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来自中国的研究人员针对咸水灌溉影响作物产量及资源利用效率问题开展研究，发现咸水灌溉会降低相关指标，为其合理应用提供建议。
水是农业生产的关键因素。联合国粮食及农业组织（FAO）预测，到 2050 年全球粮食产量需提高 60% 以满足快速增长人口的需求，但目前淡水资源仅能支持灌溉用水增加 10%。尽管现有节水灌溉技术可减少用水，但仍无法完全满足农业生产扩张对淡水资源日益增长的需求，尤其是在干旱和半干旱地区。相反，几乎每个大洲都有大量的咸水地下水储备，其储量几乎与淡水地下水和地表水的总储量相当，甚至超过它们。利用咸水进行灌溉，既能节约淡水，又能满足农业作物的用水需求。此外，在盐碱土壤中合理使用咸水，能在满足作物需水的同时冲洗表层土壤盐分。许多国家已采用咸水灌溉，这表明咸水可在一定程度上替代农业灌溉中的淡水，从而缓解农业生产中的淡水危机。
与旱作相比，咸水灌溉虽能显著提高作物产量，但也会引发盐胁迫，对植物生理过程、养分吸收和整体生长产生负面影响，进而降低产量和氮素利用效率（NUE）。长期用咸水灌溉会改变土壤理化性质，导致土壤有机碳和微生物多样性下降。土壤盐胁迫会造成离子毒性和离子失衡，减少作物对氮的吸收和运输，导致资源浪费和潜在的环境影响，具体表现为 NUE 下降。不过，众多研究表明，优化灌溉计划、增加氮肥施用、使用生物肥料和添加生物炭等农艺措施，有助于缓解盐胁迫、提高产量并提升资源利用效率。
玉米（Zea mays L.）和小麦（Triticum aestivum L.）是世界上两种主要的谷物，种植面积约 4 亿公顷，而棉花（Gossypium hirsutum L.）是主要的经济作物，提供了全球四分之一的纺织纤维。这些作物在盐碱和干旱地区具有较强的适应性，若在适当的管理措施下用咸水灌溉，可显著缓解全球粮食安全和水资源短缺的压力，最大化水分利用效率（WUE）和 NUE，挖掘这些重要作物的生产潜力。此外，不同作物对灌溉水盐分的耐受性不同。在咸水灌溉下，针对不同作物应采取何种农艺措施以避免产量和效率下降，目前尚不清楚。
元分析是一种强大的方法，可对多个实验或研究的数据进行整理和分析，它能克服单个实验的局限性，发现规律并提供有价值的见解。机器学习作为人工智能的一个分支，在处理非线性和多变量问题方面特别有效，近年来越来越多地应用于水文学、农业和环境研究。在农业研究中，机器学习已被证明可有效预测作物产量和蒸散量。一些现有研究将机器学习模型与元分析相结合，以评估各种农业实践的区域适应性，确定驱动水稻产量相关氧化亚氮排放变化的环境变量的相对重要性，并利用已确定的重要解释因素构建多元回归模型 。有研究人员进行了全球元分析，以探究咸水灌溉对作物产量和 WUE 的影响，但未充分考虑各种环境因素的相对重要性以及不同农艺措施的影响。
综上所述，研究咸水灌溉对作物产量、水分利用效率和氮素利用效率的影响，对于在利用盐碱土壤的同时解决淡水资源限制问题至关重要。尽管许多研究已探讨了咸水对作物产量和 WUE 的影响，但很少有研究全面探索不同农艺措施的调节作用。为填补这一空白，研究人员收集了三种主要作物在咸水灌溉下不同农艺实践的研究数据，并进行了定量分析。本研究的目标是：（i）系统分析不同气候和土壤类型下，咸水灌溉对棉花和谷物作物产量、WUE、灌溉水利用效率（IWUE）和 NUE 的影响；（ii）研究灌溉量、施肥和添加生物炭等农艺措施，在咸水灌溉下对作物产量、WUE 和 NUE 的影响；（iii）利用随机森林模型和相关性分析，探究气象条件、土壤性质和农艺措施对产量、WUE、IWUE 和 NUE 的影响。
研究人员系统收集了 1990 年 1 月至今全球发表的棉花、玉米和小麦的田间试验数据。通过中国知网（CNKI）、Web of Science 和 Science Direct 等学术数据库，使用 “盐水或咸水或电导率” 与 “玉米或棉花或小麦” 等关键词搜索相关研究。根据严格的选择标准，最终纳入了 81 项研究中的 636 个比较数据。
咸水灌溉显著降低了不同地理位置、气候条件和作物类型下的作物产量、WUE、IWUE 和 NUE。其中，IWUE 下降幅度最大（-12.7%），其次是 NUE（-14.6%）、WUE（-15.7%）和作物产量（-15.9%）。随着盐度水平的增加，负面影响愈发显著。在低盐度（电导率 EC：2 - 4.61）和中等盐度（EC：4.61 - 8.04）下，各项参数的降低幅度最小，且无统计学意义。
总体而言，咸水灌溉对作物产量（-15.91%）、水分利用效率（WUE，-12.74%）、灌溉水利用效率（IWUE，-15.71%）和氮素利用效率（NUE，-14.59%）均产生负面影响。咸水灌溉会增加土壤中的盐分浓度，引发盐胁迫，通过渗透胁迫、离子毒性和矿物质缺乏等多种机制影响植物生长。此外，盐胁迫会降低植物对水分和养分的吸收效率，进而影响作物产量和资源利用效率。
与淡水灌溉相比，咸水灌溉显著降低了作物产量（-15.99%）、水分利用效率（WUE，-12.74%）、灌溉水利用效率（IWUE，-15.71%）和氮素利用效率（NUE，-14.59%）。咸水灌溉的负面影响随着灌溉水电导率的增加而增大。棉花在咸水灌溉下适应性最强，其次是小麦，玉米适应性最差。咸水灌溉在壤土中效果最佳，尤其是在半干旱和半湿润地区。将灌溉量增加 25 - 50%，既能提高作物产量，又能维持较高的 WUE。虽然增加氮肥施用量可提高谷物产量和 WUE，但也存在 NUE 显著下降的风险。随机森林模型分析表明，在咸水灌溉下，优先施氮对棉花至关重要，而增加灌溉水量对小麦和玉米更为关键。
本研究为咸水灌溉下作物生产指标的响应提供了有价值的见解，并为其合理应用提供了建议。
