本文摘要：交替灌溉發(fā)展到現(xiàn)階段，這篇 農(nóng)業(yè)灌溉論文 認(rèn)為能否尋求到根區(qū)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(zhì)、不同作物交替灌水后土壤水分運(yùn)
交替灌溉發(fā)展到現(xiàn)階段，這篇農(nóng)業(yè)灌溉論文認(rèn)為能否尋求到根區(qū)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(zhì)、不同作物交替灌水后土壤水分運(yùn)動、地表蒸發(fā)、根系分布情況等綜合交替灌溉指標(biāo)的變化問題還需要進(jìn)一步研究�！�節(jié)水灌溉》雜志是中國節(jié)水灌溉專業(yè)領(lǐng)域唯一向國內(nèi)外公開發(fā)行的技術(shù)類刊物。創(chuàng)辦的宗旨是：在中國大力宣傳、推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，準(zhǔn)確及時地傳遞國內(nèi)外有關(guān)節(jié)水灌溉技術(shù)研究的新動態(tài)、新成果和新信息;既能滿足廣大科技人員獲取信息指導(dǎo)其科學(xué)研究的要求，又能滿足廣大管理人員和操作人員學(xué)習(xí)理論應(yīng)用于實際工作的要求。
摘要：我國發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)意義重大。交替灌溉將生物節(jié)水與農(nóng)業(yè)灌溉有效結(jié)合，具有良好的發(fā)展前景。綜述交替灌溉的研究背景、根冠通訊理論、節(jié)水機(jī)理、增產(chǎn)機(jī)理、應(yīng)用效果及存在問題，以期為開發(fā)新的高效節(jié)水灌溉技術(shù)提供理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：交替灌溉;根冠通訊理論;節(jié)水機(jī)理;增產(chǎn)機(jī)理;研究進(jìn)展
我國水資源短缺、農(nóng)業(yè)灌溉水浪費(fèi)嚴(yán)重等問題日益突出，已成為抑制中國經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的“瓶頸”。我國農(nóng)業(yè)用水約占總用水量的70%～80%，但農(nóng)田灌溉水有效率遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平，水分的生產(chǎn)效率不足1.2kg/m3。因此，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)具有非常重要的意義。交替灌溉技術(shù)被認(rèn)為是近年來節(jié)水灌溉領(lǐng)域的重大突破之一。該技術(shù)體現(xiàn)了生物節(jié)水與農(nóng)業(yè)灌溉等學(xué)科的有效結(jié)合，能夠在一定程度上挖掘作物本身的節(jié)水潛力，并已在一些作物的應(yīng)用中產(chǎn)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(jié)水機(jī)理、增產(chǎn)機(jī)理、效果與應(yīng)用及存在問題等內(nèi)容，為開發(fā)適于我國生態(tài)、經(jīng)濟(jì)水平的高效節(jié)水灌溉技術(shù)提供理論依據(jù)。
1交替灌溉研究背景
在20世紀(jì)60—70年代，國外已在一些農(nóng)作物上嘗試運(yùn)用隔行和隔溝等灌溉方法，在改變傳統(tǒng)灌溉方法的基礎(chǔ)上，對作物的水分效率(WUE)和地表蒸發(fā)進(jìn)行了相關(guān)研究，但在農(nóng)作物節(jié)水機(jī)理方面未深入研究[1-3]。20世紀(jì)90年代，有關(guān)學(xué)者對水分脅迫下植物根冠信號原理進(jìn)行深入研究，為交替灌溉提供理論依據(jù)[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(jìn)行了試驗，結(jié)果表明交替灌溉是比較可行的節(jié)水灌溉方式[5]。近幾年，國內(nèi)和國外學(xué)者在交替灌溉方面做了很多工作，目前交替灌溉技術(shù)已經(jīng)逐步應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐。
2根冠通訊理論
交替灌溉的基礎(chǔ)理論為根冠通訊理論。根冠通信理論是指土壤出現(xiàn)干旱脅迫時，作物根系快速感知干旱，以化學(xué)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(fā)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(zhì)
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(chǎn)生并通過木質(zhì)部傳遞到地上的葉片部位，使氣孔關(guān)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(zhì)。玉米分根交替灌溉試驗證明，根系所形成的內(nèi)源ABA能夠作為化學(xué)信號，由根系運(yùn)輸?shù)降厣喜靠刂茪饪讓?dǎo)度[8]。釀酒葡萄的分根區(qū)灌溉試驗發(fā)現(xiàn)，ABA作為正信號物質(zhì)，細(xì)胞分裂素作為負(fù)信號物質(zhì)，共同作用影響葡萄的根冠生理進(jìn)程[9]。還有研究認(rèn)為，植物內(nèi)源ABA與乙烯均為根源信號物質(zhì)，二者共同控制葉片氣孔開度。雖然學(xué)者對根源信號的觀點不統(tǒng)一，但最普遍、最令人信服的是脫落酸ABA[10]。
