我国设施农业节水灌溉研究现状及发展

我国设施农业节水灌溉研究现状及发展1

伍德林1, 2，毛罕平1

1．江苏大学江苏省现代农业装备与技术重点实验室，江苏镇江 (212013)

2．安徽农业大学工学院，合肥（230061)

E-mail：maohp@

摘要：在温室土壤－作物－环境连续体中，作物水分损耗、吸收和水分利用一直是研究的热点。在温室内，作物精量灌溉必须要考虑何时灌和灌多少两个方面的问题。对温室作物需水规律研究、温室作物灌溉决策的定量指标研究、作物需水信息检测装置研究和温室设施湿度控制策略研究方面对我国设施农业节水灌溉研究的现状进行了分析。最后，初步提出了进一步研究的建议。

关键词：温室；节水灌溉；需水规律；需水信息；湿度控制

1. 引言

农业发展进入了从传统农业向现代农业转化的新阶段，优质、高产、高效已成为现代农业的发展方向。在这一过程中，设施农业发挥着重要作用。我国设施农业面积虽居世界首位，目前全国设施园艺面积已超过210万公顷，但产量仅为世界先进水平的1/3。其中的一个重要原因是设施内灌溉技术落后，严重影响设施内的环境状况，使其未能充分发挥节水增产的巨大作用。设施内的水分调控必须依据作物种类、品种和各生育期对设施内空气湿度和土壤湿度的要求进行适时、适量的调节控制。Hillel指出，节水灌溉理论研究的根本目的并非单纯节约用水，而是通过供水和其它环境变量的优化提高劳动生产率。从这个意义上，国外更多把节水灌溉称为如何高效用水。节水农业的最终目的是提高单位水资源的农业产出效率，在农田尺度上就是提高作物对土壤水分的利用效率，即消耗单位土壤水量而获得的经济产量。

灌溉是温室作物栽培中唯一水分来源，灌溉用水消耗量大。温室设施是一个半封闭体系，与大田作物栽培相比较，湿度高，室内风速度较低，水分－土壤－植物－空气有着独特的封闭性特点。因此，在充分利用灌溉水效率基础上，按需精量灌溉策略成为设施园艺作物水分管理的重要内容，在一天中，根据环境条件决策灌多少（即灌溉量）、根据作物需水信息决策什么时候灌（即灌溉时机）是温室作物生产灌溉管理中需要确定的两大基本问题。因此研究温室设施中作物节水灌溉理论与技术，同时结合温室湿度控制策略，有效控制实施温室作物灌溉量，缓和温室高湿环境的矛盾，这对指导温室作物精量灌溉与按需灌溉，进一步提高灌溉水的利用率和生产效率，改善温室作物的生长环境，以及改善作物品质与提高产量均具有十分重大的意义。

2. 温室作物需水规律研究

研究设施栽培条件下作物需水量及其变化规律，是做好设施农业节水灌溉、精量按需灌溉的前提和基础。温室目前主栽蔬菜（如黄瓜、蕃茄等）需水量的研究工作起步较晚，相对大田作物而言，没有一套成熟的计算方法。

随着节水灌溉理论研究的进一步发展，国内学者开始对温室栽培作物的灌水上限进行试

1本课题得到基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20040299004)、江苏大学博士创新基金资助项目的资助。

验研究，并提出了不同蔬菜的灌水上限。贺忠群等[1]采用水分张力计控制滴灌系统对温室黄瓜开花结果期适宜灌溉土壤水分上限进行了研究，确定适宜的灌溉上限、灌溉次数和灌溉量。认为秋延后温室黄瓜栽培在滴灌条件下，开花座果以灌水上限为90%，灌水次数10次，总灌溉定额为1934.76m3/hm2为宜。王绍辉等[2]对不同土壤含水量对日光温室黄瓜生理特性影响进行了试验研究，结果表明，当土壤含水量为饱和含水量的85－90%时，根系活力较高，光合速率较强，气孔阻力较小；当土壤含水量达到饱和含水量的55－60%时，黄瓜植株容易发生水分胁迫。部分学者[3,4,5]也研究了温室－作物－环境体系中水热耦合问题，讨论了温室中影响作物生长的水分和热量在温室中的流动和作物的需水规律和灌溉指标。

因此，通过试验研究和分析，确定节水灌溉条件下作物的灌溉指标是温室设施作物节水灌溉理论研究需要解决的首要问题。但局限的是，大多数学者均是针对作物某一具体生长阶段进行试验研究，缺乏对全生育期内作物的需水规律进行实验研究，并建立作物的需水量与环境参数之间的变化关系；同时由于地域和气候差异，缺乏不同地域和不同棚型的数据验证，从而局限了节水灌溉技术的推广。

将作物水分生理调控机制与作物高效用水技术紧密结合开发出诸如调亏灌溉（RDI）、分根区交替灌溉（ARDI）和部分根干燥（PRD）等作物生理节水技术，可明显地提高作物和果树的水分利用效率。陈新明、蔡焕杰等[6]提出了局部控水灌溉温室大棚番茄需水耗水信息研究，比较了正常灌溉和局部控水灌溉情况下，研究了番茄的根须数量、气孔导度、叶水势和蒸腾速率变化，并比较了番茄生育期的耗水量和产量，认为局部灌溉虽然减少了番茄的根须数量，降低了番茄叶片光合速率蒸腾速率、气孔导度和叶水势，但提高了番茄的根系吸水力和根冠比，抑制了番茄的无效生长，同时可以降低温室内湿度，增加了土壤的通透性，减少了作物病虫害，可以使番茄的品质得到明显改善，提高了水分生产率，实现以水调质功效，从而为研究适合不同地区的非充分灌溉制度提供基础数据和支撑。作物调亏灌溉的发展和实施对温室农业的发展和精确农业的应用具有重要意义。

3. 温室作物灌溉决策的定量指标研究

在温室设施内，考虑土壤-作物-大气连续体（SPAC），用于灌溉决策的定量指标有3种：1）根据土壤水分状况确定灌溉时间和水量，考虑的因素包括不同作物适宜水分上下限、不同土壤条件、土壤水量平衡方程及参数选择等；2）根据作物对水分亏缺的生理反应信息来确定是否需要灌溉，常用的指标包括作物冠层温度相对环境温度的变化、茎果缩涨微变化、茎/叶水势、茎流变化等；3）根据作物生长的小环境气象因素的变化确定灌溉的时间和作物的灌水量，通过气象因素确定作物的蒸腾蒸发量来进行灌溉决策。

3.1 土壤指标

利用土壤信息控制作物灌溉量可以间接得出作物的需水信息。包括土壤含水量和土水势两方面。用土壤含水量诊断作物缺水已较为成熟，主要包括称重法、电阻法、时域反射仪、射频反射仪等，实时监测土壤水分。目前在温室设施内应用较多的是采用时域反射仪（TDR）、张力计进行土壤水分和水势监测。以土壤水分运动和平衡为中心的土壤－作物－大气系统模拟，从简单的水均衡模型到复杂的水动力学模型，但在模拟作物生长和蒸腾与土壤水分有效性方面较差，且基本上不考虑地上部分作物生长以及光合作用对地下根系生长和吸水的影响。