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作者：曾芳鈺衣華鵬單位：魯東大學地理與規劃學院

控制性交替灌溉的理論

1根源信號原理

當植物受到水分脅迫時，會做出許多反應，一般表現為關閉氣孔減少蒸騰、滲透調節能力和抗氧化能力提高、產生抗逆蛋白等。土壤水分缺少對植物根系有刺激作用，植物的根系細胞內會產生大量脫落酸（ABA），脫落酸像信使一樣把干旱的信號轉導到葉片，使葉片識別并關閉氣孔，從而使蒸騰速率降低。值得注意的是，調節葉片氣孔導度的不僅是根源信號，葉片氣孔導度同時也受周圍微氣候的影響，如光量子流密度、葉周圍水汽壓。研究表明，葉周圍水汽壓的增加在不影響葉水勢的情況下可提高氣孔導度。

2分根交替理論

隨著土壤水分的減少，植物的氣孔開度逐漸收縮甚至關閉時，植物的蒸騰速率降低，同時伴隨著光合速率也會下降，但蒸騰作用下降速率遠遠大于光合作用的下降速率。此時對植物一部分根系進行灌水，保持部分根系、葉片濕潤來避免植物極度缺水，而另一部分根系則在缺水狀態產生根源信號ABA，并由根部傳導到葉片，使葉片氣孔收縮甚至關閉，從而減少蒸騰損失，提高了水分的利用效率。在保持光合速率同時減小蒸騰速率，不僅在減少灌水量的條件下保證作物產量基本不變，還能夠提高個別作物的N、P含量，從而提高作物的質量。

控制性交替灌溉的特點

控制性交替灌溉的主要優勢在于可以達到節水和保持作物產量基本穩定不變，同時對提高作物質量及改善土壤環境有著不可忽視的作用。其特點主要表現在以下幾個方面，一是通過對植物根系的干濕交替鍛煉讓植物自身調節產生適應性強的根系。在進行干濕交替轉換時，對植物的根部進行鍛煉，植物根系生長的向水性和植物的補償性生長促進植物根系生長，通過對植物根系進行干濕交替鍛煉來增強根系的吸收性。二是通過氣孔關閉降低植物的蒸騰作用。植物在收到根源信號時收縮甚至關閉氣孔，減少蒸發，由于蒸騰速率的減少遠遠大于光和速率的減少，所以大大降低植物不必要的蒸騰作用，在土壤中儲存水量供植物根系吸收利用。三是降低了棵間土壤蒸發和減少冗余的土壤水滲漏。分根交替灌溉在減少棵間土壤蒸發的同時盡可能地避免植物缺水而造成減產。與常規灌溉相比，分根交替灌溉能夠使田間保持1/2處濕潤的狀態，因此當干旱部分進行灌溉時，土壤水分的滲透過程在很大程度上是基質勢和重力勢共同起作用，土壤水分首先進行水平運動，在土壤水達到一定深度時垂直運動才會更加明顯。四是有利于緩解土壤鹽漬化。

分根交替灌溉交替性地對田間部分土壤進行灌溉，使土壤局部保持濕潤環境，這就減少了棵間土壤蒸發量，很大程度上限制了土壤根系層的積鹽和返鹽。分根交替灌溉不可能徹底把土壤多余鹽分排除到土壤外，但能限制水分滲透到含鹽量比較高的下層，限制了土壤的大量蒸發，進而限制了土壤由于蒸發而造成的含鹽量增加。五是有利于植物對土壤營養的吸收。由于分根交替灌溉使植物有明顯的根系生長的向水性，植物的根系長度、根密度發育旺盛，有利于對土壤中養分的吸收。

分根交替灌溉的應用

1水平方向分根交替灌溉

即在水平方向上對植物進行分區交替灌溉，使根區在水平方向進行干濕交替鍛煉。這種方法推廣性強，方便簡潔。康紹忠等對比盆栽玉米常規灌溉，控制1/2和1/3根系交替灌溉、控制1/2和1/3根系固定灌溉試驗結果，表明控制性分根交替灌溉在降低耗水34.4%～36.8%的基礎上，生物量僅下降了6%～12%，且在1/2交替灌溉區可以促進植物根系在土壤中均勻分布。有利于植物的補償性增長。但同時認為水分脅迫對玉米在不同階段的葉片葉綠素合成有很大影響，應在玉米生長不同階段引入傳統灌溉，如在苗期、拔節期增加灌水量。潘英華等在民勤沙漠綠洲區的研究認為，大田應用分根交替灌溉與常規溝灌相比可節約水資源近33.3%；在新疆地區進行研究表明，分根灌溉與常規灌溉比較，籽棉總產量減少了8%，但節水卻達30%。且由于在霜降前采棉收獲的籽棉總量要高于常規灌溉，又因為霜前花價格高于霜后花15%～20%，所以價格優勢補充了棉花在后期的減產。使用分根交替灌溉還可抑制棉花在生長過程中期因生長旺盛造成的蕾鈴脫落、成熟期延遲、霜前花減少等問題。

汪耀富等通過對烤煙的分根交替灌溉發現，分根交替灌溉與傳統灌溉相比不僅節省了41.07%的灌水量，且有助于提高煙葉產量及烤煙的品質。周瓊等試驗得出，分根交替灌溉和施用鉀肥有利于百合中糖分的積累，在一定程度上能夠減緩丙二醛的積累，提高百合的質量，減緩百合的衰老。CU和Loveys等通過對釀酒葡萄進行的分根交替灌溉研究表明，雖然葡萄產量有所下降，但其節水效率相對于常規灌溉提高了58.79%。Kirda等對蕃茄等果蔬的研究發現，相同灌水量條件下APRI處理比其他虧缺灌溉處理的產量高7%～10%，而且其水分利用效率比充分灌溉處理提高了44.66%～56.31%，商品果產量在品質不變的情況下則增加了10%～27%。

2垂直方向分根交替灌溉

即對植物的根系在垂直方向上進行交替灌水，使植物根系在垂直方向上保持不同干濕度。這種方法操作難度較大，不易推廣，但具有較高節水效應。分根垂向交替灌溉不僅能夠大幅度的節約水資源，還能夠提高作物的滲透調節能力，從而使作物降低了關閉氣孔的臨界值，使光合作用加強，增加了營養器官給生殖器官的光合產物，促進作物的生長。史文娟等的研究中表明，垂向交替灌溉的玉米干物質量和水分利用效率要優于表面灌溉和底部灌溉，間隔5d交替灌溉比表面灌溉和底部灌溉節水量分別提高了26.0%和26.2%，且作物產量分別提高了32.7%和47.2%。

今后的研究方向

分根交替灌溉已取得了很多研究成果，但仍存在許多問題需要進一步研究。一是探尋適宜不同類型土壤的分根交替灌溉方法。二是對不同類型的作物進行深入研究，探尋不同作物根部的利用氣孔調節水分的最優需水值，以及在分根交替灌溉下能提高植物品質和質量的植物。三是將分根交替灌溉同水肥耦合技術相結合，最大程度的節水且提高作物產量。四是進一步研究分根交替灌溉及控制水分灌溉對鹽堿化土壤的優化作用，促進土壤鹽堿化嚴重地區糧食的增產。五是將分根交替灌溉同工程灌溉技術進行更深層次的結合，促使節水技術在農業生產中普及推廣。六是探索最具指導意義的分根交替灌溉模型，提出不同土壤、不同作物、不同大氣環境及水文環境條件下的分根交替模型量，用來指導節水農業提出生產實踐。