植物水分利用效率

植物水分利用效率（共10篇）

植物水分利用效率 篇1

1 人类灌溉史

1.1 国外

按照气候特点推测, 人类灌溉历史应起源于干旱区。四大文明古国都出现在大河流域, 以灌溉农业提升了食物供给能力, 奠定了古代文明的基础。早期的灌溉都是引洪淤灌的, 以后发展为引水灌溉或建造水库, 并通过调洪实现计划灌溉。

非洲尼罗河流域早在公元前4000年, 就有利用尼罗河水位变化规律发展洪水漫灌的做法。公元前2300年前后, 在法尤姆盆地建造了美利斯水库, 通过优素福水渠引来了尼罗河洪水, 经调蓄后用于灌溉。这种灌溉方式持续了数千年。19世纪初, 埃及引种棉花和甘蔗等经济作物。1826年开始改建旧的引洪漫灌系统, 进行常年灌溉。

古埃及的水利灌溉工程的建设和管理, 从前王朝后期开始, 经过古王国、中王国和新王国的发展, 到托勒密时期取得了较大的成就。水利灌溉对古代埃及社会的经济、政治产生了重要的影响, 在很大程度上促进了古埃及文明的产生与发展。

在西亚, 两河流域美索不达米亚的幼发拉底河和底格里斯河流域的灌溉, 也可追溯到公元前4000年左右。在巴比伦时期, 由于幼发拉底河的高程普遍超过底格里斯河, 因而对开挖灌渠十分有利。最早是引洪淤灌, 以后发展为坡度平缓的渠道网。

约公元前2000年, 汉穆拉比时代已有了完整的灌溉渠系。干渠用砖衬砌, 用沥青勾缝。当时的灌溉面积达260万hm2以上, 养育着1 500~2 000万人口。当时颁布的《汉穆拉比法典》还专门对堤防失修、冲毁土地的责任者作出了赔偿损失的具体规定。约公元前1000年兴建的钮姆卢水库可向两岸的渠系供水, 有些渠道深达10~16 m, 宽达120 m。公元前600—560年间, 新巴比伦的空中花园采用了细密的雨滴灌溉, 类似现代的喷灌。

公元前539年, 巴比伦被波斯征服, 灌溉系统失修, 农业生产受到很大影响。公元初期, 波斯的萨珊王朝修四大干渠引幼发拉底河水, 灌溉今伊拉克中部地区。629年, 两河流域出现大洪水, 冲毁纽姆卢水库, 不久阿拉伯人征服两河流域地区, 着手改进旧渠系, 逐步恢复灌溉。

两河流域上游的叙利亚、土耳其等国境内都有许多古灌区, 有些至今仍在使用。亚美尼亚、伊朗等地则从公元前8世纪就以引用地下水发展灌溉的坎儿井众多闻名。伊朗境内现在还有大约22 000条坎儿井仍在使用。在埃及、伊朗、突尼斯、叙利亚等地中海气候的干旱区。2004年, 笔者曾现场见过几千年前的水利设施, 并下到地下十几米深的坎儿井, 亲自体验了古代人类在干旱区生存的智慧。

南亚印度河流域在公元前2500年左右已有引洪淤灌。公元前3世纪左右, 印度河流域凭借灌溉已做到一年两熟。当时北方建有亚穆纳水渠, 南方则有高韦里河三角洲灌区。在中世纪的1 000多年中, 南亚次大陆建造了数万座水坝用于灌溉, 其中位于博帕尔东南的一座水库库区面积约650 km2。

公元前1050年, 柬埔寨就在吴哥窟附近修建了暹粒河灌区, 并且一直使用到现在。日本在公元前6世纪已有水利记载, 以后大量修建山塘、水库, 20世纪开始修大型灌区, 至1947年全国水浇地已占耕地面积一半以上。印度尼西亚的爪哇等岛, 自古引水种稻, 19世纪始建新式工程, 20世纪60年代灌溉面积约380万hm2, 大量的古代工程仍在使用。苏联中亚阿姆河、锡尔河流域的灌溉始于公元前6世纪。8世纪中叶以后, 这一带是阿巴斯王朝的四大粮仓之一。

秘鲁的灌溉历史至少在公元前1000年。皮斯科河谷公元前已有灌溉工程。公元1—600年间是水利工程大发展的时期, 此后印加帝国统治的1 000年, 灌溉又得到进一步发展。阿根廷于1577年兴建了杜尔塞河引水工程。中美洲墨西哥等地的灌溉工程则至16~17世纪才出现较多的记载。

近200年来, 全球灌溉事业发展加快。1800年左右, 全世界有灌溉面积800万hm2。20世纪初提高到4 800万hm2。1949年达到9 200万hm2, 60年代末超过2亿hm2。

1.2 中国

我国是一个农业大国。人口多、耕地少, 水资源紧缺, 水旱灾害频繁, 特殊的气候、地理等自然条件以及社会条件, 决定了中国必须走灌溉农业的发展道路。

1.2.1 春秋战国时期

我国是世界上从事农业、兴修水利最早的国家, 早在5 000年前的大禹时代就有“尽力乎沟洫”、“陂障九泽、丰殖九薮”等农田水利内容;夏商时期有在井田中布置沟渠、进行灌溉排水的设施;西周时在黄河中游的关中地区已经有较多的小型灌溉工程。《诗经·小雅·白华》有“泥池北流, 浸彼稻田”记载, 指的是引渭河支流泥水灌溉稻田。春秋战国时期, 由于生产力的提高, 大量土地得到开垦, 灌溉排水相应地有了较大发展。

1.2.2 秦汉时期

该时期是全国统一国力强盛时期, 也是灌溉排水工程第一次大发展时期, 西汉前期的水利建设大大促进了当时社会经济的发展。郑国渠 (建于公元前246年) 是秦始皇统一六国前兴建的灌溉工程, 可“灌田4万顷”, 使关中地区成为我国最早的基本经济区。“秦以富强, 卒并诸侯”, 就得益于该水利工程。汉武帝时, 引渭水开了漕运和灌溉两用的漕渠, 以后又建了引北洛河的龙首渠, 引泾水的白渠及引渭灌溉的成国渠。汉代除在统治的腹心地区渭河和汾河谷地修建灌溉工程外, 还在西北边疆河西走廊和黄河河套地区也修建了一些大型渠道引水工程, 从而达到“屯兵垦殖、巩固边防”的战略目的。

1.2.3 隋唐北宋时期

我国第二个灌溉排水工程发展时期是隋唐至北宋时期。唐朝定都长安后, 曾大力发展关中灌溉排水工程;安史之乱后, 人口大量南迁, 江浙一带农田水利工程得到迅速发展, 沿江滨湖修建了大量圩垸, 排水垦荒种植水稻。同时提水工具也得到改进和推广, 扩大了农田灌溉面积;晚唐时期, 太湖地区的赋税收入已超过黄河流域, 成为新的基本经济区。北宋时期, 长江流域人口占全国人口的比重已从西汉时的不足20%上升到40%多。宋神宗支持王安石变法, 颁布了《农田利害条约》 (又名《农田水利约束》) , 这是第一个由中央政府正式颁布的农田水利法令, 同时还设立全国各路主管农田水利的宫史, 使农田水利建设得到进一步发展。

1.2.4 明清两代

明清两代是我国历史上第三个灌溉排水工程发展时期。这一时期全国人口有了较大增长, 从元代的5 000多万人, 发展到明代的9 000万人, 到清代康熙年间超过了l亿多, 清代末年已达到4亿人, 全国人口在500多年间增长了7倍多。人口的迅速增长得益于可灌溉耕地面积的扩大。明、清时期长江中下游的水利已得到广泛开发, 仅在洞庭湖区的筑堤围垦, 明代就有200处, 清代达四五百处。“湖广熟、天下足”, 当时的两湖地区已成为全国又一个基本经济区。与此同时, 南方珠江流域、北方京津地区、西北和西南边疆地区灌溉事业都有了很大的发展;东北松辽平原在清中叶开禁移民以后, 灌溉排水工程也有所发展。

1.2.5 19世纪后期

19世纪中期以后, 中国沦为半封建半殖民地社会, 这一时期水利在局部地区虽有所发展, 但是总的来说则是日趋衰落。19世纪后期, 由于西方近代科学技术传入中国, 一批水利学者从国外学习归来, 开办水利学校, 传播先进科学技术。1914年, 我国第一所水利专科学校——河海工科专门学校在南京成立;1917年以后, 长江、黄河等流域相继设立水利机构, 进行流域内水利发展的规划和工程设计工作;1930年由李仪祉先生主持, 开始用现代技术修建陕西省泾惠渠, 以后又相继兴建了渭惠渠、洛惠渠等灌区。经过历史上的几次大起大落, 到1949年全国有灌溉面积1 600万hm2。

1.2.6 新中国成立以来

中华人民共和国成立以来, 进行了广泛持久的灌溉排水工程基本建设, 取得了举世瞩目的巨大成就, 为我国农业和国民经济的持续发展提供了不可替代的基础设施和物质保证。到2003年底, 全国灌溉面积达到4 800万hm2, 使40%的耕地拥有了灌溉设施。1949年, 中国灌溉用水量不到1 000亿m3, 到2003年, 已达到3 300亿m3。

按有效灌溉面积计算, 1980年全国平均每公顷农田灌溉用水8 745 m3, 1997年降到7 800 m3。全国共建设667 hm2以上灌区5 686处, 灌溉面积2 200多万hm2, 占全国农田灌溉面积的43%。目前, 全国共有水库约84 905座, 总库容4 571亿m3, 除少数大型水库主要用于防洪和发电外, 绝大部分水库都具有灌溉供水的功能。截止到2002年底, 全国已发展节水灌溉0.19亿hm2, 非工程节水面积达到1 670万hm2, 其中800万hm2是采用控制灌水方法的水田。

说到新中国成立以来的水利工程, 不得不提河南林县人民群众修建的红旗渠。这条总长1 500 km的输水渠, 要穿越太行山, 是林县人民公社社员用原始的工具建立起来的。为修建这条生命渠, 70多名社员牺牲在悬崖峭壁上;为节省资金, 社员们用土法制作炸药;在困难的时期, 用以充饥的竟然是野菜。这样下来, 红旗渠的建设者们为国家节省资金1 293万元。

2 灌溉及其设备

在自然条件下, 往往因降水量不足或分布的不均匀, 不能满足作物对水分要求。因此, 必须人为地灌溉, 以补天然降雨之不足。灌溉, 农民最通俗的叫法就是浇地。依据灌溉方式不同, 自古到今有以下几种方式:

2.1 井灌

这是比较原始的灌溉方式, 依靠人力或畜力将水提出来, 在小型的沟渠内灌溉到农田中去。笔者小时候干过的农活, 用的是人力推动的自吸井。目前, 非洲还可以看到这样的原始工具。2014年, 笔者在布基纳法索还见过脚踏的井灌装置, 是借鉴自行车的原料链式传动动力汲水。井灌一般范围较小, 多用于菜园。

2.2 大水漫灌

修建畦田或陇沟, 在来水上游建小型堰或坝, 利用重力使水自流到农田。今天人们改用抽水机就地取水, 或将水库放的水通过渠道输入农田。由于这种利用水的方式类似于河水的泛滥, 人们形象地称之为大水漫灌。其好处是节省成本, 但缺点是造成水的浪费。由于省力省时, 不需专门的设施, 该措施在全国多地使用。但大水漫灌浪费水资源, 容易造成地下水位抬高, 因此使土壤盐碱化, 在发达国家已经逐渐被淘汰。采取该做法, 在北方一般小麦需要灌溉2~3次, 其中一次是冬前水;而种植玉米, 因为自然降水, 一般不需要灌溉。只有特别干旱, 在播种时用少量水点播, 但已不属于漫灌范畴。

2.3 喷灌

喷灌是由管道将水输送到位于田间喷头, 通过内部压力将水喷出。设备有固定式和移动式两类。固定式喷头安装在固定的地方, 有的喷头安装在地表面高度, 对于葡萄园或果园可采用这种做法, 即对于多年生作物, 因作物和地点固定, 可采取这种办法。

移动式喷灌机有以下几类:

2.3.1 时针式或圆形喷灌机

这是一种移动式的设备, 喷灌头安装在有轮子支撑的电镀钢管或铝管上, 围绕一个中心旋转, 从中心枢轴输送水, 整个喷灌机喷灌面积形成一个圆。这种喷灌机械在美国使用的很普遍。喷灌机的旋转可以由水力推动, 也可以由电机推动, 大多数都使用电机。这种机械灌溉面积是一个圆形, 因此在每个圆形之间的空档不能被灌溉利用, 只适合在耕地面积充分的地区使用。

2.3.2 直线移动式喷灌机

这是一个长管道, 每隔一定间隔有一个支架, 支架上有轮子, 喷头在管子上, 整个管道平行移动喷洒, 水由管道一头输入, 所以喷灌面积可以大到几千公顷。

2.3.3 绞盘式喷灌机

也叫卷盘式喷灌机, 采用水涡轮式动力驱动系统。采用大断面小压力的设计, 在很小的流量下, 可以达到较高的回收速度, 水涡轮转速从水涡轮轴引出一个两速段的皮带驱动装置传入到减速器中, 降速后链条传动产生较大的扭矩力驱动绞盘转动, 从而实现水管的自动回收。

2.4 微喷灌

这是利用折射、旋转或辐射式微型喷头将水均匀地喷洒到作物枝叶等区域的灌水形式, 隶属于微灌范畴。如果喷灌属于人工大雨, 那么微灌就是和风细雨。微喷灌的工作压力低, 流量小, 既可以定时定量的增加土壤水分, 又能提高空气湿度, 调节局部小气候, 广泛应用于蔬菜、花卉、果园、中药材种植。

2.5 滴灌

将水一滴一滴地、均匀而又缓慢地滴入植物根系附近土壤中的灌溉形式叫作滴灌。滴水流量小, 水滴缓慢入土, 可以最大限度地减少蒸发损失。滴灌水压低, 节水, 可以用于生长不同植物的地区, 对每棵植物分别灌溉, 但对坡地需要有压力补偿, 用计算机可以依靠调节不同地段的阀门来控制, 关键是控制调节压力和从水中去除颗粒物, 以防堵塞滴灌孔。水的输送一般用塑料管, 一般为黑色。滴灌也可以用埋在地下的多孔陶瓷管完成, 但费用较高。在美国西部亚利桑那州, 种植乔木和花卉大都采取这种做法。

