根系分區(qū)交替灌溉研究進(jìn)展

和 陽，劉秀春，呂春晶

（遼寧省果樹科學(xué)研究所，遼寧營口 115009）

干旱是全球熱點問題，有 80 多個國家和地區(qū)以及40%的人口面臨缺水問題[1]。我國人均水量僅占世界平均值的 1/4[2]，是典型的貧水國，且各地區(qū)降水分 布極不均衡，干旱 半干旱地區(qū)占國土總面積的 1/3以上 ，目前農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用系數(shù)僅為0.3～0.4，與發(fā)達(dá)國家的0.8～0.9 相比，存在很大的差距[3]。隨著水資源不足對農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境不利影響的加劇，發(fā)展節(jié)水灌溉成為農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和解決水資源短缺問題的有效途徑。國外學(xué)者在 20 世紀(jì) 60～70 年代開始采用隔行灌溉和隔溝灌溉技術(shù)對作物水分利用效率、蒸發(fā)特性進(jìn)行了系統(tǒng)研究[4]。近年來我國學(xué)者提出了作物根系分區(qū)交替灌溉技術(shù)，通過改變供水方式，減小奢侈耗水，在一定程度上挖掘作物本身的節(jié)水潛力，具有投資少、易掌握、易管理等特點，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上具有廣闊的應(yīng)用潛力[5]?；诖?，筆者對根系分區(qū)交替灌溉的效果、田間應(yīng)用現(xiàn)狀和操作模式等方面進(jìn)行了綜述，分析了交替灌溉的發(fā)展前景以及需要進(jìn)一步研究的問題，以期為同類研究提供借鑒。

1 交替灌溉的應(yīng)用效果

1.1 交替灌溉對根系和土壤結(jié)構(gòu)的影響

土壤環(huán)境能在很大程度 上影響植物根系的生理 生長，如根系的時空分布、體積、表面積和根系活力等。土壤- 根系生理代謝過程是以水為媒介，與多種環(huán)境因素相互作用的動態(tài)系統(tǒng)[6]。根系分區(qū)交替灌溉能誘發(fā)根系土壤結(jié)構(gòu)的變化 ，刺激根系產(chǎn)生 補償效 應(yīng)，促 進(jìn)根際微生物的繁殖，提高根系對水分和養(yǎng)分的利用率。

1.1.1產(chǎn)生根系補償生長效應(yīng)。在干旱條件下，植物根系生長 與分布能夠產(chǎn)生 適應(yīng)性 反應(yīng)。中度水分脅迫 會促進(jìn)根系在濕潤區(qū) 域生長 ，水分 脅迫解除后，作物會有一個短暫的快速生長 階段 ，可部 分補償 脅迫造成的 損失 ，即補償生長，包括增加根密度、刺激次生根的形成等。周青云等[7]研究表明，葡萄在交替灌 水過程 中，根 密度比常規(guī)灌溉和固定灌溉條件下大，濕潤區(qū)的新生根量明顯大于干燥區(qū)的新根量。交替灌溉的蘋果根系分布更加均勻，根系活力和根系生物量增加[8]。水稻干濕交替灌溉可減少多余的營養(yǎng)生長，促進(jìn)根生長，增加產(chǎn)量，提高水和磷肥的利用率[9]。

1.1.2促進(jìn)根際微生物繁殖，提高肥料和水份利用率。根系交替灌 溉使 土壤孔隙具有良好 的通 氣條件，提供根系生命活動所需水分的同時 ，使土 壤生 態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)化，為微生物提 供了有益的生存 條件，促進(jìn)土 壤微生物的繁殖，提高肥料和水份利用率。程福厚等[10]研究表明，梨樹的交替灌溉能減 少地 表水分蒸發(fā)和肥料 的淋 溶，提高水肥利用率。西紅柿的交替灌溉可使微生物活力增大，提高微生物基質(zhì)利用 率，增進(jìn)土壤氮 的凈礦化，并 促進(jìn)西紅柿的含氮量增加[11]。在馬鈴薯的種植中，干物質(zhì)量不受灌溉方式影響，但交替灌溉明顯 提高 了水分利用率及作 物氮含量，提高了土壤中氮的有效性[12]。

1.2 交替灌溉對蒸騰速率和光合速率的影響

Alexandros 等[13]試驗表明，由于根系分區(qū)交替灌溉僅對一半根系進(jìn)行灌溉，另一半處于干燥土壤環(huán)境中的根系產(chǎn)生根源化學(xué)信號（ABA、CTK 等），并將其傳遞到冠層部分，調(diào)節(jié)葉片氣孔的關(guān)閉程度，使其關(guān)閉程度既能有效限制植物的蒸騰，同時又能不顯著地影響葉片的光合速率，在不影響作物產(chǎn)量的前提下提高了水分利用效率。楊啟良 等[14]研 究表明 ，蘋 果幼苗的交 替灌溉能降低蒸 騰速率，提高根系干重、葉水勢和凈光合速率。葡萄的交替滴灌能提高葉片水分利用效率、蒸騰速率、光合速率和氣孔導(dǎo)度[15]。交替灌溉的桃樹有較高的蒸騰效率，光合速率和蒸騰速率低于常規(guī)灌溉[16]。

