸納了壟溝集雨種植技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，客觀的討論了其對(duì)生產(chǎn)和環(huán)境的正負(fù)效應(yīng)及發(fā)展前景，闡釋了壟溝集雨種植技術(shù)增產(chǎn)增效的關(guān)鍵機(jī)理，以期為該系統(tǒng)的推廣和應(yīng)用提供理論支撐。

圖1 壟溝集雨技術(shù)種植示意圖（單位：cm）Fig 1 Schematic diagram of field planting on ridge-furrow rainwater harvesting technology

1 壟溝集雨技術(shù)的研究進(jìn)展

1.1 壟溝集雨種植對(duì)土壤屬性的影響

1.1.1 壟溝集雨種植對(duì)土壤水分的影響

土壤水分是干旱脅迫對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)的主要驅(qū)動(dòng)因素，它也是植物的直接水庫(kù)，因此土壤水分脅迫對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著巨大的威脅[10]。世界上，每年70%的植物蒸騰用水量來(lái)自于當(dāng)月降水，18%來(lái)自于存儲(chǔ)在更深的非飽和土壤或巖石中的降水[11]，當(dāng)作物處于干旱狀態(tài)下，植株的根系會(huì)轉(zhuǎn)移至更深層的土壤區(qū)、巖石水區(qū)域和地下水區(qū)域吸收水分。壟溝集雨種植技術(shù)對(duì)于水分的影響主要包括集雨、蓄水、保墑3個(gè)方面，采用壟上覆膜，抑制膜下土壤水分的蒸發(fā)，減少總蒸發(fā)面積，提高降雨入滲能力和土壤持水性能[12]；同時(shí)將雨水匯集疊加，強(qiáng)化降水下滲及側(cè)滲，使水分蓄集在土壤水庫(kù)中[13]。該技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在降雨量少且分布不均的干旱、半干旱和半濕潤(rùn)易旱區(qū)，在降雨較少的年份和地區(qū)集雨優(yōu)勢(shì)和效果更明顯，有研究表明隨著降雨量的增加，集雨種植增產(chǎn)幅度減少，產(chǎn)量呈現(xiàn)出：降雨量230 mm＞降雨量340 mm＞降雨量440 mm[14,15]，對(duì)于降雨量多的濕潤(rùn)區(qū)則為了防止?jié)澈Φ陌l(fā)生將作物種植在壟上，溝中進(jìn)行排水。同時(shí)壟溝結(jié)構(gòu)和覆蓋材料也影響著農(nóng)田中水分的儲(chǔ)存和消耗，張登奎、王琦[16]等人研究發(fā)現(xiàn)同一種覆蓋材料的壟溝集雨種植模式下，其土壤貯水量顯著高于傳統(tǒng)平作，且土壤貯水量隨壟寬增加而增加。張光鑫[6]等人的研究結(jié)果表明，3 種不同的壟溝結(jié)構(gòu)對(duì)土壤含水量、作物產(chǎn)量和水分利用效率的改善效果不同，與傳統(tǒng)平作相比較，在高壟溝比、均勻壟溝比和低壟溝比下，作物產(chǎn)量分別提高了37.65%、27.12%、31.70%，水分利用效率分別提高了47.70%、30.00%和17.80%。而同一壟溝比例下，壟溝寬窄不同，其農(nóng)田水分調(diào)控效果及增產(chǎn)效應(yīng)差異顯著[17]。試驗(yàn)中適宜壟溝結(jié)構(gòu)的不同可能是由于不同地區(qū)氣候條件、土壤類(lèi)型、覆蓋材料和不同作物引起的（表1）。如：對(duì)于小麥來(lái)說(shuō)，不同地區(qū)適宜的壟溝寬窄不同，但其適宜的壟溝比大體相同且為1～1.5，有研究表明[17,18]，在中國(guó)半干旱地區(qū)壟溝比為60∶60 可以協(xié)調(diào)種植面積的同時(shí)儲(chǔ)存更多的水分，形成明顯的“鐘形”土壤水分含量分布，從而提高冬小麥干物質(zhì)積累量、產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益和水熱利用率，也有研究發(fā)現(xiàn)1～1.5 的壟溝比結(jié)合最小的壟溝單元尺寸適合東非旱作小麥生產(chǎn)和雨水利用[19,20]，在關(guān)中平原半濕潤(rùn)易旱區(qū)壟溝比為40∶40 的集雨種植模式效果最好[21]。對(duì)于在同一個(gè)地區(qū)，即中國(guó)半干旱地區(qū)，小麥、馬鈴薯和玉米的適宜壟溝寬窄以及壟溝比均不同。不同覆蓋材料及覆蓋面積的效果和作用也存在一定的差異，大部分的研究表明塑料地膜覆蓋增產(chǎn)效果較好，其中全膜雙壟溝、起壟覆膜和平作覆膜3種種植模式中，全膜雙壟溝的效果最好，這可能是覆蓋面積變大使蒸發(fā)面積變小，水分的消耗也減少[22]?？偠灾?，壟溝集雨種植技術(shù)的衍生模式減少了地表的水土流失，抑制了土壤水分的蒸發(fā)，從而改善降雨量少和降雨分配不均的問(wèn)題。目前，壟溝集雨種植技術(shù)不僅在單季作物中表現(xiàn)為集雨保水的作用，而且在冬小麥-夏玉米的周年作物生產(chǎn)中也具有高效利用降水和灌溉水的特點(diǎn)，解決了多熟地區(qū)周年節(jié)水問(wèn)題[23,24]，近幾年這方面的研究才嶄露頭角，研究數(shù)量較少，未來(lái)將會(huì)有更多學(xué)者研究壟溝集雨種植對(duì)周年作物生產(chǎn)過(guò)程中的光、溫、水、氣變化機(jī)制，為一年兩熟地區(qū)節(jié)約灌溉水資源和解決當(dāng)?shù)亟邓植疾痪鶈?wèn)題。