2.6 渗灌

这是一种人工将地下水位抬高, 直接从底下为植物根系供水的方法。渗灌常用于商业温室产品, 如对盆花进行灌溉, 还可以施肥, 用含有肥料的水溶液从底部浸泡花盆10~20 min, 水可以回收。这种运作需要高技术自动操作, 设备费用贵, 但节省人力、水和肥料。

3 排涝

“旱能浇、涝能排”。如果说干旱、半干旱地区作物面临缺水问题, 那么在湿润地区, 作物面临的是淹水状态, 即水太多了也会影响庄稼的生长, 这就需要做排水的工作, 排涝就是排除危害生产中的积水。

大部分作为是中生植物, 即需要的水分既不能太湿, 也不能太干, 作物需水与供水的矛盾不是一成不变的, 多了旱, 少了涝。因降雨形成的地面积水影响作物正常生长的灾害性现象, 也称“潦”。雨水过多或过于集中, 而河沟排水能力不足, 或外水顶托, 排水困难, 都能造成低洼地区积水。产生涝灾的多余水量称为涝水, 也称沥水。

地面淹水影响植物光合作用, 植株生长纤弱, 甚至因根部缺氧窒息死亡。作物受涝而减产的程度与作物种类、品种、生长阶段, 以及淹水程度、淹水时间等因素有关。一般地, 旱生作物、矮秆作物和作物生长前期比水生作物、高秆作物和作物生长后期的抗涝能力弱, 淹水越深、淹水时间越长对作物为害越大。土壤长期受涝, 地下水位上升, 会招致土壤沼泽化;在地下水矿化度较高的地区, 还将造成土壤盐渍化。中国受季风影响, 夏秋雨量集中, 是洪涝多发季节, 有的年份洪水泛滥, 有的年份洪水虽未泛滥而农田内部已积涝成灾, 称内涝。

3.1 排涝措施

健全的田间排水系统是排涝的基础设施。田间排水系统由田间集水沟和各级输水沟及其配套建筑物组成。合理安排排水出路和排水方式是排涝规划的重要环节。有自流排涝条件的地区宜尽量自排;无自流排涝条件的地区则施以抽排。其中有大量高地径流汇入的, 常挖截水沟 (也称撇洪沟) , 实行高水自排、低水抽排, 以减轻抽排负担;对于受外水顶托不经常具备自排条件的地区, 则须建闸, 能自排时开闸自排, 不能自排时闭闸抽排。此外, 调整水系、整治河道、改善排洪排涝条件, 也是常用的全局性的防洪排涝措施。

3.2 排涝标准

指流域内能够安全排出由于某一重现期连续若干天降雨而产生的洪峰流量, 并在作物耐涝的允许天数内排除田间涝水的能力。达到规定排涝标准的排水系统, 能保证在发生规定标准以内的降雨量时, 不致引起涝灾或不使农作物减产。降雨重现期越长、连续降雨的天数越多, 表示排涝的标准越高。我国设计的排涝标准一般为5年一遇, 少数为3年一遇, 高的为10年一遇。

3.3 排涝模数

单位面积的排涝流量, 即排涝河沟或排涝站的设计流量, 同集水面积的比值, 常用单位为m3/ (s·km2) 、L/ (s·hm2) 或mm/d。排涝模数是排涝工程的一项重要设计指标, 其数值大小与设计暴雨、作物耐淹能力有关。在设计暴雨小、作物耐淹能力强、集水面积大、滞蓄能力强的排水区, 其设计模数可相对减小。对于集水面积小的排水沟, 其排涝模数常用几天暴雨几天排出的简单算法推求。

4 国内外排涝做法

早期农业是在河流沿岸发展起来的, 需要排干沼泽, 进行土地垦殖。公元前5世纪中叶, 希腊历史学家希罗多德曾记载了尼罗河谷的排水工程, 以后罗马的瓦罗在《论农业》一书中提到了修建排水工程的规范。

荷兰农业排水系统在世界上享有盛名, 它是与围海造田联系在一起的。公元4世纪, 这一带就开始出现人工海堤。从10世纪开始, 盛行筑堤造田工程, 最初在圩田内实行自然排水。1612年开始利用风车抽水围垦沿海低地。几百年间, 依靠人工堤防共围垦出7 000 km2的土地, 相当于全国陆地面积的1/5。

荷兰的排水工程技术以后又扩展到欧洲的其他地区。英国从13世纪开始排水, 把大量低洼地改变成农田。1531年制定法律, 英国直接干预排水事业, 并于1918和1930年两次颁布国土排水法案。法国在1620年首先使用瓦管排水。英国于1724年首先使用鼠道式暗渠, 1764年出现了有压地下水的沼泽地的排水方法, 1843年发明圆形瓦管制造机, 19世纪后半叶又发明了挖沟机。在东欧、波兰从13世纪起就开始排水, 罗马尼亚的排水历史甚至比灌溉历史还要早。希腊的排水工程则主要是为了防洪。

近100多年来, 在世界其他地区, 由于农业灌溉的急剧发展, 土壤次生盐碱化问题日益突出, 进一步推动了排水工作的发展。埃及于1909年以后大力发展深沟排水, 解决了棉田的盐碱化问题。美国于1849—1850年建立了沼泽地法案, 排水自东向西发展, 除沼泽排水外, 还发展灌区排水, 大量使用瓦管暗沟, 到1960年排水面积约4 100万hm2。加拿大排水有200多年历史。巴基斯坦结合井灌发展垂直排水, 20世纪60年代末有深井5500多眼, 并有大面积地面排水网。

中国的排涝工程在人类历史上更是值得大书特书, 多年的水患在新中国成立以后大多得以控制, 其中海河和黄淮海整治成效最为突出。

海河自天津市区的三岔河口贯穿市区, 至大沽口处入海, 自古以来就养育了天津人民。海河对天津城市的形成和发展起了举足轻重的作用, 但是, 在旧时代也给海河流域的人民带来过不少灾难。海河水系支流众多, 一到汛期同时涨水, 而入海口处却“肚大嘴小”, 宣泄不畅, 水流速度越来越慢, 泥沙沉积日益严重, 排洪能力越来越差, 常常形成海河流域的洪涝灾害, 给广大人民群众的生活和海河地区社会经济发展造成很大危害。据记载, 从1368—1948年的580年间, 海河流域发生过387次严重水灾, 天津市被淹泡过70多次。

中华人民共和国成立后, 毛泽东主席发出了“一定要根治海河”的号召。自1958年开始, 海河流域人民按照统一规划、综合治理的方针, 从上游到下游, 从支流到干流, 对海河水系进行了全面根治。上百万治河大军包括中小学生、家庭妇女也挥锨上阵, 完成了大大小小一系列整修工程, 从根本上对海河进行了治理, 使海河旧貌换新颜。

黄淮海地区北起长城, 南至桐柏山、大别山北麓, 西倚太行山和豫西伏牛山地, 东濒渤海和黄海, 其主体为由黄河、淮河与海河及其支流冲积而成的黄淮海平原 (即华北平原) , 以及与其相毗连的鲁中南丘陵和山东半岛。行政区划范围大致包括北京、天津和山东三省市的全部, 河北及河南两省的大部, 以及江苏、安徽两省的淮北地区, 共辖53个地市、376个县 (市、区) 。全区土地总面积46.95万km2。

由于该区域有两个水系, 即黄河和淮河, 当年持续的河流泛滥给人民群众带来不小的灾害。“黄泛区”就是一个苦难的代名词, 一个曾滋生了杂草, 又滋生了故园重生梦想的地方。黄河与河南纠缠不清, 花园口与黄泛区连绵一起, 三者的交集, 正是河南这个人口大省新历史的浓缩。黄泛区内黄河连年泛滥, 造成百姓纷纷逃亡。

泛滥的黄河水不但夺命, 还把大约100亿t泥沙带到了淮河流域, 黄泛区面积多达5.4万km2, 相当于江苏全省总面积的一半以上。大水冲过之后, 留下了最厚有数米深的沙石和黄泥, 给黄泛区田地复垦带来了极大困难。根据档案记载, 到1946年6月, 河南黄泛区“有约43.33万hm2农田被淹, 目前可耕地虽有17.73万hm2, 但因没有耕牛和种子, 加之8年来田地覆盖了沙砾, 仅凭人力挖掘非常不易, 仍属荒废”。

针对黄淮海面临的旱、涝、风沙等一系列问题, 新中国成立以后, 人民政府就带领群众进行了不懈的努力。兰考焦裕禄的故事家喻户晓, 介绍的就是这位来自山东的领导干部在兰考整理黄淮海涝害与沙害、并牺牲在工作岗位上的感人故事。通过在下游平原区开挖、疏浚数千条大、小河道, 使数万平方千米低洼易涝耕地基本解除洪、涝威胁, 盐碱化的土地也显著减少。漳卫新河、子牙新河、独流减河、永定新河的治理或开挖, 使海河五大水系分流入海的泄洪能力加强;苏北灌溉总渠、新沂河、新沭河及淮河入江水道的开通, 使水系纷乱的淮河下游平原具有较畅通的排水出路。

5 水分利用效率

从上面的介绍来看, 农业要获得丰收, 水分的有效供应是非常关键的, 水既不能多, 也不能少, 水分与粮食产量是密切相关的。这里就出现了一个专业的词汇, 即水分利用效率。那么, 我们在一日三餐吃到的粮食, 仅从水分的角度来看, 需要用多少水来换呢?

笔者在中国科学院大学讲授《高级生态学》课程中的水分生理生态时, 经常问研究生们这样一个问题, “我们生产一斤粮食需要消费多少斤水?”全班150人竟然无人能够回答, 包括很多农学院毕业的学生也不知道。可见, 我们的农学院课程讲授, 是多么严重脱离实际了。他们只背教科书上的一些概念, 但对于这么直接设计应用的知识却基本不关心。

那么, 目前“我们生产一斤粮食到底消耗多少水呢?”水利部部长陈雷在2015年的一次讲话中指出:我国农田单位用水的粮食产量不足4.8 kg/m3, 而世界先进水平为2 kg/m3左右。水的比重为1 kg/m3, 经过简单换算可知, 生产1 kg粮食耗水量高达800 kg, 即0.8 t, 接近1 t水。如果在干旱区, 生产粮食用水成本几乎是“吨水斤粮”了。

如果说1 kg粮食要用2 t水来“换”, 可能有些人不相信。近期笔者在东北、西北、华北部分粮食产区调查发现, 作为我国目前最大“耗水户”的农业生产, 许多地方仍在沿用相对粗放的灌溉方式, 无论是地表水还是地下水灌溉, 水、粮比都很惊人, 节水灌溉的面积相对较少, 水资源消耗浪费巨大, 有的农田产出基本是“一斤粮食一吨水”的程度。

我国水资源总量居世界第6位, 但人均水资源量只有世界平均水平的28%。与此同时, 农业灌溉用水却消耗巨大, 约占全社会用水总量的45%。

巴彦淖尔市是内蒙古自治区的“粮仓”, 同时也是典型的干旱区, 年蒸发量约为降水量的14倍, 农业生产全靠灌溉。过去都是自己拿上工具去抢水, 想浇多少浇多少, 有时冬天地里都结着冰。后来有管理了, 农民也有节水意识了。但现在供水时还须先灌满80 cm深的土渠, 然后才能溢出到农民田里, 土渠中这80 cm深的水就浪费了。一些基层干部和农民介绍, 有的灌区在供水时, 由于没有精细管理, 供水量过多, 致使用于泄水的排水渠也“满载”工作, 许多水白白流走。有的农民在为水田补水时同时开口子排水, 水田里成了“常流水”, 水资源浪费严重。内蒙古西部河套灌区年产粮食20多亿kg, 消耗40多亿m3地表水, 相当于1 m3水换0.5 kg粮。东部通辽灌区玉米产量高, 以地下水井灌为主, 1 m3水能换3.5 kg粮。地下水是子孙后代的“保命水”, 长期用地下水灌溉已使部分地区地下水位大幅下降, 将引发一系列生态问题。

无独有偶, 在宁夏回族自治区水利厅了解到, 宁夏农业灌溉年引水约63亿m3, 除了排走的水实际消耗约38亿m3, 全区粮食年产量375万t左右, 相当于1 m3 (t) 水换来1 kg粮。相对于内蒙古, 这个效益还是不错的。

近年来, 我们不断加大农田水利建设投入, 部分工程已经见到节水成效。但据有关部门测算, 目前我国农业灌溉水有效利用系数0.516, 远低于发达国家0.7以上的水平。更值得注意的是, 我国原本在水热条件丰富的地方产粮, 几乎不需要用地下水。以前是“湖广熟, 天下足”, 现在则是“北粮南运”、“外粮内运”。由于种地不挣钱, 江南农民纷纷撂荒, 种地就开垦到了原本不适合农业的干旱、半干旱区。那里原本蒸发量就大, 在那里生产粮食, 相当于将宝贵的地下水资源又通过粮食运回了水分充足的南方。

以笔者熟悉的山东为例, 那里的年自然降水量平均676 mm左右, 其中80%降水在7—8月植物生长季节, 其中的雪水也可为小麦利用。只要农民种地, 小麦和玉米或小麦大豆轮作, 天然降水就会得到很好的运用, 其水量相当于500.3 m3 (t) 。山东小麦、玉米周年产量如果管理好的话, 可打粮食1.5 t/667 m2, 玉米季不需要浇水, 仅小麦季浇水2~3遍, 需水量400~525 mm, 取平均值463 mm。天然降水与人工灌溉总水量约1 139 mm/667 m2, 折合759.7 t/667 m2, 水分利用效率是1.97 kg粮/t水, 相对于在干旱区种粮, 其水分利用效率是其近4倍, 而利用的灌溉水只有35%左右, 这些水需要客水补充。如果换成江南水乡, 由于自然降水就在1 000 mm以上, 灌溉用水就更少, 水分利用效率更高。从这样简单的计算来看, 在干旱、半干旱区种粮或种棉花, 仅水账就不合算。

