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1農(nóng)業(yè)高效用水理論

水資源缺乏已成為當(dāng)今人類社會共同關(guān)注的問題.1988年,世界環(huán)境與發(fā)展委員會的文件指出:“水資源正在取代石油成為在全世界引起危機(jī)的主要問題”[46].面對世界性的水資源緊缺,能用于農(nóng)業(yè)灌溉的用水將來不會顯著增加,而且隨著人口劇增和工業(yè)的發(fā)展,將來缺口最大的將會是農(nóng)業(yè)用水[35].因此,如何用好有限的水資源,減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水的需求量已成為一個(gè)國際性的研究目標(biāo).我國人均水資源2200m3,不足世界平均水平的1/4.農(nóng)業(yè)是我國水資源利用的主體,農(nóng)業(yè)用水總量占國民經(jīng)濟(jì)用水總量的70%以上,而且農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)嚴(yán)重,灌溉水利用率只有40%~60%,水分生產(chǎn)效率不到1kg•m-3,搞好農(nóng)業(yè)高效用水對緩解我國水資源危機(jī)的意義更為重要[30].目前,不僅先進(jìn)的農(nóng)業(yè)高效用水技術(shù)和設(shè)備層出不窮,而且由于多學(xué)科的交叉滲透和綜合集成,農(nóng)業(yè)高效用水理論研究也有了很大進(jìn)展.本文就國內(nèi)外農(nóng)業(yè)高效用水理論研究作一綜述.

2農(nóng)業(yè)高效用水的概念和內(nèi)涵

農(nóng)業(yè)高效用水,在國內(nèi)人們習(xí)慣用“節(jié)水農(nóng)業(yè)”這一提法[13].關(guān)于節(jié)水農(nóng)業(yè)的定義,國內(nèi)大致有兩種觀點(diǎn).第一種觀點(diǎn)認(rèn)為節(jié)水農(nóng)業(yè)只指灌溉農(nóng)業(yè),不包括旱作農(nóng)業(yè).粟宗嵩[23]、席承藩[47]等指出,節(jié)水型農(nóng)業(yè)是灌溉農(nóng)業(yè)的一種新形式,實(shí)質(zhì)上就是節(jié)水灌溉.第二種觀點(diǎn)認(rèn)為,節(jié)水農(nóng)業(yè)是提高用水有效性的農(nóng)業(yè),節(jié)水農(nóng)業(yè)需解決的中心問題是提高自然降水和灌溉水的利用效率和效益,包括節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)和旱作農(nóng)業(yè),節(jié)水灌溉僅是節(jié)水農(nóng)業(yè)的一部分[14,33,49].節(jié)水包含在用水之中,發(fā)展旱地農(nóng)業(yè),需要研究如何提高降水利用的有效性,可見第一種提法是對節(jié)水農(nóng)業(yè)的狹義定義,對旱地農(nóng)業(yè)未給予足夠的重視,而事實(shí)上隨著水資源危機(jī)的加劇,旱地農(nóng)業(yè)將成為缺水地區(qū)未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種積極對策.

