Amélioration de la croissance, efficacité de l'utilisation de l'eau et avantage économique pour le maïs par irrigation goutte à goutte dans le nord-ouest de la Chine - Hefei StarBridge Ventures Group Co., Ltd.

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8392 (2023) Citer cet article

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L'application de l'irrigation goutte à goutte a fait l'objet de plus en plus d'attention, mais il y avait un manque d'analyse comparative systématique entre l'irrigation goutte à goutte et la méthode d'irrigation conventionnelle en bordure pour le maïs, actuellement. Une étude de terrain de 7 ans de 2015 à 2021 a évalué les effets de l'irrigation goutte à goutte (DI, 540 mm) ou de la méthode d'irrigation conventionnelle en bordure (BI, 720 mm) sur la croissance du maïs, l'efficacité de l'utilisation de l'eau (WUE) ainsi que la rentabilité. Les résultats ont montré que la hauteur de la plante, l'indice de surface foliaire, le rendement, le WUE et les avantages économiques du maïs avec DI étaient significativement plus élevés que BI. La translocation de matière sèche, l'efficacité de transfert de matière sèche et la contribution de la translocation de matière sèche au grain avec DI ont montré une augmentation significative de 27,44 %, 13,97 % et 7,85 % par rapport à BI, respectivement. Par rapport à l'irrigation conventionnelle en bordure, le rendement de l'irrigation goutte à goutte a augmenté de 14,39 %, ainsi que la WUE et l'efficacité de l'utilisation de l'eau d'irrigation (IWUE) ont augmenté de 53,77 % et 57,89 %. Le rendement net et le bénéfice économique de l'irrigation au goutte-à-goutte étaient de 1998,87 et 756,58 USD$ hm−1 supérieurs à ceux de l'IB. L'irrigation au goutte-à-goutte a augmenté le rendement net et le rapport avantages/coûts de 60,90 % et 22,88 % par rapport à l'IB. Ces résultats démontrent que l'irrigation goutte à goutte peut effectivement améliorer la croissance, le rendement, la WUE et les avantages économiques du maïs dans le nord-ouest de la Chine. Par conséquent, l'irrigation goutte à goutte peut être utilisée pour la culture du maïs afin d'augmenter le rendement des cultures et la WUE dans le nord-ouest de la Chine, qui a réduit l'eau d'irrigation d'environ 180 mm.

La répartition des ressources en eau en Chine est inégale, ce qui se manifeste dans le sud-est riche et le manque de nord-ouest. La pénurie de ressources en eau est devenue un facteur important limitant le développement de l'agriculture dans le nord de la Chine1. À l'heure actuelle, la consommation d'eau agricole de la Chine représente plus de 70 % de la consommation totale d'eau, et l'eau d'irrigation représente 90 à 95 % de la consommation d'eau agricole2. Pour la région du nord-ouest avec relativement moins de ressources en eau, le coton, le blé et le maïs sont les principales cultures. La croissance des cultures est étroitement liée à la disponibilité en eau3. Comment faire une utilisation économique et efficace des ressources en eau et mettre en œuvre des mesures d'irrigation raisonnables sont les questions centrales de la production agricole4,5. Par conséquent, il est impératif d'optimiser la méthode d'irrigation pour améliorer WUE.

