节水灌溉对块根作物和土壤微生物影响的研究进展_黄艳

中国资源综合利用

China Resources Comprehensive Utilization

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我国是人均水资源相对匮乏的国家，人均水资 源占有量仅为世界人均占有量的 1/4[1]。我国农业水资 源的有效利用系数为0.4 ～ 0.5，与发达国家（0.7 ～ 0.8） 相比仍有较大差距 [2-3] 。因此，努力缓解用水矛盾、 推进水资源管理、建设节水型社会和发展绿色节水农 业十分紧迫。块根作物是以根系为主要收获部位的作 物，如萝卜、薯类和莴苣等，其对土壤水资源供应较 为敏感，节水灌溉对块根作物生长发育和产量形成有 直接影响。另外，节水灌溉通过影响土壤环境，对土

壤微生物繁殖和群落平衡产生不同程度的影响，进而 改变土壤养分有效供给，最终在作物产量和品质上有 所体现。本研究围绕节水灌溉下块根作物农艺表现和 土壤微生物响应展开综述，提出尚未解决的问题，以 期为农业水资源高效利用提供有益依据。

1 节水灌溉对块根作物产量和品质影响的研究进展

1.1 萝卜

灌溉对萝卜生长、产量、品质和水资源利用的

收稿日期： 2024-02-29

基金项目： 福建农林大学“绿色土木水利”（71202103D）； 福建农林大学“智慧种业”社会服务团队项目；福建省教育厅中青年项目 （JAT21784）； 2021年省创新战略研究科协联合项目（2021R0152）。

作者简介： 黄艳（1983—），女，福建莆田人，硕士，讲师。研究方向：园艺植物。

通信作者： 金秋（1983—），男，吉林省吉林市人，博士，高级工程师。研究方向：水土保持和农业水土。

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影响已有不少研究。廉晓娟等 [4] 探索线播青萝卜这一 栽培模式下的适宜灌溉方式，结果表明，对于线播青 萝卜产量而言，喷灌最低，畦灌最高，滴灌介于两者 之间，但是滴灌对青萝卜品质改善明显，萝卜上部的 可溶性固形物比畦灌和喷灌分别高 19.38% 和6.70%， 综合产量、品质等表现，滴灌是青萝卜适宜的灌溉方 式。朱国龙等 [5] 采用盆栽试验， 研究土壤水分对樱桃 萝卜生长发育和产量形成的影响，同时分析樱桃萝卜 栽培土壤含水量、农艺性状、光合特性及水分利用等 相关指标的变化规律，结果表明，负压 -9 kPa 的供 水条件下，樱桃萝卜的产量、水分利用效率和生物量 水分利用效率最高。这一研究明确土壤水分与樱桃萝 卜水分利用的关系。陈高听 [6] 研究不同滴灌制度结合 不同尿素追施频次对萝卜产量和品质的影响，并建立 模型模拟不同处理下土壤硝态氮的空间分布，结果表 明，滴灌施肥有利于土壤水分和养分在设施萝卜整个 生育期内都保持较为合适的水平， 从而实现增产提效， 并降低对环境的污染。沈冰等 [7] 针对当前农业水资源 短缺的问题，以白萝卜为试验材料，设计 3 种灌溉方 式（滴灌、喷灌、管灌） ，同时测算白萝卜种植的成 本和效益，得出经济性最好的灌溉方式为膜下滴灌， 该灌溉方式具备节工、提效、节水、省地等综合优势。 朱桓等 [8] 研究萝卜光合作用和产量形成对不同灌水处 理的响应，结果表明，地膜覆盖下少灌水或者不灌水 更有利于萝卜光合特性的改善，有效增加产量，降低 水资源损耗。

