節(jié)水灌溉概論與技術(shù)

PAGEPAGE70節(jié)水灌溉概論與技術(shù)講稿主講劉增進(jìn)第一章節(jié)水灌溉概論第一節(jié)節(jié)水灌溉的內(nèi)涵及研究?jī)?nèi)容一、定義節(jié)水灌溉是根據(jù)作物需水規(guī)律及當(dāng)?shù)毓┧畻l件，為了有效地利用降水和灌溉水獲取農(nóng)業(yè)的最佳經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益而采取的多種灌溉措施，如噴灌、滴灌、膜上灌等。節(jié)水灌溉在我國(guó)多用，特別是水利部門(mén)。“高效用水”，國(guó)外多用，我國(guó)農(nóng)業(yè)部門(mén)也用，其意義有所差異。應(yīng)該說(shuō)明的是，節(jié)水灌溉或高效用水都是一個(gè)相對(duì)的概念，不同的農(nóng)業(yè)發(fā)展階段，不同的技術(shù)水平，不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，其含義是隨之而變的(如噴灌耗能、不節(jié)水問(wèn)題)，不同國(guó)家、不同的地區(qū)有不同的節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)。二、從水源到形成作物實(shí)物產(chǎn)量經(jīng)過(guò)的環(huán)節(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)：工程節(jié)水水源（輸配）→田間(灌溉凈水量)農(nóng)藝節(jié)水田間（入滲、蒸發(fā)滲漏）→土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層(土壤水)管理節(jié)水土壤（蒸騰蒸發(fā)）→作物實(shí)物產(chǎn)量(生理需水)農(nóng)藝節(jié)水：節(jié)水抗旱品種，保墑技術(shù)(桔桿、地膜覆蓋)，節(jié)水栽培耕作技術(shù)，化控節(jié)水(保水劑)、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整。三、節(jié)水灌溉的研究?jī)?nèi)容1、節(jié)水灌溉工程技術(shù)2、節(jié)水灌溉理論及灌溉利度水分生產(chǎn)函數(shù)需水規(guī)律植物水分生理水分脅迫SPAC充分或非充分灌制度節(jié)水機(jī)理3、節(jié)水灌溉的管理問(wèn)題預(yù)報(bào)、優(yōu)化配水、環(huán)境評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，節(jié)水灌溉管理模式(農(nóng)民參與管理模式)4、高新灌溉技術(shù)新方法，新技術(shù)，規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工管理5、大型灌區(qū)改造問(wèn)題第二節(jié)節(jié)水灌溉的主要技術(shù)措施水資源合理開(kāi)發(fā)利用技術(shù)措施、節(jié)水灌溉工程措施、節(jié)水灌溉農(nóng)藝措施、節(jié)水灌溉的管理措施一、水資源合理開(kāi)發(fā)利用技術(shù)措施1、水資源優(yōu)化分配技術(shù)2、多種水源聯(lián)合運(yùn)用技術(shù)地下水、地上水、土壤水聯(lián)合調(diào)度3、雨水匯集利用技術(shù)集流場(chǎng)(設(shè)計(jì)、集流面材料)、水窖，人工降雨4、地下水利用技術(shù)(開(kāi)采、補(bǔ)給、打井，舊井改造、提高泵裝置效率)5、劣質(zhì)水資源化劣質(zhì)水：生活污水，工業(yè)廢水、微咸水、灌溉回歸水、海水淡化。污水資源化及污灌技術(shù)還處于試驗(yàn)研究階段(1)污水處理(2)水質(zhì)監(jiān)測(cè)(3)污水灌溉技術(shù)(4)污灌環(huán)境影響評(píng)價(jià)體系(立法)(5)技術(shù)的推廣應(yīng)用。二、節(jié)水灌溉工程措施1、渠道防滲技術(shù)砼護(hù)面、漿砌塊石襯砌、塑料膜、水泥土、三合土。2、低壓管道輸水技術(shù)硬管：鋼管鋁管塑料砼軟管：尼龍小白龍3、噴灌技術(shù)①經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，②管道標(biāo)準(zhǔn)化，③高質(zhì)量的噴灌設(shè)備，④大型噴灌機(jī)研制。4、微灌技術(shù)包括小管出流技術(shù)5、覆膜灌溉膜上灌和膜下滴灌6、地下灌溉技術(shù)地下水抬高，地下滴灌，地下滲灌。7、坐水種(點(diǎn)水灌)人工、坐水種單體播種機(jī)，坐水種灌溉機(jī)。8、溝畦改造技術(shù)(改進(jìn)的地面灌)改進(jìn)的溝畦灌，水平畦灌，波涌灌。9、調(diào)虧灌溉施加一定的干旱鍛煉10、作物交替分根灌/作物交替分層灌11、非充分灌溉理論基礎(chǔ)生產(chǎn)函數(shù)12、精細(xì)灌溉全球定位系統(tǒng)遙感遙測(cè)系統(tǒng)地理信息系統(tǒng)。三、農(nóng)藝節(jié)水措施1、耕作保墑技術(shù)深耕松土鎮(zhèn)壓耙耱中耕除草免耕少耕2、覆蓋保墑技術(shù)地膜覆蓋秸桿覆蓋沙石覆蓋3、水肥耦合技術(shù)以肥調(diào)水以水調(diào)肥4、節(jié)水作物品篩選技術(shù)高效種植制度抗旱節(jié)水、高產(chǎn)品種5、化控節(jié)水保水劑復(fù)合包衣劑黃腐酸多功能抑蒸抗旱劑ABT生根粉。四、節(jié)水管理措施1、節(jié)水灌溉制度充分/非充分灌溉制度及其它2、土壤墑情監(jiān)測(cè)與灌溉預(yù)報(bào)技術(shù)張力計(jì)中子儀電阻法水分濕度儀實(shí)時(shí)適量灌水3、灌區(qū)配水技術(shù)優(yōu)化渠/管道工作制度編制灌區(qū)水量?jī)?yōu)化調(diào)度方案4、灌區(qū)量水技術(shù)水位、流量、水質(zhì)、數(shù)字化5、現(xiàn)代化灌溉管理技術(shù)五、水稻節(jié)水灌溉技術(shù)措施1、水稻旱育稀植技術(shù)2、水稻控制灌溉插秧返青后不建立田面水層，上限，飽合含水率，下限60～70%飽和含水率，近于田間持水率。3、“淺濕曬”交替間斷灌水技術(shù)(1)薄露灌溉M=20mm薄水層，后自然落干露出田面，露田程度和歷時(shí)，由水稻不同生育期需水規(guī)律確定，如早稻前期26天(返—分—拔)中期22d(孕—抽)后期24d(乳—黃)(2)4、水稻間歇灌薄水層—濕潤(rùn)—短暫落干交替進(jìn)行第三節(jié)發(fā)展節(jié)水灌溉的意義一、全球水資源概況二、我國(guó)水資源概況(基本情況，我國(guó)是一個(gè)水資源相對(duì)缺乏的國(guó)家，總量大人均/畝均不足)1、來(lái)水降水6.2億m2，河川徑流2.7億m3，地下水0.83m3，重復(fù)計(jì)算0.73m3，可通過(guò)水循環(huán)更新的地表水和地下水的多年平均水資源總量為2.8億m3，排名六，人均(1997人口計(jì)算)2220m32、需水量(工業(yè)，農(nóng)業(yè))低方案農(nóng)業(yè)用水量2030年(3000—5000億m3（糧食產(chǎn)量7000億kg，7億畝灌溉面積）)工業(yè)用水或城鎮(zhèn)生活用水2800億m3合計(jì)7800億m33、可供水量2030年6990億m3枯水年缺水800億m3,考慮南水北調(diào)450億m3，缺350億4、節(jié)水灌溉潛力：水利用系數(shù)（0.46）提高10%～20%，節(jié)水400～800億m35、水資源分區(qū)(基本情況，時(shí)空分配不均，南方水多，北方水少，就北方而言，年際間豐枯變化較大，年內(nèi)70%降雨集中在7、8、9三個(gè)月，與土地分布不匹配，（黑河—彭沖）60%的人口占有40%的土地。