顯然,第二種觀點(diǎn)對節(jié)水農(nóng)業(yè)給予廣義的定義,提倡既要大力發(fā)展節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè),也要重視旱地農(nóng)業(yè),實(shí)現(xiàn)節(jié)水農(nóng)業(yè)全面發(fā)展.節(jié)水農(nóng)業(yè)的中心問題是提高降水和灌溉水的利用效率,用水有效性無疑成為判斷節(jié)水措施效果與潛力的指標(biāo),包括水分利用率和水分利用效率[24].水分利用率主要是農(nóng)田水利學(xué)研究的主要內(nèi)容,包括渠道水利用率、渠系水利用率、田間水利用率和灌溉水利用率[16].水分利用效率是衡量作物產(chǎn)量與用水量關(guān)系的一種指標(biāo),是農(nóng)學(xué)、生理學(xué)、氣象學(xué)等學(xué)科的研究重點(diǎn).作物產(chǎn)量分為光合產(chǎn)物、生物學(xué)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量3個(gè)不同的層次,對應(yīng)于產(chǎn)量的3個(gè)不同層次,水分利用效率也分為單葉、群體和產(chǎn)量3個(gè)水平[29,39].對作物用水而言,水分利用效率又可分為3種,一種是作物總的耗水量,即蒸散量,這是人們普遍所指的水分利用效率;二是灌溉水量,得到的是灌溉水利用效率,它對確定最佳灌溉定額是必不可少的;三是天然降雨,得到的是天然降水利用效率,它是旱地農(nóng)業(yè)研究中的重要指標(biāo)[31].農(nóng)田用水從水源(降水和灌溉水)到形成作物產(chǎn)量需要經(jīng)過3個(gè)環(huán)節(jié).第一個(gè)環(huán)節(jié)是灌溉水從水源到田間的輸水環(huán)節(jié),存在提高輸水率的問題;第二個(gè)環(huán)節(jié)是灌溉水在田間通過各種方式灌溉到作物根系層形成土壤水,存在提高灌溉水利用率的問題;第三個(gè)環(huán)節(jié)是土壤水為蒸發(fā)蒸騰所消耗,存在提高水分利用效率的問題.第一、二個(gè)環(huán)節(jié)與作物生理過程不直接相關(guān),靠水資源合理利用、節(jié)水工程和管理來提高水的利用率.

第三個(gè)環(huán)節(jié)中,作物蒸騰直接參與作物的光合作用等生理過程,土壤蒸發(fā)不參與作物的生理活動(dòng),但是蒸發(fā)與蒸騰是并存的兩個(gè)過程,二者之間存在密切的聯(lián)系,需通過農(nóng)業(yè)和生物措施提高水的利用效率.這兩部分共同構(gòu)成農(nóng)業(yè)高效用水系統(tǒng)[53].綜合對農(nóng)業(yè)高效用水內(nèi)涵的界定,著重強(qiáng)調(diào)了如下幾點(diǎn):農(nóng)業(yè)高效用水的核心是提高水分利用率和利用效率;農(nóng)業(yè)高效用水既包括灌溉農(nóng)業(yè),也包括旱地農(nóng)業(yè);農(nóng)業(yè)高效用水涉及到自然科學(xué)、經(jīng)濟(jì)科學(xué)乃至社會科學(xué)的范疇,以多學(xué)科交叉的、綜合的理論為基礎(chǔ),是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,農(nóng)業(yè)節(jié)水措施也是建立在農(nóng)業(yè)節(jié)水綜合理論體系上的綜合技術(shù)體系,包括水資源的合理開發(fā)利用、工程節(jié)水措施、農(nóng)業(yè)節(jié)水措施和管理節(jié)水措施.

3農(nóng)業(yè)高效用水的水文學(xué)研究

這方面的研究主要集中在農(nóng)田蒸發(fā)、蒸散(農(nóng)田蒸發(fā)與植物蒸騰之和)以及作物水分生產(chǎn)函數(shù)研究等方面.農(nóng)田蒸發(fā)、蒸散可通過測定和計(jì)算方法來確定.測定方法主要有水量平衡法、蒸滲儀(Lysimeter)法、土壤水分通量法和渦度相關(guān)法等.水量平衡法適用范圍廣,在非均勻下墊面和任何天氣條件下都可以應(yīng)用,目前此法仍被廣泛采用[8].過去由于受到測濕儀器的限制,一般只能測定1周以上的農(nóng)田蒸散量.隨著張力計(jì)、中子儀、γ射線儀和電阻式土壤濕度儀的相繼問世,使逐日測定土壤水分成為可能,水量平衡法估算短期農(nóng)田蒸散的精度大大提高.對于其他各分量,多數(shù)研究也不再是進(jìn)行簡單的近似,而是在田間試驗(yàn)小區(qū)附近修建徑流場、滲漏池及地下水利用量等測定裝置,從而使測定數(shù)據(jù)具有較好的代表性.