En raison des différences entre les différentes technologies d'irrigation, une partie importante de la recherche agricole se concentre sur l'amélioration de la WUE et la conservation de l'eau sans pénalités de rendement6. L'irrigation frontalière conventionnelle a un quota d'irrigation élevé, une faible uniformité, difficile à contrôler et une grande évaporation sur le terrain, ce qui rend difficile l'amélioration du rendement et de la WUE7. La technologie d'irrigation goutte à goutte est un nouveau type de technologie d'irrigation de surface pour le développement d'une agriculture économe en eau8, qui s'est avérée efficace pour économiser l'eau et améliorer les rendements. Suryavanshi et al.9 ont constaté que l'irrigation au goutte-à-goutte augmentait les rendements de blé par rapport à l'irrigation par aspersion et en piscine. Zhang et al.10 et Liu et al.11 ont constaté que par rapport à l'irrigation par sillons, l'irrigation goutte à goutte à -30 kPa améliorait le rendement de 4,3 à 15 %, augmentait le bénéfice net de 3,1 à 23 % et réduisait l'application d'eau de 57 %. Raina et al.12 ont découvert que l'irrigation au goutte-à-goutte, en plus de permettre une économie de 54 % d'eau d'irrigation, entraînait un rendement de fruits supérieur de 40 % par rapport à l'irrigation de surface. En raison de la quantité d'irrigation et de l'intensité d'irrigation différentes des différentes techniques d'irrigation économes en eau13, la méthode d'irrigation affecte directement la croissance et le développement du maïs14. Les résultats de recherche de Qin et al.15 montrent que sous différentes méthodes d'irrigation, l'irrigation goutte à goutte permet non seulement d'économiser l'eau, mais aussi sur la croissance du maïs peut jouer un rôle dans l'augmentation de la production. O'Neill et al.16 ont montré qu'en utilisant l'irrigation par sillons pour produire le même nombre de grains de maïs, l'irrigation goutte à goutte souterraine économise près de 30 % de la consommation totale d'eau (irrigation, eau de pluie, eau du sol), tandis que l'irrigation par aspersion économise près de 8 % de la consommation d'eau. Mehriya et al.17 ont rapporté qu'une efficacité maximale d'utilisation de l'eau de 5,7 kg hm−1 et une économie d'eau de 39,04 % ont été observées sous irrigation goutte à goutte.

Jusqu'à présent, la recherche sur l'irrigation se concentre non seulement sur la promotion de la croissance du maïs, mais aussi sur le rendement, la distribution de l'eau, l'efficacité de l'utilisation de l'eau, etc. Il existe peu d'études comparatives à long terme sur l'irrigation goutte à goutte et l'irrigation frontalière conventionnelle dans le nord-ouest de la Chine. Le manque de recherche à long terme ne peut pas expliquer systématiquement les avantages apportés à la production de maïs dans le nord-ouest de la Chine depuis l'irrigation économe en eau. Nous supposons que l'irrigation goutte à goutte présente les avantages de favoriser la croissance du maïs, d'améliorer la WUE et les avantages économiques, par rapport à l'irrigation conventionnelle en bordure. Une grande partie de ces travaux antérieurs étaient des évaluations quantitatives menées sur les effets à court terme (≤ 2 ans) et se limitaient à un aspect spécifique (conditions du sol ou caractéristiques des cultures). Pour le Xinjiang, en Chine, il n'y a pas de résultats publiés sur l'irrigation au goutte-à-goutte à long terme par rapport à l'irrigation conventionnelle des frontières pour le maïs. Dans cet article, visant le même domaine de recherche, les effets de l'irrigation goutte à goutte et de l'irrigation conventionnelle en bordure sur la croissance du maïs, l'IWUE et les avantages économiques ont été étudiés par 7 ans d'expériences comparatives sous la même texture de sol et le même mode de plantation. Par conséquent, cette analyse fournit une base scientifique pour la promotion et l'application de méthodes d'irrigation économes en eau pour la plantation de maïs et une base théorique pour le développement durable de l'agriculture dans les zones arides.

Des expériences sur le terrain ont été menées dans la station expérimentale d'utilisation de l'eau des cultures du ministère de l'Agriculture dans la ville de Shihezi, dans le nord de la Chine (86° 09′ E, 45° 38′ N) de 2015 à 2021. La région a un climat continental tempéré, avec un durée d'ensoleillement moyenne annuelle d'environ 2770 h. La température accumulée au-dessus de 10 °C est de 3649 °C. La pluviométrie annuelle moyenne est de 125,0 à 207,7 mm et l'évaporation annuelle moyenne est de 1942 mm. Les températures maximales/minimales et les précipitations moyennes pour la saison de croissance sur 7 ans pendant les périodes de croissance du maïs sont présentées à la Fig. 1. La profondeur des eaux souterraines varie de 2 à 3 m selon les années. Le type de sol est un sol désertique gris. Les moyennes sur sept ans des propriétés physico-chimiques du sol sont présentées dans le tableau 1.

Variation météorologique pendant les périodes de croissance du maïs de 2015 à 2021. (a) Température moyenne quotidienne. (b) Précipitations effectives mensuelles.