黃淮海平原土地面積13.4%，耕地39%，人口占35%，GDP32%，水資源7.7%，基本情況是，工程設(shè)施有限，老化失修，管理不善，供水能力不足。（1）多水區(qū)：P＞1600mm，東部沿海，華南沿海，云南西部，西藏的東南部，臺(tái)灣中部。三、國(guó)情四、農(nóng)業(yè)現(xiàn)狀五、糧食安全問(wèn)題六、節(jié)水灌溉與農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化我國(guó)節(jié)水灌溉的新進(jìn)展節(jié)水灌溉的發(fā)展歷程節(jié)水灌溉的目標(biāo)節(jié)水灌溉的新進(jìn)展

第二章作物水分生理學(xué)基礎(chǔ)22植物生命活動(dòng)大致為物質(zhì)代謝，能量轉(zhuǎn)換和信息傳遞三個(gè)方面，物質(zhì)代謝中有水分代謝、礦物質(zhì)代謝和有機(jī)物(糖類(lèi)、蛋白質(zhì)、脂肪、核酸)代謝。代謝(metabolism)是維持各種生命活動(dòng)(生長(zhǎng)過(guò)程)過(guò)程中化學(xué)變化(包括物質(zhì)合成，轉(zhuǎn)移和分解)的總稱(chēng)。在以三個(gè)活動(dòng)中，水都有參與，沒(méi)有水，便沒(méi)有生命，水分代謝是植物生理學(xué)的一個(gè)重要組成部分。植物的一生中，要從自然界中吸收光、熱、能量，吸收水分和礦物質(zhì)和有機(jī)質(zhì)養(yǎng)分和空氣，把環(huán)境中簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物直接合成為復(fù)雜的有機(jī)物，世界上就有了綠色生命，植物是地球上最重要的自養(yǎng)生物。作物就其廣義的概念來(lái)講，它包括對(duì)人類(lèi)有利用價(jià)值，為人類(lèi)所栽培的各種植物，例如各種農(nóng)作物、疏菜、果樹(shù)、綠肥、牧草等。就其狹義的概念來(lái)講，所謂作物，主要是指農(nóng)作物糧食、棉油、麻、糖、煙等而言，北方又常稱(chēng)之謂“莊稼”。世界上栽培的農(nóng)作物中最主要的有90多種。在我國(guó)常見(jiàn)的有50多種。目前栽培的農(nóng)作物，大都起源于自然野生植物。原始的野生植物，長(zhǎng)期被人工栽培利用過(guò)程中，不斷地經(jīng)人工培育(人工選擇)和自然選擇所逐漸演化為今日豐富多彩的適宜于各地的栽培品種。從這一意義上來(lái)說(shuō)，保護(hù)生物的多樣性，就是保護(hù)人類(lèi)自己。第一節(jié)植物對(duì)水分的需求一、植物細(xì)胞1、結(jié)構(gòu)：(1)細(xì)胞壁，(2)細(xì)胞膜，(3)細(xì)胞質(zhì)，(4)液泡，(5)細(xì)胞核，(6)胞間連絲。2、細(xì)胞分裂：由一個(gè)分裂成兩個(gè)細(xì)胞，核分成兩個(gè)后細(xì)胞質(zhì)分成兩份，中央壁膜形成。3、植物體的組織與器官。二、植物的含水量1、不同植物的含水量有很大的不同水生植物90%，旱作植物60～70%(占鮮重的百分比)2、同一種植物生長(zhǎng)在不同環(huán)境中，含水量也有差異凡是生長(zhǎng)在陰暗、潮濕環(huán)境中的植物，它們的含水量比生長(zhǎng)在向陽(yáng)、干燥環(huán)境中的要高一些。3、同一植株中，不同器官和不同組織的含水量的差異也很大，例如，根尖，嫩梢，幼苗和綠葉的含水量為60～90%，樹(shù)干為40～50%，風(fēng)干種子為10～14%，由此可見(jiàn)，凡是生命活動(dòng)較旺盛的部分，水分含量都較多。三、植物體內(nèi)水分存在的狀態(tài)水分在植物體細(xì)胞內(nèi)通常呈束縛水和自由水兩種狀態(tài)，而這又與細(xì)胞質(zhì)有關(guān)。細(xì)胞質(zhì)主要是由蛋白質(zhì)組成，占總重的60%以上，蛋白質(zhì)分子很大，其水溶液具有膠體的性質(zhì)，因此細(xì)胞質(zhì)是一個(gè)膠體系統(tǒng)。蛋白分子有疏水基和親水基組成，疏水基在分子內(nèi)部、親水基在分子表面，這些親水基對(duì)水分有很大的集合力，容易起引水合作用，所以細(xì)胞質(zhì)膠體微粒具有顯著的親水性，其表面吸附著很多水分子，形成一層很厚的水層。水分距離膠粒越近，吸附力越強(qiáng)；相反，則吸附力越弱?？拷z粒而被膠粒吸附束縛不易自由流動(dòng)的水分，稱(chēng)束縛水；距離膠粒較遠(yuǎn)而可以自由流動(dòng)的水分，稱(chēng)自由水。自由水參與各種代謝作用，它的含量制約著植物的代謝速度，如光合速率、吸呼速率、生長(zhǎng)速度等。自由水占著含水量的比重越大，則植物代謝越旺盛。束縛水不參與代謝作用，但植物要求低微的代謝強(qiáng)度來(lái)度過(guò)不良的環(huán)境，因此，束縛水含量與植物抗性大小有密切關(guān)系。如抗旱、抗寒能力。四、水分在生態(tài)活動(dòng)中的主要作用1、水分是細(xì)胞質(zhì)的主要成分細(xì)胞中的含水量一般在70%～90%，使細(xì)胞質(zhì)呈溶膠狀態(tài)，保證了旺盛的代謝作用正常進(jìn)行。如果含水量減少，細(xì)胞質(zhì)便變成凝膠狀態(tài)，生命活動(dòng)大大減速弱，如休眠的種子。2、水分是代謝作用過(guò)程的反應(yīng)物質(zhì)在光合作用、呼吸作用、有機(jī)質(zhì)合或與分解過(guò)程中都有水分子參與。光能綠色細(xì)胞1)光合作用CO2+H2OCH2O(碳水化合物)+O2光能綠色細(xì)胞每年同化2×1011t碳(浮游生物60陸生植物)相當(dāng)3×1021J能量是世界能消耗的10倍。2)呼吸作用C6H12O6+6O2→6CO2+H2O3、水分是植物對(duì)物質(zhì)吸收和運(yùn)輸?shù)娜軇┮话銇?lái)說(shuō)，植物不能直接吸收固體的無(wú)機(jī)物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì)，這些物質(zhì)只有溶解在水中才能被植物吸收，同樣各種物質(zhì)在植物體內(nèi)的運(yùn)輸，也要溶在水中才能進(jìn)行。4、水分能保持植物的固有姿態(tài)由于細(xì)胞含有大量水分，維持細(xì)胞的緊張度(膨脹)，使植物枝葉挺立，便于充分接受光照和換氣體，使根尖具有剛性，便于滲入土壤擴(kuò)大吸收范圍，同時(shí)也使花朵張開(kāi)，有利于傳粉受粉。