植物吸收的水分还要通过蒸腾作用耗散到空气中, 灌溉到土壤中的水也会蒸发到空中。在干旱、半干旱区种地, 相当于将储藏在地下中宝贵的水资源, 通过大气环流带走了, 地下水位下降就不可避免。更糟糕的是, 盐分也带到了地表, 种植几年后就出现退化。对地表水源的争夺;造成地下水位下降;地面沉降;在蒸发量大的地区造成土壤盐碱化;过度灌溉的地区造成农业废水引起的农药和化肥污染。

在水分利用效率方面还有一个瞬时水分利用效率的计算, 即光合速率除以蒸腾速率, 由于与生产实际相差较远, 不再一一介绍。

植物水分利用效率 篇2

张鑫，隋世江，于涛，刘慧颖

（辽宁省农业科学院植物营养与环境资源研究所，辽宁 沈阳 110161）

摘要：研究同一施肥水平下，不同秸秆还田量对0-100cm土壤贮水量、水分利用效率、玉米生长发育及产量的影响。结果表明，随着秸秆还田量的增加，玉米生育期0-100cm土层土壤贮水量较CK提高4.25%、7.25%和4.49%；株高较CK增加6.88、14.12和8.21cm；百粒重较CK增加4.74%、11.05%和5.72%；玉米产量较CK显著提高4.21%、7.50%和4.73%(p<0.05)；水分利用效率较CK提高4.46%、9.27%和5.84%。秸秆还田量为9000kg/hm2，能够显著提高该地区的玉米产量和水分利用率。

关键词：玉米；秸秆还田；水分利用效率；产量

1Effect of different amounts of straw returning on corn yield and water use efficiency

ZHANG Xin ,SUI Shi-jiang,YU Tao,LIU Hui-ying

（Institute of plant nutrition and environmental resources ,Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Liaoning,Shenyang,110161）

Abstract：Research on effects of different amounts of straw returning of 0-100cm soil, water use efficiency, growth and yield of maize in the same level of fertilization.The results showed that follow the amount of straw returning from low to high , compared with CK, water storage of 0-100cm soil in the growing period of corn increased 4.25%, 7.25% and 4.49%;plant height of straw returning treatments was 6.88、14.12 and 8.21cm higher than that of CK;100-seed weight and yield increased by 4.74%, 11.05%, 5.72% and 4.21%, 7.50%, 4.73%;the water use efficiency increased by 4.46%, 9.27% and 5.84%.In the region, the use of straw returning amount of 9000 kg/ha, could increase the yield and water use efficiency significantly.Keyword：maize;straw returning;water use efficiency;yield

我国年产生秸秆约7亿t，其中玉米秸秆约占50％以上[1]。玉米作为东北地区的主要粮食作物, 尽管年产大量秸秆, 但秸秆还田没有得到有效地推广应用。近年来随农村生活水平不断提高，大量的农作物秸秆被就地焚烧，既浪费了资源，又污染了环境[2]。秸秆还田作为秸秆资源的一种利用方式，可以提高土壤养分水平，改善土壤物理性质，优化农田生态环境[3-5]。

秸秆还田是秸秆资源利用的主要方式，是促进农业可持续发展的有效措施，特别是秸秆与化肥配施，既有培肥改土的作用，又有增强土壤蓄水保墒的能力[6]。刘世平等[7]研究证明，秸秆还田后在腐解过程中，能够促进土壤微粒的团聚，有效改善土壤结构增强通气与保水能力。研究表明，秸秆还田与氮肥配施能够提高作物产量[8-11]。本研究通过探讨同一施肥水平下不同秸秆还田量对玉米产量和水分利用效率的影响，既保证玉米产量，又合理利用资源、改善土壤环境，为促进该地区农业的可持续发展提供依据。

1材料和方法

1.1试验地概况

试验于2010年在辽宁省清原县北三家乡押虎沟进行，该地区地下水埋藏浅，浅水层约2-5m，属中温带大陆性季风气候。供试土壤类型为草甸土，试验土壤基础地力ph值5.2，有机质26.4g/kg，全氮1.23g/kg，速效磷(P2O5)20.3mg/kg，速效钾(K2O)51mg/kg, 碱解氮71mg/kg。供试玉米品种辽单28，试验区田间管理同大田。

1.2试验设计

1基金项目：公益性行业科研专项（201103039）；“十二五”农村领域国家科技计划课题（2012BAD14B04）

作者简介：张鑫（1981－），男，山东桓台人，助理研究员，硕士，从事施肥与农业生态环境研究。Email：billyxin@163.com

试验设4个处理，秸秆还田量分别为：0kg/hm2(CK)、4500kg/ hm2(LS)、9000kg/ hm2(MS)和13500 kg/ hm2(HS)，秸秆粉碎还田，还田深度20cm，3次重复，小区面积66.55m2，小区随机排列。各处理施肥量相同，磷、钾P2O560 kg/hm2，K2O60kg/hm2肥全部做底肥施入，氮肥施入量240 kg/hm2，其中1/3氮肥基施，拔节期追施2/3。

1.3测定项目与方法

玉米生育期采集0-20cm、20-40cm、40-60cm、60-80cm、80-100cm的土壤样品，每个小区随机取5个点，混合制样，样品混合均匀后烘干法测定土壤水分含量。收获期田间小区取样，每个小区取样株10株，测定株高以及与产量相关的性状。

土壤贮水量的计算：W=h×a×b×10/100

式中：W为土壤贮水量(mm)；h为土层深度(cm)；a土壤为容重(g/cm3)；b为土壤含水量(质量%)。土壤耗水量的计算：ETa=W1-W2+P

式中：ETa为土壤耗水量(mm)；W1为播前土壤贮水量(mm)；W2为收获后土壤贮水量(mm)；P为生育期有效降水量(mm)，式中土壤贮水量及耗水量均以1 m土层含水量计算.水分利用效率：WUE=Y /ETa

式中：WUE为水分利用效率(kg/mm·hm2)；Y为作物籽粒产量(kg/hm2)2结果与分析

2.1不同量秸秆还田对土壤贮水量的影响

玉米生育期不同量秸秆还田处理对100cm土壤贮水量变化的影响见图1。从图中可以看出，玉米生育期100cm土壤贮水量呈现降低—升高—降低的变化趋势。播前到苗期，受少量降雨入渗补充的影响，各处理土壤贮水量略有升高，秸秆还田处理0-100cm土壤贮水量较CK分别增加21.75（p<0.05）、20.51（p<0.05）和8.54（p<0.05）mm。拔节期到大喇叭口期是作物需水的临界期，该时期降雨较少，植物生长又消耗大量的土壤水分，土壤贮水量呈下降趋势，各处理0-100cm土壤贮水量无明显差异。吐丝期到收获期，受雨季降雨的影响，各处理土壤贮水量显著增加，秸秆还田处理与CK相比土壤贮水量差异明显。玉米生育期内，随着秸秆还田量的由低到高，0-100cm土壤贮水量秸秆还田处理较CK分别提高4.25%、7.25%和4.49%，MS处理显著高于其他秸秆还田处理。

图1 不同量秸秆还田处理0-100cm土层土壤贮水量的变化

Fig 1 Water storage of 0-100cm soil under different amounts of straw returning

2.3不同量秸秆还田对玉米产量及产量性状的影响

不同量秸秆还田对玉米产量及产量性状的影响见表1。从表中可以看出，秸秆还田处理的产量均显著

高于CK，分别增加4.21%、7.50%和4.73%，其中MS处理产量最高，达到8704.66kg/hm2。从产量构成因素看，秸秆还田处理的株高高于CK，分别增高6.88、14.12和8.21cm；秸秆还田处理穗长值相近，均略高于CK；穗行数、行粒数各处理间无明显差异，主要是由玉米品种遗传特性所决定；秸秆还田处理的百粒重均高于CK，分别增加4.74%、11.05%和5.72%。可见秸秆还田处理主要是通过提高籽粒饱满度，增加粒重，达到增产的效果。

表1 不同量秸秆还田对玉米产量及产量性状的影响

Table 1 Effects of different amounts of straw returning on yield traits of maize

处理 Treatment CK LS MS HS

株高/cm plant height 221.35c 228.23b 235.47a 229.56b

穗长/cm Ear length 18.19b 19.07a 19.27a 19.10a

穗行数（行）Rows per ear 15.50a 15.67a 15.83a 15.80a

行粒数（粒）Grains per row

34.04a 34.13a 34.17a 34.12a

百粒重/g 100-grain weight

32.67c 34.22b 36.28a 34.54b

产量/kg·hm-

2Yield 8097.21c 8438.59b 8704.66a 8479.93b

注：小写字母表示5%水平差异显著。Note：The small letters indicate significantly of 5% levels.2.3不同量秸秆还田对水分利用效率的影响

不同量秸秆还田处理对水分利用效率的影响见表2。从表中可以看出，秸秆还田处理水分利用效率与CK相比差异显著（p<0.05），随着秸秆还田量的增加，秸秆还田处理水分利用效率分别比CK提高4.46%、9.27%和5.84%，MS处理水分利用效率最高，LS和HS秸秆还田处理水分利用效率差异不显著。

表2 不同量秸秆还田下水分利用效率

处理 Treatment CK LS MS HS

产量/kg·hm-

2Yield 8097.21c 8438.59b 8704.66a 8479.93b

153.15b 166.43a 168.08a 163.89a

156.57b170.94a179.11a172.25a

469.28 a 468.18 a 461.67 a 464.33 a

472.70472.70472.70472.70

17.25c18.02b18.85a18.26b

ETa/mmWater consumption

生育期降水量/mm

Rainfall

WUE kg·mm-1·hm

注：小写字母表示5%水平差异显著。Note：The small letters indicate significantly of 5% levels.3结论与讨论

秸秆还田可以形成有良好团聚体结构的土壤，具有高度的孔隙性、持水性和通透性，可以更新和增加

［］

土壤有机质，改良土壤结构12-14。本研究结果表明，玉米生育期秸秆还田处理能够提高0-100cm土层土壤贮水量。随着秸秆还田量的增加，较CK分别提高了4.25%、7.25%和4.49%，差异显著(p<0.05)，当秸秆还田量达到9000kg/hm2时，玉米生育期0-100cm土层土壤贮水量提高显著。这可能是由于秸秆还田提高土

[15][16.17]

壤孔隙度，降低土壤容重，改善土壤水分状况和保水能力，生育后期雨季降水较多，通过秸秆还田的保墒、增墒和扩蓄增容作用[18.19]，提高了0-100cm土层土壤贮水量。

前人研究结果表明，秸秆还田配施氮肥可以提高作物产量[20-24]。本研究进一步证实了前人的研究成果，秸秆还田配施氮肥增加了作物产量。试验表明，与CK相比，秸秆还田处理能够显著提高水分利用效率和增加玉米产量。随着秸秆还田量的增加，玉米产量较CK分别增加4.21%、7.50%和4.73%，水分利用效率较CK分别提高4.46%、9.27%和5.84%，可能是由于秸秆还田处理提高土壤贮水量的同时改善了土壤微生物环境，使得土壤微生物数量增加，土壤酶活性增强，土壤矿质养分和土壤有机质养分的分解利用加快，这样就保证了玉米生长发育所需养分的供应，使得作物产量增加。

本试验区秸秆还田处理有效的提高了土壤贮水量，改善了土壤水分状况，显著提高水分利用效率和玉米产量。最适秸秆还田量为9000kg/hm2左右，可见，秸秆还田配施氮肥不仅改良了土壤结构，提高了土壤

贮水量，而且增加作物产量的同时，实现资源的优化利用，改善生态环境，促进农业的可持续发展。

参考文献

1.王久臣,戴林,田宜水,等.中国生物质能产业发展现状及趋势分析[J].农业工程学报,2007,23(9):276-282.2.江永红,宇振荣,马永良.秸秆还田对农业生态系统和作物生长的影响[J].土壤通报,2001,32(5):209-213.3.汪军,王德建,张刚.秸秆还田下氮肥用量对水稻产量及养分吸收的影响[J].土壤,2009,41(6):1004-1008.4.洪春来,魏幼璋,黄锦法,等.秸秆全量直接还田对土壤肥力及农田生态环境的影响研究[J].浙江大学学报(农业与生命科学版),2003,29(6):627-633.5.孙星,刘勤,王德建,等.长期秸秆还田对土壤肥力质量的影响[J].土壤,2007,39(5):782-786.6.马晓丽,贾志宽,肖恩时,等.渭北旱塬秸秆还田对土壤水分及作物水分利用效率的影响[J].干旱地区农业研究,2010,28(5):59-64.7.刘世平,陈后庆,聂新涛,等.稻麦两熟制不同耕作方式与秸秆还田土壤肥力的综合评价[J].农业工程学报.2008,24(５):51-56．

植物水分利用效率 篇3

关键词：草莓；硫磺熏蒸；微生物菌肥；水分利用效率；产量

中图分类号： S668.406 文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2015）03-0147-02

草莓（Fragaria ananassa）是薔薇科（Roseceae）草莓属（Fragria）多年生常绿草本植物，栽培种类非常丰富，栽培面积不断扩大[1-2]。由于我国部分地区气候干燥、降水量少及片面追求高产和经济效益，多年连作种植，施加过量化肥，导致土壤养分不均衡、有机质含量降低、肥力严重下降，降低了化肥的增产效率。冬季设施栽培的草莓，易感染白粉病、灰霉病等病害，有时还会受到蚜虫、红蜘蛛等害虫危害，目前对草莓白粉病和虫害的防治主要采用硫磺熏蒸的方法，这会影响植物的水分利用效率和产量，严重影响草莓果实的品质[3-4]。

植物水分利用效率（WUE） 是指植物消耗单位水量所产生的同化物量，它不仅反映农业生产中作物能量的转化效率，而且是评价作物生长适宜度的综合生理生态指标，已成为当代农业，特别是旱作和节水农业生产所追求的目标之一，一般采用光合速率（Pn） 和蒸腾速率（Tr） 之比来表示植物的水分利用效率[5-6]。微生物菌肥由于含有大量的生物菌，通过微生物菌肥的活动，不但可以改善土壤的理化性状、提高土壤有机质含量，而且具有解钾、释磷、固氮的功能。微生物菌肥施入土壤会很快增殖形成群体优势，分解土壤中被固定且植物不能吸收利用的氮、磷、钾，固定空气中游离的氮供植物吸收利用[7-9]。目前，草莓施肥研究多集中于化学肥料、有机基质等对草莓长势和成花品质的影响，而有关微生物菌肥对草莓水分利用效率和产量的影响尚未涉及。本研究通过揭示硫磺熏蒸和微生物菌肥对草莓水分利用效率和产量的影响效果，以期为草莓科学施肥提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