自從1937年美國俄亥俄州的肖克頓安裝蒸滲儀以后,該方法發(fā)展很快.聯(lián)合國糧農(nóng)組織曾就Lysime-ter的類型、安裝、使用及維護(hù)等進(jìn)行過專門介紹[11].蒸滲儀可實(shí)現(xiàn)農(nóng)田蒸發(fā)、蒸散的精確測量,常用作其它方法校正用.但設(shè)計(jì)復(fù)雜,價(jià)格昂貴,器內(nèi)植株的代表性對蒸發(fā)測定有影響,器內(nèi)水分調(diào)節(jié)有困難,因此國內(nèi)擁有的單位還不多.我國自20世紀(jì)80年代以來,先后在山東禹城、河南商丘、徐州漢王、保定冉莊等地安裝了大型蒸滲儀[34].土壤水分通量法是采用中子儀或負(fù)壓計(jì)實(shí)測土壤水勢,利用“零通量面(ZFP)法”推算某一時(shí)段的農(nóng)田蒸散量[20,26].該方法使用簡單,是計(jì)算蒸散的一個(gè)新途徑,但當(dāng)?shù)叵滤缓芨?零通量面不存在時(shí)不能使用.當(dāng)降雨頻繁,零通量面不穩(wěn)定時(shí),也難以使用.渦度相關(guān)法是用特制的渦動(dòng)通量儀,通過各種屬性的湍流脈動(dòng)值,直接測定出蒸發(fā)[38].渦度相關(guān)法具有完備的物理學(xué)基礎(chǔ),但由于其傳感器制作要求嚴(yán)密而且造價(jià)昂貴,目前多用于研究工作,還未能作為一種常規(guī)觀測儀器.

農(nóng)田蒸發(fā)、蒸散的計(jì)算方法主要應(yīng)用了能量平衡法、空氣動(dòng)力學(xué)法、經(jīng)驗(yàn)公式法和綜合法.能量平衡法是根據(jù)潛熱對顯熱的比率(即波文比)來推算蒸發(fā),理論依據(jù)嚴(yán)格,且不包括任何經(jīng)驗(yàn)參數(shù),但需要進(jìn)行輻射平衡、土壤熱通量和梯度觀測,比其它方法煩瑣,在風(fēng)浪區(qū)小以及存在平流熱時(shí),誤差也較大[2,48].空氣動(dòng)力學(xué)法是以近地邊界層相似理論為基礎(chǔ)的.它通過測量不同高度的風(fēng)速和比濕,并假定水汽交換系數(shù)等于動(dòng)量交換系數(shù),便可計(jì)算出農(nóng)田蒸散.但近地面風(fēng)速廓線的形狀取決于大氣穩(wěn)定度,因此傳輸系數(shù)相等假設(shè)這一事實(shí)很少成立.在應(yīng)用該方法時(shí),如果不能確保測定嚴(yán)格準(zhǔn)確,誤差將會很大,尤其是在不穩(wěn)定層結(jié)下偏差更大.目前該方法只是在研究工作中使用,大面積應(yīng)用還比較困難[4].水面蒸發(fā)量法、積溫法、Blaney-Criddie法、Thornthwaite法等經(jīng)驗(yàn)公式在計(jì)算蒸發(fā)方面也得到應(yīng)用[41].這些經(jīng)驗(yàn)公式方法簡單,資料易得,計(jì)算大范圍、長時(shí)段的蒸散具有一定精度,但其物理意義不夠嚴(yán)密,公式適用的區(qū)域性較強(qiáng),應(yīng)用的局限性較大.Penman把能量平衡方程和空氣動(dòng)力學(xué)結(jié)合,基于在英國洛桑試驗(yàn)站20多年的試驗(yàn)研究,并引用干燥力的概念提出了農(nóng)田蒸散計(jì)算公式[28].Penman公式具有良好的物理基礎(chǔ),又只用氣象站資料,精度較高,因而在農(nóng)田蒸散計(jì)算中得到廣泛應(yīng)用[44,51].

