调亏灌溉技术在节水农业发展中的应用分析_王世杰

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水是生命之源，是人类生产发展的基础保 障。我国基本国情和水情呈现出人多水少、水 资源时空分布不均的特点，我国人均水资源量为 2 100 m3 ，仅为世界人均水资源的28%。近年来， 随着经济的高速发展，我国水资源短缺、水污染 加剧、水生态恶化的趋势不断加重，水资源问题 已成为制约经济社会可持续发展的主要瓶颈之 一[1] 。据统计，我国年平均缺水量500多亿m3 ，且 水资源利用方式粗放、利用率不高，特别是农业 用水效率与发达国家之间存在明显差距。目前我 国农田灌溉水有效利用系数仅为0.5， 而一些发达 国家的农田灌溉水有效利用系数已达到0.7~ 0.8。随着乡村振兴战略的实施，我国经济进一 步发展，水资源需求量将在一段时间内有较大幅 度的增长，水资源供需矛盾将更加突出，特别是 随着乡村建设的不断推进，我国水资源面临的 形势将更为严峻[2] 。农业是用水大户，用水量占 总供水量的70% ，但农业却被普遍认为是需水量 最大但水生产效益最低的产业[2] 。据有关部门统 计，1995年一些农业发达国家每立方米水量的食

品平均产出量就达到了2.76 kg左右，而我国每立 方米水量的食品平均产出量仅为1.5 kg左右[3]，由 此可见我国农业生产的水利用效率过低。因此大 力发展节水农业、有效提高农业的用水效率是保 障国家粮食安全、推动乡村振兴和水资源可持续 利用的必然要求。

1 调亏灌溉的基本内涵及特点

调亏灌溉理论是由澳大利亚持续灌溉农业研 究所于20世纪70年代中期在亏缺灌溉理论的基 础上通过试验提出的一种更为科学的节水灌溉理 论，是基于作物在特定生长环境、特定栽培方式 和不同生育期生长特性、需水量等情况，主动 减少作物某个生育期的供水量，依靠作物抗旱、 耐旱和避旱等自身生理调节功能，在不降低作物 产量或不明显降低产量的基础上节约灌溉用水的 一种节水技术，在节水的基础上，还可有效改善 作物品质[4] 。调亏灌溉与传统的节水灌溉技术相 比，具有以下特点。

1.1 节水机理复杂

目前主要的节水技术主要可分为工程节水技

作者简介： 王世杰，硕士，工程师，主要从事农村供水和作物节水理论及技术的研究。 E-mail：740659169@qq.com

收稿日期： 2023-01-17

术和农艺节水技术。其中，工程节水技术一方面 是通过渠道防渗、管道输水等技术减少从水源到 田间的供水设施在输水过程中的水量损失；另一 方面是通过改变田间灌水方法，如改变以往大水 漫灌的粗放式灌水方式，采用畦灌、小畦灌、沟 灌、喷灌、滴灌等地面灌水方式或地下滴灌、渗 灌等地下灌水方式，减少田间深层渗漏损失，从 而有效提高灌溉水利用系数[5] 。农艺节水技术主 要通过地表覆膜、覆盖秸秆、采用种子保水剂等 减少土壤水分蒸散发量达到节水效果。调亏灌溉 是根据作物在不同生长发育阶段需水量和对水分 亏缺的敏感度，在一定范围内主动施加水分胁迫 （减少供水），刺激作物抗旱机制的响应，使作 物通过提高脱落酸（ABA）、生物碱（ALK）、超 氧化物歧化酶（SOD）等抗氧化物质含量和增强酶 系统协同作用，降低叶片气孔开度、减弱光合 速率和蒸腾作用、抑制作物营养生长等方式， 抵御水分胁迫，适应干旱环境，从而达到节水 的目的[6-7]。

1.2 调控方式多样

调亏灌溉是一种与现有灌溉技术不同的独立 灌水技术，实质上是通过作物对水分的调控来实 现调亏的过程，其对作物水分调控的方式多样， 一般有作物栽培方式调控、栽培环境调控和灌水 方式调控等。调亏灌溉的应用效果一方面取决于 对作物在特定生长环境下的耐旱程度、生长机理 的掌握，另一方面取决于对作物根区水分的控制 精准程度[8] 。因此应用时要根据作物的栽培要求 及环境条件等因素，与不同灌水方式相结合进行 调亏。