5、水是世界之美的源泉思考題1、植物細(xì)胞內(nèi)水分存在的狀態(tài)。2、水在作物生理中的作用。3、細(xì)胞的結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)作物植物組織、器官自由水束縛水光合作用呼吸作用第二節(jié)植物細(xì)胞對(duì)水分的吸收一切生命活動(dòng)都是在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的，細(xì)胞吸水也不例外，植物細(xì)胞吸水主要有2種方式：1)未形成液泡的細(xì)胞，靠吸漲作用吸，2)液泡形成以后細(xì)胞主要靠滲透性吸水。一、細(xì)胞的滲透吸水滲透作用是水分進(jìn)出細(xì)胞的基本過(guò)程。水分移動(dòng)需要能量作功，下面首先討論自由能和水勢(shì)的概念。(一)自由能和水勢(shì)根據(jù)勢(shì)力學(xué)原理，水流中物質(zhì)的總能量可分為束縛能和自由能兩部分，束縛能是不能轉(zhuǎn)化為用于作功的能量，而自由能是在溫度恒定的條件下用于作功的能量?；瘜W(xué)勢(shì)1mol物質(zhì)的自由能，是衡量物質(zhì)瓜或轉(zhuǎn)移所用的能量。水勢(shì)同理衡量水分反應(yīng)或轉(zhuǎn)移能量的高低，可用水勢(shì)表示。在植物生理學(xué)上，水勢(shì)定義為每偏摩爾體積水的化學(xué)勢(shì)。也就是說(shuō)，水溶液的化學(xué)勢(shì)(μW)與同溫、同壓、同一系統(tǒng)中純水的化學(xué)勢(shì)(μW°)之差(△μW)，除以水的偏摩爾本積()所得的商，稱(chēng)水勢(shì)。水勢(shì)(Psi；希臘字母)或表示，公式為式中：偏摩爾體積，指在一定溫度和壓力下，1mol水中加入1mol某溶液后，該1mol水所占的有效體積水勢(shì)的單位=(壓力單位)純水的自由能量大，水勢(shì)最高，定義為0（和其他溶液相比），溶液中的溶質(zhì)分子降低了水的自由能，所以溶液的中的水的自由能低，溶液的水勢(shì)就成了負(fù)值。和其他物質(zhì)運(yùn)動(dòng)一樣，水分移動(dòng)需要能量，因此水分一定是從高水勢(shì)區(qū)域順著能量梯度流向低水勢(shì)區(qū)域，簡(jiǎn)言之，水分是由高水勢(shì)處流向低水勢(shì)處。(宏觀同)(二)滲透作用把種子的種皮緊縛在漏斗上，注入蔗糖溶液，然后把整個(gè)裝置浸入盛有清水的燒杯中，漏斗內(nèi)外液面相等。由于種皮是半透膜(水分子能通過(guò)而蔗糖分子不能通過(guò))，整個(gè)裝置形成一個(gè)滲透裝置。其結(jié)果是：燒杯中的水流向漏斗內(nèi)，漏斗內(nèi)玻璃管內(nèi)的液面上升，最后液面不再上升，實(shí)質(zhì)上是水分進(jìn)出的速度相等，呈動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。水分從水勢(shì)高的系統(tǒng)通過(guò)半透膜向水勢(shì)低的系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，就稱(chēng)為滲透作用。說(shuō)明從生命開(kāi)始，水就開(kāi)始起作用。(三)植物細(xì)胞是一個(gè)滲透系統(tǒng)一個(gè)成長(zhǎng)植物細(xì)胞的細(xì)胞壁主要是由纖維分子組成的，它是一個(gè)水和溶質(zhì)都可以通過(guò)的透性膜。質(zhì)膜和液泡膜則不同，兩者都接近于半透膜，構(gòu)成一個(gè)滲透系統(tǒng)。1、質(zhì)壁分離（P9T2-2）外滲使液泡失水而體積縮小，包在外面的原生質(zhì)也隨之收縮，由于細(xì)胞之間有吸附力，當(dāng)原生質(zhì)收縮時(shí)，細(xì)胞壁也隨之收縮，如細(xì)胞繼續(xù)失水，因原生質(zhì)的收縮比細(xì)胞壁收縮性大，結(jié)果使原生質(zhì)與細(xì)胞分離，這種現(xiàn)象稱(chēng)質(zhì)壁分離。2、質(zhì)壁分離復(fù)原在質(zhì)壁分離后，若使細(xì)胞開(kāi)始吸水，則液泡體積逐漸增大，原生質(zhì)又逐漸緊貼細(xì)胞壁，這種現(xiàn)象稱(chēng)質(zhì)壁分離復(fù)原。(四)細(xì)胞的水勢(shì)細(xì)胞吸水固然與其細(xì)胞液的滲透勢(shì)有關(guān)，但并不完全取決于滲透勢(shì)，因?yàn)樵|(zhì)體的還有細(xì)胞壁，限制原生質(zhì)體膨脹；與此同時(shí)，細(xì)胞親水膠體又有吸水的能力，所以細(xì)胞吸水的情況遠(yuǎn)比前述的滲透系統(tǒng)更為復(fù)雜。細(xì)胞吸水情況決定于細(xì)胞水勢(shì)，典型的細(xì)胞水勢(shì)中3個(gè)部分組成細(xì)胞水勢(shì)滲透勢(shì)壓力勢(shì)補(bǔ)質(zhì)勢(shì)滲透勢(shì)亦稱(chēng)溶質(zhì)勢(shì)。滲透是由于溶質(zhì)顆粒的存在，降低了水的自由能，因而其水勢(shì)為負(fù)值(低于純水的水勢(shì))。一般而言，溫帶生長(zhǎng)的大多數(shù)作物葉組織的滲透勢(shì)在-1-2Mpa，旱生植物葉片的滲透勢(shì)很低，達(dá)-10Mpa。壓力勢(shì)是指細(xì)胞的原生質(zhì)體吸水膨脹，對(duì)細(xì)胞壁產(chǎn)生一種作用力，細(xì)胞壁對(duì)原生質(zhì)產(chǎn)生反作用力，即壓力，壓力勢(shì)是細(xì)胞壁壓力的存在而增加的水勢(shì)，壓力勢(shì)是正值。草本植物葉片細(xì)胞的壓力勢(shì)，在溫暖天氣的下午為0.3～0.5Mpa，晚上可達(dá)1.5Mpa。補(bǔ)質(zhì)勢(shì)是細(xì)胞膠體物質(zhì)親水性和毛細(xì)管對(duì)自由水的束縛而引起的水勢(shì)，常為負(fù)值。如種子狀態(tài)襯質(zhì)勢(shì)可達(dá)-100Mpa，當(dāng)發(fā)芽以后，細(xì)胞內(nèi)形成液泡，這時(shí)襯質(zhì)勢(shì)只有-0.01Mpa。(五)細(xì)胞間水分移動(dòng)當(dāng)有多個(gè)細(xì)胞連在一起時(shí)，如果一端的細(xì)胞水勢(shì)較高，另一端水勢(shì)較低，順次下降，就形成了一個(gè)水勢(shì)梯度，水分便從水勢(shì)高一端流向水勢(shì)低的一端。植物器宮之間水分流動(dòng)便遵循這個(gè)規(guī)律。有了這樣一條規(guī)律，人們便可判別細(xì)胞的水勢(shì)高低，以說(shuō)明細(xì)胞水分足充與否，故可用水勢(shì)作為灌溉指標(biāo)，確定作物灌溉的適宜時(shí)期。二、細(xì)胞的吸漲作用吸漲作用是親水膠體吸水膨脹的現(xiàn)象。種子的蛋白質(zhì)、淀粉和纖維等都呈膠體狀。三者的親水性依次遞減，所以含蛋白質(zhì)較多的豆類(lèi)種子吸漲現(xiàn)象非常明顯。一般說(shuō)來(lái)，細(xì)胞在形成液泡前的吸水主要靠吸漲作用。