我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)研究概述

高靜 王楠 樊鑫

摘 要 我國(guó)的水資源匱乏且時(shí)空分布不均，水是限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。簡(jiǎn)單概述了灌溉技術(shù)、農(nóng)藝栽培方式、抗蒸騰劑和生物工程4個(gè)方面的農(nóng)業(yè)節(jié)水方式。

關(guān)鍵詞 節(jié)水農(nóng)業(yè)；干旱；灌溉

中圖分類號(hào)：F323.213 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2016）12--02

水是繼土地面積之后影響水稻、小麥等作物的產(chǎn)量的第二大限制因素。水分虧缺可以使植物積累大量活性氧、損傷其生物膜系統(tǒng)、降低其光合作用、降低植物細(xì)胞膨壓、限制冠層面積的增加等，進(jìn)而抑制植物生長(zhǎng)、使作物減產(chǎn)。我國(guó)農(nóng)業(yè)用水效率低下，存在水資源短缺與浪費(fèi)并存的現(xiàn)象。如何提高水分利用效率變成科學(xué)家面臨的重要問(wèn)題。水資源短缺是全球經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要制約因素。目前，我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上高效節(jié)水措施類型多樣，本文對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單概述。

1 節(jié)水灌溉技術(shù)

1.1 噴灌

噴灌技術(shù)，是用專門的輸送設(shè)備（泵、管道或噴頭等）給水加壓或利用水的自然落差將水輸送到田間，通過(guò)噴頭將水以雨滴的形式均勻噴灑在土壤和農(nóng)作物上進(jìn)行灌溉，對(duì)地形要求不高，適宜于多數(shù)旱作物[1]，既能給作物灌溉，又能噴施農(nóng)藥。我國(guó)從20世紀(jì)70年代就開始推廣噴灌技術(shù)，現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)有了長(zhǎng)足發(fā)展，在未來(lái)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有著舉足輕重的作用。

1.2 微灌

微灌技術(shù)包括滴灌、微噴灌和涌流灌等，自1974年墨西哥政府贈(zèng)送我國(guó)第一套微灌設(shè)備以來(lái)，我國(guó)就開始在引進(jìn)國(guó)外微灌技術(shù)的基礎(chǔ)上，加緊自主創(chuàng)新，微灌工程面積日益增大。它是利用管道將微小流量的水分和養(yǎng)分輸送到作物根部的土壤中，根據(jù)作物對(duì)水的需求對(duì)其進(jìn)行局部浸潤(rùn)，適宜于干旱缺水的地區(qū)，用水量小但是設(shè)備投資高，而且出水口易堵塞，操作要求高。

1.3 滲灌

滲灌是將原來(lái)的地上灌溉改為地下對(duì)植物根系直接進(jìn)行灌溉，分為低壓滲灌和重力滲灌兩種，已成功運(yùn)用于蔬菜、園藝花卉、果樹和棉花等中。滲灌幾乎無(wú)地表徑流，能有效減少灌溉水分的蒸發(fā)流失，將水分、肥料等精確輸送到植物根系土壤中。滲灌對(duì)地形要求不高，輸送水的速率可調(diào)，具有節(jié)水、節(jié)電、增產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)。

1.4 膜上灌溉

膜上灌溉，是指在地膜栽培的基礎(chǔ)上，地膜兩側(cè)筑起畦埂，并把地膜兩邊翹起埋入畦埂中，將隴上覆膜改為畦上鋪膜，讓水在膜上流動(dòng)，通過(guò)放苗孔和專用灌水孔向作物供水的灌溉方法，膜上灌溉又分為適用于坡度平緩地段的封閉膜上灌和適用于大坡度地段的流通膜上灌。相比噴灌和微灌，膜上灌溉操作規(guī)程簡(jiǎn)單，投入少成本低，節(jié)水低耗。

1.5 作物調(diào)虧灌溉

作物調(diào)虧灌溉，是由澳大利亞持續(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，其生物學(xué)基礎(chǔ)是根據(jù)作物的遺傳特征，在不同生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)其進(jìn)行一定的干旱脅迫， 讓作物得到干旱鍛煉，促進(jìn)其根系生長(zhǎng)，增加根冠比，提高其抗旱能力，從而達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)和改善作物品質(zhì)的目的。調(diào)虧灌溉還可以減少營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)，提高光合產(chǎn)物向生殖器官的分配比例，以獲得更高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，改善作物的品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1.6 干濕交替灌溉

干濕交替灌溉，是利用適度水分虧缺可以提高植物抗逆性的原理，在水稻的一定生育期進(jìn)行曬田，增強(qiáng)土壤水分蒸發(fā)，使土壤不嚴(yán)重干裂，再灌溉，再落干，如此往復(fù)循環(huán)。干濕交替灌溉可以增加根表面積，促進(jìn)作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，提高其水分利用效率和產(chǎn)量。

