界期减少灌水 ,而把有限的水量集中在作物的需水临界期。 从这种意义上来讲,非充分灌溉是对干旱逆境的一种被动适应策略。

调亏灌溉与充分灌溉的区别不仅在于前者存在水分亏缺,更重要的是对作物生长最佳

水分状态的不同理解。 按照传统灌溉理论,供水充足,作物生长旺盛,单位面积产量高,即认为作物处于最佳水分状态。 而调亏灌溉的研究表明,在作物生长的某一阶段进行调亏处理, 可以不减少或增加产量[4 ]。 如果调亏灌溉和密植相结合,调整作物的群体结构,则增产效果更好[ 5]。这表明,作物供水充分并不一定是适于高产的最佳水分环境。如果将调亏灌溉对作物品质的改善等因素考虑进去,以高产、优质、节水作为最终的追求目标,这种现象会表现的 更加明显。 因此调亏灌溉对原来的一些认识提出了质疑。

调亏灌溉与非充分灌溉的主要区别在于前者从作物的生理角度出发,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 ,提高作物的后期抗旱能力。即通过作物自身的变化实现高水分利用率。因此调亏灌溉是一种主动利用水分胁迫正面影响的灌溉技术,是对传统灌溉理论的一种突破。

尽管调亏灌溉开始主要以提高水分利用效率为目标,但是调亏的效果已远不止于此。调 亏灌溉还可以控制营养器官生长,减少生长冗余,使果树高度变低,剪枝量下降,仅经过简单 的水分调控措施使果树从乔化稀植转变成矮化密植。 而这种转化通常需要经过复杂的育种工作才能实现。 从而节省了劳动量和水肥[5, 6 ]。

调亏灌溉还可以改善果实的品质。果树试验证明调亏可以提高苹果、梨子等果实中可溶 性固形物的含量,可使某些果实的贮存期延长等[2, 5 ]。 并已有资料证明调亏灌溉对于某些蔬菜的品质改善同样有效。

由此看来 ,调亏灌溉是比传统灌溉技术更科学更有效的灌溉技术,它更紧密地把灌溉和作物的生理特性相结合,用辩证的观点对水分胁迫重新进行评价。在减小有害水分胁迫的同 时,充分利用其正面效应,从而在实现从设施节水到技术节水的转变中又前进了一步。

2 调亏灌溉的节水机理

调亏灌溉是通过控制土壤的水分供应对根系的生长发育进行调控,从而影响地上部分 的生长来实现的。 根是作物的主要器官,地上部分所需要的水分和矿质元素,绝大部分需要根系来提供。根系的生长和发育与土壤水分密切相关 ,对地上部分的生长和最终产量的影响相当大[7 ]。 因此可以通过对土壤水分的管理,实现对地上部分的调控。

根和冠既相互依赖又相互竞争。在一定的环境条件下 ,根与冠的比例有一个相当稳定的数值,这是由作物内部的遗传因素所决定的。当环境条件发生变化时 ,根和冠处于竞争地位, 植物能够自动把所获得的营养分配给最能缓解资源胁迫的器官,使作物所到的伤害程度最 小,以避免物种的灭绝( Bloom , 1985)。这就是所谓的根冠功能平衡学说。按照这种理论,当土壤干旱,生长受到根系水分吸收不足的限制时,同化物将更多地向根系转移,根系的生长 相对有利,而冠的生长受到抑制,地上部分的营养生长缓慢。表现在叶片生长速度下降、叶面 积和其他营养器官减少等。 叶面积减少,意味着即使在同样蒸腾速率下,作物的蒸腾耗水也较小。 营养器官减少,必然引起需水量的下降[1 ]。