三、水分進(jìn)入細(xì)胞的途徑水分是怎樣通過(guò)膜系統(tǒng)流進(jìn)出細(xì)胞的呢？研究表明，水分在植物細(xì)胞膜系統(tǒng)內(nèi)移動(dòng)的途徑有2種：一種是單個(gè)水分子通過(guò)膜脂雙分子層的空隙進(jìn)入細(xì)胞；另一種是水集流通過(guò)質(zhì)膜上水孔蛋白中的水通道進(jìn)入細(xì)胞。水孔蛋白是一類(lèi)具有選擇性、高效運(yùn)轉(zhuǎn)水分的膜通道蛋白。水孔蛋白最早是在動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，以后陸續(xù)在植物中發(fā)現(xiàn)。水孔蛋白模型：圖示水孔蛋白的單體是中間狹窄的四聚體，呈“滴漏”模型。每個(gè)亞單位的內(nèi)部形成狹窄的水通道。水孔蛋白的活性是被磷酸化調(diào)節(jié)的。試驗(yàn)證明，依賴(lài)Ca+2的蛋白激酶可使特殊絲氨酸殘基磷酸化，水孔蛋白的水通道加寬，水集流通道加大。如果把該殘基團(tuán)除去則水通道變窄，水集流通過(guò)量減少。水孔蛋白廣泛分布于植物的各個(gè)組織，其功能以存在的部位而定，在莖中參與水分的運(yùn)輸，在根中參與根尖的分化和伸長(zhǎng)。外界環(huán)境(蘭光)和植物激素(脫落酸、赤霉素)等可誘導(dǎo)水孔蛋的表達(dá)。思考題1、植物細(xì)胞吸水的主要方式2、細(xì)胞間水分是怎樣移動(dòng)的名詞術(shù)語(yǔ)水勢(shì)滲透勢(shì)壓力勢(shì)質(zhì)壁分離質(zhì)壁(分離)復(fù)合第三節(jié)根系對(duì)水分的吸收一、根的形態(tài)和結(jié)構(gòu)各種植物的根，它們的功能基本上是相同的，但是它們的形態(tài)并不完全相同。(一)根的形態(tài)1、主根、側(cè)根、不定根主根：由種子的胚根發(fā)育而成的根，主根與莖相連，向下生長(zhǎng)。側(cè)根：從主根上生出的根。側(cè)根又依次生出側(cè)根。側(cè)根主要向四周擴(kuò)展。不定根：從莖葉上生出的根，如小麥、玉米，主根不發(fā)達(dá)，主要是由許多不定根組成的。2、根系一棵植物生長(zhǎng)有許多的根，這些根的總和及空間分布叫根系。根系可以分為兩大類(lèi)。1)直根系主根比較發(fā)達(dá)，較長(zhǎng)而粗，側(cè)根比較短而細(xì)。主根與側(cè)根有明顯的區(qū)別。一般說(shuō)，雙子葉植物的根系都是直根系，如棉花、豆類(lèi)。2)須根系主根不發(fā)達(dá)，主根生出后不就不再繼續(xù)生長(zhǎng)，另在原來(lái)的胚軸部位和莖的基部生長(zhǎng)許多條不定根。因此須根系主要由不定根組成，一般說(shuō)，單子葉植物的根系都是須根系，如小麥、玉米。3、根的分布根系入土深度一般都大于地上部的主莖高度，根系的擴(kuò)展范圍一般都大于地上部分的擴(kuò)展范圍。4、根的特性向地生長(zhǎng)的特性，向水生長(zhǎng)和向肥生長(zhǎng)的特性。(二)的結(jié)構(gòu)1、根尖從根的頂端到生有根毛的一段，叫做根尖，根尖是吸水的主要部分。主根、側(cè)根、不定根都有根尖。根尖由四部分組成，從頂端向上依次是根冠、分生區(qū)、伸長(zhǎng)區(qū)和成熟區(qū)。1)根冠在根尖的頂端，細(xì)胞比較大，排列不夠整齊，像一項(xiàng)帽子一樣套在外面，具有保護(hù)作用。2)分生區(qū)被根冠包圍著。細(xì)胞很小，排列緊密，細(xì)胞壁薄，細(xì)胞核大，細(xì)胞質(zhì)濃，有很強(qiáng)的分裂能力，能夠不斷地分裂出新細(xì)胞，因此，分生區(qū)屬于分生組織。3)伸長(zhǎng)區(qū)在分生區(qū)的上部，細(xì)胞逐漸分裂，開(kāi)始迅速伸長(zhǎng)。伸長(zhǎng)區(qū)是根伸長(zhǎng)的最快地方，能夠吸收水分和無(wú)機(jī)鹽。根的長(zhǎng)度能夠不斷增加，就是因?yàn)榉稚鷧^(qū)的細(xì)胞能夠分裂和伸長(zhǎng)區(qū)的細(xì)胞能夠伸長(zhǎng)的緣故。4)成熟區(qū)在伸長(zhǎng)區(qū)的上部，細(xì)胞停止伸長(zhǎng)，并且開(kāi)始分化；表皮的細(xì)胞一部分向外突出，形成根毛。成熟區(qū)生有大量根毛，使表皮細(xì)胞的吸水面積大大增加，是根系吸收水分和無(wú)機(jī)鹽的主要部位。在根尖中，根毛區(qū)吸水能力最大，根冠、分生區(qū)和伸長(zhǎng)區(qū)較小。2、成熟區(qū)及其上部結(jié)構(gòu)在成熟及其上部，根內(nèi)部一些細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核逐漸消失。這些細(xì)胞上下連接，中間失去橫壁，形成中空的長(zhǎng)管，叫維管，也叫導(dǎo)管，整個(gè)上部由維管束組成。根吸收的水分和無(wú)機(jī)鹽，通過(guò)維管束向上輸送到莖、葉等器官。二、根系吸水的途徑土壤水移動(dòng)到根部表面后，便從表皮向維管束轉(zhuǎn)移。根系吸水的途徑有3條。即質(zhì)外體途徑，跨膜途徑和共質(zhì)途徑。1、質(zhì)外體途徑：是指水分通過(guò)細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙等沒(méi)有原生質(zhì)的部分移動(dòng)，這種方式速度快。2、跨膜途徑：指水分從一個(gè)細(xì)胞移動(dòng)到另一個(gè)細(xì)胞，要經(jīng)過(guò)兩次質(zhì)膜，此途徑只跨過(guò)膜而不經(jīng)過(guò)細(xì)胞質(zhì)。3、共質(zhì)體途徑：是水分從一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)經(jīng)過(guò)胞間連絲，移動(dòng)到另一個(gè)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)，如此下去，移動(dòng)速度較慢。這三條途徑共同作用，使根部吸收水分。三、根系吸水的動(dòng)力根系吸水有兩種動(dòng)力：根壓和蒸騰拉力，后者較為重要。(一)根壓植物根系的生理活動(dòng)使液流從根部上升的壓力，根壓把根部的水分壓到地上部，土壤中的水分便不斷補(bǔ)充到根部，這就形在了吸水過(guò)程，這是根部形成的力量引起的主動(dòng)吸水。各種植物的大小不同，大多數(shù)植物的根壓為0.05～0.5Mpa(5～50m水柱)1)傷流現(xiàn)象從植物莖的基部把莖切斷，由于根壓作用，切口不久即流出液滴。從受傷或折斷的植物組織溢出液體的現(xiàn)象，稱(chēng)為傷流。流出的汁液是傷流液。不同的植物的傷流程度不同，葫蘆科植物傷流液較多，稻、麥等較少。傷流液除了含水分以外，還含有各種無(wú)機(jī)鹽，有機(jī)物和植物激素。所以，傷流的數(shù)量和成分，可作為根系活動(dòng)能力強(qiáng)弱的指標(biāo)。2)吐水現(xiàn)象沒(méi)有受傷的植物如處于土壤水分充足，天氣潮濕的環(huán)境中，葉片尖端或邊緣也有液體外泌的現(xiàn)象。這種從未受傷葉片尖端或邊緣向外溢出液滴的現(xiàn)象，稱(chēng)為吐水。吐水也是由根壓所引起的。