2 農(nóng)藝栽培方式

2.1 覆蓋保墑

覆蓋保墑，是指用作物秸稈或地膜進(jìn)行覆蓋，對(duì)雨水和灌溉水截留，增加水分向土壤內(nèi)滲透，調(diào)節(jié)土溫，改善土壤結(jié)構(gòu)，減少土壤表面水分蒸發(fā)，蓄水保墑，充分挖掘水資源潛力，從而提高水資源利用效率，還能達(dá)到抑制雜草生長(zhǎng)的目的。覆蓋保墑技術(shù)操作簡(jiǎn)單，易掌握，根據(jù)覆蓋材料的不同分為地膜覆蓋和秸稈覆蓋兩種形式，相對(duì)地膜覆蓋來(lái)說(shuō)，秸稈覆蓋取材方便，成本低。

2.2 水肥耦合

水肥耦合技術(shù)，是利用“以肥調(diào)水，以水促肥”的原理，根據(jù)不同水分條件，將灌溉用水與施肥的種類、數(shù)量和時(shí)間上相結(jié)合，影響葉面積指數(shù)，改善葉片光合速率，促進(jìn)作物根系伸長(zhǎng)，擴(kuò)大根系的吸水面積，減少土壤的無(wú)效蒸發(fā)，解決水分供需矛盾。

3 抗蒸騰劑

氣孔由保衛(wèi)細(xì)胞組成，是植物葉片上重要的器官，能控制植物光合作用CO2氣體交換和蒸騰作用水分的散失，植物吸收的水分大多通過(guò)蒸騰作用散失到大氣中，如何控制氣孔運(yùn)動(dòng)減少植物奢侈蒸騰用水是農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要研究方向?？拐趄v劑就是作用于植物表面，能夠調(diào)節(jié)植物蒸騰作用，提高植物水分利用效率的一類物質(zhì)的總稱?？拐趄v劑已經(jīng)被成功的用于農(nóng)業(yè)和園藝作物上，以此提高它們的品質(zhì)?？拐趄v劑常常用于鮮花的保鮮、延長(zhǎng)果實(shí)保質(zhì)期和保證移栽樹苗的成活率上。將抗蒸騰劑噴施于采摘的辣椒上，可以提高其保存期和品質(zhì)[2]。根據(jù)抗蒸騰劑的作用方式和特點(diǎn)，可將其分為3類。

3.1 反射型

此類物質(zhì)噴施到葉片的表面后，能夠有選擇性的反射無(wú)效光合輻射，減少葉片吸收的太陽(yáng)輻射，降低葉片溫度，減少蒸騰，而光合作用基本不受影響。常見的反射型抗蒸騰劑有高嶺土和高嶺石。反射型抗蒸騰劑還可直接對(duì)病原真菌生長(zhǎng)和形態(tài)產(chǎn)生影響。

3.2 成膜型

成膜型抗蒸騰劑成份為一些有機(jī)高分子化合物，可在葉表面形成一層很薄的膜，封閉氣孔，理想成膜型抗蒸騰劑可阻止水分通過(guò)，降低水分蒸騰，但可以透過(guò)CO2和O2，不影響光合作用。當(dāng)前常見的成膜型抗蒸騰劑有：Wilt-Pruff、Vapor Gard、Mobileaf、Folicote、Plantguard、十六烷醇乳劑和氯乙烯二十二醇等（均為商品名）。成膜型抗蒸騰劑可以降低蒸騰速率，提高其相對(duì)含水量，使枝葉繁茂，從而增加植物抗旱性。

3.3 代謝型

此類抗蒸騰劑也稱氣孔抑制劑。這類物質(zhì)通過(guò)影響生化反應(yīng)或者細(xì)胞膜的滲透性，調(diào)節(jié)保衛(wèi)細(xì)胞彭壓，使氣孔開度減少或關(guān)閉氣孔，增加葉片的抗水蒸汽擴(kuò)散能力，從而降低水分蒸騰量，是促進(jìn)植物抗旱的重要物質(zhì)。常見的代謝型抗蒸騰劑有苯汞乙酸、脫落酸（ABA）、碳酸鎂、碳酸鈉、CaCl2、三唑酮、阿特拉津、甲草胺和黃腐酸等，大多是一些殺菌劑、除草劑、代謝抑制劑和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑。

4 生物工程

通過(guò)雜交、轉(zhuǎn)基因育種、分子標(biāo)記輔助選擇育種等手段選育抗旱高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的節(jié)水新品種。

4.1 雜交育種

雜交育種指不同種群、不同基因型個(gè)體間進(jìn)行雜交，并在其雜種后代中選擇將其優(yōu)良性狀集合于一體的群體，獲得遺傳性狀相對(duì)穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)純合品種的方法[3]。雜交過(guò)中雙親的不同基因型配子結(jié)合過(guò)程中的基因重組、基因互作和基因累加等會(huì)形成各種不同基因型的后代，為選擇提供豐富的材料。選擇優(yōu)良性狀的親本并予以適當(dāng)合理的組配是雜交育種成敗的關(guān)鍵。