但Penman公式是基于英國的氣候條件得出的,應(yīng)用到其它地區(qū)時(shí),必須進(jìn)行有關(guān)系數(shù)的訂正.在Penman等人研究的基礎(chǔ)上,Monteith通過引入冠層阻力的概念導(dǎo)出了Penman-Monteith公式.根據(jù)分布在世界各地的11個(gè)蒸滲儀實(shí)測資料,Penman-Monteith公式計(jì)算的參考作物蒸散量優(yōu)于Penman公式及其修正的Penman公式[1].1990年聯(lián)合國糧農(nóng)組織在意大利召開的蒸散量計(jì)算專題研討會上,推薦用Penman-Monteith公式計(jì)算參考作物蒸散量[37].水量(灌水量、耗水量)投入與作物產(chǎn)量之間的定量關(guān)系稱為水分生產(chǎn)函數(shù).大量試驗(yàn)表明,作物產(chǎn)量與灌水量的關(guān)系不如與耗水量的關(guān)系密切,因此,作物水分生產(chǎn)函數(shù)一般是指產(chǎn)量與耗水量之間的關(guān)系,可分為全生育期水分生產(chǎn)函數(shù)和生育階段水分生產(chǎn)函數(shù)[22].在水分為限制因素、產(chǎn)量水平較低時(shí),產(chǎn)量與耗水量呈線性關(guān)系;在充分供水條件下,產(chǎn)量與耗水量呈拋物線或指數(shù)關(guān)系[25].生育階段水分生產(chǎn)函數(shù)主要有以Jensen為代表的乘法模型和以Blank、Stewart為代表的加法模型[22].由于作物在某個(gè)生育階段缺水時(shí),不僅對該階段產(chǎn)生影響,而且還會影響到以后各階段,最終導(dǎo)致產(chǎn)量的降低.因此乘法模型在物理意義上要比加法模型優(yōu)越.陳亞新[6]就這兩種模型的外觀有效性、建模假設(shè)、敏感指標(biāo)的確認(rèn)、兩種模型間敏感指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系以及在應(yīng)用中常遇到的主要問題做過專門論述.

4農(nóng)業(yè)高效用水的土壤學(xué)基礎(chǔ)研究

作物耗水的來源是降水、地表水和地下水,而真正為作物利用的只有土壤水.在降水、地表水、地下水、土壤水和植物水的相互轉(zhuǎn)化中,土壤水是“五水”轉(zhuǎn)化的紐帶.近年來,我國重點(diǎn)進(jìn)行了土壤適宜含水量和土壤干旱下限指標(biāo)等方面的研究.我國西北地區(qū)黃土的水分物理學(xué)研究表明[15],其水分特征曲線在接近田間持水量處,水分有效性下降很快,而在田間持水量40%~80%范圍內(nèi),土壤水分為作物利用的有效性下降非常緩慢.在此范圍以內(nèi)的土壤水分對作物吸收影響幾乎同等有效(其能態(tài)指標(biāo)接近).這類土壤從田間持水量的70%降低到50%時(shí),其葉水勢并不明顯下降.而當(dāng)葉片滲透勢和含水量降低到40%以下時(shí),才與70%供水植株的葉片表現(xiàn)有明顯差異.