在自然條件下，當(dāng)植物吸水大于蒸騰時(shí)(如清晨、傍晚)，往往可以看到吐水的現(xiàn)象。在生產(chǎn)上，吐水現(xiàn)象可作為根系生理活動(dòng)的指標(biāo)。3、機(jī)理到目前為止，關(guān)于根壓的機(jī)理解釋?zhuān)€沒(méi)有得到徹底解決。目前主要有兩種理論。1)滲透論根部導(dǎo)管四周的細(xì)胞由于代謝，不斷向?qū)Ч芊置跓o(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物，導(dǎo)管內(nèi)水勢(shì)下降，而附近的細(xì)胞的水勢(shì)高，所以水分不斷深入導(dǎo)管。形成根壓(負(fù)壓)。2)代謝論：呼吸釋放能量參與根系吸水過(guò)程，也就是說(shuō)給了吸水做功的能量(象水泵一樣)。(二)蒸騰拉力葉片蒸騰時(shí)，氣孔下腔附近的葉肉細(xì)胞因蒸騰失水而水勢(shì)下降，所以從旁邊的細(xì)胞取得水分，同樣旁邊細(xì)胞又從另一個(gè)細(xì)胞取得水分，如此下去便從葉脈中的導(dǎo)管吸水，通莖的導(dǎo)管到根的導(dǎo)管，最后從土壤吸收水分。這種吸水完全是蒸騰失水而產(chǎn)生的蒸騰的拉力所引起的，是葉片蒸騰形成的力量傳到根部而引起的被動(dòng)吸水。根壓和蒸騰拉力在根系吸水過(guò)程所占的比重，因植株蒸騰速度而異。通常蒸騰強(qiáng)的植物的吸水主要是由蒸騰拉力引起的。只有春季葉片未展開(kāi)時(shí)，蒸騰過(guò)度很低的植株，根壓才成為主要吸水的動(dòng)力，北方冬季樹(shù)木。四、影響根系吸水的土壤條件1、土壤水分的有效性土水勢(shì)和根水勢(shì)2、土壤通氣狀況土壤通氣不良可使根系吸水量減少，是因?yàn)橥寥廊毖鹾投趸紳舛冗^(guò)高引起的，短期內(nèi)可使細(xì)胞呼吸減弱影響根壓，繼而阻礙吸水，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，就形成無(wú)氧呼吸，產(chǎn)生和累積較多的酒精，根系中毒受傷，作物吸水更少，旱作物受澇時(shí)，反而表現(xiàn)出缺水現(xiàn)象，是因?yàn)橥寥揽諝獠蛔?，影響吸水。而水生植物有特殊的通氣?dǎo)管組織。3、土壤溫度低溫能降低根系的吸水過(guò)率，其原因是，溫度降低，水的粘滯力增大，作物細(xì)胞的粘性也增大，水分流動(dòng)減緩，水分不易通過(guò)細(xì)胞質(zhì)，導(dǎo)致蒸騰速度下降。土壤溫度過(guò)高時(shí)對(duì)根系吸水也不利。高溫加速根的老化，使根的木質(zhì)化部分加大，影響吸水面積和導(dǎo)管束的面積，蒸騰速率也下降。同時(shí)，溫度過(guò)高使酶鈍化，影響根系主動(dòng)吸水。4、土壤溶液濃度土壤溶液中所含鹽分的高低，直接影響其水勢(shì)的大小。土壤含鹽量較低，水勢(shì)高，便于根系吸水；反之土壤中鹽分濃度高，水勢(shì)很低，作物吸水困難。如施肥過(guò)量，發(fā)生“燒苗”現(xiàn)象。思考題1、根系吸水的動(dòng)力2、影響吸水的外界因素3、根系吸水的途徑名詞術(shù)語(yǔ)主根側(cè)根不定根根壓蒸騰拉力傷流吐水第四節(jié)蒸騰作用陸生植物吸收的水分，一小部分(1～5%)用于代謝，絕大部分散失到體外。水分從植物體中散失到外界的方式有兩種：1)以液體狀態(tài)散失到體外，就是前面討論過(guò)的吐水現(xiàn)象；2)以氣體狀態(tài)散逸到體外，便是蒸騰作用，這是主要的方式，蒸騰作用是指水分以氣態(tài)狀態(tài)，通過(guò)植物的葉片，從體內(nèi)散失到體外的現(xiàn)象。蒸騰作用雖然基本上是一個(gè)蒸發(fā)過(guò)程，但是與物理學(xué)上的蒸發(fā)有所不同，因?yàn)檎趄v過(guò)程中受到植物結(jié)構(gòu)和氣孔行為的調(diào)節(jié)，這一過(guò)程遠(yuǎn)比水面蒸發(fā)或陸面蒸發(fā)復(fù)雜的多。一、蒸騰作用的生理意義和發(fā)生的部位植物在進(jìn)行光合作用過(guò)程中，必須與周?chē)h(huán)境發(fā)生氣體交換，在氣體交換同時(shí)只會(huì)引植物大量失水。植物在長(zhǎng)期進(jìn)化中，對(duì)這種生理過(guò)程形成了一定的適應(yīng)能力，以調(diào)節(jié)蒸騰的水量，所以適當(dāng)降低蒸騰速度，減少水分消耗，在生產(chǎn)實(shí)踐中是有意義的。但是，人為地過(guò)分抑制蒸騰作用，對(duì)植物反而有害，因?yàn)檎趄v作用在植物生命活動(dòng)中有重大意義。(一)蒸騰作用的生理意義有3點(diǎn)：1、蒸騰作用是植物水分吸收和運(yùn)輸?shù)闹饕獎(jiǎng)恿Γ貏e是高大的植物，假如沒(méi)有蒸騰作用，由蒸騰拉力引起的吸水過(guò)程便不能產(chǎn)生。植株較高部分也無(wú)法獲得水分，無(wú)法取得高空處的充足陽(yáng)光。2、礦質(zhì)鹽類(lèi)要溶于水中才能被植物吸收和在體內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)，而蒸騰作用又是對(duì)水分吸收和流動(dòng)的動(dòng)力，這樣礦物質(zhì)也隨著水分的吸收和流動(dòng)而被吸入和運(yùn)輸?shù)街参锔鞑糠种腥ブ参?，?duì)有機(jī)質(zhì)也是如此。所以蒸騰作用對(duì)吸收礦物質(zhì)和有機(jī)物以及這兩類(lèi)在植物體內(nèi)的運(yùn)輸都是有幫助的。3、蒸騰作用能夠降低葉片的溫度太陽(yáng)光照到葉片上時(shí)，大部分能量轉(zhuǎn)變成熱能，如果葉片沒(méi)有降溫本領(lǐng)，葉片溫度過(guò)高，葉片就會(huì)被灼傷。而在蒸騰過(guò)程中，水變?yōu)樗魵鈺r(shí)需要大量的吸熱，這樣就降低了葉片的溫度(1g水變成水蒸汽需要吸收的能量，在20℃時(shí)為2444.9J，30(二)蒸騰發(fā)生的部位水分通過(guò)植物哪些部位蒸騰了出來(lái)呢？當(dāng)植株幼小的時(shí)候，暴露在地面以上的全部表面都能蒸騰。植物長(zhǎng)大以后，莖枝形成木栓，這時(shí)莖枝的皮孔可以蒸騰。這種通過(guò)皮孔的蒸騰稱(chēng)為皮孔蒸騰，木本植物具有這種現(xiàn)象。但皮孔蒸騰的非常微小，約占全部蒸騰的0.1%，植物的蒸騰作用絕大部分是在葉片上進(jìn)行的。(三)蒸騰作用的方式1、葉片蒸騰作用的途徑方式葉片蒸騰作用有兩種方式：1)通過(guò)角質(zhì)層的蒸騰，稱(chēng)為角質(zhì)蒸騰；2)通過(guò)氣孔的蒸騰，稱(chēng)為氣孔蒸騰。角質(zhì)蒸騰和氣孔蒸在葉片蒸騰中所占比重，與角質(zhì)層厚薄有關(guān)，一般細(xì)嫩葉片的角質(zhì)蒸騰量可能占總蒸騰量的一半左右，而一般作物的成熟葉片的角質(zhì)蒸騰少，僅占總蒸騰的5%～10%，所以氣孔蒸騰是作物蒸騰的主要途徑。2、葉片上的氣孔分布?xì)饪资欠植荚谌~片表面的微小孔隙，其數(shù)目和分布情況隨植物種類(lèi)而有很大不同。一般1mm2的葉片表面有50—500個(gè)氣孔。草本植物的下上表皮都有氣孔，而木本植物只是下表皮才有。