作物高效用水的研究现状与展望

摘要:通过对大量文献的参阅,得出当前水资源短缺条件下,通过分析水分对作物根系以及生理生态条件的影响,得出了作物高效用水的出路在于生理调控、精良灌溉和水肥调控利用。

关键词:高效用水;水资源;作物

中图分类号:TV211.1 文献标识码:B 文章编号:1009-9166(2010)014(C)-0166-01

引言:水资源与环境密切相关,也与人口间接有关,水资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一。

一、作物高效用水的研究进展

20世纪70年代以来,随着世界性水资源危机的更加突出,对农业的用水观念发生了较大转变,提出由传统的丰水高产型灌溉转向节水优产优质型的灌溉[1]。作物产量和水分利用效率的协调统一是节水农业所探索解决的问题[2]。为了实现这一目标,许多专家和学者在如何利用现有水资源、减少浪费、提高灌溉水利用效率方面做了大量的研究工作,在传统的灌溉原理与方法的基础上,相继提出了限水灌溉、非充分灌溉和调亏灌溉、控制性分根交替灌溉等概念与方法[3]。这些灌溉方式的关键均依据作物本身的生理特性与需水规律,进行主动人为的水分亏缺处理,试图开辟生物节水的新途径。

二、作物高效用水的生理学基础

1、作物高效用水的可行性原理。作物在其生长发育方面存在着大量的冗余,作为其固有的特性之一,它们是作物在长期的适应环境的变化过程中逐渐形成的,而且这种冗余随着辅助能量(如水,肥)的增加而增大。生长冗余,本是作物适应波动环境的一种生态对策,以便增大稳定性,减少物种灭绝的危险,但这种固有的冗余特性在人类可以对环境施加影响并对物种加以保护的条件下,则变成了高产栽培中的巨大浪费和负担[4]。采取某种手段减少冗余,即可减少作物获取能量的浪费和负担,提高现存有限能量的利用率,提高作物的经济产量和改善产品的品质[5]。

2、根系对水分状况的响应。大量的研究结果表明根系对适度水分胁迫有较强的自我调节和明显的对应补偿作用,轻度干旱有利于根系的延伸生长,促进对深层土壤水分的利用,提高作物对深层土壤水分的利用率,同时增强了作物的抗旱能力[6]。马瑞昆的研究表明对冬小麦前期适度控水可调控根系发育和功能,使深层根量较多,根系活力提高,从而达到耗水重心后移,优化供水、土壤耗水和总耗水间的关系,最大限度挖掘土壤水库功用,强化深层水利用,对较少供水表现明显的超补偿效应。关军锋、李广敏认为从某种意义上说,作物根系不仅存在着数量上也存在着质量上的冗余,控制土壤水分,减少生长冗余,有利于水分利用效率的提高[7]。康绍忠研究表明,随着灌水间隔时间的延长,尽管玉米的总根量呈下降的趋势,但下层根系所占比重却逐渐增加,土壤含水量对根系的生长起着诱导的作用,低含水量诱导深层根系的生长[8]。康绍忠、张建华实验表明让根系经受一定程度的干旱锻炼后,不仅使根毛数量明显增加,根系表面积显著增大,同时其水分传导还具有明显的补偿作用[9]。North和Nobel(1996)的研究也表明一种仙人掌(Opuntia ficusindica)植物在30d的土壤干燥期间根系传导下降了50%―70%。但重新复水3d后,新根大量出现,其根系传导还高于一直充分供水的处理[10]。

3、水分条件对作物根,冠生长的影响。土壤水分显著改变干物质在根、冠间分配比例。植物所需水分主要由根系供应,增加土壤的有效水分促进地上部分的生长,这样就会消耗大量的光合产物,减少向地下部分的输入,削弱根系生长,于是根冠比(R/T)减小;当干旱时,由于根系的水分状况好于地上部分,而地上部分因缺水使生长受阻严重,光合产物相对较多地输入根系,促使其生长,提高了其抗旱能力,同时根冠比(R/T)增大。

4、作物光合、蒸腾对土壤水分的响应。近年来的研究表明,在一定范围内作物的光合速率随土壤水分的增加而增大;蒸腾速率随着土壤水分的增加而一直增大,其速度快于光合速率,充分灌溉的土壤水分往往超过了光合速率的最高点,因此作物存在着奢侈蒸腾的问题,从而导致作物水分利用率的下降。

三、结语和展望

各种节水技术、节水措施的应用,归根结底是为了提高水分利用效率。围绕这一目标,世界各国开展了包括工程节水、农艺节水、生物(生理)节水和水管理节水四大类节水农业技术的研究。以往的节水研究和实践强调了工程节水的作用,而忽视了农艺节水和生物(生理)节水的重要性。工程节水仅仅注重输水中的节水和土壤水分的改善而忽视了作物本身的反应,且具有饱和性。目前灌溉工程、技术以及水管理等方面研究的相对较多,对以作物为中心的水分利用效率的研究较欠缺,可以说目前农业用水中的挑战是如何提高作物自身对水分的利用效率,这方面的问题最多,难度最大,潜力也最大。不久的将来生物节水、农艺节水技术将取代当今工程节水技术的主导地位,形成以生物节水、农艺节水为中心的农业节水系统。今后以提高作物水分利用效率为目标的节水农业技术研究重点和内容有:作物高效用水与生理调控技术、作物需水信息采集与精量控制灌溉技术、农田水肥调控利用与节水高效作物栽培技术。

作者单位:平顶山市鲁山县农业局

参考文献:

[1]吕金印,山仑,高俊凤.非充分灌溉及其生理基础[J].西北植物学报2002,22(6):1512―1517.

[2]孙景生,康绍忠等.控制替灌溉技术的研究进展[J].农业工程学报:第17卷第4期2001年7月1―5.

[3]马忠明.有限灌溉条件下作物―水分关系的研究[J].干旱地区农业研究,1998,16(2):75―79.

[4]张大勇,姜新华等.再论生长的冗余[J].草叶学报,1995,4(3):17―22.

[5]盛承发.生长的冗余――作物对于虫害超越补偿作用的一种解释[J].应用生态学报,1990,3(1):26―30.