農業灌溉論文交替灌溉節水與增產機理

　　交替灌溉發展到現階段，這篇農業灌溉論文認為能否尋求到根區最佳的局部灌溉方式，或者說最佳的交替周期、土壤水分上下限是什么;根源干旱信號ABA是否適用于所有作物，是否還有其他的根冠信號在交替灌溉方式中起作用;不同土質、不同作物交替灌水后土壤水分運動、地表蒸發、根系分布情況等綜合交替灌溉指標的變化問題還需要進一步研究。《節水灌溉》雜志是中國節水灌溉專業領域唯一向國內外公開發行的技術類刊物。創辦的宗旨是：在中國大力宣傳、推廣節水灌溉技術，準確及時地傳遞國內外有關節水灌溉技術研究的新動態、新成果和新信息;既能滿足廣大科技人員獲取信息指導其科學研究的要求，又能滿足廣大管理人員和操作人員學習理論應用于實際工作的要求。

　　摘要：我國發展節水農業意義重大。交替灌溉將生物節水與農業灌溉有效結合，具有良好的發展前景。綜述交替灌溉的研究背景、根冠通訊理論、節水機理、增產機理、應用效果及存在問題，以期為開發新的高效節水灌溉技術提供理論依據。

　　關鍵詞：交替灌溉;根冠通訊理論;節水機理;增產機理;研究進展

　　我國水資源短缺、農業灌溉水浪費嚴重等問題日益突出，已成為抑制中國經濟可持續發展的“瓶頸”。我國農業用水約占總用水量的70%～80%，但農田灌溉水有效率遠低于世界先進水平，水分的生產效率不足1.2kg/m3。因此，發展節水農業具有非常重要的意義。交替灌溉技術被認為是近年來節水灌溉領域的重大突破之一。該技術體現了生物節水與農業灌溉等學科的有效結合，能夠在一定程度上挖掘作物本身的節水潛力，并已在一些作物的應用中產生了良好效果。本文綜述了交替灌溉的研究背景、根冠通訊理論、節水機理、增產機理、效果與應用及存在問題等內容，為開發適于我國生態、經濟水平的高效節水灌溉技術提供理論依據。

　　1交替灌溉研究背景

　　在20世紀60—70年代，國外已在一些農作物上嘗試運用隔行和隔溝等灌溉方法，在改變傳統灌溉方法的基礎上，對作物的水分效率(WUE)和地表蒸發進行了相關研究，但在農作物節水機理方面未深入研究[1-3]。20世紀90年代，有關學者對水分脅迫下植物根冠信號原理進行深入研究，為交替灌溉提供理論依據[4]。1996年康紹忠提出控制性交替灌溉，并在盆栽、溫室及大田進行了試驗，結果表明交替灌溉是比較可行的節水灌溉方式[5]。近幾年，國內和國外學者在交替灌溉方面做了很多工作，目前交替灌溉技術已經逐步應用于農業生產實踐。

　　2根冠通訊理論

　　交替灌溉的基礎理論為根冠通訊理論。根冠通信理論是指土壤出現干旱脅迫時，作物根系快速感知干旱，以化學信號的形式將該信息傳遞到地上部分，在葉片水分狀況還未發生變化時即主動降低氣孔開度，降低葉片的生長速度，抑制植株的蒸騰，使作物的水分利用保持平衡。

　　2.1信號物質

　　許多研究表明[6-7]：在水分脅迫條件下，根系能夠傳遞一種根源信號。這種根源信號由根尖產生并通過木質部傳遞到地上的葉片部位，使氣孔關閉，從而降低因葉片過度蒸騰對作物造成的傷害。這種根源信號就叫做信號物質。玉米分根交替灌溉試驗證明，根系所形成的內源ABA能夠作為化學信號，由根系運輸到地上部控制氣孔導度[8]。釀酒葡萄的分根區灌溉試驗發現，ABA作為正信號物質，細胞分裂素作為負信號物質，共同作用影響葡萄的根冠生理進程[9]。還有研究認為，植物內源ABA與乙烯均為根源信號物質，二者共同控制葉片氣孔開度。雖然學者對根源信號的觀點不統一，但最普遍、最令人信服的是脫落酸ABA[10]。