表1 壟溝覆蓋下不同試驗(yàn)區(qū)適宜的壟溝結(jié)構(gòu)Tab.1 Suitable ridge-furrow configuration in different studied sites under ridge-furrow planting patterns

1.1.2 壟溝集雨種植對(duì)土壤溫度的影響

土壤溫度的高低影響著作物的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤溫度太高會(huì)傷害植物的根部及莖干，若土壤溫度太低則會(huì)妨礙植物攝取礦物質(zhì)養(yǎng)分，土壤溫度在8 ℃以上時(shí)春玉米才能維持正常的生命活動(dòng)，低于15 ℃時(shí)不利于春玉米的生長(zhǎng)發(fā)育[27,28]。壟溝集雨種植和覆蓋技術(shù)的結(jié)合使用，不僅有集雨的效果，同時(shí)也對(duì)一些溫度較低或較高地區(qū)的農(nóng)作物有非常重要的增溫或降溫作用，這主要是由于覆蓋材料決定的。溫度較低的地區(qū)，一般覆蓋塑料地膜、生物可降解膜等，起到增溫的作用，且覆蓋面積越大，增溫效應(yīng)越好，其產(chǎn)量相應(yīng)的也越高，大小為：全膜雙壟溝＞傳統(tǒng)半覆膜＞平作不覆膜，全膜雙壟溝種植方式在作物生長(zhǎng)初期，即苗期，可以更好地增溫保墑，此時(shí)植株矮小地表覆蓋率低，較多的太陽(yáng)光線(xiàn)照射到地表導(dǎo)致土壤增溫顯著，且可以明顯抑制雜草生長(zhǎng)與蟲(chóng)害的發(fā)生，從而保障作物初期生長(zhǎng)，利于后期建成良好的植株和根系，促進(jìn)水分和養(yǎng)分的吸收[28,29]。楊封科[30]等研究表明，壟溝集雨種植可以使作物生長(zhǎng)在良好的水熱環(huán)境中，對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響。該技術(shù)能夠有增溫效應(yīng)主要由兩方面因素引起的，一方面，壟上覆蓋材料對(duì)土壤溫度有一定的提高，土壤的熱效應(yīng)通過(guò)其導(dǎo)熱性在壟溝系統(tǒng)間進(jìn)行傳遞；另一方面，通過(guò)在田間起壟增加地面粗糙程度和地表面積，使地面接收到的太陽(yáng)光輻射增多，提高了土壤溫度[27]。對(duì)于溫度較高的時(shí)段和地區(qū)，壟溝集雨種植技術(shù)結(jié)合秸稈覆蓋可以起到降溫作用，有研究表明與露地相比，秸稈覆蓋全生育期平均溫度減少12.7%，也會(huì)造成減產(chǎn)的趨勢(shì)[31]。但壟上覆蓋地膜，溝里覆蓋秸稈的方式平衡了壟上塑料地膜的增溫效應(yīng)與溝中秸稈的降溫效應(yīng)，呈現(xiàn)出提高產(chǎn)量和水分利用效率的效果[32]。前人[9]對(duì)塑料地膜、液態(tài)地膜、生物可降解膜、作物秸稈等各種壟溝覆蓋材料進(jìn)行了對(duì)比研究（表2），發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋有降溫減產(chǎn)的趨勢(shì)[31]，而塑料地膜在干旱、半干旱地區(qū)的作物生產(chǎn)中呈增溫效應(yīng)，尤其是在雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和春季溫度低的一些區(qū)域，能夠提高耕層土壤溫度、增加田間日輻射量[23]、增加糧食產(chǎn)量，但就