Une conception expérimentale sur le terrain composée de trois répétitions a été utilisée dans l'étude, avec une irrigation au goutte-à-goutte (DI) et une irrigation conventionnelle en bordure (BI). Le quota d'irrigation de l'irrigation goutte à goutte était de 540 mm, tandis que le quota d'irrigation de l'irrigation frontalière conventionnelle était de 720 mm, ce qui se réfère à la quantité d'irrigation des agriculteurs locaux. L'irrigation au goutte-à-goutte utilise un modèle d'irrigation intégré d'eau et d'engrais. L'irrigation frontalière conventionnelle, l'eau des semis est semée d'engrais pour semences, et l'irrigation ultérieure adopte le mode d'intégration simple de l'eau et des engrais. Les niveaux d'irrigation et de fertilisation au cours de chaque période de croissance et de toute la période de croissance sont présentés dans le tableau 2. Le temps de semis, de récolte et d'échantillonnage du maïs avec irrigation goutte à goutte est présenté dans le tableau 3. Compte tenu de l'effet marginal des différentes méthodes d'irrigation, les 6 parcelles ont été séparées. des parcelles adjacentes par des bandes d'isolation de 2,2 m de large, et la taille de chaque parcelle (110 m2) était de 20 m de long et de 5,5 m de large. Dans chaque parcelle, un compteur de lecture d'eau et un réservoir d'engrais ont été installés pour surveiller la quantité d'eau d'irrigation et d'engrais qui a été appliquée, respectivement.

Une jardinière commune a été utilisée pour poser des bandes goutte à goutte, un film plastique et semer. Sa densité de plantation était de 1,26 × 105 hm−2 dans l'expérimental. Les plantes ont été semées avec des rangées larges et étroites alternées de 0,8 m et 0,3 m, et l'espacement entre les plantes dans une rangée était de 14,4 cm, respectivement (Fig. 2, l'espacement entre les bandes d'égouttement était de 110 cm). La lutte contre les ravageurs et les mauvaises herbes a suivi les pratiques conventionnelles dans la région.

Schéma de l'irrigation goutte à goutte et de l'irrigation conventionnelle en bordure pour la culture du maïs.

La variété de maïs "ZD958", qui est couramment plantée dans le nord de la Chine, a été utilisée comme variété expérimentale. Zhengdan 958 était la progéniture des consanguins Zheng 58 et Chang 7-2 (numéro de dépôt 20000009), qui sont approuvés en Chine. Dans cette étude, les graines de Zhengdan 958 ont été fournies par Beijing Denong Seed Technology Co. Ltd. Les recherches expérimentales et les études de terrain sur les plantes se sont conformées aux directives et législations institutionnelles, nationales et internationales pertinentes. L'urée (N ≥ 46,4 %, granulés) utilisée dans l'expérience a été produite par Xinlianxin Co, Ltd. (Xinjiang, Chine). Le phosphate monoammonique (N ≥ 12 %, P2O5 ≥ 61 %, poudre) est produit par Guizhou Kai Phosphorus Group Co., Ltd. (Guiyang, Chine). Le sulfate de potassium est produit par Luobupo Potassium Salt Co., Ltd. (Xinjiang, Chine).

La source d'eau d'irrigation était un puits profond d'une profondeur de 100 m ; la salinité de l'eau était de 0,2–0,3 g L−1. Le type de ceinture d'irrigation goutte à goutte était une ceinture d'irrigation goutte à goutte labyrinthe à une seule aile (WDF16/2.6–100) produite par Xinjiang Tianye Company (Shihezi, Chine). L'épaisseur de la paroi était de 0,18 mm, le diamètre intérieur était de 16 mm, l'espacement des trous d'égouttement était de 300 mm, le débit nominal était de 2,0 L h-1 et la pression de travail était de 0,1 à 0,15 MPa.

Dix plants de maïs avec une croissance similaire ont été sélectionnés au hasard dans chaque traitement aux stades de floraison et de maturité, et la hauteur du sol au sommet des plants de maïs a été mesurée par un ruban18.