當(dāng)氣孔完全打開(kāi)時(shí)，其總面積只占葉子表面積的1.0%，但其蒸騰量卻可達(dá)與葉面相同的水面蒸發(fā)量的50%。二、氣孔蒸騰氣孔是蒸騰過(guò)程中水蒸汽從體內(nèi)到體外的主要出口，也是光合作用吸收空氣中CO2的主要入口。它是植物體與外界氣體交換的“大門(mén)”，影響著蒸騰、光合、呼吸作用。(一)氣孔運(yùn)動(dòng)氣孔會(huì)運(yùn)動(dòng)，一般來(lái)說(shuō)，氣孔在白天開(kāi)放，晚上關(guān)閉。氣孔的開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)是由于兩旁保衛(wèi)經(jīng)胞的體積和形狀發(fā)生變化的結(jié)果。1)雙子葉植物棉花大豆等植物是由兩個(gè)腎形的保衛(wèi)細(xì)胞構(gòu)成的，每個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞的內(nèi)外壁厚度不同，靠著氣孔的內(nèi)壁厚而背著氣孔的外壁薄，加上纖維素微纖絲與胞壁相連，從氣孔呈扇形輻射排列。當(dāng)保衛(wèi)細(xì)胞吸水膨脹時(shí)，較薄的外壁易于伸長(zhǎng)，向外擴(kuò)展，但微纖絲難以伸長(zhǎng)，內(nèi)壁厚發(fā)生較小的伸長(zhǎng)，作用在內(nèi)壁上的拉力把內(nèi)壁拉過(guò)來(lái)，于是氣孔張開(kāi)，關(guān)閉亦相反。2)單子葉植物如稻麥等木本科植物的保衛(wèi)細(xì)胞中間部分的胞壁厚，兩頭薄，微纖絲徑向排列。當(dāng)保衛(wèi)細(xì)胞吸水膨脹時(shí)，兩頭膨大，而微纖絲限制了兩端胞壁縱向伸長(zhǎng)，而改為橫向運(yùn)動(dòng)，這樣將兩個(gè)保衛(wèi)細(xì)胞的中間部分推開(kāi)，于是氣扎張開(kāi)，當(dāng)保衛(wèi)細(xì)胞失水時(shí)，保衛(wèi)細(xì)胞恢復(fù)原狀，氣孔關(guān)閉。(二)氣孔運(yùn)動(dòng)的機(jī)理保衛(wèi)細(xì)胞的吸水膨脹和失水收縮，是氣孔進(jìn)行開(kāi)閉運(yùn)動(dòng)的主要原因，說(shuō)明氣孔運(yùn)動(dòng)機(jī)理的學(xué)說(shuō)有3種：1)淀粉—糖轉(zhuǎn)化學(xué)說(shuō)(starch-sugarconversion是經(jīng)典或傳統(tǒng)學(xué)說(shuō)。2)無(wú)機(jī)離子吸收學(xué)說(shuō)建立于20世紀(jì)60年代。3)蘋(píng)果酸生成學(xué)說(shuō)，建立于20世紀(jì)70年代。(三)影響氣孔運(yùn)動(dòng)的因素1)光照光照是影響氣孔運(yùn)動(dòng)的主要因素。它促進(jìn)蘋(píng)果酸的形成。一般情況下，氣孔白天開(kāi)放，在黑暗中關(guān)閉，景天科植物則例外，白天半閉，晚上張開(kāi)(如景天，落地生根)。不同植物氣空張開(kāi)所要術(shù)的光強(qiáng)也不同，有些高，陽(yáng)生植物，棉花、小麥、大豆、水稻。有些低，陰生植物，大多數(shù)草。還有長(zhǎng)日照植物，大麥、燕麥、黑麥、苜蓿。短日照植物大豆、棉花、玉米、水稻。2)溫度溫度影響氣孔運(yùn)動(dòng)，不過(guò)沒(méi)有光照那么明顯。氣孔開(kāi)度一般隨溫度的上升而增大。在30℃左右達(dá)到最大，35℃以上的高溫會(huì)使氣孔開(kāi)度變小。低溫(如10℃)下雖有長(zhǎng)時(shí)間的光照，氣孔仍不能很好張開(kāi)。3)CO2CO2對(duì)氣孔有顯著的影響，低濃密的CO2三、氣孔蒸騰中水蒸氣擴(kuò)散的過(guò)程及模型(一)擴(kuò)散的過(guò)程(如前所述)通過(guò)以上描述，蒸騰作用基本上是一個(gè)蒸發(fā)作用?？拷鼩饪叵虑坏娜~肉細(xì)胞的細(xì)胞壁是濕潤(rùn)的，細(xì)胞壁的水分變成水蒸氣，經(jīng)過(guò)氣孔下腔和氣孔擴(kuò)散到葉面的擴(kuò)散層，再由擴(kuò)散層擴(kuò)散到空氣中(P20T1-9)。這就是氣孔蒸騰擴(kuò)散的過(guò)程。(二)擴(kuò)散模型用蒸騰速度表示，即葉內(nèi)(即氣孔下腔)和外界之間的蒸汽壓差又叫蒸汽梯度。四、影響蒸騰作用條件1、濕度大氣濕度愈小，則蒸汽壓差愈大，蒸騰作用就愈強(qiáng)烈。2、溫度在一定范圍內(nèi)，溫度升高，蒸騰加強(qiáng)。3、光照光照能促進(jìn)氣孔張開(kāi)；減少內(nèi)部阻力，并能提高葉溫，加速水分子擴(kuò)散，從而加強(qiáng)蒸騰。4、風(fēng)微風(fēng)可帶走聚集在葉面上的水汽，故加強(qiáng)蒸騰作用。但強(qiáng)風(fēng)反而會(huì)降低蒸騰。5、土壤條件作物地上部分蒸騰與根系吸水有密切關(guān)系。因此凡影響根系吸水的各種土壤條件，如土壤含水量、土壤溫度、土壤通氣狀況、土壤溶液度和施肥量，均可影響蒸騰作用。五、蒸騰作用的表示法常用的蒸騰作用的量的表示法有3種：1、蒸騰速率植物在一定時(shí)間內(nèi)單位葉面積蒸騰的水量。一般有蒸騰水量表示g.dm-2.h-1，通常白天的蒸騰速率為0.5～2.5g.dm-2.h-1,晚上0.1g.dm-2.h-1。2、蒸騰比率植物每消耗1000g水時(shí)所形成的干物質(zhì)質(zhì)量(g)。一般野生植物的蒸騰比率是1-8g，而大部分作物的蒸騰比率是2-103、蒸騰系數(shù)(或需水量)植物造制1g干物質(zhì)所需水分(g)，蒸騰系數(shù)越大，水分利用效率越低。一般野生植物蒸騰系數(shù)是125～1000g，而大部分作物的蒸騰系數(shù)是100～500g，蒸騰系數(shù)是蒸騰比率倒數(shù)。思考題：1)蒸騰作用的生理意義2)蒸騰作用的方式3)蒸騰的表示法4)影響蒸騰作用的條件。名詞述語(yǔ)：蒸騰速率、蒸騰比率、蒸騰系數(shù)第五節(jié)植物體的內(nèi)水分運(yùn)輸陸生植物根系從土壤中吸收的水分，必須運(yùn)到莖、葉和其它器官，供植物各種代謝的需要和排出或蒸騰到體外。一、水分運(yùn)輸?shù)耐緩剿謴谋恢参镂罩琳趄v到體外，大致需要經(jīng)過(guò)下列途徑，首先水分從土壤溶液進(jìn)入根部，通過(guò)皮層薄層細(xì)胞，進(jìn)入木質(zhì)部的導(dǎo)管和管胞中；然后水分沿木質(zhì)部向上運(yùn)輸?shù)角o和葉的木質(zhì)部接著水分從葉片木質(zhì)部末端細(xì)胞進(jìn)入氣孔下腔附近的葉肉細(xì)胞壁的蒸發(fā)部位；最后，水分蒸氣就通過(guò)氣孔蒸騰去出。由引可見(jiàn)，土壤—植物—天氣3者之間的水分是具有連續(xù)性的。為SPA系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)。水分在莖葉細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸有2種途徑：1、經(jīng)過(guò)死細(xì)胞導(dǎo)管和管胞是由細(xì)胞壁木質(zhì)化、原生質(zhì)已經(jīng)消失的死細(xì)胞組成的，形狀為長(zhǎng)形死細(xì)胞，細(xì)胞和細(xì)胞間留有孔道，形成管胞，細(xì)胞與細(xì)胞橫壁消失形成導(dǎo)管。