实际上,影响蒸腾耗水的更重要因素是调亏对叶片气孔的调控。影响气孔开度的因素很

多。近年来研究发现, ABA是控制气孔开度的主要传输信号。当调亏时期土壤逐渐干燥时,

木质部携带的 ABA信号向叶片输送,叶片 ABA浓度增加,使气孔开度降低、阻力增大,蒸腾速率下降,作物的生理耗水减少,叶片水分利用效率提高[4, 1 ]。

已有研究证明: 作物遭受水分胁迫时,影响最严重的是生长速率和蒸腾速率,其次是光合速率和干物质运输速率,因此减少作物蒸腾耗水是调亏灌溉节水的一个重要方面。

减少棵间蒸发是调亏灌溉节水的另一条有效途径。 在调亏期间,土壤含水量的下限较低,由于表层土壤蒸发和根系吸水,表层土壤的含水量通常都在毛管断裂含水量以下。 在这种情况下,下层土壤水分仅能以水汽方式通过上层的干燥土壤向大气散失,水汽通量很小, 使得土壤蒸发的水量大大减小。 而在一般情况下,小麦、玉米等的棵间蒸发损失要占总需水量的 30% 左右,在苗期比例更大。 相比之下,调亏灌溉减少了棵间蒸发,提高了水分的利用效率。 根据笔者的试验,当玉米苗期调亏下限为田间持水量的 50% 时 (田持为干土重的28% )时,调亏末期 0- 5cm 表层含水量为 6. 8% ,而充分供水处理为 11% 。 和充分供水相比,棵间蒸发减少了 50% 。

3 调亏灌溉的研究进展和存在问题

3. 1 研究进展

调亏灌溉的早期研究主要在果树上进行。 国外学者对桃树、梨树、苹果等在调亏灌溉下作物的生理生化反应、需水规律和调亏时期、调亏程度等作了大量研究,发现调亏灌溉能明 显抑制果树的营养生长,大幅减少作物需水量和剪枝量,而对于果实的产量则影响甚小。 该阶段的研究主要集中在不同果树对调亏的生理和生化反应及其适宜调亏时期和调亏程度 上。 80年后调亏灌溉研究开始从现象向机理深入,以探讨调亏灌溉的节水增产机理[3, 4 ] ,并使之明朗化。 对调亏灌溉在改善作物品质方面的影响也进行了初步研究, 90年代至今的研究持续上述研究的同时,重心由产量的提高转向对品质的改善方面[2, 5 ] ,并开始向调亏灌溉下肥料的利用效率、咸水灌溉等方面扩展[8 ] ,研究的范围也越来越广。

就目前的研究成果来看,研究对象多局限于果树。 而对于大田作物,如小麦、玉米、大豆等,很少涉及。 可能是由于果树属于无限生长的植物,根系发达,亏缺后复水补偿能力较强, 而且营养器官的冗余比较明显,调亏效果显著的缘故。

国内研究起步较晚,从 80年代后期才有学者研究作物水分胁迫后复水出现的生长和光合作用的补偿效应,并开始在果树上进行研究。 90年代后期,开始在大田作物上试验,但是研究成果尚不多见。

实际上,在调亏灌溉概念提出之前,调亏灌溉的思想也早被应用。在我国 ,农民很早就已懂得在玉米苗期减少供水,实行蹲苗,促进根系向深层发展,扩大根系吸收范围和吸收能力, 提高玉米的后期抗旱能力。这是调亏灌溉最明显的事例。通过对西红柿( Gates, 1956)、玉米( Kem per, 1961)、甜菜( Owen, Walson, 1956)的短期胁迫后复水研究也发现,作物的生长速度会加快,能够补偿胁迫期间的影响,不会因水分胁迫而造成净的下降,出现所谓“有限水分 亏缺效应” ( The Benefit o f Limited Water Deficit)。 我们通过两年室内 PEG溶液模拟调亏灌溉和盆栽试验及大田试验发现,对玉米进行适宜的调亏处理,调亏期间的光合速率在轻度 胁迫( - 0. 05M Pa)时高于对照,而蒸腾速率与对照相近; 在中度胁迫(- 0. 1M Pa)调亏时,其光合速率略有下降,而蒸腾速率下降明显,叶片的水分效率均高于对照处理。 根系活力试验表明在水分胁迫期间,中轻度干旱的根系活力均超过对照,复水后一段时间内仍能保持。 说

明在大田作物上实行调亏灌溉也是可能的。作物生长冗余理论和同化物转移的“库源”学说 , 也为大田的调亏灌溉提供了理论基础。目前大田作物的调亏灌溉成果尚不多 ,有等于进一步研究,如能成功,其对节水、高效农业的发展将起到重要的促进作用。

3. 2 存在问题

调亏灌溉技术中需要进一步研究的问题主要有以下几个:

( 1)作物(尤其是大田作物,蔬菜等)适宜的调亏模式。

果树的调亏技术已经基本成熟,而对玉米、小麦和蔬菜、瓜果等调亏时期、调亏程度和调亏历时的研究尚不够,有待于进一步研究以指导大田调亏灌溉。

( 2)调亏综合指标的研究

调亏灌溉最终目标是作物或果实产量和品质,但在调亏过程中,应根据调亏对土壤水 分,作物的生理、生态影响的定量指标,作为实施调亏灌溉的依据。 这种指标,除能够直接或间接反映对作物的产量和品质的影响外,还能够在调亏灌溉期间准确测量。