Dix plantes représentatives ont été sélectionnées dans les rangées centrales de chaque parcelle pour déterminer la surface foliaire verte (GLA) de manière non destructive aux stades de floraison et de maturité. La longueur des feuilles (L) et la largeur maximale (W) ont été enregistrées et utilisées pour calculer la GLA.

où N est le nombre d'usines dans une unité de surface de terre et S est l'unité de surface de terre19.

Le compteur de chlorophylle SPAD-502 (Minolta, JPN) a été utilisé pour déterminer les feuilles de l'épi de dix plants de maïs sélectionnés de manière aléatoire et continue aux stades de floraison et de maturité.

À la floraison et à la maturité du maïs, quatre plants de maïs de croissance uniforme ont été sélectionnés au hasard dans chaque traitement, coupés du bas des tiges des plantes avec des ciseaux, et les feuilles, les tiges et les organes reproducteurs20 à un stade ultérieur ont été mis en archives. sacs et pesés en poids frais, après quoi le poids de matière sèche a été mesuré en utilisant la méthode de séchage et de pesée. Tous les échantillons de plantes ont été chauffés pendant 30 min à 105 °C puis séchés à 85 °C jusqu'à un poids constant. Chaque fraction végétale a été pesée pour obtenir son poids de matière sèche.

L'échantillonnage et l'enquête sur le terrain ont été effectués au stade de la floraison (15 juillet 2015, 17 juillet 2016, 20 juillet 2017, 18 juillet 2018, 14 juillet 2019, 15 juillet 2020 et 19 juillet 2021) et au stade de maturité ( 24 août 2015, 25 août 2016, 28 août 2017, 25 août 2018, 22 août 2019, 2 septembre 2020 et 27 août 2021) de maïs.

Pendant la période de maturité du maïs, un échantillonnage aléatoire a été effectué pour chaque parcelle. Vingt plants de maïs ont été choisis en continu à chaque point, et la longueur des panicules, le nombre de rangées et la longueur de la calvitie ont été mesurés, puis les épis de maïs ont été battus. Le grain a été séché à l'air et pesé (appelé sa masse de 1000 grains et sa masse totale de grains), puis converti en rendement par hectare. Le rendement en grains et le poids des grains ont été exprimés à 14 % d'humidité.

Rendement (kg hm−2) = poids de 20 grains (g)/20 panicules × 126 000/1000 × [1 − teneur en humidité des grains (%)]/(1 − 14 %)21.

Translocation de matière sèche (kg hm−2) = matière sèche de la tige et des feuilles au stade de floraison − matière sèche de la tige et des feuilles au stade de maturité ;

Efficacité de transfert de matière sèche (%) = translocation de matière sèche/matière sèche de la tige et des feuilles au stade de la floraison ×100 ;

Contribution de la translocation de matière sèche au grain (%) = translocation de matière sèche/rendement en grains × 10022.

L'évaporation-transpiration (ET) saisonnière a été estimée à l'aide de l'approche du bilan hydrique

où P, précipitations ; moi, irrigation; Cp, contribution par remontée capillaire depuis la nappe phréatique ; Dp, percolation profonde ; Rf, ruissellement ; ΔS = Sf − Si, évolution de la réserve d'eau du sol dans le profil ; où Si, stockage de l'eau du sol dans le profil au semis et Sf, stockage de l'eau du sol dans le profil à la récolte.

En raison de la profondeur des eaux souterraines entre 2 et 3 m, Cp a été supposé négligeable. Dp a été considéré comme négligeable au-delà de 90 cm en raison de changements négligeables dans le stockage de l'humidité du sol en dessous de 90 cm de profondeur. Il n'y a pas eu de ruissellement (Rf) du champ car toutes les parcelles ont été pourvues de diguettes. ΔS, le stockage en eau du sol au moment du semis est similaire à celui au moment de la récolte, ce qui peut être ignoré. Ainsi,

où Y est le rendement en grain du maïs.