控制白色污染和減少地膜殘留而言，將新型材料的生物可降解地膜和液態(tài)地膜引入了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，覆蓋在地表或按一定的比例稀釋后噴施于集雨壟上，不僅可以解決地膜殘留的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題和土壤結(jié)構(gòu)破壞問(wèn)題，而且在減少土壤水分蒸發(fā)、保水保墑方面具有正效應(yīng)，同時(shí)液態(tài)地膜也是一種土壤改良劑[33,34]，然而，這兩種清潔膜的增溫增產(chǎn)效應(yīng)不如塑料地膜的明顯且生物可降解膜的成本較高，目前應(yīng)用最廣、最受農(nóng)民歡迎的依然是塑料地膜，為了壟溝集雨技術(shù)未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展，這種生物可降解地膜和液態(tài)地膜伴隨著技術(shù)的改進(jìn)和成本的降低可以作為未來(lái)壟溝集雨適宜的覆蓋材料[6,35]。

表2 不同壟溝覆蓋方式對(duì)作物生產(chǎn)效應(yīng)的影響Tab.2 Effects of different ridge-furrow mulching methods on crop production

1.1.3 壟溝集雨種植對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

土壤養(yǎng)分對(duì)于作物茁壯成長(zhǎng)和最終獲得較好產(chǎn)量有至關(guān)重要的作用，由于壟上不種植作物，種植溝中的作物可以吸收雙倍種植面積的養(yǎng)分，壟溝集雨種植技術(shù)促進(jìn)水分下滲的同時(shí)養(yǎng)分也隨著水分匯集到種植溝中[41]。一方面，土壤水熱狀況的改變直接影響土壤養(yǎng)分的溶解和移動(dòng)，與傳統(tǒng)平作相比較能夠有效的提高速效養(yǎng)分的含量[14,42]，同時(shí)在稻草、秸稈覆蓋下，秸稈的分解可能會(huì)產(chǎn)生大量的可溶性有機(jī)碳隨雨水下滲至土壤，有利于團(tuán)聚體的形成，增加了有機(jī)碳含量，秸稈的降溫保水作用可以讓土壤有機(jī)碳穩(wěn)定積累[19,43]；另一方面，壟溝覆膜技術(shù)在作物生長(zhǎng)過(guò)程中微生物生物量的增加可以有助于有機(jī)物的分解，將更多的有機(jī)物返還給土壤，對(duì)損失的土壤有機(jī)碳有一定的補(bǔ)償效應(yīng)，從而改善土壤質(zhì)量和農(nóng)田生產(chǎn)力[44]。但也有研究表明：壟溝集雨種植技術(shù)使土壤水熱狀況改善，影響作物生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)作物根系對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用，減少了土壤中的養(yǎng)分[45]。該系統(tǒng)和地膜覆蓋相結(jié)合的方法使土壤有機(jī)碳在壟溝系統(tǒng)下的分解速率更快，全程地膜覆蓋處理有機(jī)質(zhì)下降21.2%[46]，這可能是在該系統(tǒng)對(duì)土壤溫度和水分都有積極響應(yīng)，持續(xù)較高的土壤溫度和土壤水分改善了微生物的活性和增加了有機(jī)碳的礦化作用，降低了有機(jī)碳的含量和土壤肥力[19,43]。

