农业灌溉论文交替灌溉节水与增产机理

分类：农业工程论文发表 时间：2017-02-11 14:52 关注：(1)

　　本农业灌溉论文综述了交替灌溉的研究背景、根冠通讯理论、节水机理、增产机理、效果与应用及存在问题等内容，为开发适于我国生态、经济水平的高效节水灌溉技术提供理论依据。可以发表农业灌溉论文的期刊有《灌溉排水学报》曾用刊名：(灌溉排水)1982年创刊，本刊的任务是报道我国灌溉排水科学技术领域，如作物需水量，农业水资源开发与管理，灌溉排水技术，盐碱地与低产田改良，水土保持与水流域沿理，灌排工程经济评价，机电排灌等最新研究成果。

　　摘要：我国发展节水农业意义重大。交替灌溉将生物节水与农业灌溉有效结合，具有良好的发展前景。综述交替灌溉的研究背景、根冠通讯理论、节水机理、增产机理、应用效果及存在问题，以期为开发新的高效节水灌溉技术提供理论依据。

　　关键词：交替灌溉;根冠通讯理论;节水机理;增产机理;研究进展

　　我国水资源短缺、农业灌溉水浪费严重等问题日益突出，已成为抑制中国经济可持续发展的“瓶颈”。我国农业用水约占总用水量的70%～80%，但农田灌溉水有效率远低于世界先进水平，水分的生产效率不足1.2kg/m3。因此，发展节水农业具有非常重要的意义。交替灌溉技术被认为是近年来节水灌溉领域的重大突破之一。该技术体现了生物节水与农业灌溉等学科的有效结合，能够在一定程度上挖掘作物本身的节水潜力，并已在一些作物的应用中产生了良好效果。　　1交替灌溉研究背景

　　在20世纪60—70年代，国外已在一些农作物上尝试运用隔行和隔沟等灌溉方法，在改变传统灌溉方法的基础上，对作物的水分效率(WUE)和地表蒸发进行了相关研究，但在农作物节水机理方面未深入研究[1-3]。20世纪90年代，有关学者对水分胁迫下植物根冠信号原理进行深入研究，为交替灌溉提供理论依据[4]。1996年康绍忠提出控制性交替灌溉，并在盆栽、温室及大田进行了试验，结果表明交替灌溉是比较可行的节水灌溉方式[5]。近几年，国内和国外学者在交替灌溉方面做了很多工作，目前交替灌溉技术已经逐步应用于农业生产实践。

　　2根冠通讯理论

　　交替灌溉的基础理论为根冠通讯理论。根冠通信理论是指土壤出现干旱胁迫时，作物根系快速感知干旱，以化学信号的形式将该信息传递到地上部分，在叶片水分状况还未发生变化时即主动降低气孔开度，降低叶片的生长速度，抑制植株的蒸腾，使作物的水分利用保持平衡。

　　2.1信号物质

　　许多研究表明[6-7]：在水分胁迫条件下，根系能够传递一种根源信号。这种根源信号由根尖产生并通过木质部传递到地上的叶片部位，使气孔关闭，从而降低因叶片过度蒸腾对作物造成的伤害。这种根源信号就叫做信号物质。玉米分根交替灌溉试验证明，根系所形成的内源ABA能够作为化学信号，由根系运输到地上部控制气孔导度[8]。酿酒葡萄的分根区灌溉试验发现，ABA作为正信号物质，细胞分裂素作为负信号物质，共同作用影响葡萄的根冠生理进程[9]。还有研究认为，植物内源ABA与乙烯均为根源信号物质，二者共同控制叶片气孔开度。虽然学者对根源信号的观点不统一，但最普遍、最令人信服的是脱落酸ABA[10]。

　　2.2气孔运动

　　在植物进行光合作用的过程中，气孔是植物叶片与环境进行气体交换的门户，气孔开度对植物水分及CO2同化有着极其重要的影响。在玉米、棉花等作物上的研究表明，分根区灌溉可降低气孔导度，减小蒸腾速率，同时对光合速率影响较小，从而提高了水分利用效率[11-12]。