La formule de calcul de l'efficacité d'utilisation de l'eau d'irrigation24 (kg m−3) est

Afin de comparer simplement les avantages économiques de l'irrigation goutte à goutte et de l'irrigation frontalière conventionnelle, la rente foncière annuelle, les machines, les semences, les pesticides, l'assurance, la main-d'œuvre et les engrais ont été fixés au même prix. Le revenu net par hectare de tous les traitements a été calculé en soustrayant les coûts de plantation du revenu total. Le ratio avantages/coûts (B:C) a été calculé à l'aide de la formule de l'équation 25 :

Rapport avantages/coûts = rendements bruts (USD$ hm−1)/coût de la culture USD$ hm−1

Le document utilise des données moyennes sur 7 ans. Toutes les données ont été analysées statistiquement à l'aide de SPSS 25.0, y compris l'ANOVA unidirectionnelle, la comparaison de moyennes multiples à l'aide du test de différence la moins significative (LSD) (α = 0,05). Les chiffres ont été préparés via origin 2018 et excel 2016. Le test de Duncan a été effectué pour effectuer de multiples comparaisons afin d'identifier les différences significatives entre les moyennes des différents traitements. Les différences étaient considérées comme statistiquement significatives lorsque p < 0,05.

L'irrigation goutte à goutte affecte l'indice de croissance du maïs à différents degrés. La hauteur de la plante, l'indice de surface foliaire et le SPAD du maïs DI moyen étaient supérieurs à ceux du maïs BI. Par rapport à BI, la hauteur des plantes au stade de la floraison de l'irrigation au goutte-à-goutte a augmenté de 7,92 %, et celle à la période de maturité a augmenté de 5,95 % (Fig. 3). L'indice de surface foliaire a montré que le DI était supérieur de 22,24 % au BI au stade de la floraison. Au stade de maturité, le DI était supérieur de 24,70 % au BI (Fig. 4). Le SPAD de l'irrigation au goutte-à-goutte a augmenté de 3,82 % et de 3,65 % par rapport au BI au stade de la floraison et au stade de la maturité (Fig. 5). En général, différentes méthodes d'irrigation ont eu une grande influence sur la hauteur des plantes et l'indice de surface foliaire du maïs, et il n'y avait pas de différence significative de SPAD entre les différents traitements. Différentes méthodes d'irrigation ont des relations spécifiques avec la hauteur des plants de maïs, l'indice de surface foliaire et le SPAD.

Hauteur de la plante entre l'irrigation au goutte-à-goutte et l'irrigation de bordure conventionnelle aux stades de floraison et de maturité du maïs. (a) Hauteur de la plante au stade de floraison du maïs. (b) Hauteur de la plante à maturité du maïs.

Indice de surface foliaire entre irrigation goutte à goutte et irrigation conventionnelle en bordure aux stades floraison et maturité du maïs. (a) Indice de surface foliaire au stade floraison du maïs. (b) Indice de surface foliaire à maturité du maïs.

SPAD entre irrigation goutte à goutte et irrigation conventionnelle en bordure aux stades de floraison et de maturité du maïs. (a) SPAD au stade floraison du maïs. (b) SPAD à maturité du maïs.

Les méthodes d'irrigation ont affecté de manière significative l'accumulation de la biomasse du maïs aux stades de floraison et de maturité (p < 0,05). Par rapport à BI, la biomasse des organes reproducteurs de l'irrigation goutte à goutte a augmenté de 11,61 %, la biomasse des tiges de l'irrigation goutte à goutte a augmenté de 8,79 %, la biomasse des feuilles de l'irrigation goutte à goutte a augmenté de 14,31 % et la biomasse totale a augmenté de 10,20 % à la floraison. stade, respectivement (Fig. 6). L'accumulation de matière sèche du maïs au stade de maturité est illustrée à la Fig. 7. La biomasse des organes reproducteurs sous DI était supérieure à BI de 5,78 %, la biomasse des feuilles a augmenté de 8,17 %, la biomasse de la tige a augmenté de 8,55 % et la biomasse totale a augmenté de 6,75 % , respectivement. Les organes reproducteurs, les feuilles, les tiges et la biomasse totale du maïs au stade de maturité étaient supérieurs à ceux du BI.

Accumulation de matière sèche au stade floraison du maïs entre l'irrigation au goutte-à-goutte et l'irrigation conventionnelle en bordure.

Accumulation de matière sèche au stade de maturité du maïs entre l'irrigation au goutte-à-goutte et l'irrigation conventionnelle en bordure.