1.2 壟溝集雨種植對(duì)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

壟溝集雨種植研究涉及的作物具體包括了小麥、玉米、油菜、馬鈴薯、谷子和苜蓿等。該技術(shù)改變了農(nóng)田土壤水熱微環(huán)境，培育健壯的根系，為后期建成作物株高、葉面積、生物量、生長(zhǎng)速度等方面打下良好基礎(chǔ)，是作物獲得高產(chǎn)的有利保障。對(duì)于小麥[47-49]、玉米[50]單季作物來(lái)說(shuō)，壟溝集雨種植技術(shù)改善了每個(gè)作物的生育進(jìn)程，縮短了其生育時(shí)期，增加地上生物量和生長(zhǎng)速度。李廷亮、謝英荷[51]等人研究發(fā)現(xiàn)壟溝集雨種植結(jié)合覆膜技術(shù)對(duì)于旱地冬小麥能夠有很好的集雨保墑作用，改善小麥群體結(jié)構(gòu)，增加小麥的分蘗數(shù)和穗數(shù)，該處理下小麥的株高和生物量均顯著高于平作處理，分別高16.6%和34.7%[47]。玉米的出苗和拔節(jié)期分別提前2～3 d 和8～9 d，較平作而言，顯著影響了春玉米的株高、吐絲期葉面積指數(shù)，成熟期干物質(zhì)量、籽粒產(chǎn)量和作物水分利用效率，分別增加了12%～46%、8%～17%、19%～43%、23%～47%和18%～37%[29]。對(duì)于小麥-玉米周年生產(chǎn)[24]，壟溝集雨種植技術(shù)兩者干物質(zhì)積累量較平作共增加了5.32%，且主要是玉米季的貢獻(xiàn)，這是由于起壟造成了小麥種植面積的減少，進(jìn)而使干物質(zhì)積累的增幅較少，該技術(shù)在麥-玉系統(tǒng)里也延緩冬小麥花后、夏玉米吐絲后功能葉片的衰老。對(duì)于壟溝集雨種植下馬鈴薯的商品率[25,52-57]、西南地區(qū)油菜的產(chǎn)量[58]以及比較抗旱的谷子水分利用[59,60]都呈現(xiàn)出相應(yīng)的正效應(yīng)，該技術(shù)不僅僅應(yīng)用在農(nóng)作物上，在苜蓿等牧草上也有很好增產(chǎn)效果[61]。壟溝系統(tǒng)對(duì)不同作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響是不同的，該系統(tǒng)對(duì)大多數(shù)作物的作用呈顯著性，對(duì)少數(shù)像谷子一樣抗旱性強(qiáng)的作物影響較微小，可能是由于谷子這樣抗旱性強(qiáng)的作物本身水分利用效率高，該系統(tǒng)對(duì)其影響較小。