进行冬季大棚设施栽培的红颜、枥乙女和章姬3个草莓品种，由北京农学院提供，种植地点为北京市房山区，聚乙烯塑料大棚内日平均最高温度为28.1 ℃，白天平均最低气温为10.6 ℃；栽培基质为草炭 ∶珍珠岩=3 ∶1，pH值为5.6，根据基质水分状况，每周浇水1～2次；微生物菌肥主要成分为枯草芽孢杆菌，有效活菌数≥2亿/mL，兴农宝典生物科技服务中心生产。

1.2 试验方法

供试草莓于种植后2周进行处理：S1，硫磺粉每周熏蒸3次；S2，硫磺粉每周熏蒸3次，0.3%微生物菌肥每周灌根2次；S0，不进行硫磺熏蒸和微生物菌肥灌根，为空白对照。熏蒸器悬挂在距后墙3 m处，距地面高度1.0～1.5 m，整个棚内均匀设5个熏蒸点，每个熏蒸点每次投放硫磺锯末粉 750 g；放帘后保持棚室密闭，通电加热2 h，每隔6 d换1次硫磺粉。

随机选取3株健康的草莓植株，从草莓中心叶向外数第3 张成熟叶片，采用美国LI-COR公司生产的Li-6400光合仪，使用 LED 红蓝光源叶室，于08：30—12：00测定3个草莓品种叶片的净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr），计算水分利用效率=Pn/Tr[ 10-11]，重复3次。

1.3 数据分析

试验数据用Excel 2003和SPSS 13.0软件进行单因素方差分析和Duncans检验。

2 结果与分析

2.1 不同处理对草莓净光合速率和蒸腾速率的影响

由图1可见，经硫磺熏蒸处理后，3个草莓品种的Pn值轻微降低，而经硫磺熏蒸加微生物菌肥灌根处理后，3个草莓品种Pn值有显著增加的趋势，其中，红颜表现最好，Pn值最高，为11.06 μmol/（m2·s），硫磺熏蒸和微生物菌肥灌根处理提高了草莓的净光合速率。不同处理对不同草莓品种的蒸腾作用有不同影响，硫磺熏蒸处理下，章姬Tr值低于对照，而红颜和枥乙女Tr值高于对照，硫磺熏蒸加微生物菌肥灌根处理，红颜、枥乙女、章姬的Tr值分别比对照高9.79%、1561%、7.69%，与对照相比显著增加。

2.2 不同处理对草莓水分利用效率的影响

由图 2可见，在不进行硫磺熏蒸和微生物菌肥灌根条件下，3个草莓品种的水分利用效率从大到小依次为章姬>红颜>枥乙女；在硫磺熏蒸条件下，3个草莓品种的水分利用效率较对照显著变小，其中，枥乙女水分利用效率值较对照减少1455%，减小幅度最大；在硫磺熏蒸和微生物菌肥灌根条件下，3个草莓品种的水分利用效率上升，其中，红颜较对照上升幅度3.84%，水分利用效率与对照相比上升最显著。

2.3 不同处理对草莓产量的影响

由图3可见，硫磺熏蒸和微生物菌肥灌根处理时，红颜的单株产量最高，为345.00 g/株，显著高于对照和仅硫磺熏蒸处理；整体而言，红颜单株产量显著高于章姬和枥乙女。

3 结论

通过研究硫磺熏蒸和微生物菌肥灌根处理对草莓光合特性、水分利用效率和产量的影响，结果表明，单独采用硫磺熏蒸处理对3个草莓品种的水分利用效率有降低现象；硫磺熏蒸和微生物菌肥灌根复合处理优于单独硫磺熏蒸处理，水分利用效率有显著增加，从而有效地提高了草莓的产量。通过微生物菌肥中生物菌的活动，可以改善土壤的理化性状，提高土壤有机质含量，促进植物对养分的吸收利用，提高草莓的光合特性，这与王冉等研究结论[7]一致，同时，这与很多作物采用微生物菌肥部分替代化肥，并得到较好的效果[12-13]基本一致。

参考文献：

[1]张跃建，朱振林. 大棚草莓配套栽培技术[M]. 上海：上海科学普及出版社，2000：49-52.

[2]Staudt G. Taxonomic studies in the genus Fragaria typification of Fragaria species known at the time of Linnaeus[J]. Canadian Journal of Botany，1962，40（6）：869-886.

[3]楊联伟. 草莓白粉病的发病规律和防治措施[J]. 烟台果树，2005（3）：15-16.

[4]介晓磊，王 镇，化党领，等. 生物有机肥对土壤氮磷钾及烟叶品质成分的影响[J]. 中国农学通报，2010，26（1）：109-114.

[5]Shaharoona B，Naveed M，Arshad M，et al. Fertilizer-dependent efficiency of Pseudomonads for improving growth，yield，and nutrient use efficiency of wheat （Triticum aestivum L.）[J]. Applied Microbiology and Biotechnology，2008，79（1）：147-155.

[6]Fischer R A，Turner N C. Plant productivity in the arid and semiarid zones[J]. Annual Review Plant Physiology，1978，29：277-317.

[7]王 冉，何 茜，丁晓纲，等. N素指数施肥对沉香苗期光合生理特性的影响[J]. 北京林业大学学报，2011，33（6）：58-64.

[8]黄 鹏，何 甜，杜 娟. 配施生物菌肥及化肥减量对玉米水肥及光能利用效率的影响[J]. 中国农学通报，2011，27（3）：76-79.

[9]何永梅，肖建桥. 几种微生物肥料在蔬菜生产上的正确应用[J]. 南方农业，2009，3（1）：36-38.

[10]冯建灿，张玉洁. 喜树光合速率日变化及其影响因子的研究[J]. 林业科学，2002，38（4）：34-39.

[11]潘瑞炽. 植物生理学[M]. 北京：高等教育出版社，1958：206.

[12]王明友，李光忠，杨秀凤，等. 微生物菌肥对保护地黄瓜生育及产量、品质的影响研究初报[J]. 土壤肥料，2003（3）：38-41.

植物水分利用效率 篇4

(一) 教材的地位和作用。

本课是在初中“植物吸水的原理”基础上及高中学习了细胞的结构和功能相关知识后, 重点讲述植物渗透吸水这一生理过程。一方面它与前面所学内容紧密联系, 另一方面又为今后学习植物的矿质营养、细胞呼吸、生物与环境等奠定了基础。学习本节能使学生建立以“植物与水”为中心, 并与前后知识相联系的完整知识体系, 进而正确认识水, 对科学利用水有更深刻的理解。

(二) 内容编排。

本节主要讲述渗透作用的原理, 植物细胞的吸收和失水, 水分的运输利用和散失及合理灌溉等内容。教材是按“原理→应用”的特点进行编排的, 即从“为什么能够吸水”→“怎样吸水”→“吸收的水分是怎样运输、利用与散失的?”→“如何合理利用水 (合理灌溉) ?”展开的。其中, “渗透作用的原理”是通过演示实验概括出来的, “植物细胞的吸水与失水”则是通过“质壁分离与复原”实验进行证实的。

(三) 教学目标。

1. 知识目标

(1) 理解植物细胞吸水与失水的原理。

(2) 理解水分在植物体内的运输、利用和散失。

(3) 了解合理灌溉在生产实践中的运用。

2. 能力目标

(1) 通过对实验现象的观察, 培养观察思考、分析问题、解决问题的能力。

(2) 通过分析成熟植物细胞可以看成是一个渗透系统, 培养知识迁移能力及对科学知识的探究能力。

(3) 通过图表分析, 学会将知识用图表系统表达的能力。

(4) 在水分运输、利用、散失和合理灌溉的学习, 培养理论联系实际的能力。

3. 情感态度价值观

(1) 让学生认同水对生命活动的重要性。

(2) 树立科学用水节约用水及保护环境的意识。

确定目标之依据:大纲在要求上对知识目标 (1) (2) 是从识记层次进行的规定, 但由于水分与植物的生理活动及农作物增产增收紧密联系, 水分代谢与其他代谢活动相互联系, 并且这些知识是考查学生能力的良好载体, 故在实际教学中把这两个知识的要求提升为“理解”层次。

(四) 重点、难点。

1. 重点

(1) 渗透作用的原理。

(2) 植物细胞吸水和失水的原理。

2. 难点

(1) 渗透作用的概念。

(2) 植物细胞吸水和失水的条件。

渗透作用涉及到生物学知识与物理知识的结合, 对此学生理解有一定难度。另外, 如何引导学生观察实验现象, 分析得出植物细胞吸水和失水的条件有一定困难。为了突破难点, 上课时我采用演示实验与多媒体相结合的方法, 将微观过程通过动画展现在学生眼前。通过动态演示将抽象的问题形象化, 复杂的问题具体化, 这样会让学生在鲜活的动画中轻松过关, 突破难点。

二、教法分析

(一) 学情分析与教学策略。

本节是教学的重点之一。植物对水分的吸收和利用发生于微观世界, 过程复杂, 概念难理解, 同时还有实验。过去由于受注入式教学方法的局限, 学生对水分吸收的理解停留在静态分割层面, 对实验原理及过程难以理解。故本节运用现代化教学手段, 让学生对质壁分离与复原实验进行观察分析, 主动建构。

(二) 教学方法。

1. 探究教学法

创设联想, 提出探索问题, 引导学生探究推理。

2. 直观教学法

通过演示实验、动画等, 化静为动, 化抽象为具体, 增强教学内容的直观性、启发性, 使学生更好地从感性认识上升为理性认识。

3. 通过设疑引入

演示实验与动画相结合, 层层设疑, 激发学生积极思维, 主动探索新知, 提高观察、分析、解决问题的能力。

三、学法分析

(一) 基础知识主动学习法。

(二) 重点难点合作分析、自主探究。

四、教学设计

我首先提出第一个思考问题:从市场买回的新鲜蔬菜, 放久了会萎蔫, 再放入清水中又会变得硬挺, 为什么? (回答:植物吸水了。)

设计意图:联系生活, 事例真实可信, 学生体会深刻, 激发探究热情。

第二个问题:在地球重力作用下, 水往低处流。那么在植物体内是这样吗?为什么?同时让学生观看西双版纳望天树图片, 水又如何从土壤运往80米高的大树顶端?水分进入植物体后又有何用处?

设计意图:事例鲜活, 引人入胜, 步步设疑, 又紧扣本节内容, 激起学生强烈的求知欲, 并顺理成章引入新课。

(一) 渗透作用原理。

1. 活动探究法

教师演示渗透作用与水分流动的实验, 引导学生观察并记录实验现象, 并思考回答下列问题:描述漏斗管液面的变化情况, 并说明产生这些变化的原因?

设计意图:学生很容易答出:漏斗管液面上升了。但其原因就未必清楚了, 从而引发进一步探究。

下面我结合动画演示水分子进出半透膜的过程, 让微观的问题形象化, 从而突破难点, 理解渗透作用的概念。又提出问题:如果将半透膜换成纱布, 漏斗液面会不会上升?那么渗透作用发生的条件是什么?由此师生共同总结归纳出渗透作用的概念和条件。

概念:渗透作用是水分子 (或其它溶剂分子) 通过半透膜从低浓度溶液向高浓度溶液的扩散。

条件:半透膜两侧溶液有浓度差。

2. 问题解决法

师生共同归纳出渗透作用的概念、条件后, 进一步探索成熟植物细胞是一个完整的渗透系统。在此过程中, 提出一系列的问题, 让学生通过问题链的解决获得新知。回顾比较植物细胞的细胞壁、细胞膜、液泡膜的结构, 说明它们的区别是什么?原生质层包括那些结构?有何特点?要发生渗透作用, 还需哪些条件, 对应成熟植物细胞是什么?

设计意图:问题是思维的体操, 由问题而研究, 由研究解决问题。既通过问题指引学生由旧知识推出新知识, 又引导学生巧妙迁移所学知识, 从而培养能力, 获取新知。

(二) 植物细胞的吸水和失水。

成熟植物细胞与外界溶液构成了一个渗透系统。液泡中的细胞液就会通过原生质层与外界溶液发生渗透作用了。事实是否如此呢?