Les résultats du tableau 4 montrent qu'à l'exception du nombre de rangs par épi, l'irrigation au goutte-à-goutte a influencé de manière significative le rendement du maïs et ses composantes. On peut voir que le rendement du maïs DI était significativement plus élevé que celui sous BI. Le rendement moyen du maïs DI était supérieur de 1644,51 kg hm−2 à celui du maïs BI, et le taux d'augmentation était de 14,39 %. En termes de structure de rendement, le diamètre de l'épi, le nombre de grains par rang, le nombre de rangs par épi et le poids de 1000 grains ont montré que l'irrigation goutte à goutte était supérieure à l'irrigation conventionnelle en bordure, et les composantes du rendement ont augmenté de manière significative de 2,69 %, 8,97 %, 2,84 % et 7,87. %.

Les résultats du tableau 5 démontrent que les méthodes d'irrigation ont influencé de manière significative le transfert de biomasse et les indicateurs associés. La translocation de matière sèche du DI était supérieure de 27,44 % à celle du BI. L'efficacité de transfert de matière sèche du DI était de 59,22 à 85,04% et celle du BI était de 49,72 à 75,63%. L'efficacité de transfert de matière sèche du DI était supérieure de 13,97 % à celle du BI. La contribution en matière sèche du DI était supérieure de 7,85 % à celle du BI. En général, l'irrigation au goutte-à-goutte était supérieure à l'irrigation conventionnelle en bordure en matière de transfert de matière sèche, d'efficacité de transfert de matière sèche et d'apport de grains, ce qui était plus bénéfique pour améliorer le rendement du maïs.

L'efficacité de l'utilisation de l'eau (WUE) est la norme pour comparer l'économie des unités d'utilisation de l'eau agricole selon différentes méthodes d'irrigation (tableau 6). Par rapport à BI, l'IWUE de DI a augmenté de 0,99, 1,10, 1,15, 1,36, 1,37, 1,24 et 1,48 kg m−3, respectivement. La WUE de DI en 7 ans a augmenté de 0,82, 0,88, 0,89, 1,18, 1,12, 1,14 et 1,36, soit 53,77 % de plus que celle de BI. L'IWUE moyenne de DI était supérieure de 57,90 % à celle de BI. L'irrigation au goutte-à-goutte a amélioré la WUE et l'IWUE du maïs et a joué un rôle important dans l'économie d'eau.

Après déduction du coût total, le revenu net de DI est nettement supérieur à celui de BI (tableau 7). Coût brut sur 7 ans selon les mêmes critères. Le coût brut de la BI est supérieur à celui de la DI de 3,89 %. Par rapport à BI, le rendement brut, les rendements nets et le ratio avantages/coûts (B:C) de DI ont augmenté de 18,50 %, 60,90 % et 22,88 %. Les rendements économiques nets ont été calculés en soustrayant les intrants des extrants. Les intrants comprennent les coûts de location des terres, les semences, les engrais chimiques, les pesticides, les machines et la main-d'œuvre. L'irrigation au goutte-à-goutte coûte moins cher que l'irrigation frontalière conventionnelle 91,41 USD$ hm−1, revenu net supérieur à 756,58 USD$ hm−1.