寒 旱 农业

1.3 改善作物品质

在调亏灌溉过程中，对某一生育期的作物主 动施加水分胁迫时，作物会因受到水分胁迫而 调整体内生理生化过程，加快或抑制体内某种生 长激素的合成，从而激发作物部分遗传特性的响 应。作物受旱时通常会表现出叶片气孔开度降 低，光合速率和蒸腾作用减弱，茎、叶等营养器 官生长抑制，地上部分生长缓慢，深层根系量增 加，根冠比变大等现象，从而增加对干旱胁迫的 抵抗能力[9] 。在生殖阶段，适度干旱胁迫在抑制 营养器官生长的同时，还可改变作物光合产物运 输和分配路径，促使营养物质向果实等收获器官 转移，从而可提高收获指数、改善果实品质；而 在果实成熟期，适度水分亏缺可降低作物果实中 的水分含量，有效提高作物耐储性[10]。

2 调亏灌溉研究情况

近年来，我国农业科技发展迅速，随着灌区 续建配套和现代化改造的不断推进，农业灌溉设 施不断完善，农业用水管理更加严格、科学。调 亏灌溉作为一种先进的灌溉技术，在我国的应用研 究也变得越来越广泛。本文以近年来“万方数据 库”上与“调亏灌溉”相关的研究成果发表情况为 参考，以说明调亏灌溉在我国的应用研究情况。

2.1 研究数量明显提高

如图1所示，从1997年开始，针对调亏灌溉的 研究成果发表数量总体上呈上升趋势，在2015— 2021年间达到较高水平。这说明近年来调亏灌溉的 节水理论得到了广大学者的认可，且调亏灌溉技术 在农业节水方面的应用研究也得到了越来越多学者 的关注及研究，研究及应用前景广阔。

图1 1991年—2022年调亏灌溉研究成果发表情况

2023年第07期 总第660期

2.2 研究作物种类广泛

近年来，调亏灌溉在不同作物的种植生产中 得到了研究应用，包括小麦、玉米、马铃薯等粮 食作物和蔬菜、水果、纤维植物、药材等经济作 物。如表1所示，在粮食作物中，冬小麦、玉米 等谷类作物应用调亏灌溉的研究成果发表频次较 高；蔬菜、水果中番茄和葡萄的研究应用较多； 经济作物中，棉花种植上的应用研究较多。

2.3 水分利用效率研究

调亏灌溉是通过调控作物根区水分，提高作 物对田间水分利用效率的方式，不仅仅以提高作 物产量为目的，其重点是提高单位水量的经济效 益。水分利用效率（WUE）反映了作物对田间水分 的利用效果，也代表了农业水生产力，因此水分 利用效率是调亏灌溉研究的主要指标，如表2所 示，调亏灌溉的研究指标中，作物产量和水分利 用效率是研究频次最高的2个指标。

2.4 作物果实品质研究

近年来，国内关于调亏灌溉对作物品质方面 的研究逐渐增多，在万方数据库成果发表频次为 98（表2），说明调亏灌溉对作物品质有明显的影 响，作物品质已成为调亏灌溉研究中的一项重要 效益指标。张泽宇[11]对温室辣椒的调亏灌溉研究 表明，在花期和果期进行水分调亏能提高辣椒Vc 含量、辣椒红素含量等品质指标。马福生等[12]对 梨枣树的调亏灌溉研究表明，在果实成熟期对温 室栽培的梨枣树进行重度水分调亏后，枣中可溶 性固形物和有机酸含量明显提高。孟兆江等[13]对 棉花进行调亏灌溉，发现适度干旱胁迫能够在不 显著影响棉花经济产量的前提下，有效抑制棉花 营养生长，促进棉花根系下扎，同时还能调节棉 花生殖生长，改善棉花品质。彭有亮等[14]研究表 明，中等施肥量条件下，在芒果成熟期进行调亏 灌溉可使芒果产量、品质和水分利用率得到综合 提高。寇丹等[15]研究发现，通过调亏灌溉可提高

