有限控灌技术特征及节水高产机理的初步探讨

有限控灌技术特征及节水高产机理的初步探讨

宁夏农科院资环所　桂林国

1.农业灌溉的理论及特征

农业灌溉在理论和技术两方面都取得了丰富的成果。充分灌溉理论很早就已形成，它是以充分满足作物在各个生育阶段的水分需求，追求单位面积产量最高为基本特征。以充分灌溉理论为指导形成的“丰水高产型”灌溉模式被认为是传统的常规灌溉而广泛应用于我国的灌溉农田。但由于“丰水高产型”灌溉模式过于追求产量最高，使水分利用效率较低。随着世界水资源危机的日益加剧，灌溉已成为农业持续发展十分突出的问题。传统的充分灌溉理论及相关技术模式具有不可避免的缺陷，其负面效应日益显现。因此，一种和“丰水高产型”的充分灌溉理论与技术模式相对应的非充分灌溉理论及其技术模式在农业灌溉的具体实践中初步产生。非充分灌溉是指在水源不足的条件下，允许作物某一时段遭受一定程度的水分亏缺，把有限的灌溉水量灌到对作物产量贡献最大的生育阶段，以确保获得总产量和效益最佳。非充分灌溉是以按作物的需水关键期进行灌溉为技术特征。最近，国内对调亏灌溉理论及技术模式也进行了初步研究。调亏灌溉不同于传统的丰水高产灌溉，也有别于非充分灌溉，它是从作物生理角度出发，根据作物对水分亏缺的反应，人为主动地施加一定程度的水分胁迫，以影响作物的生理和生化过程，对作物进行抗旱锻炼，通过提高作物后期的抗旱能力，达到节水增产的目的。调亏灌溉是以按作物一定时期一定程度的亏水灌溉为技术特征。

2.有限控灌的含义及技术特征

有限控灌是针对大田生产中的地面渠灌而提出的一种灌溉模式，其含义是有限度的控制灌水。无论是以适时适量为技术特征的“丰水高产型”灌溉模式，还是以作物需水关键期进行灌溉为技术特征的非充分灌溉模式，以及以作物一定时期一定程度的亏水灌溉为技术特征的调亏灌溉模式，在我国以大田地面渠灌为主导的灌溉方式下，推广应用都有一定的局限性。有限控灌就是试图将非充分灌溉和调亏灌溉的理念及技术特点相互结合在一起，在作物生长期内及时供水和有限调亏控水相结合，适时充分满足关键需水期的水分供应，以水分反应最不敏感期（一般为苗期）为主动调亏控水阶段，其它生育阶段主要通过对自然降水和土壤深层水的调节利用，达到作物高产稳产与节约灌溉用水目标的统一。有限控灌技术既充分考虑了作物需水关键期的水分供应，也考虑了人为主动调亏土壤水分进行抗旱锻炼的作用，既发挥了自然降水的增产效应，也发挥了土壤深层水作为干旱胁迫缓冲器的作用，使作物生长避免受到严重干旱的危害。

由表1可见，有限控灌在理论依据、灌溉模式特征、灌溉湿润深度、灌溉间隔期、灌水的依据、适宜的作物等方面与传统的常规灌溉都有所不同。在作物需水关键生育期及时灌水，在水分非敏感期进行有限控水，尽可能延长灌水间隔期，进行少次多量的低频率灌溉，以强化“土壤水库”的调控作用，提高降水资源有效利用是有限控灌的基本特征。总的来看，有限控灌的技术要素更适合现行地面渠灌的条件，具有较大的推广应用前景。