　　2.2氣孔運動

　　在植物進行光合作用的過程中，氣孔是植物葉片與環境進行氣體交換的門戶，氣孔開度對植物水分及CO2同化有著極其重要的影響。在玉米、棉花等作物上的研究表明，分根區灌溉可降低氣孔導度，減小蒸騰速率，同時對光合速率影響較小，從而提高了水分利用效率[11-12]。

　　3交替灌溉節水機理

　　交替灌溉是保持作物根系層的土壤在水平或者垂直方向上的部分區域干旱，同時進行人工調控使根系在水平或垂直方向的干旱區域交替出現，即保持作物的一部分根系生長在干旱或較為干旱的土壤中的節水灌溉方式。其節水機理包括作物蒸騰強度下降和地面蒸發降低。

　　3.1作物蒸騰強度下降

　　作物進行交替灌溉時，處在干旱區的根系發出水分脅迫信號，該信號傳遞到地上部的葉片進而調節氣孔開度，使作物蒸騰速率減小;處于濕潤區的根系從土壤中吸收水分，以滿足作物正常生長之需，使作物不至于受到逆境傷害。

　　3.2地面蒸發降低

　　交替灌溉使地面蒸發強度降低，由于地面土壤總有部分間歇性地處于干燥狀態，地表濕潤面積減小，從而可以減少地面的無效蒸發，與常規灌溉相比明顯節水;相對干燥部分的土壤水分含量低，水分傳導速度慢，灌水后通過地面蒸發而損失的水量減少。該結論在大田夏玉米隔溝交替灌溉[13-14]、地膜玉米隔溝交替灌溉[15]的研究中均得以證明。

　　3.3減少深層滲漏

　　交替灌溉—隔溝灌，側向入滲明顯加強，入溝水流流速減緩[16]。灌水溝兩側根區土壤水分始終處于“異步”動態變化之中，灌水溝和非灌水溝之間存在較大土壤水勢梯度，使水流側向入滲增加、深層滲漏損失減少[17]。分根交替灌溉一次灌水量通常較常規灌溉要少，從而使灌溉用水得到節約。

　　4交替灌溉增產機理

　　4.1根系補償效應

　　交替灌溉作物處于干燥、濕潤區的根系間存在補償效應;循環供水、土壤干濕交替，使作物根毛數量明顯增加、表面積增大。濕潤區域的根系吸水，水分會流向干燥區域的根系和土壤，使干燥區的根系生長、營養吸收得以保持[18]。Mackay等研究表明，玉米根系進行分根交替灌水后，根部的新生根毛數量大量增加，表面積明顯增大，導水能力顯著提高，從而緩解了因水分短缺導致的水分和養分吸收不足等問題[19]。

　　4.2土壤性質改善(水、氣、熱)

　　在交替灌溉條件下，作物根區的土壤含水量和分布情況與常規灌溉不同;而土壤通透性及熱力特征與土壤水分狀況密切相關[20]。交替灌溉使作物根系層土壤有濕有干，通氣狀態良好，水、氣、熱、肥力等因素相互協調，直接或間接地促進土壤水分、土壤養分的遷移轉化，有利于植物根系和幼苗的生長。

　　5交替灌溉效果及應用

　　賈宏濤等在棉花上的研究表明，隔溝交替滴灌既能達到節水的效果，又能保證較高的籽棉產量，同時也能明顯增加霜前花的數量和棉花在纖維方面的品質[21]。在加工番茄上的研究表明，分根區灌水與常規灌水處理相比產量無明顯差異，但提高了番茄中的番茄紅素含量[22]。從上述研究結果來看，分根區灌溉可提高果實品質，大量節水而不減產，達到了提高水分利用效率的目的。交替灌溉技術在農業生產中主要的推廣方法有隔溝交替系統、隔管滲灌系統及交替滴灌系統(移動式和自動式)等。以上交替灌溉方式可用于果樹(寬行距)、蔬菜和大田作物，其中隔溝交替灌水和交替滴灌系統(移動式)僅能應用于水平方向交替灌溉方式。目前，交替滴灌方式(隔溝交替灌溉)主要在玉米、棉花及果樹上應用和推廣。垂直方向的交替供水可通過噴灌、滴灌水量的多少交替灌水來實現，但是垂直方向的交替灌溉還只是一種設想，尚未應用于農業生產實踐中。

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