這樣上下許多細(xì)胞就連成了一個(gè)輸水通道，適與長(zhǎng)距離運(yùn)水。裸子植物(油松、紅松、側(cè)柏)水分運(yùn)輸出的途徑是管胞，被子植物(玉米、水稻、大豆、小麥)水分運(yùn)輸途徑是導(dǎo)管和管胞。管胞和導(dǎo)管的水分運(yùn)輸高度依植株高度而定，由幾cm到幾十m2、經(jīng)過(guò)活細(xì)胞水分由葉脈到氣孔下腔附近的葉肉細(xì)胞，都是經(jīng)過(guò)活細(xì)胞。這部分在植物內(nèi)長(zhǎng)度不過(guò)幾mm，距離很短。但因活細(xì)胞內(nèi)有原生質(zhì)體，加上以滲透試運(yùn)輸，所以阻力很大，不適于長(zhǎng)距離運(yùn)輸。3、導(dǎo)管和管胞的形成的生物意義管胞和導(dǎo)管的形在生物進(jìn)化中具有重要的意義，正是由于這一進(jìn)化，才有可能出現(xiàn)幾m甚到百米高植物。而沒(méi)有真正輸水系統(tǒng)組織的植物如苔蘚和地衣不能長(zhǎng)的很高。二、水分運(yùn)輸?shù)乃俣然罴?xì)胞原生質(zhì)體對(duì)水流移動(dòng)的阻力很大。因?yàn)樵|(zhì)是由許多親水物質(zhì)組成，把水分吸住，所以水分移動(dòng)速度緩慢，實(shí)驗(yàn)表明，在0.1Mpa條件下，水流經(jīng)過(guò)原生質(zhì)的速度只有0.01mm/d—0.24m/d。水分在有導(dǎo)管的木質(zhì)部中運(yùn)輸速度較快，一般為3-45m/h。裸子植物只有管胞，沒(méi)有導(dǎo)管，水分流動(dòng)速度較慢為0.6m/三、水分沿導(dǎo)管或管胞上升的動(dòng)力與根系吸水動(dòng)力同，目前以為水分沿導(dǎo)管或管胞上升的動(dòng)力有1)下部根壓力2)部蒸騰拉力一般情況下，蒸騰拉力才是水分上升的主要?jiǎng)恿?。只有?dāng)蒸騰很小，根壓才起作用(晚上無(wú)光照)多年生樹(shù)木在早春芽葉尚未舒展以前。四、水分沿導(dǎo)管或管胞上升的機(jī)理解釋水分上升原因的學(xué)說(shuō)，稱(chēng)為內(nèi)聚力學(xué)說(shuō)，這個(gè)學(xué)說(shuō)亦稱(chēng)蒸騰—內(nèi)聚力—張力學(xué)說(shuō)。是愛(ài)爾蘭人H.H.Dison提出的。對(duì)這個(gè)學(xué)說(shuō)近幾十年?duì)幷撦^多，總的來(lái)看，內(nèi)聚力學(xué)說(shuō)是目前是比較認(rèn)可的一個(gè)學(xué)說(shuō)。(焦點(diǎn)2，活細(xì)胞是否參與，導(dǎo)管中有氣泡，或環(huán)割，水分照樣上升)第六節(jié)作物對(duì)水分的適應(yīng)(從生態(tài)宏觀看)一、大田作物的水旱適應(yīng)性我國(guó)大田作物主要可分為以下水旱適應(yīng)性：1、喜水耐澇型最典型的作物是水稻，已屬水生植物。因?yàn)橛型饨M織—通氣導(dǎo)管，喜淹水。在我國(guó)水資源豐富的南方、北方均有水稻種植。此外，高梁也有一定的耐澇能力。2、喜濕潤(rùn)型需水較多，喜土壤或空氣濕度較高的地方，如燕麥、黃麻、煙草、許多葉菜和根菜也喜濕潤(rùn)，罌栗、大麻類(lèi)植物也喜濕潤(rùn)。3、中間水分型許多大田作物，如小麥、玉米、棉花、大豆等均屬此列。它們既不耐旱，也不耐澇，需要灌溉。4、耐旱怕澇型許多作物具有耐旱特性，如高梁、谷子、甘薯、芝麻、花生、向日葵、黑豆、綠豆等。5、耐旱耐澇型有些物作既耐旱又耐澇，如高梁。二、樹(shù)木水分的適應(yīng)性(一)樹(shù)木對(duì)水分的適應(yīng)性根據(jù)各種樹(shù)木對(duì)水分要求的程度，可分為如下類(lèi)型1、旱生型根系發(fā)達(dá)而葉片相對(duì)不發(fā)達(dá)，具有較高的滲透壓和根壓。如側(cè)柏、馬尾松、櫟類(lèi)、臭椿、棗樹(shù)、梨樹(shù)。2、中旱生型樺木、皂角樹(shù)、蘋(píng)果樹(shù)。3、中生型大部分溫帶森林樹(shù)種屬于此類(lèi)。4、中濕生型如楊樹(shù)、柳樹(shù)。5、濕生型赤楊、楓楊、水松、紅樹(shù)林。(二)我國(guó)森林分布類(lèi)型1、寒溫帶針葉林帶東北內(nèi)蒙6℃等溫線以下，降水量在500-700mm2、溫帶落葉闊葉林帶分布于秦嶺以北，年平均溫度6-13℃，年降雨量500-7003、亞熱帶常綠闊葉林帶分布于南嶺與秦嶺之間，年平均溫度13-20℃，年降雨量在1000-15004、熱帶季雨林熱帶季雨林分布于廣西、廣東、臺(tái)灣、福建南部、云南東南部。全年平均氣溫在20℃，年降水量在1000-2000三、草類(lèi)的水分適應(yīng)性降雨量低于400mm1、耐濕類(lèi)型小糖草、雜三葉草、一生黑麥草、多年生黑麥草。2、耐旱類(lèi)型苜蓿、草林犀、沙打旺。四、水對(duì)改善作物生態(tài)環(huán)境的作用1、以水調(diào)氣土壤中水氣比例，土壤空隙中水氣是一對(duì)矛盾。2、以水調(diào)溫3、以水調(diào)肥4、改善農(nóng)田小氣候5、提高耕作質(zhì)量成效6、其它要求第七節(jié)土壤—植物—大氣水分傳輸系統(tǒng)土壤是供給作物吸水的“源”，大氣則是作物散失水分的“匯”。作物本身是介于兩者之間可導(dǎo)水的介質(zhì)。水從土壤經(jīng)作物而到大氣保持著連續(xù)狀態(tài)，并構(gòu)成一個(gè)完整的系統(tǒng)，稱(chēng)SPAC系統(tǒng)。作物由根系吸收水分，絕大多數(shù)要輸導(dǎo)至葉部并通過(guò)氣孔蒸騰出去，要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離輸導(dǎo)。作物體內(nèi)的水分輸導(dǎo)途徑是土壤→根毛→根的皮層和內(nèi)皮層→根的中柱鞘→根導(dǎo)管→莖導(dǎo)管→葉柄導(dǎo)管→葉脈導(dǎo)管→葉肉細(xì)胞→葉細(xì)胞間隙→氣孔腔→氣孔→大氣。（P20—T2-8李運(yùn)華）在SPAC系統(tǒng)中，各部位水勢(shì)的大小順序是：Ψ土＞Ψ根＞Ψ莖＞Ψ葉＞Ψ大氣，土水勢(shì)為0～-0.5Mpa，根水勢(shì)為-0.4～-1.5Mpa，莖水勢(shì)-0.4～-1.5Mpa，葉水勢(shì)-0.5～1.5Mpa，大氣的水勢(shì)-20～-100Mpa，系統(tǒng)內(nèi)的水分總是由水勢(shì)高的地方流向水勢(shì)低的地方。SPAC的完整概念是外國(guó)科學(xué)家philip于1966年提出的，這方面從理論到測(cè)試等方面有待于完善。思考題1)水分在莖葉細(xì)胞的運(yùn)輸途徑；2)水分對(duì)改善作物生態(tài)環(huán)境的作用名詞術(shù)語(yǔ)SPAC系統(tǒng)第八節(jié)植物的抗性生理(脅迫生理)植物體是一個(gè)開(kāi)放體系，SPAC系統(tǒng)是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，植物要從環(huán)境中吸收和輸出物質(zhì)，能量和信息。