作物非充分灌溉适宜土壤水分下限指标研究进展_李百凤

土壤水分下限值是土壤供给植物可利用水分的 临界值 ,当土壤水分含量降低到土壤水分下限值时 ,
收稿日期 :2006209220 基金项目 :国家自然科学基金“半干旱地区农业高效用水的生物学原理及其应用”( KZCX3 - SW - 444) 作者简介 :李百凤 ,女 ,辽宁喀左人 ,硕士研究生 ,研究方向为节水灌溉原理与新技术 。E2mail :libaifeng30 @126. com. 3 通讯作者 :冯 浩 ,男 ,陕西延安人 ,研究员 ,研究方向为水土资源高效利用 。E2mail :nercwsi @vip . sina. com.
人们研究土壤水分与作物光合速率 、蒸腾速率 、 生长产量的关系曲线发现 ,蒸腾速率对土壤水分是 一条向上直线 ,而光合速率对土壤水分是一条开口 向下的抛物线 (如图 1) [6 ] 。两条线迭加形成的拐点 即两条线分离的点为最佳水分生产率峰值点 ,以此 作为最佳土壤水分含量 。而产量对土壤水分曲线也 有一个点 (如图 2) ,此点向下 ,土壤水分含量下降 时 ,会引起作物产量的明显下降 。一般把此点作为 灌溉土壤的水分下限[7 ] 。
土壤性质是影响土壤水分下限值的一个重要因
素 。土壤质地不同 ,含水量及持水能力也不同 (如表 1) 。砂质土壤通气透水性好 ,但保水 、供水性能差 , 易旱 ;粘质土保水能力强 ,但通气透水性差 ;壤质土 既有大孔隙 ,又有毛管孔隙 ,因此不仅土壤通气透水 性好 ,而且保水能力强 。因而粘土要求土壤水分下 限值较高一些 ;对于砂土和壤土 ,因土壤颗粒大 ,孔 隙多 ,要求土壤水分下限值可以稍低 。
土壤水分对植物生长的作用 ,随着作物发育阶 段的生理特性及生育目标而变化 。从总体上讲 ,在
图 2 作物水分生产函数关系曲线 (沈荣开 ,1995) Fig. 2 The curve of crop2water production function
(Shen Rongkai ,1995)
作物生育前期 ,土壤水分可以促进营养生长 ,决定着 苗数的多少和强弱 ;中期对生长和发育有协调作用 , 决定着穗数的多少 ;后期保证其正常灌浆充实 ,决定 着籽粒的重量和质量 。对于同一种作物而言 ,作物 生长的不同阶段对水分亏缺的敏感性不同[12 ] ,敏感 性指标越大的生育阶段 ,其缺水减产的损失愈大 ,是 作物需水关键期 ,在水资源紧缺地区 ,应尽量减少该 生育阶段缺水[13 ] ,即保证在此阶段土壤水分下限值 较高 。
摘 要 : 从三个方面对非充分灌溉技术体系中土壤水分下限指标进行了讨论 : ① 土壤水分下限的概念 ; ② 影响土壤水分下限的主要因素 ; ③土壤水分下限对作物水分生产效率和作物产量的影响 。认为研究中存在的主 要问题有 :土壤水分下限值的研究目前还集中在大田粮食作物及部分经济作物 ,有关瓜果蔬菜作物的土壤水分下 限值有待研究 ;以往对土壤水分下限值的研究较少考虑到作物的旱后补偿或超补偿效应 。
对于供水量与产量的动态关系认识存在两种观
点 ,一种观点认为[1 ]任何时期和程序上的水分亏缺 都将造成作物减产 ,要获取高产须整个生育期保持 充足供水量 ;另一种观点[2 ] 则认为充分供水与适度 控水交替进行 ,即一定程度水分亏缺有利于增产 。 实际上水分亏缺并不总是造成减产 ,例如轻度的水 分亏缺影响叶片扩张生长 ,但并不影响叶片气孔开 放 ,因而对光合作用速率不会产生明显的影响 ,甚至 在某些情况下高于充分供水的植株[3 ] 。又如在中 度水分亏缺条件下 ,气孔导度降低引起蒸腾速率大 幅度下降 ,但光合速率下降并不明显 ,因为水分散失 对气孔开度的依赖大于光合作用对气孔的依赖[4 ] 。 山仑等研究指出 ,干旱缺水并不总是降低作物产量 , 一定时期的有限亏缺可能对增产和水分利用有利 , 对这一过程可以解释为 :干旱缺水对作物的影响有 一个从“适应”到“伤害”的过程 ,不超过适应范围的 缺水 ,往往在复水后 ,由于产生了生理上 、水分利用 和生长上的补偿效应 ,将对作物增产更为有利[5 ] 。
2 28 干旱地区农业研究 第 25 卷 就会对作物的生长发育及产量造成明显的影响 ,此 时灌溉补水可以解除干旱威胁使作物正常生长 。
图 1 土壤水分与光合 、蒸腾速率关系 (陈玉民 ,1999) Fig. 1 The relations of soil moisture and phoeosynt hrtic
rate , transpiration rate (Chen Yumin ,1999)
2 影响土壤水分下限的因素
2. 1 作物种类 作物种类不同 ,对土壤水分下限要求不同 。一
般来说 ,C4 作物的土壤水分下限比 C3 植物低 。C3 植物如稻 、麦 、棉等作物 ,对于干旱缺水没有特殊的 生理适应 ,其所能经受的干旱胁迫程度较小 ,要求土 壤水分下限值较高 。而 C4 植物有专为适应旱热而 演变出来的生理调节方式 。如玉米 、高粱等 ,当其干 旱缺水时 ,呼吸的消耗增多不大 ,在光能的利用上比 C3 植物高 ,能够经受较大的干旱胁迫 ,因而其所要 求的土壤水分下限值较低 。
第 25 卷第 3 期 2007 年 5 月