Par rapport à l'irrigation conventionnelle en bordure, l'irrigation au goutte-à-goutte présente les caractéristiques d'un cycle d'irrigation court26 et d'une interface sèche-humide évidente à humidité modérée du sol27, ce qui est propice à la croissance du maïs. L'irrigation goutte à goutte favorise la croissance du maïs et augmente le rendement par rapport à l'irrigation conventionnelle en bordure. Cette étude a montré que par rapport à l'irrigation conventionnelle en bordure, l'irrigation goutte à goutte augmentait la biomasse totale moyenne de 10,20% et de 6,75% aux stades de floraison et de maturité, et augmentait le rendement de 10,67%. Sandhu et al.28 ont constaté que le maïs et le blé sous système d'irrigation goutte à goutte présentaient une augmentation significative du rendement en grains de 13,7 % et 23,1 % par rapport à l'irrigation par sillons, respectivement. Xu et al.29 ont trouvé le rendement en grain le plus faible du maïs pluvial, tandis que la méthode d'irrigation au goutte-à-goutte a augmenté le rendement en grain de 14 % à 40 % d'économie d'eau par rapport à l'irrigation conventionnelle en bordure. Zhang et al.30 ont rapporté que l'irrigation goutte à goutte sous film augmentait significativement la biomasse du maïs par rapport à l'irrigation traditionnelle, et la biomasse au stade de maturité augmentait de 6,90 %. L'étude de Li et al.31 a révélé que l'irrigation au goutte-à-goutte augmentait la matière sèche pendant la période de croissance et que la biomasse pendant la période de maturité augmentait de 4,9 à 11,1 %. Les résultats des études précédentes sont similaires à ceux de cette étude. Les technologies d'irrigation goutte à goutte adoptent les avantages de l'irrigation goutte à goutte et du paillis de film, créant ainsi des conditions de croissance des cultures appropriées dans les couches de sol arables32. Grâce à l'irrigation à haute fréquence, l'irrigation au goutte-à-goutte applique lentement une petite quantité d'eau à la racine de la culture, de sorte que la culture soit toujours sous une meilleure eau, en évitant l'excès périodique d'eau et le déficit d'eau causés par l'irrigation traditionnelle33. Par conséquent, l'irrigation goutte à goutte est plus propice à la croissance du maïs. Les résultats de la croissance et du rendement du maïs dans cette étude sont similaires à ceux des études précédentes. En résumé, l'irrigation au goutte-à-goutte était plus bénéfique pour la croissance du maïs et l'augmentation du rendement, les principales raisons étant : (1) différentes méthodes d'irrigation. L'irrigation goutte à goutte sous film a modifié le site d'approvisionnement en eau et la fréquence d'irrigation, affectant ainsi le mode d'infiltration et les caractéristiques de distribution de l'eau d'irrigation, augmentant la teneur en eau effective dans la zone racinaire du maïs, ce qui a été bénéfique pour la croissance du maïs et a donc augmenté le rendement du maïs. (2) Différents quotas d'irrigation. De nombreuses études antérieures ont montré que le meilleur quota d'irrigation pour le maïs dans le nord du Xinjiang est d'environ 540 mm, trop ou trop peu n'est pas propice à l'amélioration du rendement. (3) Différents intervalles de temps d'irrigation et de fertilisation. L'augmentation de la fréquence d'irrigation a augmenté la surface et le poids de la racine inférieure, déplacé la racine vers l'extérieur, augmenté le volume de l'ellipsoïde et favorisé la croissance du maïs.

L'irrigation au goutte-à-goutte fait couler de l'eau et des engrais directement et lentement dans le sol des racines des cultures grâce à une irrigation à haute fréquence34, formant des corps humides ellipsoïdaux ou sphériques dans la zone racinaire, ce qui est bénéfique pour les cultures pour absorber l'eau du sol et peut réduire efficacement les fuites profondes35. Parce que l'eau de l'irrigation goutte à goutte est principalement distribuée dans la zone racinaire du maïs, elle est bénéfique pour l'absorption et l'utilisation des cultures, améliorant ainsi l'efficacité de l'utilisation de l'eau36. Par conséquent, l'irrigation au goutte-à-goutte a une meilleure WUE et IWUE que l'irrigation conventionnelle en bordure pour le maïs. Le WUE des cultures est un indice important pour mesurer l'absorption d'eau et l'efficacité d'utilisation des cultures. Cette étude montre que la WUE moyenne de l'irrigation goutte à goutte est de 3,01%, celle de l'irrigation frontalière conventionnelle est de 1,96%, et l'IWUE moyenne de l'irrigation goutte à goutte est de 3,38%, et celle de l'irrigation frontalière conventionnelle est de 2,14%, et l'efficacité de la production d'eau est majoré de 57,90 %. L'efficacité de la production d'eau est augmentée de 53,77 %. Les études de Xiong et al.37 ont montré que l'irrigation intermittente augmente l'efficacité de l'utilisation de l'eau d'au moins 18,2 % par rapport à l'irrigation conventionnelle. Rasool et al.38 ont constaté que, par rapport au traitement d'irrigation par sillons, des économies d'eau de 33,4 à 60,0 % ont été constatées avec les traitements d'irrigation goutte à goutte. Ghamarnia et al.39 ont montré que par rapport à l'irrigation locale conventionnelle par sillons, l'eau d'irrigation saisonnière du maïs irrigué au goutte à goutte a été économisée de 36 à 81 % en utilisant différentes ceintures d'irrigation goutte à goutte et traitements de surface, combinés à la surveillance du sol et de l'eau. Fonteyne et al.40 ont montré que dans des conditions de travail du sol conventionnelles, l'irrigation au goutte-à-goutte économise en moyenne 36 % d'eau par rapport à l'irrigation par sillons, l'irrigation au goutte-à-goutte et l'agriculture de conservation permettent d'économiser en moyenne 40 % d'eau d'irrigation par rapport à l'irrigation par sillons. Ceux-ci étaient cohérents avec nos résultats. L'irrigation goutte à goutte améliore non seulement l'efficacité de l'utilisation de l'eau d'irrigation, mais réalise également l'effet d'irrigation économe en eau. D'importants avantages économiques, sociaux et écologiques ont été obtenus par la vulgarisation et l'application à grande échelle de la technologie d'irrigation goutte à goutte dans le nord-ouest de la Chine.

