1996年,康紹忠等在室內盆栽、小區(qū)試驗和大田應用試驗的基礎上,首次系統(tǒng)提出了作物根系分區(qū)交替灌溉技術,并闡明了其概念,理論基礎和實現(xiàn)方式??刂菩越惶婀喔仁抢米魑锼置{迫時產生的根信號功能,即人為保持或控制根系活動層的土壤在垂直剖面或水平面的某個區(qū)域干燥,使作物根系始終有一部分生長在干燥或較干燥的土壤區(qū)域中,限制該部分的根系吸收,讓其產生水分脅迫的信號傳遞到葉氣孔,形成最優(yōu)的氣孔開度。同時,通過人工控制,使在垂直剖面或水平面上的干燥區(qū)域交替出現(xiàn),即該次灌水濕潤的地區(qū),下次灌水讓其干燥,而上次灌水干燥的區(qū)域,下次讓其濕潤,這樣就可以使不同區(qū)域或部位的根系交替經受一定程度的干早鍛煉,既可減少棵間全部濕潤時的無效蒸發(fā)損失和總的灌溉用水少量,亦可提高根系對水分和養(yǎng)分的利用率,以不犧牲作物的光合產物積累而達到節(jié)水的目的。
交替灌溉可行的操作方式有隔溝交替港溉系統(tǒng)、田間移動式控制性交替滴藻系統(tǒng)、自動控制性滴灌系統(tǒng)和控制性隔管滲灌系統(tǒng)等。目前,交替灌溉技術主要適用于寬行距種植的果樹及其他作物,其在密植作物中的可操作性難度較大。主要應用和推廣的技術有玉米隔溝交替灌水模式,有研究表明在產量相同的情況下,交替灌溉較常規(guī)溝灌省水30%以上。在棉花、甘藍、青花菜和大白菜中也有嘗試性應用的實例。但目前并無涉及交替灌溉技術的國家標準和行業(yè)標準出臺。
化學節(jié)水主要通過施用保水劑、抑蒸劑等化學物質進行節(jié)水。保水劑是一種具有較強吸水、持水特性的新型高分子化合物,對作物種子進行包衣、拌種或蘸根,能將耕層土壤中的水分吸聚到種子或幼苗根際周圍,能在較干旱的條件下促進種子出苗及為幼苗的健壯生長創(chuàng)造良好的局部水分環(huán)境。保水劑施用效果受保水劑特性、氣候條件、土壤質地、土壤水分條件、土壤鹽分及離子類型、灌溉水質及灌水量等多種因素影響,應結合不同的保水劑產品和應用條件,探討不同條件下保水劑的最佳施用量、施用方式。保水劑在農業(yè)生產中還處于小面積試驗示范階段,還有諸多問題需要研究。
作物通過根系從土壤中吸收的水分,有99%左右的水分是通過蒸騰作用進入大氣的,而經由光合作用轉化為植株干物質的水分不足1%,因此設法減少作物的“奢侈”,蒸騰是農業(yè)節(jié)水的一條有效途徑。將黃腐酸類抑蒸劑噴灑到作物葉面,能夠減少植物葉面的氣孔開度,降低蒸騰耗水,減輕水分脅迫的危害,維持正常的生理代謝,從而在減少用水量的條件下保障光合產物的有效積累。
地面覆蓋節(jié)水即覆蓋保墑,就是用地膜、秸稈和砂礫等材料覆蓋農田地表,以減少土壤水分蒸發(fā)、增強土壤蓄水保水能力。
農田愛蓋秸稈之后,土壤水、肥、氣和熱等狀況得到綜合改善已有定論,但土壤中水、肥和熱3者之間關系及其對作物生長的耦合效應和生理機制沒有研究透徹,有時覆蓋后會出現(xiàn)減產現(xiàn)象的原因不明確。秸稈覆蓋后噴藥作業(yè)困難,會導致蟲害草害更加嚴重,影響了秸稈覆蓋技術的推廣應用。
地膜覆蓋是指用聚乙烯塑料薄膜覆蓋農田地表,以減少土壤水分蒸發(fā)、調節(jié)地溫和抑制雜草生長的措施。我國自1978年從日本引進0.015mm地膜生產技術后,地膜覆蓋栽培發(fā)展迅速,很快從蔬菜、煙草、棉花普及到玉米、小麥等大田作物。地膜覆蓋技術能夠改善耕層土壤水熱狀況,活化土壤養(yǎng)分,提高水分養(yǎng)分利用率,因其節(jié)水和增產作用而得到大面積推廣和應用動。地膜覆蓋技術在我國西北干旱半干旱地區(qū)應用廣泛,我國新疆地區(qū)甚至將地膜覆蓋和滴灌技術結合起來形成膜下滴灌技術,形成了一系列以棉花、番茄、玉米、小麥和打瓜等作物為種植對象的大田膜下滴灌地方標準。但普通地膜不易降解,易污染環(huán)境,殘膜回收利用問題還沒有妥善的解決方法。
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