干旱地区农业研究 Agricultural Research in the Arid Areas
Vol. 25 No. 3 May. 2007
作物非充分灌溉适宜土壤水分下限指标研究进展
李百凤1 ,3 ,冯 浩1 ,2 ,3 3 ,吴普特1 ,2 ,3
(1. 中国科学院水利部水土保持研究所 , 陕西 杨凌 712100 ; 2. 西北农林科技大学 , 陕西 杨凌 712100 ; 3. 国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心 ,陕西 杨凌 712100)
3
3
有效水最大含量
3
9
Maximum aபைடு நூலகம்ailable water
沙壤土 Sand loam
18 5
13
轻壤土 Light loam
22 6
中壤土 Medium loam
24 9
16
15
重壤土 Heavy loam
26 11
15
粘土 Clay 30 17
13
表 2 黄棕壤不同容重的田间持水量与水分状况 Table 2 Water content and field capacity in different soil bulk density conditions of yellow2brown soil
表 1 不同质地土壤水分含量参数 ( %) Table 1 Parameters of soil moisture in different texture
项目 Item
粗砂土
绵沙土
Coarse sandy loam Sandy soil
田间持水量 Field capacity
6
12
蔫萎系数 Wilting coefficient
关键词 : 土壤水分下限值 ;水分生产效率 ;灌溉指标 ;非充分灌溉 中图分类号 : S275 文献标识码 : A 文章编号 : 100027601 (2007) 0320227205
在水资源短缺越来越严重的形势下 ,实施由传 统的丰水高产向节水高效的非充分灌溉转变为大势 所趋 ,而在非充分灌溉技术体系中 ,确定适宜的土壤 水分下限指标 ,是非充分灌溉研究的重要内容 。
本文对土壤水分下限值作为灌溉指标的研究进 展进行了总结 ,重点论述了影响土壤水分下限值的 主要因素以及土壤水分下限值对作物水分生产效率 和作物产量的影响 ,同时针对其在应用中存在的问 题提出相应的建议 。
1 土壤水分下限的概念
土壤含水率的大小与作物的生长有着密切的关 系 ,对某一种类的作物 、某一类型的土壤和气候区 , 当土壤含水率降到一定的范围时 ,作物生长受到限 制 。一般情况下 ,当土壤含水率介于作物生长阻滞 含水率与田间持水率之间时 ,作物生长正常 ;当土壤 含水率介于凋萎含水率与作物生长阻滞含水率之间 时 ,作物将处于中度受旱状态 ;当土壤含水率接近凋 萎系数时 ,说明作物严重受旱 。
蔡焕杰 、康绍忠[8 ]等在甘肃省民勤县的春小麦 实验表明 ,在分蘖 —拔节阶段 0～60 cm 的土壤含水 量可以降低到田间持水量的 45 %。新疆乌兰乌素 棉花蕾期中旱处理的土壤水分下限值为田间持水量 的 50 %[8 ] 。朱成立等研究表明 ,冬小麦拔节 —抽穗 期的水分胁迫指标为 65 % (占田间持水量) [9 ] 。王 友贞等研究得出水稻旱作覆膜条件下拔节 —孕穗期 的适宜灌水下限为 85 %[10 ] 。张喜英等研究表明 , 高粱在大于田间持水量的 42 %～45 %以上的土壤 湿度环境生长 ,水分对高粱的光合速率 、气孔导度 、 叶水势是等效的 ,谷子的这个指标在 50 %左右[4 ] 。 辣椒在全生育期以 75 %田间持水量作为下限对植 株发育及产量最有利[11 ] 。 2. 2 作物生育阶段
土壤容重也是影响土壤含水量的一个重要因素 (表 2) 。土壤变紧实时 ,吸持的水分减少 ,土壤水分 下限降低 ,即使是相同的土壤含水量 ,但紧实度或垒 结特性不同 ,水分受到土壤吸力不一样 ,土壤水分可 供植物利用的程度不一样 。当土壤疏松到某种程度 时 ,土壤能够充分显示它的持水能力 。持水量增高 了 ,而增加的水分又多数是植物可利用的部分[19 ] , 相应的土壤水分下限值也降低了 。
茆智 、崔远来 、李远华等对水稻进行的非充分灌 溉试验研究表明 ,水稻的敏感指标在拔节孕穗期最 大 ,其次是抽穗开花期及分蘖期 ,成熟期最小[14 ] 。 王友贞等研究表明 ,水稻旱作覆膜条件下 ,分蘖期 、 拔节孕穗期 、抽穗开花期和乳熟期的适宜土壤水分 下限分别为 70 %、85 %、80 %和 70 %[10 ] 。梁银丽对 黄土高原旱区优势作物夏玉米不同生育期的敏感指 标及其变化规律研究结果表明 ,夏玉米在拔节 —抽 穗和抽穗灌浆期对缺水最为敏感 ,拔节 —抽穗期同 时也是夏玉米蒸发蒸腾量最大的时期[15 ] 。王宝英 等试验研究表明 :在全苗 、壮苗的基础上 ,夏玉米孕 穗之前 , 纯 属 营 养 生 长 , 土 壤 水 分 下 限 可 控 制 在 60 %～65 %范围内 。灌浆期后 ,玉米颗粒基本定型 , 对土壤水分要求不高 ,下限保持在 60 %左右 ,即可 满足灌溉充实的要求 。孕穗至灌浆期间 ,玉米生殖 活动旺盛 ,必须保持较高的土壤水分条件 ,下限一般 控制在 70 %为好[16 ] 。