紫花苜蓿粗蛋白含量。

3 调亏灌溉在应用过程中需要注意的问题

与传统的充分灌溉和有限灌溉不同，调亏灌 溉是基于作物的遗传及生态特性，通过水分调控 影响作物生理过程来改变光合产物向不同组织器 官的分配比例，以达到节约灌溉用水、提高作物 经济产量、改善作物品质目的的一种高效节水灌 溉技术，在实际应用中需要注意以下几个方面。

3.1 明确作物水分敏感指数

作物水分敏感指数代表水分胁迫对作物生长 和产量的影响程度。因此，对作物进行调亏灌溉和 制定灌溉计划时，首先要明确作物在特定生长环境 下不同生育期的水分敏感指数，通常可以通过调亏 灌溉试验科学分析计算获得，例如可用常用的阶段 性水分生产函数模型（Jensen模型），通过作物水 分生产函数计算出不同生育期作物的水分敏感指数 及不同时期水分与产量之间的定量关系。

3.2 确定适度水分亏缺度

对作物施加水分胁迫的大小一般可用水分亏 缺度表示，水分胁迫对作物的影响取决于水分亏 缺度、水分亏缺发生时间和水分亏缺持续时间3 个指标。通常根据田间持水量将水分亏缺程度分 为轻度、中度和重度3个水平， 一般轻度水分调亏 为田间持水量的75%～65%，中度水分调亏为田间 持水量的65%～55%，重度水分调亏为田间持水量 的45%～55%，在实际应用中对蔬菜、瓜果等耗水 量大、水分敏感性较强的作物可根据栽培要求适 当调高调亏水分值。此外，作物在实际灌溉过程 中，田间土壤水分的变化速度取决于温度、空气 湿度和作物耗水强度、深层渗漏速度等因素，例 如灌水后，土壤水分要经过一定时间才能降到较 低值（Kobata称此过程为水分亏缺发生速度）。 在水分调控过程中，实际土壤水分大小与预期控 制值存在差异，在进行灌溉时需考虑这一因素， 提高水分控制精确度。

表1 调亏灌溉研究频次较高的作物种类

表2 调亏灌溉研究频次较高的主要指标

3.3 注意研究结果的适用性

由于作物水分敏感性受作物种类、品种、生 育时期、栽培方式、生长环境等因素影响，且水 分调亏对作物影响方面的研究大多集中在水分和 产量关系方面，对水分调控与作物品质方面的研 究相对较少，因而调亏灌溉的研究成果往往带有 明显的地域性；同时由于栽培方式、灌水方式等 不同，调亏方式还存在差异性。在制定灌区灌溉 计划、进行灌溉管理以及灌溉效益分析计算中， 在科学试验研究基础上对不同作物、不同土壤条 件下的作物生长调亏时间、水分亏缺度、水分亏 缺持续时间进行量化，探索出不同土壤、栽培方 式、气象条件下作物的调亏灌溉制度，建立一套 适用范围大、可操作性强的灌溉系统，将促进调 亏灌溉进一步应用和发展。

寒 旱 农业

4 总结

大力发展节水农业，提高农业用水效率是今 后农业的发展方向。综合近年来的研究成果，调 亏灌溉在提高作物水分利用效率和改善作物品质 方面表现出了良好的效果，研究内容也比较广 泛。但因作物耗水量和对水分亏缺敏感性受温 度、气候、土壤特性等自然因素的影响，研究结 果普遍具有地域局限性。因此，今后应综合考虑 作物栽培方式、自然条件、气候条件等多方面因 素，利用土壤水分自动化监测和控制技术，提高 水分控制的精确性，并对研究结果深入分析和探 索，兼顾适用性和可操作性，制定出一套涵盖不 同作物种类、生长环境、栽培方式的调亏灌溉理 论和方法体系，为深入挖掘作物节水潜力，进一 步提高农业水生产力提供参考。

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