1.2 薯类

樊吴静等 [9] 研究膜下滴灌条件下木薯块根产量 和土壤基本理化性质对不同灌溉处理的响应，试验设 计 450 m3/hm2、750 m3/hm2、1 200 m3/hm2 的灌溉定额， 结果表明，3 种灌溉定额下木薯块根产量比传统灌溉 处理分别增加 46.20%、75.60% 和 93.45%，可见膜下 滴灌有利于木薯块根产量的提升，随着膜下滴灌定额 的增加，其增产效益也有所提升。李成龙 [10] 以“青 薯 9 号”为试验材料进行青薯补灌量的研究，苗期补 灌量设为30 mm，盛花期补灌量设为40 mm，结果表明， 在覆膜条件下进行补灌可以有效提青薯产量。王迎男 等 [11] 探讨不同马铃薯品种的水分利用效率以及氮肥 农学利用效率，结果表明，商品薯水分利用效率目前 仍处于较低的水平，采用节水灌溉可以为商品薯水分 利用效率的提升创造良好条件。吴昌智等 [12] 认为， 木薯水分利用效率有较大的提升空间，其设置 3 种灌

溉方式（滴灌、小管出水、微喷灌） ，并研究不同灌 溉方式下木薯根区的水分分布和归趋，结果表明，滴 灌抑制木薯田间蒸发的效果最佳，微喷灌湿润面大， 棵间蒸发较高，水分总散失量比滴灌高，综合而言， 滴灌对于木薯的节水增产效应最优。单忠英等 [13] 以 “新选 048”木薯为试验材料，研究木薯的灌水量和 灌溉技术，结果表明，在相同灌水量条件下，膜下滴 灌土壤物理性质、木薯农艺表现以及土壤肥力等指标 均优于其他处理，且从改良土壤理化性质和促进木薯 产量形成来看，灌水量 1 200 m3/hm2 的膜下滴灌处理 效果最优。莫凡等 [14] 采用 3 种灌溉方式（膜下滴灌、 常规滴灌和微喷灌），开展不同处理下木薯产量和农 艺性状差异的研究，结果表明，在相同灌溉定额条件 下，与其他灌溉处理相比，膜下滴灌处理的木薯性状 更优。樊吴静等 [15] 以“华南 205”木薯为试验材料， 比较滴灌、喷灌和不灌对土壤物理性质和木薯产量的 影响，结果表明，滴灌处理土壤含水率较不灌处理增 加 14.39%，土壤孔隙度也有所增加，木薯块根产量 增加 85.07%，表明滴灌可以有效节水且促进木薯高 产优质。刘宗强等 [16] 探讨滴灌对木薯农艺性状的影 响，发现不同灌溉量条件下木薯的生长性状有显著差 异，适宜灌水量对于木薯的株高提升、茎粗增大以及 绿叶数增加有明显的正向作用。

1.3 莴苣

相比其他块根作物，目前关于莴苣节水灌溉的 研究较少。史伟杰等 [17] 采用“射手 101”结球莴苣作 为试验材料，设计不同节水灌溉方式（膜下微喷灌、 膜下地表滴灌、膜下地下滴灌和加气滴灌等） ，以传 统的管灌方式为对照处理，研究不同节水灌溉方式对 结球莴苣产量和品质的影响，结果表明，节水灌溉处 理节水优势明显，节水率可以超过 50%，结球莴苣 的主要农艺性状指标（叶片数、最大叶质量、农产品 品质和产量等）均有所改善，表明节水灌溉具有较好 的增产提质效果。潘禄定 [18] 研究套种条件下莴苣的 灌溉模式，发现传统漫灌改为深沟灌水有利于减少病 虫害，提高生产效益，减少田间劳动强度，实现增产 增收。李友丽等 [19] 研究节水灌溉对莴苣生产指标、 叶绿素含量和农产品品质的影响，并开发配套的水肥 一体化设备，研究表明，在节水灌溉模式下，水肥自 动管理将莴苣产量提升 25%，灌水总量减少 23.8%， 每 667 m2 的年收益提高 2 850 元，节水灌溉及其配套 设施的应用具有较好的增产增收效应。曹晨星等 [20]