　　3交替灌溉节水机理

　　交替灌溉是保持作物根系层的土壤在水平或者垂直方向上的部分区域干旱，同时进行人工调控使根系在水平或垂直方向的干旱区域交替出现，即保持作物的一部分根系生长在干旱或较为干旱的土壤中的节水灌溉方式。其节水机理包括作物蒸腾强度下降和地面蒸发降低。

　　3.1作物蒸腾强度下降

　　作物进行交替灌溉时，处在干旱区的根系发出水分胁迫信号，该信号传递到地上部的叶片进而调节气孔开度，使作物蒸腾速率减小;处于湿润区的根系从土壤中吸收水分，以满足作物正常生长之需，使作物不至于受到逆境伤害。

　　3.2地面蒸发降低

　　交替灌溉使地面蒸发强度降低，由于地面土壤总有部分间歇性地处于干燥状态，地表湿润面积减小，从而可以减少地面的无效蒸发，与常规灌溉相比明显节水;相对干燥部分的土壤水分含量低，水分传导速度慢，灌水后通过地面蒸发而损失的水量减少。该结论在大田夏玉米隔沟交替灌溉[13-14]、地膜玉米隔沟交替灌溉[15]的研究中均得以证明。

　　3.3减少深层渗漏

　　交替灌溉—隔沟灌，侧向入渗明显加强，入沟水流流速减缓[16]。灌水沟两侧根区土壤水分始终处于“异步”动态变化之中，灌水沟和非灌水沟之间存在较大土壤水势梯度，使水流侧向入渗增加、深层渗漏损失减少[17]。分根交替灌溉一次灌水量通常较常规灌溉要少，从而使灌溉用水得到节约。

　　4交替灌溉增产机理

　　4.1根系补偿效应

　　交替灌溉作物处于干燥、湿润区的根系间存在补偿效应;循环供水、土壤干湿交替，使作物根毛数量明显增加、表面积增大。湿润区域的根系吸水，水分会流向干燥区域的根系和土壤，使干燥区的根系生长、营养吸收得以保持[18]。Mackay等研究表明，玉米根系进行分根交替灌水后，根部的新生根毛数量大量增加，表面积明显增大，导水能力显著提高，从而缓解了因水分短缺导致的水分和养分吸收不足等问题[19]。

　　4.2土壤性质改善(水、气、热)

　　在交替灌溉条件下，作物根区的土壤含水量和分布情况与常规灌溉不同;而土壤通透性及热力特征与土壤水分状况密切相关[20]。交替灌溉使作物根系层土壤有湿有干，通气状态良好，水、气、热、肥力等因素相互协调，直接或间接地促进土壤水分、土壤养分的迁移转化，有利于植物根系和幼苗的生长。

　　5交替灌溉效果及应用

　　贾宏涛等在棉花上的研究表明，隔沟交替滴灌既能达到节水的效果，又能保证较高的籽棉产量，同时也能明显增加霜前花的数量和棉花在纤维方面的品质[21]。在加工番茄上的研究表明，分根区灌水与常规灌水处理相比产量无明显差异，但提高了番茄中的番茄红素含量[22]。从上述研究结果来看，分根区灌溉可提高果实品质，大量节水而不减产，达到了提高水分利用效率的目的。交替灌溉技术在农业生产中主要的推广方法有隔沟交替系统、隔管渗灌系统及交替滴灌系统(移动式和自动式)等。以上交替灌溉方式可用于果树(宽行距)、蔬菜和大田作物，其中隔沟交替灌水和交替滴灌系统(移动式)仅能应用于水平方向交替灌溉方式。目前，交替滴灌方式(隔沟交替灌溉)主要在玉米、棉花及果树上应用和推广。垂直方向的交替供水可通过喷灌、滴灌水量的多少交替灌水来实现，但是垂直方向的交替灌溉还只是一种设想，尚未应用于农业生产实践中。

　　6存在问题

　　交替灌溉发展到现阶段，还存在以下问题需要解决：能否寻求到根区最佳的局部灌溉方式，或者说最佳的交替周期、土壤水分上下限是什么;根源干旱信号ABA是否适用于所有作物，是否还有其他的根冠信号在交替灌溉方式中起作用;不同土质、不同作物交替灌水后土壤水分运动、地表蒸发、根系分布情况等综合交替灌溉指标的变化问题还需要进一步研究。