表1　有限控灌与传统的常规灌溉技术特征比较

3.有限控灌节水高产机理初探

有限控灌是有限度的控制灌水，既要控制灌水，减少灌水次数和灌水量，又要使作物产量达到高产稳产，其机理初步认为有以下几个方面。

3.1　农作物自身对缺水具有较强的调节适应能力

一是水分亏缺对作物造成伤害，但并不是每个生育时期任何程度的缺水都会使作物减产，往往某一生育阶段有限水分亏缺会造成作物生长发育的延缓，但对于亏缺解除后的生长发育进程及产量的最终形成反而有利，产生补偿效应。这种补偿效应可能是作物自我抵御短期、不定期或难以预期干旱环境的一种手段。干旱不一定总是有害，作物生长过程中适当给予水分胁迫可增强后期的抗旱能力，避免植株旺长消耗过多水分和营养物质。研究表明，小麦在抽穗到灌浆早期是对水分亏缺最敏感的时期，在敏感期土壤水分充足时早期中度干旱并不影响小麦产量。二是适度的干旱环境有利于作物根系发展下扎，提高作物利用土壤深层水分的能力。研究表明，玉米苗期适当减少水分能促进根系下扎，对后期的生长发育有利。干旱导致土壤表层根量减少，深层根量所占比例增大。干旱有利于物质向根系运输，增强根系功能，使根冠比增大，提高抗旱能力。干旱条件下一般作物根系生长相对增加，以提高根系吸收土壤水分的能力，最终减轻水分胁迫对其生长的影响。

3.2　有限控灌有利于对降水资源的有效利用

有限控灌的核心是减少灌水次数，尽可能延长灌水的间隔时间，使不定期的降水与灌溉水重叠的机会减少，有效扩展了降水资源发挥增产作用的空间。同时由于灌水间隔期长，也增加了作物对土壤深层水分的消耗量，腾空了“土壤水库”蓄水的空间，既使在降大雨的情况下，也能将雨水资源蓄纳在土壤中，减少了渗漏损失。因此，有限控灌是将灌溉农业和旱作节水农业并重，灌溉水和降水相结合的有效途径。通过提高降水对作物耗水的贡献率，使降水在作物水分供应中的作用得以充分体现。

3.3　有限控灌有利于“土壤水库”发挥调控作用

作物生长发育阶段，土壤中储存的水分资源量是实施有限控灌的重要保证因素。张喜英研究认为，在灌溉农田，100cm以下土层中土壤水分含量变化幅度较小，特别是140cm以下，土壤水分含量基本无变化，常年维持在较高水平。李开元（1995）认为，黄土高原沙壤、轻壤和中壤3种土壤2m土层有效贮水量可达310mm、350mm和370mm。在灌溉农业中，虽然部分水源来自地表水和地下水，但土壤水仍是对其供水的基础。有限控灌可使“土壤水库”的蓄水、供水和干旱胁迫缓冲器的功能得到发挥，“土壤水库”效应的发挥也是在减少灌水次数情况下，作物获得高产的重要因素。

3.4　有限控灌有利于提高水分利用效率

大量的试验资料已经证明，在一定的土壤湿度变化范围内，适当降低土壤湿度并不影响作物的光合效率，但可以起到明显降低耗水量的作用。光合效应试验显示，光合速率虽然随着土壤湿度增加而明显提高，但当土壤湿度达到一定值（相对湿度13%～17%）时，此时再提高土壤湿度就明显增大无效耗水量。在好的供水条件下，作物产量与耗水之间成显著抛物线关系，高的耗水量并不能获得最高产量及高的水分利用率，这说明在节约大量用水的同时，一定时期的适度干旱可以实现作物的高产。科学调控土壤水，在产量不降低的条件下，可减少作物蒸发量，不但提高了水分利用率，而且降低了成本，增加了经济效益。小麦苗期控水使表土疏松干燥，可有效降低前期土壤蒸发，是以生态节水为主的关键期。同时苗期控水可达到耗水重心后移，强化土壤深层水利用，对较少水分供应表现出明显的超补偿效应。玉米苗期调亏受旱可使玉米需水量减少9.7%～20.2%，但对产量影响很小。因此，以需水关键期进行充分灌水和以水分非敏感期苗期进行调亏控水为基本特征的有限控灌技术有利于创造干湿交替的作物生长的环境，从而为作物实现既节水又高产的目标提供了技术措施与途径。