壟溝集雨種植技術(shù)是對(duì)水、光、熱、肥等資源的高效利用，確保種植區(qū)內(nèi)作物的水分利用效率和產(chǎn)量最高，但對(duì)于像小麥這樣的密植作物來(lái)說(shuō)，該技術(shù)是通過(guò)減少農(nóng)田實(shí)際播種面積而獲得的，局部的增產(chǎn)并不一定意味著整體的增產(chǎn)，整體的增產(chǎn)效應(yīng)是種植區(qū)內(nèi)產(chǎn)量的增加和實(shí)際播種面積減少共同的結(jié)果[13]，也就是實(shí)際作物產(chǎn)量，而不是凈作物產(chǎn)量。Zhang[44]等研究表明與無(wú)膜平栽相比，壟溝覆膜栽培、無(wú)膜壟溝栽培和覆膜平栽分別將作物的平均產(chǎn)量提高了33.8%、16.6%和27%，作物平均水分生產(chǎn)率分別提高35.8%、17.5%和27.8%。王云奇[62]等也研究了壟溝栽培對(duì)玉米產(chǎn)量和水分利用效率的影響，結(jié)果表明玉米產(chǎn)量和水分利用效率隨氣候、土壤和覆蓋管理而產(chǎn)生變化，壟溝栽培可以使玉米的產(chǎn)量和水分利用效率分別提高47%和39%。Huang[63]等的研究表明，在半干旱和半濕潤(rùn)地區(qū)壟溝地膜覆蓋模式與無(wú)膜平栽模式比較增加了玉米產(chǎn)量。壟溝集雨種植技術(shù)中壟溝比對(duì)作物產(chǎn)量和也有明顯的差異[25]，壟溝比為40∶70、55∶55、70∶40 下，玉米產(chǎn)量分別增加26.1%、36.4%和50.3%[26]。Liu[17]等研究發(fā)現(xiàn)，壟溝集雨種植結(jié)合補(bǔ)灌技術(shù)對(duì)作物的產(chǎn)量也有極大的促進(jìn)作用，干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量隨著壟寬的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，即60∶60 的壟溝系統(tǒng)具有更高的產(chǎn)量和水熱利用率。以上多位學(xué)者的研究均發(fā)現(xiàn)壟溝集雨技術(shù)對(duì)作物的產(chǎn)量有貢獻(xiàn)，其主要機(jī)制是壟溝系統(tǒng)結(jié)合覆膜技術(shù)和補(bǔ)灌技術(shù)的共同作用[64]，不同地區(qū)和不同作物下結(jié)合的技術(shù)也大不相同，在干旱、半干旱等地區(qū)可以結(jié)合覆蓋技術(shù)，在半濕潤(rùn)易旱區(qū)、半濕潤(rùn)區(qū)可以結(jié)合補(bǔ)灌技術(shù)，但最終的目標(biāo)都是提高作物的水分利用效率，獲得了較好的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。

1.3 壟溝集雨種植對(duì)氣體排放和環(huán)境的影響

溫室氣體的排放對(duì)于全球的氣候變化有著重要的影響，據(jù)IPCC 第五次評(píng)估報(bào)告顯示，氣候變化對(duì)糧食產(chǎn)量進(jìn)一步產(chǎn)生不利影響，2030-2049 年間的糧食產(chǎn)量與20 世紀(jì)后期相比，約10%的預(yù)測(cè)顯示產(chǎn)量損失超過(guò)25%，而預(yù)估到2050 年糧食需求則每10 年將增加14%，如果適應(yīng)措施得當(dāng)，可以減少氣候變化對(duì)糧食產(chǎn)量的不利影響。壟溝集雨種植技術(shù)對(duì)于農(nóng)田溫室氣體排放以及環(huán)境有一定的影響，其種植密度和施肥量的變化都會(huì)影響土壤CO2的排放[65,66]，有研究結(jié)果表明，壟溝集雨種植技術(shù)不僅可以增加春玉米的產(chǎn)量，而且能夠有效的減少農(nóng)田溫室氣體的排放，與平作相比，其全球增溫潛勢(shì)和溫室氣體密度分別減少1.0%～16.1%和13.0%～56.8%，顯著改變了冬小麥農(nóng)田的土壤呼吸作用，同時(shí)也改變了土壤氨揮發(fā)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，降低了土壤氨揮發(fā)和氮肥損失[67]，也有研究表示壟溝種植不僅顯著降低了玉米生長(zhǎng)季的CO2排放，而且提高了碳排放效率[68]，徐悅悅[69]等人研究了在壟溝覆蓋系統(tǒng)下模擬三種不同降雨條件結(jié)合四種補(bǔ)灌處理對(duì)溫室氣體排放強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明，同一補(bǔ)灌水平，不同降雨條件下的壟溝覆蓋系統(tǒng)下N2O 排放通量、CO2排放通量和溫室氣體排放強(qiáng)度均低于平作。但是，也有研究結(jié)果顯示壟溝集雨種植系統(tǒng)作物產(chǎn)量提高的同時(shí)也增加了CO2的排放量[70,71]，其在麥-玉輪作系統(tǒng)中溫室氣體排放量處于平地全覆膜和不覆膜之間，比平地不覆膜溫室氣體排放量高46.4%[72]，這可能和地膜覆蓋有一定的關(guān)系。地膜覆蓋在干旱、半干旱區(qū)對(duì)土壤的保溫蓄水、作物生長(zhǎng)發(fā)育和作物獲得高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)方面都有一定的優(yōu)勢(shì)，但是隨著地膜逐年使用且覆蓋面積的不斷壯大，產(chǎn)生了更大的碳足跡和潛在環(huán)境問(wèn)題，地膜殘留問(wèn)題對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面效果的同時(shí)也破壞了土壤結(jié)構(gòu)，這引發(fā)了對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的思考。