下面用课件动画演示质壁分离及质壁分离复原的过程。

设计意图:观看动画, 形象直观, 印象深刻, 既缩短了教学时间又使学生对知识的理解更透彻。化难为易, 使教学事半功倍, 再次突出重点、突破难点。学生能深刻地理解成熟植物细胞相当于一个渗透系统:

外界溶液浓度>细胞液浓度细胞失水

外界溶液浓度<细胞液浓度细胞吸水

(三) 水分的运输利用和散失。

自读自答法:让学生自主阅读教材内容, 自我或小组思考解决下列问题:植物根吸收的水分通过哪一结构运输?吸收的水分去路有哪些?吸收和运输水分的动力是什么?自答之后, 结合课件演示, 肯定学生答案。

设计意图:充分发挥学生的主体作用, 相信他们, 能自己解决的问题一定要让他们自己解决, 既锻炼能力又增加信心;体现教师的主导地位, 放手让学生独立行走, 关键时刻指点迷津。

(四) 合理灌溉。

材料和信息处理法:学生阅读教材内容, 分析小麦一生的需水量变化曲线, 总结归纳合理灌溉的注意问题及我国水资源现状。

设计意图:锻炼学生对材料和信息的处理能力, 同时让他们联想实际情况, 树立节约用水、科学用水的意识。

五、总结反思

植物水分利用效率 篇5

关键词：玉米；深松；分期施氮；水分利用效率

中图分类号： S513.06文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）06-0075-03

收稿日期：2013-12-18

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2011BAD16B14、2012BAD04B03）；公益性行业（农业）科研专项（编号：201303130、201103001）。

作者简介：耿明杰（1986—），男，黑龙江七台河人，硕士，主要从事玉米高产理论与技术研究。E-mail：287849057@qq.com。

通信作者：齐华，博士，教授，博士生导师，从事作物逆境生理生态与调控、超高产理论与实践等研究。E-mail：qihua10@163.com。科学的耕作方式和合理的氮素运筹是调控作物肥水利用、提高产量的重要措施[1-2]。目前，东北玉米产区普遍存在耕层浅、犁底层结构紧实等问题，限制了玉米对水、氮的利用，导致玉米早衰，最终限制玉米产量的进一步提高。通过土壤耕作来协调水肥时空分布，使养分供应与玉米生长发育协调一致，实现水肥高效利用，对提高玉米产量与资源高效利用具有重要意义。深松可以有效打破犁底层，提高土壤蓄水保墒能力，与其他耕作方式相比显著提高作物的产量和水分利用率[2]。深松耕法提高了土壤通透性，既可积存雨水，又可减少土壤中水分的蒸发，形成土壤水库、减轻土壤干旱程度[3]。已有研究表明，作物水分利用能力对养分吸收有正向调控作用[4-6]。在一定土壤水分条件下，配合适量的养分，能够使水分得到更有效地利用[7-8]；在缺肥条件下，也可通过肥水耦合实现肥水高效利用和作物高产[9-11]。氮肥后移对玉米生育期内的氮素平衡尤为重要，均有利于产量的提高并且减少污染[12]。现有作物肥水耦合利用的研究中，灌溉与氮素的耦合效应研究较多，土壤耕作与氮素互作对玉米水分利用及产量影响报道较少。构建合理耕层应该注重提高土壤耕作和氮肥对土壤互作能力及其对作物肥水利用效率的影响。本试验研究深松与分期施氮对玉米水分利用效率、产量的影响，为玉米节本增效、高产栽培及合理耕层构建提供理论依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验于2011年在辽宁省沈阳市于洪区造化镇进行，地理位置为41°54′N、123°54′E，海拔46 m，属温带半湿润大陆性气候，全年平均气温8.3 ℃，平均年降水量630 mm，全年无霜期183 d。供试农田为棕壤土，前茬作物为玉米，0～20 cm土层含有机质11.23 g/kg、碱解氮140 mg/kg、速效磷17.94 mg/kg、速效钾118.8 mg/kg。

1.2试验设计

试验设深松、等量氮肥施用次数2个因素。耕法2个水平分别为（1）隔行深松（S），春季灭茬起垄后利用深松犁隔行垄下深松作业，深松深度均为35 cm；（2）不深松（C），作为对照，春季灭茬旋耕起垄，玉米拔节期追氮并进行趟地。等量氮肥施用次数3个水平分别为（1）N（3-0-0），1次性基施纯氮 225 kg/hm2；（2）N（1-2-0），基施纯氮75 kg/hm2，拔节期追施纯氮150 kg/hm2；（3）N（1-1-1），基施纯氮75 kg/hm2，拔节期追施纯氮75 kg/hm2，灌浆初期追施纯氮75 kg/hm2。田间采用裂区设计，主区为深松，副区为等量氮肥施用次数。小区行长10 m、行距60 cm，10行区，3次重复。供試材料选用郑单958，种植密度67 500株/hm2。各小区于播种时作种肥1次施入磷肥（P2O5）75 kg/hm2，钾肥（K2O）150 kg/hm2，磷肥与钾肥分别为过磷酸钙和氯化钾。其他管理与一般生产田相同。

1.3测定项目与方法

1.3.1土壤含水量于玉米小喇叭口期、开花期和收获期，在各小区中间行上选取3个样点，采用北京核安核子仪器有限公司生产的CNC503DR型中子仪，分别距地表5、15、25、35、50、70、90、110 cm分层观测土壤含水率，土壤体积含水率与中子仪计数值线性关系如下：Q=AR+B。式中：Q为体积含水率（%）； R为中子仪计数值；A、B为方程参数。将同一地点体积含水率（烘干法）与中子仪对应土层计数值带入上式，计算出参数A、B。

1.3.2灌浆速率在抽雄散粉前，选取生长整齐一致的30株玉米进行挂牌标记、雌穗套袋；吐丝期统一进行授粉；授粉后14 d开始取样，每7 d取样1次。每小区取样3穗，用手术刀和镊子取果穗中下部籽粒100粒，并在105 ℃进行杀青 30 min，再在75 ℃烘干至恒重，冷却至室温后用1/1 000天平分别称量，然后计算籽粒的平均灌浆速率。

V=（m2-m1）/（t2 -t1）。

式中：V为玉米籽粒平均灌浆速率（mg/d）；m2为本次取样时籽粒平均质量（mg）；m1上次取样时籽粒平均质量（mg）；t2为本次取样时花后时间（d）；t1为上次取样时花后时间（d）。

1.3.3产量玉米果穗完熟期测产，各小区收获3行果穗计算出单穗质量，选取有代表性的10个果穗，待风干后于室内考种，测定穗部性状并计算其籽粒产量。

1.3.4水分利用效率试验田地下水位超过5 m，可忽略地下水对玉米耗水量的影响。试验期间没有强降雨，地表径流也可忽略不计。耗水量由农田水量平衡方程求得[13-14]：

ETα = P+I-ΔW。

式中：ETα为玉米生育期间耗水量（mm）；P为玉米生育期间降水量（mm）；I为灌溉量（mm），本试验未进行灌溉，I为 0 mm；ΔW为玉米收获与播种时土壤蓄存水变化量（mm）。玉米生育期间降水量P来自试验田气象站（图1）。水分利用效率指作物单位耗水量产出的籽粒产量[15]，采用下式计算：

WUE=Y/ETα

式中：WUE为作物水分利用效率[kg/（hm2·mm）]；Y为作物的籽粒产量（kg/hm2）。

1.4数据分析与处理

试验数据采用统计分析软件SPSS 17.0和Excel 2003等软件进行统计分析与作图。

2结果与分析

2.1玉米不同生育期土壤含水量变化

小喇叭口期土壤含水量观测结果（图2）显示，各处理0～110 cm 土壤剖面含水量随深度的变化趋势基本一致。0～35 cm呈升高态势，且土壤水分变化波动不明显；35～50 cm土层趋于平缓，变化处理间差异也不明显；除SN（0-0-0）处理外，随着氮肥追施次数增加，0～50 cm土层水分含量逐渐降低；在相同施肥次数条件下，深松可以显著提高土壤含水量，SN（3-0-0）和SN（1-2-0）处理分别较CN（3-0-0）和CN（1-2-0）处理提高2.04%和1.76%。

开花期是玉米植株生长旺盛的生育阶段，玉米植株对土壤水分消耗增大。从开花期土壤含水量变化（图2）可以看出，处理间各层次土壤含水量差异明显，从30 cm土层向下深松处理土壤含水量明显提高； 深松条件下0～30 cm土层施氮处理间平均含水量表现为N（0-0-0）> N（3-0-0）> N（1-2-0）处理，而不深松处理施氮处理间表现的变化趋势与深松处理相同，但处理间差异小于深松处理，表明在水分充足条件下分期施氮增强玉米对土壤水分的吸收。

由于灌浆期降水量较大，收获期深松各处理在0～30 cm 土层含水量差异不明显，在30～110 cm土层含水量比开花期有明显提高，不深松处理各土层含水量与开花期相比变化不大，表明深松能有效增加土壤入渗度。在 0～30 cm 土层处理SN（1-1-1）、SN（1-2-0）、SN（3-0-0）土壤含水量差别不明显，在不深松处理下CN（1-1-1）比其他施氮方式含水量高，说明不深松情况下氮肥后移会抑制玉米水分吸收能力。

2.2玉米籽粒灌浆速率

不同处理的籽粒灌浆速率均表现为在花后迅速上升，花后32～38 d达到最大，而后降低，呈单峰曲线变化，分期施氮和深松处理均能提高玉米花后平均灌浆速率。最大灌浆速率随着追氮次数的增加而增加，深松处理最大灌浆速率大于不深松处理，追氮处理最大灌浆时期均早于不追氮处理，N（1-2-0）早于N（1-1-1）；深松处理最大灌浆时期早于不深松处理。与1次施氮比，分期施氮后期较强的供氮能力利于玉米维持较高的籽粒灌浆速率。

2.3玉米籽粒产量和水分利用效率

行粒数、穗粒数、千粒质量深松处理分别较对照增加10.69%、1.23%、946%，籽粒产量提高了1124%，表明通过深松可以显著提高玉米产量，在产量构成因素中，行粒数提高是增产的关键。不同施氮方式间穗行数、行粒数及穗粒数的差异均不显著，不同施氮方式间千粒质量差异达到了显著水平，表明深松与分期施氮是通过增加相同的产量构成因素实现增产，在总籽粒产量形成上有明显的交互效应。

耕作方式相同条件下，分期施氮显著增加了籽粒产量，并提高了玉米的水分利用效率；在不深松时各施氮方式总耗水量差异不显著，但多显著低于隔行深松时各施氮处理。表明分期施氮和深松两者交互作用明显，深松配合氮肥分次施用有利于提高土壤水分利用效率，从而提高产量。

3结论与讨论

深松能增加水分入渗度和土壤含水量， 可将伏雨有效贮

不同处理对玉米产量及产量构成因素的影响

耕作

方式施氮

方式穗行数

（行）行粒数

（粒）穗粒数

（粒）千粒質

量（g）籽粒产量

（kg/hm2）不深松N（0-0-0）14.93a 28.62b427.41c 233.88b7 133.88c N（3-0-0）15.13a 36.71a 555.57a 251.23b9 498.97bN（1-2-0）15.32a 35.31a 540.90a 324.45a 12 504.71a N（1-1-1）15.10a 36.90a 557.36a 307.19a 12 207.23a平均15.1231.89520.21279.1910 336.20深松N（0-0-0）14.53a 32.27a 468.69b254.98b8 170.95cN（3-0-0）14.87a 35.95a 534.49a 294.25b10 946.01bN（1-2-0）14.91a 36.80a 548.65a 332.35a 13 224.37abN（1-1-1）15.33a 36.16a 554.52a 340.82a 13 649.35a平均14.9135.30526.62305.6011 497.67注：同列数据后不同小写字母表示差异显著（P<0.05）。

不同处理对玉米水分利用效率的影响

耕作

方式施氮

方式土壤贮水量

（mm）总耗水量

（mm）籽粒产量

（kg/hm2）水分利用效率

[kg/（hm2·mm）]不深松N（0-0-0）2.30a466.69d7 133.88c 15.13hN（3-0-0）2.08ab466.92cd9 498.97b20.16fN（1-2-0）1.80ab467.20cd12 504.71a 26.55cN（1-1-1）1.87ab467.13cd12 207.23a 25.91d深松N（0-0-0）0.005d469.00a8 170.95c17.42gN（3-0-0）1.42cd467.58bc10 946.01b23.26eN（1-2-0）0.85c468.15b13 224.37ab28.14bN（1-1-1）0.97c468.02b13 649.35a 29.04a

存在土壤中，减少地面径流，扩大土壤水库容[13]。适宜的水肥条件能增强水分和养分的供给能力，深松提高水分利用效率，进而提高产量[14-16]。土壤水分含量有显著调肥作用，在一定范围内，肥料效应随土壤含水量增加而提高，分期施氮和深松间交互效应的实质是氮素和水分的正耦合效应[17]。

本试验结果表明，深松增强了土壤对水分的缓冲能力，既可满足作物水分需求又及时积蓄雨水以备后用，为中后期（开花期、收获期）作物耗水量大的时期做好准备；在水分充足条件下，分期施氮显著提高玉米对土壤水分的吸收，分期施氮配合深松能更好实现土壤水分高效利用，满足玉米对水分的需要，维持玉米较高的籽粒灌浆速率，实现玉米产量和水分利用效率的同步提高，有助于实现玉米高产，并可节本增效。

参考文献：

[1]邵国庆，李增嘉，宁堂原，等. 灌溉和尿素类型对玉米水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报，2010，26（3）：58-63.

[2]张哲元，张玉龙，黄毅，等. 覆膜及深松配合措施对玉米生长发育及产量的影响[J]. 土壤通报，2009，40（5）：1156-1159.

[3]孙东越. 中耕深松技术保水能力试验研究[J]. 农业科技与装备，2007（6）：31-32.

[4]Dobermann A，Cassman K G. Plant nutrient management for enhanced productivity in intensive grain production systems of the United States and Asia[J]. Plant and Soil，2002，247（1）：153-175.

[5]高祥照，马文奇，杜森，等. 我国施肥中存在问题的分析[J]. 土壤通报，2001，32（6）：258-261.

[6]刘朝巍，谢瑞芝，张恩和，等. 玉米宽窄行交替休闲种植根系分布规律研究[J]. 玉米科学，2009，17（2）：120-123.

[7]宋炳煜. 几个主要地面因子对草原群落蒸发蒸腾的影响[J]. 植物生态学报，1996，20（6）：485-493.

[8]尹光华，刘作新，李桂芳，等. 水肥耦合对春小麦水分利用效率的影响[J]. 水土保持学报，2004，18（6）：156-158，162.

[9]Zand-Parsa S，Sepaskhah A R，Ronaghi A. Development and evaluation of integrated water and nitrogen model for maize[J]. Agricultural Water Management，2006，81（3）：227-256.

[10]Kirda C，Topcu S，Kaman H，et al. Grain yield response and N-fertiliser recovery of maize under deficit irrigation[J]. Field Crops Research，2005，93（2/3）：132-141.

[11]张卫星，赵 致，柏光晓，等. 不同玉米杂交种对水分和氮胁迫的响应及其抗逆性[J]. 中国农业科学，2007，40（7）：1361-1370.

[12]吴迪，黄绍文，金继运. 氮肥运筹、配施有机肥和坐水种对春玉米产量与养分吸收转运的影响[J]. 植物营养与肥料学报，2009，15（2）：317-326.

[13]肖继兵，孙占祥，杨久廷，等. 半干旱区中耕深松对土壤水分和作物产量的影响[J]. 土壤通报，2011，42（3）：709-714.

[14]徐杰，陶洪斌，宋庆芳，等. 水氮配置对华北冬小麦-夏玉米种植体系氮素利用及土壤硝态氮残留的影响[J]. 华北农学报，2011，26（4）：153-158.

[15]付国占，李潮海，王俊忠，等. 残茬覆蓋与耕作方式对土壤性状及夏玉米水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报，2005，21（1）：52-56.