這表明在西北干旱和半干旱的黃土地區(qū),土壤水分的有效性與植物根系吸水率相關(guān),保持低含水量水平,不會使作物遭受明顯干旱而大幅度減產(chǎn).華北地區(qū)的研究表明[5],光合作用對土壤水分有一臨界反應(yīng),當(dāng)土壤水分低于田間持水量的65%~69%時(shí),隨著土壤水分的提高光合速率增大,若超出此臨界值,光合速率將隨土壤含水量的增加而降低;而蒸騰與土壤水分一直呈線性相關(guān),因此以光合作用的臨界濕度作為節(jié)水灌溉的田間土壤水分控制標(biāo)準(zhǔn),不僅可控制蒸散量,而且還有利于作物生長和高產(chǎn),顯著提高作物水分生產(chǎn)效率.這些研究的適宜土壤水分指標(biāo)顯著區(qū)別于過去的70%田間持水量或以上的結(jié)論,為低定額的農(nóng)業(yè)供水提供了土壤水分物理學(xué)的重要依據(jù).

5農(nóng)業(yè)高效用水的生理生態(tài)基礎(chǔ)研究

在水分與作物產(chǎn)量的關(guān)系上,過去一直認(rèn)為,任何時(shí)期、任何程度的水分虧缺都將造成作物減產(chǎn).但近年研究表明,作物在適度水分虧缺的逆境下,對于有限缺水具有一定的適應(yīng)性和低抗效應(yīng)[42].早期適度水分虧缺不一定使產(chǎn)量顯著降低,在某些作物上有利于增產(chǎn),并使作物水分利用效率顯著提高[45].禾谷類作物上的試驗(yàn)表明,苗期-拔節(jié)前,輕度-中度干旱后復(fù)水在生理生長和產(chǎn)量上可產(chǎn)生良好效果,對谷子而言,同化產(chǎn)物增長超過一直充足供水處理(包括光合速率、葉綠素含量、葉面積),同時(shí),光合增加顯著超過了蒸騰增加,顯著提高了水分利用效率;對盆栽高粱而言,拔節(jié)前處于輕度至中等程度水分虧缺隨后復(fù)水的處理,與一直處于充足供水的對照相比,產(chǎn)量提高了15.5%,水分利用效率提高了25.8%,且復(fù)水后保持了較高的水勢和較低的滲透勢,其光合和氣孔導(dǎo)度也超過對照;對春小麥而言,田間試驗(yàn)拔節(jié)前澆水600m3•hm-2,為充足供水量的25%,產(chǎn)量則達(dá)到了充分供水的75%,水分利用效率達(dá)到最大值的95%,對土壤儲水的利用率也提高了62%.上述結(jié)果說明,一定生育階段一定程度的水分虧缺可使禾谷類作物在節(jié)約大量用水的同時(shí)獲得較高產(chǎn)量[32].

已有資料表明,水分虧缺對與產(chǎn)量形成相關(guān)的各個(gè)生理過程的影響程度和順序不同.葉片伸長對缺水最敏感,物質(zhì)運(yùn)輸則最為遲鈍,不很嚴(yán)重的干旱反而對物質(zhì)運(yùn)輸有促進(jìn)作用.在輕度干旱條件下,葉片生長受抑制,而光合則未受影響,復(fù)水后反而略有升高;適度干旱情況下,小麥籽粒對花期光合產(chǎn)物的利用率高于正常供水處理.在從輕度到嚴(yán)重的缺水過程中,缺水對禾谷類作物不同生理功能影響的先后順序?yàn)榧?xì)胞擴(kuò)張>氣孔運(yùn)動(dòng)>蒸騰運(yùn)動(dòng)>光合作用>物質(zhì)運(yùn)輸[33].不同作物和品種對水分虧缺的反應(yīng)不同,這集中表現(xiàn)在其水分利用效率的差異上.一般認(rèn)為,水分利用效率是品種抗旱增長的典型性狀,是可遺傳的,可以通過引種或選育具有高水分利用率的抗旱或耐旱品種達(dá)到節(jié)水的目的[27,43].研究證明,作物種間WUE(水分利用效率)存在很大差異,通?？蛇_(dá)到2~5倍.作物品種間WUE雖然不如作物種間差異大,但也很顯著.小麥不同品種的WUE可相差40%.由于CO2同化方式的差異,C4作物的WUE比C3作物高出2~3倍,現(xiàn)在正嘗試用分子生物技術(shù)來轉(zhuǎn)變C3作物的碳代謝途徑,盡管這種遺傳工程難度很大,但C3~C4中間作物品種的存在已證明了實(shí)現(xiàn)它的可能性[40].選育水分利用率高的品種,需要一種有效的篩選指標(biāo),目前開始發(fā)展的13C豐度理論,為抗旱豐產(chǎn)育種提供了新思路和新方法[9,10,12].