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研究不同潮汐灌溉高度对莴苣生长和产量品质形成的 影响，并探寻最优的灌溉制度，结果表明，灌溉间 隔时间 1 h、灌溉维持 3 min 的条件下，灌溉高度为 2 cm，叶用莴苣的综合产量最高。王志伟等 [21] 以“太 原笋”莴苣为试验材料，设计 3 种灌溉模式，其中包 括 2 种节水灌溉模式（固定隔沟灌溉、隔沟交替灌溉） 和 1 种常规灌溉模式（沟灌） ，结果表明，隔沟灌溉 模式下，莴苣的农艺表现与常规灌溉没有显著差异， 但是可节水 22.2%，水分利用效率提高 26.9%，表明 隔沟交替灌溉技术应用于莴苣生产具有较好的节水 效应。

值得注意的是，尽管莴苣产量品质与灌溉模式 关系的研究已有不少，但是莴苣裂茎率的关注十分有 限。莴苣裂茎是水肥不合理造成的生理病害，其发生 率与灌溉模式密切相关。目前，莴苣裂茎已成为福建 省莴苣栽培区增产增收的主要限制性因子，也是产业 上亟待解决的问题。

2 节水灌溉对农田土壤微生物影响的研究进展

关于节水灌溉及其配套措施对农田土壤微生物 的影响，前人已开展一定研究并取得丰富的成果。

刘小刚等 [22] 设置 4 个灌溉水平，包括充分灌溉 和 3 个亏缺灌溉处理，发现与充分灌溉相比，轻度亏 缺灌溉对土壤细菌、放线菌数量有一定影响，但影响 并不明显；中度和重度亏缺灌溉下，根区细菌、真菌 和放线菌数量降低 8.94% ～ 47.06%。张雪梅等 [23] 采 用 4 种喷灌制度，对作物根际土壤微生物对不同喷灌 处理的响应开展研究，发现适当延长灌水周期，对于 提高根际土壤酶活性、有机碳含量及土壤微生物熵有 重要促进作用。徐悦悦 [24] 研究少免灌条件下土壤微 生物呼吸特征，发现与传统的畦灌相比，补充灌溉 量小于 75 mm 时，少免灌处理的土壤微生物量提升 4.08% ～ 34.62%。

商放泽等 [25] 研究不同灌水及其配施氮肥对土 壤微生物量的影响，结果表明，相比其他微生物， 放线菌和革兰氏阳性菌生长速率明显更高。李耀霞 等 [26] 研究不同灌水上限和施肥量对设施土壤根际微 生物活性的影响，结果表明，细菌、真菌和放线菌 在不同生育期的数量增减存在差异，细菌数量在作 物不同生育期根际微生物的组成中均占据优势，且 均在作物生育中期达到最高，中水中肥处理下达到 107.67×106 CFU/g。马建辉 [27] 探索温室土壤丛枝菌

根真菌群落结构对膜下滴灌下不同灌溉制度的响应， 试验将水吸力分别设计为 20 kPa、30 kPa 及 40 kPa， 灌水控制上限均为 6 kPa，结果表明，当土壤水吸力 为 30 kPa 时，香农多样性指数显著提升。

谷鹏等 [28] 研究灌溉方式对土壤微生物和土壤通 透性的影响和作用机制，结果发现，不同灌溉方式对 土壤微生物丰度的影响达到显著水平。其中：对于提 升土壤微生物丰度的效果，喷灌最优，滴灌次之，沟 灌最差；与沟灌处理相比，细菌丰度在滴灌条件下增 加 17.8%，喷灌条件下增加 30.6%，真菌丰度分别增 加 13.09% 和 21.68%，放线菌丰度分别增加 3.87% 和 59.72%。史晓凯 [29] 研究蓄水坑灌这一独特的节水灌 溉方式下土壤微生态环境的变化，结果表明，蓄水坑 灌对土壤中水分、养分运输通道有关键影响，会诱导 微生物向 30 ～ 70 cm 土层迁移和聚集，对植物根际 土壤微生态环境的影响十分明显，导致部分微生物不 适应新环境而逐渐出现数量降低，最终被淘汰；其他 与新环境相适应的微生物得到驯化并大规模繁殖，最 终形成不同微生物组成结构的差异。