1.3 交替灌溉對營養(yǎng)生長和生殖生長的影響

交替灌溉技術(shù)能夠調(diào)控植物生長及同化物運輸 ，抑制 徒長 ，促進(jìn)成花和果實發(fā)育 ，促進(jìn)糖分向果實運轉(zhuǎn) ，提高口味和品質(zhì) ，大量節(jié)水的同 時保持產(chǎn)量同等水 平或 略有下降[17]。杜太生 等[18]研究 表明，交替灌溉能顯著提 高干旱荒漠綠洲區(qū)葡萄的 VC和可溶性固形物含量，降低果實含酸量，明顯改善果實成熟度。隔溝交替灌溉可提高蛇龍株葡萄的糖酸比和酒的單寧、花色苷和總酚含量[19]。富士蘋果的交替灌溉對產(chǎn)量和果尺寸沒有明顯影響，對可滴定酸的影響不一致，果實硬度和固形物含量增高[20]。交替灌溉可抑制油桃的新梢生長，使果實成熟期提前，硬度降低，與常規(guī)灌溉相比 ，可溶性固形物含量增高，單果略重，產(chǎn)量未受影響[21]。Pérez-Pastor等[22-23]試驗表 明，交 替灌溉 可以作為有限水資源的半 干旱 地區(qū)杏樹的灌溉方 式，也是干旱綠洲地 區(qū)棉 花種植的有 效灌溉 方式。對于大麥和水稻種 植，交替灌溉 可減少用水投入而 沒有 明顯的產(chǎn)量降低[24-25]。

2 根系分區(qū)交替灌溉的田間應(yīng)用

徐曉峰等[26]試驗證明，對于糧食作物、經(jīng)濟作物、蔬菜和果樹等 均可 采用交替灌溉，在不顯 著影響產(chǎn)量的情況下，提高灌溉水利用效率，且投資少，易于接受和掌握。在實際應(yīng)用中，交替灌溉應(yīng)因地制宜的采用適當(dāng)模式。對于寬行距種植的 果樹 ，可采 用隔溝交替灌溉系 統(tǒng)、交替微噴灌系統(tǒng)、交替 穴灌系統(tǒng)、田間移動式控 制性 交替滴灌系統(tǒng)等方式[27]。對于均勻種植的大田作物，可采用大水量灌與小水量 灌交替進(jìn) 行的供水模 式[28]。隨 著大田試 驗研究 的深入，新的根系分區(qū)交 替灌 溉大田實現(xiàn)模式不 斷涌現(xiàn)，如水肥 異區(qū) 交替灌溉，大水漫灌極 易引 起水溶性肥料向深層滲漏損失，施肥與灌水在 不同 的溝中進(jìn)行 ，可以有效減少肥料淋溶。

以上 幾種 灌水技術(shù)各有優(yōu)缺 點，其中 隔溝交替灌溉系統(tǒng)可大量節(jié)約用水，是目前果園最 具推廣潛力的方法 。對于山坡、丘陵地區(qū)，可采用分區(qū)交替穴灌或溝灌系統(tǒng)。經(jīng)濟條件較好的地區(qū)可以采用分區(qū)交替滴灌、滲灌或微噴系統(tǒng)。

3 前景與發(fā)展建議

對于交替灌溉的研究，已取得了大量成果，但多集中于對各種作物生理、產(chǎn)量、品質(zhì) 等情況的試驗研究，交替灌溉技術(shù)仍未大規(guī)模推廣，今后應(yīng)在以下方面展開相關(guān)研究與實踐。

3.1 開發(fā)相應(yīng)的配套設(shè)備

從技術(shù)的可操作性分析，目前生產(chǎn)中還缺乏與根系分區(qū)交替灌溉配套設(shè)備，同時需要與農(nóng)機、施肥、植保、良種等其他現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技相配套的綜合措施。設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、適合田間使用的灌溉設(shè)備，提高生產(chǎn)率和灌溉水利用效率，加速該技術(shù)的推廣

3.2 擴大研究領(lǐng)域

通過 營造 根區(qū)的水分環(huán) 境梯 度差異，交替灌溉在一定程度上 挖掘 了作物本身的節(jié)水 潛力 。目 前有關(guān)交替灌溉的生理生長 、產(chǎn)品產(chǎn)量、品質(zhì)影響等 方面的研究較多，將來應(yīng)擴大該技 術(shù)研 究范圍。例如該技術(shù)是 否會 影響作物的生育進(jìn)程，能否用于調(diào)控花卉等作物開花時期。作物在生命周期的 不同 時期，對水分 的需求特性 差異 較大，最佳調(diào)虧生育階段和歷時等方面有所不同[29]。根系分區(qū)交替灌溉技術(shù)的深入研究 ，應(yīng) 結(jié)合土壤物理 、農(nóng)業(yè)氣象、農(nóng)田水利等多學(xué)科 知識，使此 項技術(shù)的研究更 加系統(tǒng)化和定量化，為其可操作性提供理論依據(jù)。