交替灌溉论文：分根交错灌输发展趋向范文

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作者：曾芳钰衣华鹏单位：鲁东大学地理与规划学院

控制性交替灌溉的理论

1根源信号原理

当植物受到水分胁迫时，会做出许多反应，一般表现为关闭气孔减少蒸腾、渗透调节能力和抗氧化能力提高、产生抗逆蛋白等。土壤水分缺少对植物根系有刺激作用，植物的根系细胞内会产生大量脱落酸（ABA），脱落酸像信使一样把干旱的信号转导到叶片，使叶片识别并关闭气孔，从而使蒸腾速率降低。值得注意的是，调节叶片气孔导度的不仅是根源信号，叶片气孔导度同时也受周围微气候的影响，如光量子流密度、叶周围水汽压。研究表明，叶周围水汽压的增加在不影响叶水势的情况下可提高气孔导度。

2分根交替理论

随着土壤水分的减少，植物的气孔开度逐渐收缩甚至关闭时，植物的蒸腾速率降低，同时伴随着光合速率也会下降，但蒸腾作用下降速率远远大于光合作用的下降速率。此时对植物一部分根系进行灌水，保持部分根系、叶片湿润来避免植物极度缺水，而另一部分根系则在缺水状态产生根源信号ABA，并由根部传导到叶片，使叶片气孔收缩甚至关闭，从而减少蒸腾损失，提高了水分的利用效率。在保持光合速率同时减小蒸腾速率，不仅在减少灌水量的条件下保证作物产量基本不变，还能够提高个别作物的N、P含量，从而提高作物的质量。

控制性交替灌溉的特点

控制性交替灌溉的主要优势在于可以达到节水和保持作物产量基本稳定不变，同时对提高作物质量及改善土壤环境有着不可忽视的作用。其特点主要表现在以下几个方面，一是通过对植物根系的干湿交替锻炼让植物自身调节产生适应性强的根系。在进行干湿交替转换时，对植物的根部进行锻炼，植物根系生长的向水性和植物的补偿性生长促进植物根系生长，通过对植物根系进行干湿交替锻炼来增强根系的吸收性。二是通过气孔关闭降低植物的蒸腾作用。植物在收到根源信号时收缩甚至关闭气孔，减少蒸发，由于蒸腾速率的减少远远大于光和速率的减少，所以大大降低植物不必要的蒸腾作用，在土壤中储存水量供植物根系吸收利用。三是降低了棵间土壤蒸发和减少冗余的土壤水渗漏。分根交替灌溉在减少棵间土壤蒸发的同时尽可能地避免植物缺水而造成减产。与常规灌溉相比，分根交替灌溉能够使田间保持1/2处湿润的状态，因此当干旱部分进行灌溉时，土壤水分的渗透过程在很大程度上是基质势和重力势共同起作用，土壤水分首先进行水平运动，在土壤水达到一定深度时垂直运动才会更加明显。四是有利于缓解土壤盐渍化。

分根交替灌溉交替性地对田间部分土壤进行灌溉，使土壤局部保持湿润环境，这就减少了棵间土壤蒸发量，很大程度上限制了土壤根系层的积盐和返盐。分根交替灌溉不可能彻底把土壤多余盐分排除到土壤外，但能限制水分渗透到含盐量比较高的下层，限制了土壤的大量蒸发，进而限制了土壤由于蒸发而造成的含盐量增加。五是有利于植物对土壤营养的吸收。由于分根交替灌溉使植物有明显的根系生长的向水性，植物的根系长度、根密度发育旺盛，有利于对土壤中养分的吸收。

分根交替灌溉的应用

1水平方向分根交替灌溉

即在水平方向上对植物进行分区交替灌溉，使根区在水平方向进行干湿交替锻炼。这种方法推广性强，方便简洁。康绍忠等对比盆栽玉米常规灌溉，控制1/2和1/3根系交替灌溉、控制1/2和1/3根系固定灌溉试验结果，表明控制性分根交替灌溉在降低耗水34.4%～36.8%的基础上，生物量仅下降了6%～12%，且在1/2交替灌溉区可以促进植物根系在土壤中均匀分布。有利于植物的补偿性增长。但同时认为水分胁迫对玉米在不同阶段的叶片叶绿素合成有很大影响，应在玉米生长不同阶段引入传统灌溉，如在苗期、拔节期增加灌水量。潘英华等在民勤沙漠绿洲区的研究认为，大田应用分根交替灌溉与常规沟灌相比可节约水资源近33.3%；在新疆地区进行研究表明，分根灌溉与常规灌溉比较，籽棉总产量减少了8%，但节水却达30%。且由于在霜降前采棉收获的籽棉总量要高于常规灌溉，又因为霜前花价格高于霜后花15%～20%，所以价格优势补充了棉花在后期的减产。使用分根交替灌溉还可抑制棉花在生长过程中期因生长旺盛造成的蕾铃脱落、成熟期延迟、霜前花减少等问题。

汪耀富等通过对烤烟的分根交替灌溉发现，分根交替灌溉与传统灌溉相比不仅节省了41.07%的灌水量，且有助于提高烟叶产量及烤烟的品质。周琼等试验得出，分根交替灌溉和施用钾肥有利于百合中糖分的积累，在一定程度上能够减缓丙二醛的积累，提高百合的质量，减缓百合的衰老。CU和Loveys等通过对酿酒葡萄进行的分根交替灌溉研究表明，虽然葡萄产量有所下降，但其节水效率相对于常规灌溉提高了58.79%。Kirda等对蕃茄等果蔬的研究发现，相同灌水量条件下APRI处理比其他亏缺灌溉处理的产量高7%～10%，而且其水分利用效率比充分灌溉处理提高了44.66%～56.31%，商品果产量在品质不变的情况下则增加了10%～27%。

2垂直方向分根交替灌溉

即对植物的根系在垂直方向上进行交替灌水，使植物根系在垂直方向上保持不同干湿度。这种方法操作难度较大，不易推广，但具有较高节水效应。分根垂向交替灌溉不仅能够大幅度的节约水资源，还能够提高作物的渗透调节能力，从而使作物降低了关闭气孔的临界值，使光合作用加强，增加了营养器官给生殖器官的光合产物，促进作物的生长。史文娟等的研究中表明，垂向交替灌溉的玉米干物质量和水分利用效率要优于表面灌溉和底部灌溉，间隔5d交替灌溉比表面灌溉和底部灌溉节水量分别提高了26.0%和26.2%，且作物产量分别提高了32.7%和47.2%。

今后的研究方向

分根交替灌溉已取得了很多研究成果，但仍存在许多问题需要进一步研究。一是探寻适宜不同类型土壤的分根交替灌溉方法。二是对不同类型的作物进行深入研究，探寻不同作物根部的利用气孔调节水分的最优需水值，以及在分根交替灌溉下能提高植物品质和质量的植物。三是将分根交替灌溉同水肥耦合技术相结合，最大程度的节水且提高作物产量。四是进一步研究分根交替灌溉及控制水分灌溉对盐碱化土壤的优化作用，促进土壤盐碱化严重地区粮食的增产。五是将分根交替灌溉同工程灌溉技术进行更深层次的结合，促使节水技术在农业生产中普及推广。六是探索最具指导意义的分根交替灌溉模型，提出不同土壤、不同作物、不同大气环境及水文环境条件下的分根交替模型量，用来指导节水农业提出生产实践。