3 尚待解决的问题

当前，节水灌溉对块根作物和土壤微生物影响 的研究已不乏报道，但仍有部分问题亟待解决。

3.1 节水灌溉影响作物产量品质的机理尚待深入 挖掘

目前， 节水灌溉对块根作物产量品质和土壤微生 物影响的研究已有不少，但两者相对割裂，原因可能 是两者分别属于植物学科和土壤学科。节水灌溉影响 微生物活动的过程必然会造成土壤养分形态的改变， 进而对作物养分吸收造成影响。因此，节水灌溉 - 土 壤微生物 - 作物产量品质的关联性与机理性研究有待 深入。

3.2 节水灌溉对作物非传统品质指标的研究需要 重视

目前，作物品质的研究往往更关注营养品质或 与检验检疫密切相关的指标（激素、重金属、农药残 留等），对过程性指标（病虫害）和商品性指标（裂 茎率）的关注十分有限， 直接导致农民增产但不增收。 因此，科学构建评价指标体系，实现作物品质的全面 评价，是需要解决的另一问题。

3.3 节水灌溉对根域微环境的研究有待开展

根域是指作物根系周边的环境，灌溉对根域微

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环境评价指标（孔隙、持水量、导水率、pH、氧化 还原电位等）均有不同程度的影响，这些影响综合作 用于土壤微生物， 最终反映于作物产量和品质。因此， 要深入研究节水灌溉对根域微环境的影响，进一步探 索其与土壤微生物、作物产量品质的关系。

4 结语

块根作物以根系作为收获的主要部分，产量形 成部位直接与水接触，对水资源供应十分敏感。本研 究针对块根作物需水特性，围绕节水灌溉下块根作物 产量品质形成和土壤微生物响应过程展开综述，并提 出当前急需解决的问题，为农业绿色发展和水资源高 效利用提供有益参考。

参 考 文 献

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设，基本实现宿迁市黄河故道水资源跨区统一配置目 标。徐洪河至皂河地涵段位于宿迁市黄河故道最上游， 无上级来水和外调水工程，且该河段周边存在农业和 养殖用水需求，因此会出现缺水情况。为此，在获得 新的取水许可基础上，宿迁市可以建设以徐洪河为水 源地的朱海站， 有效保障黄河故道上游河段用水需求。

此外， 基于宿迁市黄河故道水资源跨区统一配置 结果，可以更合理地利用区域水资源，同时为黄河故 道生态富民廊道的建设和发展预留充足的用水空间， 也为后续黄河故道生态富民廊道水资源配置体系的建 立打下坚实基础。预计到 2025 年，在保证黄河故道 生态富民廊道区域水质整体达到Ⅲ类的前提下，在平 水年份，每年分别调水入黄河故道、西民便河和西沙 河 10 794 万 m3、7 404 万 m3 和 3 108 万 m3 ，可有效 保障宿迁市黄河故道生态富民廊道的建设和发展。

4 结论

研究表明， 为保障区域生产及生态环境建设， 必 须统筹宿迁市黄河故道水利工程，对水资源进行跨区 统一配置。在不超出取水许可限制的情况下，采用就 近补水的原则，通过河道内逐级调配将水补充至缺水 河段，可基本实现黄河故道水资源供需平衡，更合理 地利用区域水资源，同时为黄河故道生态富民廊道的 建设和发展预留充足的用水空间，也为后续黄河故道 生态富民廊道水资源配置体系的建立打下坚实基础。

参 考 文 献

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