[16]Pikul J L，Aase J K. Water infiltration and storage affected by subsoiling and subsequent tillage[J]. Soil Science Society of America Journal，2003，67（3）：859-866.

植物水分利用效率 篇6

马铃薯是全球第四大重要的粮食作物,产量仅次于小麦、水稻和玉米。 马铃薯营养丰富:淀粉、蛋白质、维生素、无机盐、脂肪等。研究表明,植物的根系需要充足的氧气来进行有氧呼吸来维持自身的新陈代谢和整个植株的生长。缺氧会导致根系的呼吸作用减弱,由有氧呼吸转为无氧呼吸,根系生长停止离子运移减慢[1],根系液流失控,进而影响整个植株的生长。马铃薯根系很大,有直根系和须根系,耗氧量较其他作物大得多,另外块茎膨大期要求土壤疏松透气[2]。

增氧灌溉对蔬菜的生长及Bhattrari等利用地下滴管系统把过氧化氢加入南瓜根部进行灌溉,与对照处理相比,南瓜数量增加29%,产量增25%[3,4],对于番茄品种,卢泽华等通过的PE管单向封闭加气(O221%、N278%、其他1%),以50%的土壤通气空隙作为标准通气,每天一次,结果与对照组相比株高提高13.90%,茎粗增加4.31%,产量增加28.52%[5],陈新明等通过大田试验,研究了加氧灌溉对菠萝生长的影响.结果加氧灌溉提高了菠萝的水分生产率,与对照相比增加了17.2%;同时,使得单果重量增加了17.3%,田间产量增加了4.3%[6]。 为此,本文通过盆栽马铃薯实验,探讨了增氧灌溉对马铃薯产量以及水分利用效率的影响,以期为马铃薯的合理灌溉提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

实验于2011年12月2012年6月在长沙县跳马乡金屏苗木基地大棚内进行,供试材料为脱毒马铃薯中熟品种紫花白。所用肥料为尿素(含N46%)、过磷酸钙(含P2O2 12%)、硫酸钾(含K2O50%)[7]。

1.2 实验方法

供试材料为脱毒马铃薯中熟品种紫花白,采取盆栽方式播种,盆径为32 cm,马铃薯播于表层10 cm,于2011年12月15日播种,2012年6月5日收获。试验设处理1、处理2、对照组(CK)三组,采取用地下滴灌[8,9,10]方式灌溉,并通过滴灌管用充气泵向根区通气,通气时间为20 min/次,其中处理1每天3次,处理2每天1次,成熟后对献薯的产量状况、农艺性状、商品特性(大小中型薯的分类并计算其比例)以及马铃薯整个生长过程中水分的利用效率[11,12]进行观察分析。

1.3 测定项目与方法

株高和茎粗:每月测量一次,取平均值,记录最大值跟最小值;单株结薯数:成熟期挖取各组地下块茎,数其块茎个数;单块茎重量:分株测量块茎质量;总产量:成熟期按小区计算;商品率[13]:大中薯鲜重/ 薯块总鲜重×100 (小薯≤50 g、50 g≤中薯≤100 g、大薯≥100 g)水分利用效率,其计算公式如下:

$WUE{\rm I}=Y/{\rm I}$

式中:WUEI为灌溉水分利用效率;Y为马铃薯产量;I为实际灌水量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel2003软件和SPSS11.5统计分析软件进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 增氧灌溉对马铃薯农艺性状的影响

由图1、图2是增氧灌溉对铃薯的株高、茎粗的影响,株高、茎粗客观地反映了一个植株的生长变化。由图可知马铃薯植株总体生长趋势比较一致,各个生长期差异规律类似,在生长末期较于对照组,相对株高分别提高了:处理1=5.83% ;处理2=7.82%;相对茎粗分别提高了:处理1=11.11%;处理2=14.44% 。由上述分析可知,增氧灌溉可以促进马铃薯株高和茎粗的增长。

2.2 增氧灌溉对马铃薯产量的影响

由表1可以看出,增氧灌溉使马铃薯的产量、大中薯鲜重、大中薯率、商品率都有一定的增加,处理1使马铃薯增产了 16.05%,处理2使马铃薯增产了11.23%。大中薯率较CK组也有了一定的提高,分别为5.46%和6.00%,商品率也有一定增长,分别为13.08%和13.23%,由此可知增氧灌溉对马铃薯块茎的生长有一定促进作用。

2.3 增氧灌溉对马铃薯水分利用效率的影响

试验中处理1、2以及对照组的灌水量在全生育期相同,为

2 400 g,折合水量为80 mm,通过分析得出结果:处理1、2的灌溉水分利用效率分别为22.25 kg/(hm2·mm)和21.32 kg/(hm2·mm),较对照组的19.17 kg/(hm2·mm)分别增加了16.07%和11.22%(如表2)。所以增氧灌溉使马铃薯的水分利用效率有了一定的增加,是一种有效的节水灌溉方式。

2.4 增氧灌溉对马铃薯经济效益的影响

经调查可知今年长沙马铃薯市场平均价为2.6元/kg,对不同处理的马铃薯的经济效益分析如表3,由表3可知净收入处理1的产生的经济效益最高,其次是处理2,且都高于对照组,但是从净利润上看比较:处理2>对照组>处理1,之所以这样是因为处理1中各项费用都必须有且是最高的,综合考虑处理2是最优设计。

3 结 语

对马铃薯的增氧灌溉实践表明,相对于对照组,不同的增氧灌溉都能促进马铃薯的生产,提高它的产量,且能提高灌溉水分利用效率以及经济效益。通过分析得出如下主要结论。

注:气泵功率为35 W,单价120元,日折旧费为0.631 4元;加气设备100元,日折旧费0.316 7元。

(1)通过对照分析不同处理增氧灌溉在相同的灌水条件下能提高马铃薯的产量,并且马铃薯的大中薯率以及商品率都有了一定的提高。

(2)通过对马铃薯整个生育期的灌溉用水量分析得出,不同处理的增氧灌溉对马铃薯的灌溉水分利用效率都有了一定的提升,对干旱半干旱地区的马铃薯种植提供了一种可行的节水灌溉。

(3)不同处理的增氧灌溉对马铃薯的经济效益增长有不同的效果,其中处理1反而比对照组的经济效益要低,而处理2则高于对照组,由此可知要想达到最好的经济效益,增氧的时间、次数必须有一个最优化的选择。

综合以上分析可知,一定程度的增氧灌溉既可以促进马铃薯的生长,提高产量,又能使灌溉水分效率提高,达到节水的作用,从而达到最好的经济效益。

植物水分利用效率 篇7

水分利用效率和干物质生产是影响小麦生产的重要因素, 随着我国水资源短缺问题的加剧以及传统农业的连年翻耕, 土壤储水能力越来越弱, 这对于小麦的种植而言是十分不利的。为了解决小麦生产面临的严峻问题, 人们将注意力逐渐转移到土壤的耕作方式, 意在通过改良耕种方式改变小麦的生产情况, 进而达到高产的目标, 例如以秸秆覆盖处理和免耕播种技术为核心的保护性耕作方式就可以达到较好的节水抗旱作用, 其次深松覆盖处理可以在小麦开花到成熟期提高干物质生产量, 这些现象均说明土壤耕作方式可以改变小麦干物质生产和水分利用率。因此, 本文对土壤耕作方式对小麦干物质生产和水分利用率影响的分析具有重要的价值。

1 试验材料与方法

1.1 试验设计

本试验中的试验小麦品种为济麦22, 其属于高产小麦, 在生长试验过程中主要采用了5种耕种方式, 依次为旋耕、翻耕、深松+旋耕、深松+条旋耕和旋耕。由于小麦生长受到时间的限制, 因此本文主要结合相关文献对小麦3个生长季的生长情况进行分析, 分别为2011~2012, 2012~2013, 2013~2014, 每个生长季的小麦生长环境如表1所示[1]。

1.2 土壤耕作程序

5种耕作方式均是在前茬玉米秸秆全部粉碎还田以后开始实施的, 不同的耕种方式要采取不同的程序, 对于条旋耕而言, 选用耕种设备为2BLMFS-8-4-3型多功能贴茬播种机, 在一次性完成15cm深度的旋耕以后, 进行底肥和播种程序, 之后在利用播种机对18cm款的根茬进行旋耕粉碎, 同时保持32cm播种行间的土壤免耕, 这种耕作方式之所以称为条旋耕, 主要是因为旋耕面积等于总面积的36%[2]。

采用深松与条旋耕结合的耕种方式就是在实施条旋耕之前首先要利用振动深松机进行38cm深度的深松处理, 然后在进行条旋耕。旋耕就是指在播种之前, 利用旋耕机对所有土地进行15cm深度的2次旋耕处理, 之后还要进行筑埂打畦操作。深松与旋耕的组合与上述程序相似, 不同的是翻耕耕作方式首先施加底肥, 之后用翻耕设备进行25cm深度的翻耕操作, 然后再结合旋耕机进行15cm深度的旋耕。

1.3 农田耗水量及水分利用效率和灌溉效益计算

农田耗水量与土层、土层厚度、灌水量、降水量以及地下水补给量等因素密切相关, 其依据的计算公式为, 当地下水的埋深不小于3m时, K记为0。水分利用效率的计算公式为WUE=Y/ETa, 式中的Y是指小麦籽粒产量, 单位为kg·hm-2, ETa是指生育期间小麦的实际耗水量, 单位为mm。灌溉效益记为IB, 计算公式为IB=Y/I, 其中I为实际灌水量, Y是指在灌溉完成之后增加的产量, 单位为kg·hm-2。

1.4 干物质测定和产量计算

本实验中选择的测定对象为籽粒、茎秆和叶片, 分别对应返青、拨节和开花时期, 不同的试验样品放置在烘干箱内, 在80℃条件下烘干, 然后称量干重。在收获小麦以后, 将小麦晒干称量其重量并记录产量, 得到的籽粒含水量为12.7%[3]。

2 结果与分析

2.1 耕作方式对小麦干物质生产的影响

耕作方式对小麦干物质生产的影响与小麦所处的生育时期密切相关, 即不同的生育时期, 各种耕作方式对小麦物质生产的影响是不同的。对于小麦生产而言, 重要的生育时期包括返青期、拨节期、开花期和成熟期, 不同时期耕种方式对其物质生产的影响如下:

在返青期, 翻耕, 旋耕和深松与旋耕组合的耕种方式相比条旋耕和条旋耕+深松可以产生较大的干物质积累量;在拨节期翻耕与深松+旋耕的应用优势仍然较大, 在这一时期, 条旋耕能够产生的干物质积累量最小;开花期小麦干物质积累量最大的仍然是深松和旋耕的组合耕种方式, 最小的依然是条旋耕, 最后成熟期时, 深松+旋耕以及深松+条旋耕两种耕种方式产生的物质积累量要远大于旋耕和条旋耕。通过上述结论可以发现, 不论小麦处于哪一生育时期, 深松+旋耕的组合方式均可以产生较大的干物质积累, 这也说明了深松对于小麦干物质生产的影响[4]。

为了进一步比较出各种耕种方式对小麦干物质生产的影响, 还要进一步分析各个生育时期对小麦生产的影响。首先, 返青期是小麦铸件走向生长发育的开端, 属于小麦生产的一般时期。其次, 拨节期到成熟期是小麦生产的关键和核心时期, 这一时期直接关系到籽粒产量的高低, 因此在选择耕种方式时, 要注重在拨节期到成熟期这一段时间内, 耕种方式对小麦物质生产的影响, 通过实验可以发现, 不同耕种方式在这一时期对小麦物质生产的影响规律如下:深松+旋耕>深松+条旋耕>翻耕>旋耕>条旋耕[5]。

2.2 耕作方式对小麦水分利用率的影响

对于三个小麦生长季而言, 深松+旋耕以及深松+条旋耕的耕种组合方式可以使小麦的籽粒产量和灌溉效益达到一个较为理想的高产水平, 同时要高于其它耕种方式下的相同指标。其中, 深松+条旋耕和深松+旋耕两种耕种方式在2011~2012生长季的小麦生产中并无明显差异, 籽粒产量几乎相同, 水分利用效率差别不大。2012~2013生长季, 采用深松+条旋耕组合的耕种方式显著提高了小麦的水分利用效率和灌溉效益, 而籽粒产量与深松+旋耕的组合耕种方式差异不明显。2013~2014的情况与上述情况相似, 均是处于深松+旋耕和深松+条旋耕两种组合方式的比较。但是, 总的来说这两种耕种方式在影响小麦高产的过程中并无太过明显的差异, 只是在节水方面, 深松+条旋耕要略大于深松+旋耕[6]。

3 结论

综上所述, 通过实验探究和分析, 得出了不同耕种方式对小麦物质生产和水分利用效率的影响规律:深松+条旋耕可以最大程度的满足小麦高产需求, 水分利用效率和灌溉效益与其它耕种方式相比占据明显的优势, 籽粒产量也可以达到高产的要求;深松+旋耕与深松+条旋耕的作用差异较小, 在降水量丰富的地区适宜采用;翻耕处理可以有效提高水分利用效率, 但是对物质生产的影响较小。出了上述三种耕种方式具有明显的应用优势以外, 旋耕和条旋耕在改善土壤环境, 促进小麦产量等方面能力弱。

摘要：小麦耕种方式一般包括条旋耕、翻耕、深松+旋耕、深松+条旋耕和旋耕5种, 影响小麦高产的因素主要包括耗水特性、籽粒产量、水分利用率和干物质积累和分配等。鉴于此, 本文主要通过实验研究的方式, 分析上述5种土壤耕种方式对小麦高产的影响, 并着重分析对小麦干物质生产和水分利用效率的影响, 在综合比较5种耕作方式以后, 意在选择出最优的小麦耕作方式。

关键词：土壤耕作方式,小麦,干物质生产,水分利用效率,影响

参考文献

[1]赵亚丽, 郭海斌, 薛志伟, 穆心愿, 李潮海.耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米轮作系统中干物质生产和水分利用效率的影响[J].作物学报, 2014, 10:1797~1807.

[2]王红光.灌溉和雨养条件下高产小麦耗水特性和产量形成的生理基础[D].山东农业大学, 2012.

[3]段文学.耕作方式和氮肥运筹对旱地小麦耗水特性和产量形成的影响[D].山东农业大学, 2013.