Dans des conditions de quantité d'irrigation de base dans le nord-ouest de la Chine, l'irrigation goutte à goutte a favorisé la croissance du maïs, l'accumulation de matière sèche et la WUE par rapport à l'irrigation frontalière conventionnelle, augmentant ainsi le rendement. Par rapport à l'irrigation frontalière conventionnelle, l'irrigation goutte à goutte est une méthode d'irrigation économe en eau, à haut rendement et à haute efficacité pour la plantation de maïs dans le nord-ouest de la Chine. Le rendement du maïs sous irrigation goutte à goutte était de 14,39 % supérieur à celui de l'irrigation conventionnelle en bordure, l'efficacité de l'utilisation de l'eau a été augmentée de 43,48 à 68,09 %, l'efficacité de l'utilisation de l'eau d'irrigation a été augmentée de 47,63 à 70,60 % et l'augmentation de l'efficacité économique de 756,58 USD. $hm−1. L'irrigation goutte à goutte est devenue une mesure plus efficace pour le développement agricole durable à l'avenir, ce qui a permis de réduire l'eau d'irrigation d'environ 180 mm.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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L'auteur remercie le fonds de soutien pour terminer l'étude. Les auteurs remercient la station expérimentale pour l'utilisation de l'eau des cultures du ministère de l'agriculture pour avoir fourni des sites expérimentaux et un soutien technique. Nous remercions les enseignants, les étudiants et les travailleurs qui ont contribué et guidé cette étude. Nous tenons également à remercier les relecteurs de nous avoir aidés à améliorer notre manuscrit original.

Ce travail a été soutenu par la recherche et l'application de la régulation de l'eau des cultures et des engrais par irrigation goutte à goutte, projet de démarrage des talents de haut niveau de l'Université normale de Yili (2023RCYJ01). Le plan de leadership des jeunes pour le corps (2018CB026) Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (31460550), le plan de redéveloppement des industries clés dans le sud du Xinjiang (2021DB015) et le projet de recherche technologique et de transformation des réalisations (2016AC008).

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Mengjie Liu

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Yuxin Tian

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ML : conceptualisation, méthodologie, logiciel, validation, analyse formelle, curation des données, rédaction—ébauche originale, visualisation. FL : conceptualisation, validation, conservation des données, administration du projet, acquisition de financement, rédaction, révision et édition. QL, GW et YT : conservation des données, investigation, ressources. HJ : méthodologie, validation, supervision, analyse formelle, rédaction-révision et édition. Tous les auteurs ont lu et approuvé le manuscrit final.

Correspondance avec Fei Liang ou Hongtao Jia.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Liu, M., Liang, F., Li, Q. et al. Amélioration de la croissance, de l'efficacité de l'utilisation de l'eau et des avantages économiques pour le maïs par irrigation goutte à goutte dans le nord-ouest de la Chine. Sci Rep 13, 8392 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35611-9

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Reçu : 06 mars 2023

Accepté : 21 mai 2023

Publié: 24 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35611-9

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