2 結(jié)語(yǔ)與展望

壟溝集雨種植技術(shù)與覆蓋技術(shù)的聯(lián)合作用，使其在全球干旱、半干旱地區(qū)發(fā)展迅速且應(yīng)用廣泛，對(duì)當(dāng)?shù)氐募Z食生產(chǎn)產(chǎn)生了極大的促進(jìn)作用。該技術(shù)通過(guò)收集降雨和減少土壤表面蒸發(fā)來(lái)調(diào)節(jié)農(nóng)田土壤水熱狀況，增加微生物數(shù)量和活性，改善土壤養(yǎng)分含量，從而促進(jìn)根系吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使作物獲得良好的生長(zhǎng)環(huán)境，提高作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收入。目前，壟溝集雨種植技術(shù)不僅限于干旱、半干旱地區(qū)發(fā)展，其探索和研究已經(jīng)延伸至有灌溉條件的半濕潤(rùn)偏旱區(qū)和半濕潤(rùn)區(qū)，以期作為一種新的農(nóng)田節(jié)水策略，在節(jié)約灌水資源的同時(shí)，達(dá)到增加作物產(chǎn)量和農(nóng)民收益的效果。

此外，壟溝集雨種植技術(shù)的推廣應(yīng)用還存在諸多限制因素。首先，對(duì)于不同區(qū)域和不同作物缺乏適宜的壟溝集雨綜合技術(shù)集成體系。由于各個(gè)地區(qū)的氣候條件、土壤類(lèi)型、以及覆蓋材料等方面存在差異，使該技術(shù)在特定地區(qū)的適應(yīng)性方面的研究不是很全面，應(yīng)結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，采用數(shù)據(jù)分析，確定壟溝集雨種植在不同區(qū)域不同作物適宜的壟溝結(jié)構(gòu)和覆蓋材料，為壟溝集雨綜合技術(shù)集成體系的完善提供依據(jù)；其次，該系統(tǒng)中塑料地膜造成的環(huán)境污染、撕膜挑膜現(xiàn)象以及難于機(jī)械化操作等問(wèn)題制約著壟溝集雨技術(shù)的推廣和應(yīng)用。未來(lái)的研究還需針對(duì)現(xiàn)有的負(fù)效應(yīng)，提出科學(xué)的解決方案，如采用更加清潔和降解快的地膜，對(duì)于半濕潤(rùn)地區(qū)甚至可以去掉地膜等；采用秸稈還田和壟溝集雨相結(jié)合，補(bǔ)償土壤養(yǎng)分的流失，提升壟溝集雨種植技術(shù)的全程機(jī)械化作業(yè)水平，將覆膜種床構(gòu)建、膜上精量播種、殘膜回收等技術(shù)相融合，研究出高水平的全程機(jī)械化作業(yè)裝備；最后，缺乏相應(yīng)的模型模擬壟溝集雨種植技術(shù)的增產(chǎn)效應(yīng)。壟溝集雨種植的模型模擬主要集中在水肥運(yùn)移的研究，對(duì)于作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的描述和作物產(chǎn)量的預(yù)測(cè)方面研究較少，還需將一些農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模型應(yīng)用于壟溝集雨系統(tǒng)中，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，模擬不同壟溝結(jié)構(gòu)在不同區(qū)域、作物上的植株生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程和增產(chǎn)效果。