6農(nóng)業(yè)高效用水的灌溉理論研究

19世紀(jì)初,農(nóng)業(yè)是以“豐水高產(chǎn)型”的充分灌溉為特征的,它的特點(diǎn)是適時(shí)適量地滿足作物的需水要求,追求的是單位面積的高產(chǎn)而較少考慮水的效益.20世紀(jì)70年代初,充分灌溉理論發(fā)展到了最高峰,但也逐漸暴露出用水量大、效益低等缺陷[17].近年來,一種和“豐水高產(chǎn)型”的充分灌溉理論相對應(yīng),以有限虧缺效應(yīng)為指導(dǎo)的非充分灌溉理論在農(nóng)業(yè)灌溉的具體實(shí)踐中初步產(chǎn)生,并逐漸受到人們的重視.非充分灌溉是指灌溉水源有限,不能充分滿足作物需水量的條件下,如何把有限的水最優(yōu)分配至不同作物及作物的各個(gè)階段,追求的不是單位面積的產(chǎn)量最高,而是整個(gè)地區(qū)的總體增產(chǎn)[7].非充分灌溉最早出現(xiàn)于美國中部和南部干旱大平原,而后推廣到美國西部干旱和半干旱地區(qū).加利福尼亞中央河谷灌區(qū),從1969~1977年對6種作物進(jìn)行了為期9年的充分灌溉與非充分灌溉的對比實(shí)驗(yàn).1981年由Marshall和Brian提出了非充分灌溉條件下可靠的產(chǎn)量模式與灌溉水的最優(yōu)化管理問題.

80年代中期,我國開始進(jìn)行專門試驗(yàn)探索非充分灌溉問題,分別在春小麥、玉米和水稻上開展了非充分灌溉試驗(yàn)研究[21].非充分灌溉以按作物的灌溉制度和需水關(guān)鍵期進(jìn)行灌溉為技術(shù)特征,目前發(fā)展已比較完善,技術(shù)體系也比較成熟,得到了大面積的推廣應(yīng)用.調(diào)虧灌溉是澳大利亞持續(xù)灌溉農(nóng)業(yè)研究所Tatura中心于20世紀(jì)70年代中期提出的一種新的灌溉理論[36].它主要是根據(jù)作物的生理生化作用受到遺傳特性或生長激素影響的特征,在作物生長發(fā)育的某一階段施加一定程度的有益虧水度,調(diào)節(jié)其光合產(chǎn)物向不同組織器官分配的傾斜,從而提高所需收獲的產(chǎn)量而舍棄營養(yǎng)器官的生長量和有機(jī)物質(zhì)的總量,達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的目的.其關(guān)鍵在于從作物的生理角度出發(fā),根據(jù)其需水特征進(jìn)行主動(dòng)的調(diào)虧處理.調(diào)虧灌溉開辟了一條最佳調(diào)控水-土-植物-環(huán)境的有效途徑,不失為一種更科學(xué)、更有效的新的灌水策略.國際上調(diào)虧灌溉的研究多在果樹上進(jìn)行[3,50].大田作物的研究國內(nèi)剛剛起步[18,52].