4.2 轉(zhuǎn)基因育種

轉(zhuǎn)基因育種就是根據(jù)育種目標(biāo)，從供體生物中分離出與抗逆有關(guān)的目的DNA，然后將目的DNA直接遺傳轉(zhuǎn)化或通過(guò)載體介導(dǎo)間接轉(zhuǎn)入受體作物，對(duì)轉(zhuǎn)化體進(jìn)行鑒定、篩選獲得目的基因穩(wěn)定表達(dá)的遺傳工程體，最后結(jié)合雜交等手段獲得綜合性狀優(yōu)良的作物新品種。轉(zhuǎn)基因育種可以對(duì)作物目標(biāo)性狀進(jìn)行定向變異，提高育種速率。

4.3 分子標(biāo)記輔助選擇育種

分子標(biāo)記輔助選擇育種將分子標(biāo)記應(yīng)用于作物育種中，利用與目標(biāo)性狀基因連鎖緊密的分子標(biāo)記進(jìn)行間接篩選，獲得目標(biāo)性狀的個(gè)體，不受環(huán)境影響，可同時(shí)選擇多性狀，加速育種進(jìn)程。

4.4 分子設(shè)計(jì)育種

對(duì)于普通雜技育種來(lái)說(shuō)，其后代的雜交組合類型很多，符合生產(chǎn)需求的組合很少，作物分子設(shè)計(jì)育種是在分子標(biāo)記輔助轉(zhuǎn)移、生物信息學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)以及轉(zhuǎn)基因技術(shù)的基礎(chǔ)上，定位相關(guān)性狀的基因位點(diǎn)，評(píng)價(jià)這些位點(diǎn)的等位性變異，對(duì)育種程序中的各種因素進(jìn)行模擬篩選和優(yōu)化，再開展育種。這種方法在大田試驗(yàn)前就提出最佳的親本選配和后代選擇策略，從而減少育種盲目性，大幅度提高育種效率。

5 總結(jié)與展望

以上這些節(jié)水措施雖然提高了農(nóng)業(yè)用水利用率，但也存在諸多缺點(diǎn)，其中灌溉工程技術(shù)前期投入和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用大，耗能高，管理不方便，受到地理因素限制，農(nóng)民不易掌握其操作規(guī)程；農(nóng)藝栽培方式的改變費(fèi)時(shí)、費(fèi)工、見效慢、效益小；化學(xué)物質(zhì)保墑抗旱成本高，難自然降解，殘留物危害人體健康，對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，存在生態(tài)安全隱患；選育作物新品種研發(fā)過(guò)程偏長(zhǎng)，其種性易退化，品種優(yōu)良特性不易保持，市場(chǎng)推行困難。由此可見，開發(fā)節(jié)能、高效、低碳和環(huán)保的抗旱技術(shù)迫在眉睫。

5.1 結(jié)合我國(guó)國(guó)情引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)灌溉技術(shù)

我國(guó)的節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展較晚，荷蘭、以色列、美國(guó)和日本等國(guó)在農(nóng)業(yè)水資源管理利用方面有一系列完善的設(shè)備和制度，已經(jīng)大量用于溫室花卉和大棚蔬菜種植栽培上，我國(guó)應(yīng)積極吸收學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)。但我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)地形地貌、經(jīng)濟(jì)條件不盡相同，應(yīng)該因地制宜，應(yīng)立足于我國(guó)的實(shí)際情況，發(fā)展適用于我國(guó)國(guó)情的技術(shù)和設(shè)備，切忌盲目照搬外國(guó)的產(chǎn)品。

5.2 加速節(jié)水創(chuàng)新技術(shù)的科學(xué)研究

在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，要大力自主研發(fā)節(jié)水新技術(shù)。例如，在實(shí)施噴灌、滲灌技術(shù)的同時(shí)，結(jié)合水肥耦合技術(shù)，確定水肥的比例；開發(fā)無(wú)污染低成本綠色環(huán)保的新型抗蒸騰劑；對(duì)現(xiàn)有灌溉設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，使其最大限度地節(jié)水低能，同時(shí)便于農(nóng)民操作。

參考文獻(xiàn)

[1]牟玉娟.我國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（1）：124-126.

[2]Cuadra-Crespo P， Amor F M D. Effects of Postharvest Treatments on Fruit Quality of Sweet Pepper at Low Temperature[J].Journal of the Science of Food & Agriculture，2010，90（15）：2716–2722.

[3]康樂(lè)，王海洋.我國(guó)生物技術(shù)育種現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2014（1）：16-23.

（責(zé)任編輯：劉昀）