[4]韩宾.保护性耕作措施对农田土壤健康状况的影响及作物响应研究[D].山东农业大学, 2007.

[5]郑成岩.土壤水分与耕作方式对冬小麦水分利用特性和碳氮代谢及产量的影响[D].山东农业大学, 2011.

植物水分利用效率 篇8

1 试验材料与方法

试验地设在中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测站的水肥耦合试验场, 选取3个肥料处理, 即无肥 (CK) 、化肥 (NP) 、有机肥+化肥 (NPM) , 4次重复, 随机排列, 每小区面积为60m2 (6m×10m) , CK处理不施用肥料, NP处理每公顷施纯N120kg、P2O554.96kg;NPM处理每公顷施纯N120kg、P2O554.96kg、有机肥15t。

在1999年和2002年小麦成熟以后收集2m2测产, 每个试验小区取3个点。在群体水平上, 考虑全生育时期, 水分利用效率可表示为:WUE=Y/ET, 其中WUE是作物的水分利用效率, Y是作物当季产量 (kg/hm2) , ET是作物耗水量 (mm) 。

2 试验结果与分析

2.1 施肥管理对小麦产量的影响

肥料是影响小麦产量的一个重要因素。不同施肥管理方式下小麦产量表现为NPM>NP>CK, 与CK相比在1999年NP和NPM的小麦产量分别提高了1.86%和23.87%, 在2002年NP和NPM分别提高了20.10%和44.94%, 说明肥料的施用能够增加小麦的产量, 其中以有机肥和化肥配施的效果最佳。方差分析结果显示有机肥和化肥的联合施用显著增加了小麦的产量 (P<0.05) , 而化肥的增产效果在2002年表现的很显著 (P<0.05) 。由于小麦只进行了两年的试验, 从数据中无法解读出小麦产量与试验年限之间的关系, 但是同时我们也观察不到小麦产量与生长季内降水量之间的关系。1999降水量为451 mm, 属于气象上的干旱年份, 此年小麦的平均产量为3497kg/hm2, 虽然2002年的降水量为516mm, 属于气象上的平水年, 但是此年小麦的平均产量仅为2875kg/hm2, 可能与小麦生育期内降水的分布和病虫害的发生有关。

2.2 施肥管理对小麦水分利用效率的影响

小麦的水分利用效率也受到了施肥管理的影响。肥料的施用增加了小麦对降水和土壤水分的利用。与CK相比NP和NPM小麦的水分利用效率平均增加了11.07%和32.39%。方差分析结果显示有机肥+化肥的施用显著地提高了小麦的水分利用效率, 而2002年化肥的施用效果也达到了P<0.05的显著水平。同样在干旱年份 (1999年) 小麦的水分利用效率要高于平水年 (2002年) , 平均高出18.97%。

小麦耗水量和产量是控制其水分利用效率的两个变量, 用直线相关分析研究它们之间的变化关系。小麦的水分利用效率随小麦的产量的增加呈显著增加的趋势 (r=0.997, P<0.05) 。虽然小麦的水分利用效率随着耗水量的增加也呈现出增加的趋势, 但是它们之间的关系没有达到显著水平r=0.681。

3 小结

a.肥料的施用增加了小麦的产量, 表现为NPM>NP>CK。与无肥处理相比, 化肥和有机肥+化肥的施用小麦产量分别增加了10.98%和34.41%。持续施用化肥和有机肥小麦的产量并没有随着试验时间的延长而增加。

b.小麦的水分利用效率亦随着肥料的施用而表现为增加, 即为NPM>NP>CK。与无肥处理相比, 施用化肥和有机肥+化肥的处理小麦的水分利用效率分别增加了11.07%和32.39%。对于不同降水年型而言, 平水年和枯水年的水分利用效率均高于丰水年。小麦的水分利用效率与产量之间表现为显著的正相关关系 (r=0.99, P<0.05) , 而与耗水量之间的关系不显著。

摘要：养分是农田生态系统中影响小麦生长和产量的主要限制因子。以中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站内的长期定位试验为平台, 分析了1999年和2002年不同施肥管理方式对小麦产量和水分利用效率的影响, 得到结果如下, 肥料的施用增加了小麦的产量和水分利用效率, 特别是有机肥的施用。因此, 从增加小麦产量和水分利用效率的角度出发, 在东北黑土区有机肥和化肥的配合施用是一种可持续的农业管理方式。

关键词：施肥管理,小麦,东北黑土区,水分利用效率

参考文献

[1]赵聚宝, 徐祝龄, 钟兆站, 等.中国北方旱地农田水分平衡[M].北京:中国农业出版社, 2000.

[2]周怀平, 杨治平, 李红梅, 等.施肥和降水年型对旱地玉米产量和水分利用效率的影响[J].干旱地区农业研究, 2004, 22 (3) :27-31.

[3]朱钟麟, 卿明福, 郑家国, 等.免耕和秸秆覆盖对小麦、油菜水分利用效率的影响[J].西南农业学报, 2005, 18 (5) :565-568.

[4]张仁陟, 李小刚, 胡恒觉.施肥对提高旱地农田水分利用效率的机理[J].植物营养与肥料学报, 1999, 5 (3) :221-226.

[5]FAN T L, STEWART B A, WILLIAM A, et al.Long-term fertilizer and water availability effects on cereal yield and soil chemicalproperties in Northwest China[J].Soil Science Society of America Journal, 2005, 69:842-855.

[6]BROWN J R.Summary:Long-term field experiments symposium[J].Agronomy Journal, 1991, 70:83-85.

植物水分利用效率 篇9

关键词：玉米,调亏灌溉,耗水量,补偿生长,水分利用效率

西北干旱、半干旱面积约占国土面积的47%,是我国受干旱影响较重的区域。甘肃省地处西北内陆地区,属温带大陆性气候类型,春季干旱和夏秋干旱对玉米产量影响较大,干旱年份一般可造成减产20%以上,甚至达到40% ~50%[1]。通过合理科学的灌溉提供玉米生长发育所需要的水分是保证玉米产量的关键措施。目前主要采用大水漫灌等落后的地面灌溉技术与灌溉制度,造成灌溉用水效率低下。为了节约用水,在水资源紧缺的西北地区推广节水灌溉是该地区玉米生产今后的发展方向。利用作物的生物学特性进行控水的调亏灌溉技术已在多种作物上进行了研究与应用,取得了较好的节水效果[2]。已有研究表明,调亏灌溉对玉米生长发育、生理特性、耗水规律、产量及水分利用效率都会产生影响[2,4,5,6,7,8,9,10],其影响程度与调亏时期、调亏程度密切相关[2,3,4,5,6,7,9]。覆膜种植是西北地区栽培玉米普遍采用的保墒增温措施,目前关于覆膜条件下玉米调亏灌溉的研究还较少,缺乏指导当地玉米生产实际应用的调亏灌溉指标与调亏灌溉制度。为此,基于绝大多数作物适宜在生长前期进行调亏的试验研究结果[2,3,4,5,6,7],本试验在玉米苗期和拔节期分别设置轻度和重度调亏处理,研究调亏时期与程度对玉米生长发育状况、耗水规律、产量及水分利用效率的影响,旨在为本地区玉米调亏灌溉技术的推广应用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验处理设计

试验于2010年4-9 月在兰州市七里河区彭家坪(东经104°43′,北纬36°03′,海拔为1 597.266m)试验基地的大田中进行。 土壤为砂壤土,土壤容重1.442g/cm3,田间持水量19.91%(质量含水率),土壤肥力偏下。整地时,施用粗玉米面1 666.5kg/hm2、磷酸二铵334.5kg/hm2作为底肥。供试品种为沈单16号,小区面积2m×10m。4月27日播种,采用地膜覆盖起垄种植方式,行距为50cm,株距为30cm。在玉米苗期和拔节期分别设置轻度调亏和重度调亏处理,与全生育期适宜水分为对照,共5个处理(表1),每个处理重复3次,共15个小区,各小区随机排列。当各处理小区的土壤水分达到设计的控制下限指标时,就进行灌水,灌水采用传统的沟灌技术,灌水定额35mm,利用水表对灌水进行计量。5月16日间苗,6月2日中耕松土除草一次,6月16日去除植株的分蘖,6月25日中耕培土,并进行拔节期追肥,追施尿素166.5kg/hm2(含N为46.0%),7月13 日在大喇叭口期追施孕穗肥(施尿素168.0kg/hm2)。7月21日喷施农药敌敌畏、阿维辛硫磷进行螟虫的重点预防。9月2日收获,全生育期128d,玉米生育期间降雨量为101.3mm。

1.2 测定项目

(1)物候期观测:记载不同处理的生育期以及各处理的长势情况和病虫害防治情况。

(2)土壤含水量:利用土钻取土烘干法测定。在苗期5~7d取土测定一次,拔节期~乳熟期5d测定一次,乳熟期~成熟期10d测定一次;灌前灌后加测,生育期末加测,取土深度为100cm,分5 层测定(0~20、20~40、40~60、60~80、80~100cm)。

(3)株高、叶面积:在每处理小区随机选取长势均匀具有代表性的10株进行挂牌测量株高、叶面积指数,使用直尺和三角板测量,每旬测定一次。

(4)产量性状:玉米收获前每处理小区随机取10个果穗进行考种,测定果穗长、秃尖长、果穗粗、穗行数、穗粒数、百粒质量等,产量为每小区单打单收的实测结果。

(5)气象观测:记载降雨量。

1.3 数据处理分析方法

采用Microsoft Excel 2007 处理数据和制图,运用DPS7.05软件进行各处理性状的显著性分析。

2 结果与分析

2.1 调亏灌溉对株高和叶面指数的影响

作物的生长发育与土壤水分状况密切相关,水分胁迫会影响作物的生长发育进程和速度,表现为株高和叶面积指数(LAI)增长变慢,水分胁迫越重,株高和LAI受到的抑制作用越大。由图1可以看出,任一调亏处理的株高均低于适宜水分处理(CK),亏缺越重,其株高越低,6月1日测定的结果表明,苗期轻度(T1)和重度调亏处理(T2)的株高比CK分别低9.9%和18.9%,到拔节期复水后产生补偿生长效应,T1和T2的株高与CK间的差距逐渐缩小,6 月27 日其株高分别比CK低4.8%和5.7%,至9月10日分别比CK低3.6%和5.5%;拔节期轻度(T3)和重度调亏处理(T4)的株高分别比CK降低8.3%和13.1%(6月27日),7月23日其株高比CK分别低5.2%和8.3%,至9月10日比CK分别低5.1%和8.3%。

由图2可知,调亏灌溉对玉米叶面积指数(LAI)的影响规律与株高基本一致,6月2日T1 和T2 的LAI比CK分别低11.7%和20.2%,到拔节期复水后,其LAI分别比CK低3.6%和5.5%(6月27 日);拔节期调亏处理T3、T4的LAI分别比CK降低9.2%和16.2%(6月27日),7月24日其LAI比CK分别低6.6% 和14.5%,至8 月29 日比CK分别低8.7% 和13.5%。可见,调亏处理复水后,玉米在株高和叶面积的生长上会产生补偿生长效应,苗期调亏的补偿生长效应大于拔节期调亏的处理;轻度调亏的处理对株高和叶面积的影响最小,重度调亏处理的影响最大,特别是拔节期重度调亏的处理。

2.2 调亏灌溉对产量性状的影响

由表2可知,水分调亏的时期及程度对玉米果穗性状及产量也会产生明显的影响。与适宜水分处理CK相比,调亏处理致使果穗变短、变细,穗行数和行粒数减少,穗粒重、百粒重及产量降低,调亏越重果穗性状及产量越差。统计分析结果表明,除T2外,其他的调亏处理对果穗长无显著影响;调亏灌溉对秃尖长的影响无规律性,但重度调亏处理的秃尖比轻度调亏的长;苗期调亏处理的果穗粗显著小于CK,拔节期轻度调亏处理T3的果穗粗降低不显著,但重度调亏处理T4的显著小于CK;除T4外,其他处理的行粒数与CK间无显著差异;与CK相比,苗期、拔节期轻度调亏处理(T1和T3)对穗粒重、百粒重和产量无显著影响,但重度调亏处理对其的影响达到了显著水平(p<0.05),T1和T3分别减产3.90%、8.64%,重度调亏处理T2和T4分别减产10.94%和26.41%,且拔节期调亏处理的产量低于苗期调亏的处理,因此,玉米调亏的适宜时期应该是苗期,其次是拔节期,调亏程度以轻度为佳,与文献[4]的结果一致。

注:表中同一列内不同的小写字母表示处理间的差异达到显著水平(p<0.05),下同。

2.3 调亏灌溉对耗水规律的影响

在玉米苗期和拔节期实施调亏处理都会降低耗水量,亏水越重其阶段耗水量、日耗水量以及全生育期耗水量越低(表3、图1)。从表3可以看出,与CK相比,苗期和拔节期调亏均会造成其阶段耗水量和全期耗水量的显著降低,且调亏对耗水量的影响有后效性,即使复水后,调亏处理各阶段的耗水量也显著低于CK;从耗水模系数来看,播种-拔节期的最大(26.62%~34.01%),抽雄- 乳熟期的次之(27.75% ~30.13%),乳熟-成熟期的耗水模系数最小(17.11%~19.9%);适宜水分处理CK的全期耗水量最高,为532.7 mm,TI的其次(490.28mm),T4的最低,为431.73 mm,T1、T2和T3间的差异不显著。由图1可知,在玉米生育期内的日耗水量一般遵循由小→大→小的变化规律,玉米出苗后随着植株的生长发育,群体的增大,气温的升高,其日耗水量逐渐增加,至抽雄-乳熟期达到最大,此后随着植株的衰老,叶面积指数的下降,气温的降低而逐渐降低;在任一阶段进行调亏都会降低该阶段的日耗水量,调亏越重日耗水量越小。

2.4 调亏灌溉对水分利用效率的影响

水分利用效率(WUE)是评价作物对水分利用水平的一个重要指标,其大小表征作物生长过程中利用水分的经济程度。由表4 显示,苗期轻度调亏处理T1 的WUE最高,为3.23kg/m3,T2、T3的WUE与T1相当,它们之间无显著差异,但均显著高于CK(1.83% ~4.41%),其耗水量比CK减少7.96%~12.54%;拔节期重度调亏处理T4 的WUE最低(2.81kg/m3),显著低于CK 9.2%,其耗水量较CK低18.95%。因此,综合考虑产量和WUE,该地区玉米不适宜采用重度调亏的灌溉方式,而应该采用苗期轻度调亏或拔节期轻度调亏的灌溉方式,这样可以在减产不显著的情况下,减少耗水量7.96%~11.02%,增加WUE2.68%~4.41%。