調(diào)虧灌溉以按作物一定時(shí)期一定程度的虧水灌溉為技術(shù)特征,目前發(fā)展還不完善,不同作物的最佳調(diào)虧階段、調(diào)虧程度(水分虧缺的下限與歷時(shí))以及與調(diào)虧灌溉技術(shù)相配套的作物栽培技術(shù)體系還有待于進(jìn)一步研究.基于節(jié)水灌溉技術(shù)原理與作物感知缺水的根源信號理論而提出的控制性分根交替灌溉理論[19],其基本概念與傳統(tǒng)灌水方式有著明顯的不同.它追求的不是田間作物根系層的充分和均勻濕潤,而強(qiáng)調(diào)從根系生長空間上,改變其土壤濕潤方式,人為控制或保持根區(qū)土壤在某個(gè)區(qū)域干燥,交替使作物根系始終有一部分生長在干燥或較干燥的土壤區(qū)域中,限制該部分根系吸水,讓其產(chǎn)生水分脅迫信號傳遞至葉氣孔,形成最優(yōu)氣孔開度,而使一部分生長在濕潤區(qū)的根系正常吸水,減少作物奢侈的蒸騰耗水和棵間全部濕潤時(shí)的無效蒸發(fā),達(dá)到以不犧牲作物的光合產(chǎn)物積累而大量節(jié)水的目的.人工氣候室內(nèi)進(jìn)行的玉米分根交替供水試驗(yàn)表明,在光合產(chǎn)物不減少的前提下,比全面積均勻供水方式節(jié)水34.0%~36.85%.由此設(shè)計(jì)的玉米控制性分根交替隔溝灌溉技術(shù)在甘肅民勤縣的應(yīng)用表明,在保持高產(chǎn)水平下,比常規(guī)地面灌水技術(shù)節(jié)水33.3%[16].這種灌水新思路的提出,對改進(jìn)傳統(tǒng)灌水方式,實(shí)現(xiàn)節(jié)水理論與技術(shù)的突破具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.控制性分根交替灌溉以作物根系的交替灌溉為技術(shù)特征,需要進(jìn)一步深入研究的問題包括最佳田間灌水技術(shù)方案、開發(fā)適于分根控制性交替灌溉的新興灌水器以及與之配套的作物栽培技術(shù)體系等.

7展望

綜觀已取得的成果及存在的問題,未來農(nóng)業(yè)高效用水理論將在以下幾方面深入開展研究:

(1)界面研究.與節(jié)水有關(guān)的蒸發(fā)、蒸騰、下滲、根系吸水等發(fā)生在土壤-大氣、作物-大氣、土壤-地下水、土壤-根系等界面上,加強(qiáng)界面上水熱通量規(guī)律及其與環(huán)境生態(tài)條件關(guān)系的研究,并尋找調(diào)控界面過程水熱通量的有效措施,將成為未來農(nóng)業(yè)高效用水研究的熱點(diǎn)之一.

(2)土壤水動(dòng)力學(xué)研究.土壤水是“五水”轉(zhuǎn)化的紐帶,對作物供水狀況的一切調(diào)控措施最終的作用區(qū)域是根系層的土壤水.土壤水動(dòng)力學(xué)理論是實(shí)施土壤水分調(diào)控的基礎(chǔ).廣泛開展不同土壤不同的水分能態(tài)對于不同作物在不同生育期的可利用性和對作物光合作用、蒸騰作用的影響,研究不同灌溉技術(shù)的水分、熱量、養(yǎng)分在土壤中的運(yùn)移規(guī)律,是合理調(diào)控土壤水熱狀況,加強(qiáng)土壤水肥管理,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效用水的關(guān)鍵.

(3)生物節(jié)水研究.目前通過生物學(xué)技術(shù)已可以把某些抗旱耐鹽基因移植到人們需要的植物上,并獲得了令人振奮的結(jié)果,但仍需在與節(jié)水相關(guān)的生物代謝、信號傳導(dǎo)、基因定位及遺傳資源的篩選鑒定、基因分離等方面加強(qiáng)研究.

(4)缺水逆境研究.加強(qiáng)作物在水分虧缺逆境條件下的反應(yīng)機(jī)制及脅迫釋放后的反沖機(jī)制研究,為在作物生育期內(nèi)合理分配有限的可供水量提供理論依據(jù).