2.2氣孔運(yùn)動
在植物進(jìn)行光合作用的過程中，氣孔是植物葉片與環(huán)境進(jìn)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(qū)灌溉可降低氣孔導(dǎo)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(jié)水機(jī)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(qū)域干旱，同時進(jìn)行人工調(diào)控使根系在水平或垂直方向的干旱區(qū)域交替出現(xiàn)，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(jié)水灌溉方式。其節(jié)水機(jī)理包括作物蒸騰強(qiáng)度下降和地面蒸發(fā)降低。
3.1作物蒸騰強(qiáng)度下降
作物進(jìn)行交替灌溉時，處在干旱區(qū)的根系發(fā)出水分脅迫信號，該信號傳遞到地上部的葉片進(jìn)而調(diào)節(jié)氣孔開度，使作物蒸騰速率減小;處于濕潤區(qū)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(fā)降低
交替灌溉使地面蒸發(fā)強(qiáng)度降低，由于地面土壤總有部分間歇性地處于干燥狀態(tài)，地表濕潤面積減小，從而可以減少地面的無效蒸發(fā)，與常規(guī)灌溉相比明顯節(jié)水;相對干燥部分的土壤水分含量低，水分傳導(dǎo)速度慢，灌水后通過地面蒸發(fā)而損失的水量減少。該結(jié)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(cè)向入滲明顯加強(qiáng)，入溝水流流速減緩[16]。灌水溝兩側(cè)根區(qū)土壤水分始終處于“異步”動態(tài)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(cè)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(guī)灌溉要少，從而使灌溉用水得到節(jié)約。
4交替灌溉增產(chǎn)機(jī)理
4.1根系補(bǔ)償效應(yīng)
交替灌溉作物處于干燥、濕潤區(qū)的根系間存在補(bǔ)償效應(yīng);循環(huán)供水、土壤干濕交替，使作物根毛數(shù)量明顯增加、表面積增大。濕潤區(qū)域的根系吸水，水分會流向干燥區(qū)域的根系和土壤，使干燥區(qū)的根系生長、營養(yǎng)吸收得以保持[18]。Mackay等研究表明，玉米根系進(jìn)行分根交替灌水后，根部的新生根毛數(shù)量大量增加，表面積明顯增大，導(dǎo)水能力顯著提高，從而緩解了因水分短缺導(dǎo)致的水分和養(yǎng)分吸收不足等問題[19]。
4.2土壤性質(zhì)改善(水、氣、熱)
在交替灌溉條件下，作物根區(qū)的土壤含水量和分布情況與常規(guī)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(guān)[20]。交替灌溉使作物根系層土壤有濕有干，通氣狀態(tài)良好，水、氣、熱、肥力等因素相互協(xié)調(diào)，直接或間接地促進(jìn)土壤水分、土壤養(yǎng)分的遷移轉(zhuǎn)化，有利于植物根系和幼苗的生長。
5交替灌溉效果及應(yīng)用
賈宏濤等在棉花上的研究表明，隔溝交替滴灌既能達(dá)到節(jié)水的效果，又能保證較高的籽棉產(chǎn)量，同時也能明顯增加霜前花的數(shù)量和棉花在纖維方面的品質(zhì)[21]。在加工番茄上的研究表明，分根區(qū)灌水與常規(guī)灌水處理相比產(chǎn)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(jié)果來看，分根區(qū)灌溉可提高果實品質(zhì)，大量節(jié)水而不減產(chǎn)，達(dá)到了提高水分利用效率的目的。交替灌溉技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的推廣方法有隔溝交替系統(tǒng)、隔管滲灌系統(tǒng)及交替滴灌系統(tǒng)(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(tǒng)(移動式)僅能應(yīng)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(yīng)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(xiàn)，但是垂直方向的交替灌溉還只是一種設(shè)想，尚未應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實踐中。
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