( 3)调亏灌溉下光合产物的重新分配的规律。

适宜的调亏灌溉可以改变光合产物原有分配规律,起到减少生长冗余、促进光合产物向 生殖器官的运输、提高作物的经济产量和水肥利用效率的作用。但我们在玉米调亏试验中也 发现,有些处理作物的生物量没有降低,而经济产量却减少。 因此有必要研究不同作物和调亏模式下,光合产物重新分配的规律,以提高作物经济产量和水肥利用效率。

( 4)调亏灌溉条件下相应的栽培方式和水肥耦合的最佳模式等。

调亏灌溉会影响植物个体的形态和生化变化。 如株高降低、叶面积减少等,对 N、 P、 K 的需求也和充分灌溉有所不同。有必要研究调亏灌溉条件下作物的合理密植栽培模式、不同 营养元素的配方施肥等,以改善群体结构,提高水肥利用效率。

( 5)调亏灌溉对大田作物品质的影响。

调亏灌溉能够影响果树、蔬菜的品质,对大田作物的品质,如蛋白质、糖和脂肪等成分也 可能有相应的影响。 而这方面的研究成果尚不多见,有待研究。

参 考 文 献

1 Anne- M ar ee, Boland, etc. The effec t o f r egulated deficit irriga tio n on tr ee w ater use a nd g ro w th o f pea ch , Jo urnal of Ho rticultural Science. 1993, 68( 2) , 261- 264

2 Ebel R. C a nd Pr obsting. E. L a nd Ev aans. R. G. Reg ula ted Deficit Ir riga tion may alter apple ma- turity and qua lity and stora ge life. Ho r t Science , 1993 28( 2): 141- 143

3 Chalmer s. D. J. etc. The physio log y o f g r ow th co ntro l o f peach and pear t rees using reduced ir ri- g atio n. Acta Ho rticulture, 1984, 146: 143- 148

4 Chalmer s, D, J Burg e, P, H a nd Michell, P, D. The mechanism of r egula tio n o f Bar tle tt pear fruit and v eg eta tive g ro w th by irriga tio n withholding and r eg ula ted deficit irriga tio n, Jo urnal o f th e Ame rican Society fo r Ho rticultural Science, 1986, 11( 6) , 944- 947

5 曾德超 , 彼得杰里主编. 果树调亏灌溉密植节水增产技术的研究与开发 ,北京: 北京农业大学出版社 , 1994

6 Ebel, R. C. Pro ebsting , E. L and Ev a ns R. G. Deficit irriga tio n to contr ol v ege ta tiv e g ro w th in ap- ple a nd mo nito ring fruit g r ow th schedule irriga tio n. Hor t Science. 1995, 30( 6): 1229- 1237

7 Dav is a nd Zhang. J Roo t sig nals and the reg ulation of g r ow th and develo pment o f plant in dr ying soil. Annu Pla nt Physic Plant. M ol Biol, 1991, ( 42): 55- 76

8 Boland- A- M , etc. The effect of saline a nd no n- saline wa ter table o n peach tree wa ter use, g r ow th, pr oductiv ity and io n upta ke. Austra lia n Jour nal of Ag ricultur al Resea rch. 1996, 47 ( 1): 121- 139

REGULATED DEFICIT IRRIGATION- A NEW THOUGHT OF WATER- SAVIN G IRRIGATION

Guo X iangping Kang Shaozhong

Abstract

Reg ula ted deficit ir rig atio n ( RDI) is a new w ater - sav ing method utili zing the posi- tiv e effects of wa ter stress. Prog ress has been done o n some f ruit trees but seldom o n field crops. The paper intro duced the concept and w ater- sav ing mechanism of RDI a nd the dif- ference betw een RDI and other i rrig atio n theo ri es, as w ell as the dev eloping status bo th hom e and a broad. Some issues tha t need to be fur ther studied w ere also presented in the end of the paper.

(上接第 10页 )

MATHEMATICAL SIMULATION OF FEVEBAY FLOW PATTERN FOR PUMP STATION

Wei Wenli Liu Yuling W ang Ruijun Wang Deyi

Abstract

In this paper, a rnathema ti cal model for 2- D f low has been setup. By using this m odel, the characteristics of wa ter f low th ro ug h the new ly devised w ater w ays fo r Tiansi Wa ter Pump Sta tion has been predicted, and sho w s that the new ly devised plan is reaso n- able.