3 结语

(1)玉米的生长发育对土壤水分比较敏感,苗期调亏、拔节期调亏均制约玉米株高和叶面积的生长,调亏越重,影响越大,苗期调亏复水后产生的补偿生长效应能减轻苗期水分亏缺造成的危害,使株高和叶面积的发育得到较快的增长,随着生育进程的推进,它们与CK间的差异逐渐缩小。苗期调亏复水后的补偿生长效应大于拔节期调亏灌溉的处理,从植株中后期的生长发育看,拔节期调亏处理对株高和叶面积的影响最大,特别是重度调亏的处理。

(2)苗期调亏、拔节期调亏使玉米使果穗变短,果穗变细,穗行数和行粒数减少,穗粒重、百粒重及产量降低,调亏程度越大,果穗性状越差、产量越低,苗期和拔节期轻度调亏减产不显著,产量降低3.90%~8.64%,重度调亏分别减产10.94% 和26.41%。

(3)兰州地区覆膜玉米适宜水分条件下的耗水量为532.7mm,苗期和拔节期实施调亏灌溉能使耗水量显著降低,轻度亏水处理的耗水量为473.97~490.28mm,重度亏水的为431.73~465.91 mm,亏水度越大耗水量越低。 苗期轻度调亏的WUE最高,为3.23kg/m3,拔节期重度调亏处理的最低(2.81kg/m3)。综合考虑玉米的产量和水分利用效率,在该地区玉米适宜采用苗期轻度调亏或拔节期轻度调亏的灌溉方式,在产量降低不显著的情况下,可减少耗水量7.96% ~11.02%,提高WUE2.68%~4.41%,实现水资源的高效利用。

参考文献

[1]白月明,刘玲,王瑜莎.气候变化背景下中国西北地区作物干旱灾损评估技术——以甘肃省春玉米为例[N].科技导报2012,30(19):28-33.

[2]郭松年,丁林,王福霞.作物调亏灌溉理论与技术研究进展及发展趋势[J].中国农村水利水电,2009,(8):12-16.

[3]蔡焕杰,康绍忠.作物调亏灌溉的适宜时间与调亏程度的研究[J].农业工程学报,2000,16(3):24-27.

[4]康绍忠,史文娟,胡笑涛,等.调亏灌溉对于玉米生理指标及水分利用效率的影响[J].农业工程学报,1998,(4):82-87.

[5]张正.制种玉米调亏灌溉效应研究[D].兰州:甘肃农业大学,2012.

[6]Zhang Jinxia,Cheng Ziyonga,Zhang Rui.Regulated Deficit Drip Irrigation Influences on Seed Maize Growth and Yield under Film[C]∥2012International Conference on Modern Hydraulic Engineering,Procedia Engineering,2012,28:464-468.

[7]谭国波,张丽华,赵洪祥,等.玉米苗期和拔节期调亏灌溉技术研究[J].吉林农业科学,2014,39(6):6-8,24.

[8]薛冯定,张富仓,索岩松,等.不同生育时期亏水对河西地区春玉米生长、产量和水分利用的影响[J].西北农林科技大学学报(自然科学版),2013,41(5):59-65.

[9]周英捷,梁燕菲,李伏生.不同时期亏水对糯玉米产量和水分利用的影响[J].玉米科学,2012,20(2):119-123.

植物水分利用效率 篇10

脱硫渣主要成分为CaSO4和CaSO3的混合物,并富含S、Ca、Si等植物必需或有益的矿质营养,钙是排在N、P、K、S之后的第5种营养元素,它可以增强作物对病虫害的抵抗能力,使作物茎叶粗壮、籽粒饱满,增施钙肥可以显著提高作物的产量与品质[4]。脱硫渣在一定程度上能够松土、保湿、改良土壤理化性质,促进植物对养分和水分的吸收,经过洗涤和滤水处理的脱硫物含有10%~20%的游离水,颗粒细小、松散、均匀,粒径为30~60μm,纯度为90%~95%,含碱量低,有害杂质少[5],因此,脱硫渣用于碱化土壤的改良有广泛的应用前景。

国外利用脱硫渣改良土壤的研究主要集中在酸性土壤方面[6,7,8],利用脱硫渣改良碱化土壤是从20世纪90年代后期开始的,研究还处于起步阶段[9]。国内的研究主要是针对东北及内蒙一带碱性土壤进行改良,以达到作物增产目的[10]。“十一五”以来,清华大学、内蒙古农业大学、宁夏大学等[11,12,13,14,15]单位在黄河河套地区的宁夏西大滩开展了利用燃煤电厂脱硫渣改良盐碱地的田间试验研究,结果表明脱硫渣不仅大大降低了土壤中的碱化度、pH、可溶性Na+,而且对提高作物的产量具有显著的效果。水稻是一种需水较多的作物,所需水分除一部分消耗于叶面蒸腾和田面蒸发外,绝大部分成为渗漏水或地表明水被不断地排洗出土体或渗人土壤底层而使土体脱盐[16],而且水稻还兼有一定的耐盐性,所以种稻是改良利用盐碱地的有效途径之一[17]。

本试验通过测定脱硫渣的不同施用量对水稻含水量、根系活力、光合速率、蒸腾速率及水分利用效率等生长指标的影响,来探究在盐碱地中种植水稻所需要的脱硫渣的最适施用量,为盐碱地水稻的栽培提供一定的理论依据。

1 方法与处理

1.1 试验概况

试验于2014 年在宁夏平罗前进农场进行。土壤类型为碱化土壤,土壤pH为8.66 ,全盐含量为10.8g·kg-1,有机质13.00g·kg-1,全磷0.57g·kg-1,全钾21.30g·kg-1。

1.2 材料

供试材料为大田水稻;脱硫渣取自内蒙古海渤湾电厂。

1.3 方法

1.3.1试验设计

试验采用拉丁方设计,小区面积60m2,总面积1 260m2,共设5个处理:A处理(CK),不施脱硫渣;B处理,施脱硫渣11.25t·hm-2;C处理,施脱硫渣22.5t·hm-2;D处理,施脱硫渣33.75t·hm-2;E处理,施脱硫渣45.0t·hm-2;每个处理5次重复。播前结合整地将脱硫渣一次性均匀施于地表,旋耕深翻20cm,将它们与土壤充分混匀。4月底播种,撒播,播种量为375kg·hm-2。各小区单排单灌,其它田间管理按常规进行。

1.3.2测定项目及方法

根系活力采用可见光分光光度计测定,叶片含水量、根系含水量采用烘干法进行测定,光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、单叶水分利用效率(WUE)(瞬时)采用光合仪测定法进行测定。

2 结果与分析

2.1 脱硫渣不同施用量对水稻水分生理的影响

本试验研究不同施量脱硫渣对前进农场水稻不同时期的含水量、根系活力、光合速率、蒸腾速率及水分利用效率的影响,通过各项指标的测定,结果表明一定量的脱硫渣的施用对水稻的生长有促进的作用,从而显示脱硫渣的施用对盐碱地有一定的改良作用。

2.1.1不同施用量脱硫渣对水稻苗期水分利用效率的影响

由图1可知,在苗期,叶片含水量D处理最高,根系含水量C处理最大;由图2可知,根系活力对照组最大,其它各处理间C处理最高;由表1 可知,光合速率C处理最大且与其它组均达到极显著差异水平;蒸腾速率C处理最低,各组之间差异不显著;水分利用效率C处理最高而且与其它处理组达到极显著差异水平,各处理组均高于对照组,说明脱硫渣的施用对水稻的生长有一定的影响。

不标字母者表示差异不显著,小写字母不同者差异显著(P<0.05),大写字母不同者差异极显著(P<0.01)。下同。Lowercases indicate significant difference at 0.05level,capital letters indicate significant difference at 0.01level.No letters mean no sighificant dfference.The sance below.

2.1.2不同施用量脱硫渣对水稻分蘖期水分利用效率的影响

由图3可知:分蘖期叶片含水量C处理最高,E处理最低,表明脱硫渣的施用量过大反而会对叶片含水量造成负面影响,根系含水量D处理最大,各处理间差异不明显;由图4 可知,分蘖期根系活力D处理最小,E处理最大;由表2得出,蒸腾速率,C处理最弱,各处理间差异不显著;光合速率B处理最高,其次是C处理,E处理最低,分别与C组达到差异显著、与B处理达到极显著差异水平,这说明脱硫渣施用量的不同对水稻光合速率有较大的影响;瞬时水分利用效率B处理的最高,C处理次之,各处理间差异不显著。

2.1.3不同施用量脱硫渣对水稻抽穗期水分利用效率的影响

由图5可知:在抽穗期叶片含水量D处理最高,各处理间差异较明显;根系含水量E处理最大;由图6可知,根系活力B处理最强,其它各处理差异较明显,D处理最低;从表3中可以看出抽穗期光合速率E最大而且与各处理差异显著;蒸腾速率D处理最大且与对照组达到极显著差异;水分利用效率与根系含水量一样也表现为E处理最高,这可能是在抽穗期脱硫渣施用量多反而会提高水稻瞬时的水分利用效率。

2.1.4不同施用量脱硫渣对水稻灌浆期水分利用效率的影响

从图7中看出,在灌浆期水稻叶片含水量和根系含水量均是C处理最高,各处理间差异不明显;图8中看出,与抽穗期相比根系活力有所下降,对照组最强,D处理最低;由表4可知,水稻叶片光合速率呈现先上升后下降的趋势,其中D处理最大,与B、C组差异极显著;蒸腾速率B处理较弱,对照组最高;水分利用效率D处理最高,与其它组差异不显著,说明在灌浆期脱硫渣的施用量在D处理时对水稻的生长较好。

2.1.5不同施用量脱硫渣对水稻成熟期水分利用效率的影响

由图9可以看出成熟期叶片含水量和根系含水量变化趋势一致,均是E处理最高,D处理次之;由图10可知,根系活力B处理最强且与对照组差异较大;从表5中可以看出成熟期的光合速率对照组最高,D处理次之;蒸腾速率B处理最低,对照组最高,且二者间差异极显著;水分利用效率对照组最高,D处理次之,且A处理与B、E处理差异极显著,除了对照组外,其它处理组呈现先上升后下降的趋势,说明施用适量的脱硫渣可以提高水稻叶片的水分利用效率。

3 结论与讨论

通过对宁夏西大滩碱化土壤种植大田水稻试验研究表明,盐碱地水稻在脱硫渣不同施用量的处理下水稻叶片含水量、根系含水量、根系活力、光合速率及单叶水分利用效率的变化随着脱硫渣施用量的增加呈先升高后下降的趋势,而蒸腾速率随着脱硫渣量的增加先下降后升高。说明适量的脱硫渣可以加强根系活力、提高水稻单叶水分利用效率。水分利用效率的高低与水稻的产量直接相关,推测水分利用效率的提高可能是适量的脱硫渣的施用改善了盐碱地的土壤性质及结构,而Ca2+置换Na+则降低了土壤盐分,从而缓解了盐分对植物的伤害。

影响碱化土壤作物生长的两个关键因素是代换性Na+和pH。阳离子代换性能通常是评价碱化土壤保水保肥能力的指标,碱化土壤的许多不良性质是与其含有大量的代换性Na+密切相关的[18]。利用脱硫渣改良碱化土壤的原理就是利用脱硫渣中含有的Ca2+对土壤胶体吸附的Na+进行置换,并通过淋洗将其排出土体,最大限度地降低土壤碱性,以达到治碱改土的目的[19,20]。脱硫渣主要成分是CaSO4和CaSO3,CaSO4和CaSO3可以溶解在土壤中,二价阳离子的增加有利于Ca2+置换Na+,Na+被代换下来后形成的Na2SO4可随水移动排除出土壤,进而降低pH,并提供了大量的Ca、S营养[21]。Ca2+不但具有稳定生物膜的作用而且还可以作为第二信使在盐胁迫的条件下参与植物生理调节,从而使植物更适应盐碱地的生长,所以施用脱硫渣不仅能改善盐碱地的结构而且能促进水稻的生长。

王金满等[22]研究认为,随着脱硫渣施用量的增加,土壤中全盐量(TDS)也随着增加,盐分增大,必然会抑制作物的出苗和生长。本试验中,水稻苗期根系活力,分蘖期和抽穗期叶片含水量、光合速率等指标在E处理条件下反而处于最低。其原因可能由于脱硫渣本身也是一种盐,使用量过多会使土壤中盐浓度太高加剧水稻的盐胁迫,不但起不到改良盐碱地的作用,而且对植物生长产生盐胁迫。因此,碱化土壤的改良效果与脱硫渣用量不呈正相关关系,必须选择适宜的脱硫渣用量,本试验研究结果与相关文献报道一致。

综上所述,试验结果表明,当脱硫渣施用量在C处理和D处理(2.25~33.75t·hm-2)时,更有利于水稻水分利用效率的提高和干物质的积累。脱硫渣的适量施用可以改良前进农场的碱化土壤,且对水稻的水分利用效率和产量形成有促进作用。但盐碱地的改良是一项复杂的工程,如何施用脱硫渣及施用多大量仍在探索中,本次试验仅从不同施量的脱硫渣对水稻的生理影响进行了研究,以此对脱硫渣改良盐碱地提供一定的依据。

摘要：为探究在盐碱地中种植水稻所需要的脱硫渣的最适施用量,采用拉丁方设计,研究了水稻不同生长时期的各项水分生理指标以及在不同脱硫渣施用量条件下的变化情况。结果表明:脱硫渣的施用对盐碱地水稻的根系活力、叶片含水量、水分利用效率等指标均有一定的影响,而且能显著提高水稻的水分利用效率;施用效果并不与脱硫渣施用量呈正相关,脱硫渣施用量过大反而会造成水稻根系活力下降,水分利用效率降低,当脱硫渣施用量在22.50~33.75t·hm-2处理下水稻生长较好,水稻的各项水分生理指标有较大提高。