植物生存的自然環(huán)境不是恒定的，千差萬(wàn)別，天南地北，水熱條件相差很大，即使同一地區(qū)，一年四季也有冷、熱、旱、澇、漬、鹽堿之分。對(duì)植物產(chǎn)生傷害的環(huán)境稱(chēng)為逆境，又稱(chēng)脅迫。例如，寒冷、高溫、干旱、鹽漬化等。有些植物不能適應(yīng)這些不良環(huán)境，無(wú)法生存下去，被淘汰；有些植物卻能適應(yīng)這些環(huán)境，生存下去。這種對(duì)不良環(huán)境的適應(yīng)性和抵抗力，稱(chēng)為植物的抗性生理。植物的抗性生理就是研究不良環(huán)境對(duì)植物生命活動(dòng)的影響以及植物對(duì)不良環(huán)境的抗御能力。我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，氣候多變，各地都有其特殊的環(huán)境，所以抗性生理與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)極為密切。一、抗性生理通論逆境或脅迫對(duì)植物的傷害逆境會(huì)傷害植物，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡。逆境可使細(xì)胞脫水，膜系統(tǒng)破壞，一切位于膜上的酶活性紊亂，各種代謝活動(dòng)無(wú)序進(jìn)行，透性加大。逆境會(huì)使光合速率下降，同化產(chǎn)物形成減少，因?yàn)榻M織缺水引起氣孔關(guān)閉，葉綠體受傷，有關(guān)光合作用過(guò)程的酶失去活生或變性。呼吸速率也發(fā)生變化，其變化進(jìn)程因逆境種類(lèi)而異。冰凍、高溫、鹽漬和淹水脅迫時(shí)，呼吸逐漸下降，此外，逆境可誘導(dǎo)糖類(lèi)和蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化成可溶性化合物。輕著產(chǎn)量下降，重者導(dǎo)致植株消失。逆境或脅迫對(duì)植物的鍛煉試驗(yàn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明，植物(特別是作物)在某些階段受旱(如水稻曬田、玉米的蹲苗等)，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育與高產(chǎn)有利，其它階段短期輕度受旱，也不會(huì)導(dǎo)致減產(chǎn)，甚至可以保持穩(wěn)產(chǎn)。這表明，作物在長(zhǎng)期的進(jìn)化歷程中，產(chǎn)生了對(duì)水分暫時(shí)虧缺的適應(yīng)性。研究水分脅迫(水分虧缺)對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育和生理機(jī)制的影響，有助于加深對(duì)作物實(shí)施節(jié)水灌溉理論和技術(shù)的認(rèn)識(shí)。3、植物對(duì)逆境的適應(yīng)植物對(duì)逆境的適應(yīng)(或抵抗)主要包括兩個(gè)方面：避逆性和耐逆性。避逆性是指植物對(duì)不良環(huán)境在時(shí)間上或空間上的躲避，如沙漠中的植物只在雨季生長(zhǎng)，陰生植物在樹(shù)蔭下生長(zhǎng)。后者是指植物能夠忍受逆境的作用。植物有各種各樣抵抗或適應(yīng)逆境的本領(lǐng)。在形態(tài)上，有以根系發(fā)達(dá)，葉小以適應(yīng)干旱條件；有的擴(kuò)大根部通氣組織以適應(yīng)淹水條件；有的生長(zhǎng)停止，進(jìn)入休眠，以迎接冬季低溫的到來(lái)等等。在生理上則表現(xiàn)為生物膜，脅迫蛋白、活性氧、脫落酸、滲透壓的變化以適應(yīng)環(huán)境的變化1)生物膜主要是生物膜的相位變化，膜的雙分子層脂質(zhì)的物理狀態(tài)，通常呈液晶相，溫度過(guò)高時(shí)轉(zhuǎn)化為液相，溫度過(guò)低時(shí)轉(zhuǎn)化為凝膠相。2)脅迫蛋白的發(fā)現(xiàn)，如植物從正常溫度轉(zhuǎn)到40℃二、植物抗性分類(lèi)一般來(lái)說(shuō)植物具有下列抗性：1)抗凍、抗冷2)抗熱性3)抗旱性4)抗?jié)承?)抗鹽性6)抗病性等抗性345與水有直接關(guān)系，又叫水分脅迫(或水分虧缺)三、干旱生理1、干旱植物常受到的有害環(huán)境之一是缺水，當(dāng)植物耗水大于根系吸水時(shí)，就使植物體內(nèi)組織水分虧缺。過(guò)度的水分虧缺的現(xiàn)象，稱(chēng)為干旱。分大氣干旱、土壤干旱、生理干旱。2、干旱對(duì)作物的主要危害：1)破壞原生質(zhì)的機(jī)能2)改變各種生理過(guò)程3)引起體內(nèi)水分重新4)使細(xì)胞遭受機(jī)械損失。3、作物對(duì)干旱的適應(yīng)形態(tài)特征：根系發(fā)達(dá)深扎，根/冠比大，葉片細(xì)胞小，葉脈致密，單位面積氣孔數(shù)目多。如不同抗旱植物的根冠比(以千重表示，根的單位是mg，地上部分的單位是g)是不同的，高粱209，玉米146，IR20水稻為4g4、提高抗旱能力的措施(1)播前對(duì)種進(jìn)行干旱鍛煉，(2)在作物苗期進(jìn)行蹲苗，(3)合理施用磷、鉀、硼、銅等礦質(zhì)肥料，(4)植物激素和植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，前者是植物天然產(chǎn)生的，后者是人工合成的：激素有：生長(zhǎng)素，赤露素，細(xì)胞分裂素，乙烯。乙烯是一種促進(jìn)衰老的植物激素，也是一種催熟的激素；脫落酸除具有抑制細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)作用，還有促進(jìn)脫落和衰老，促進(jìn)休眠和提高抗逆能力等作用。四、水分脅迫對(duì)作物生理機(jī)制的影響1、根系生長(zhǎng)2、葉面積指數(shù)3、葉氣孔行為4、光合作用5、植物組織含水率及葉水勢(shì)6、每公頃莖數(shù)與株高思考題：1、植物對(duì)逆境的適應(yīng)2、植物抗性分類(lèi)3、水分脅迫對(duì)作物生理機(jī)制的影響名詞術(shù)語(yǔ)：干旱抗性、逆境(脅迫)通過(guò)對(duì)植物水分生理學(xué)的學(xué)習(xí)，有助于加深對(duì)作物節(jié)水灌溉理論和技術(shù)的認(rèn)識(shí)和理解。DNADeoxyribonucleicacid脫氧核糖酸(基因的基本成分)RNARibouncleicacid核糖核酸

第三章作物水分生產(chǎn)函數(shù)3320世紀(jì)40年代以來(lái)，傳統(tǒng)灌溉的目標(biāo)主要是向作物提供適宜的水分以獲得單位面積上的最高產(chǎn)量。而隨著水資源的短缺，以及經(jīng)濟(jì)學(xué)概念的引入，人們開(kāi)始關(guān)心單位水量的投入而能獲取的最大效益，按照經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)，灌溉水量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的生產(chǎn)資源的投入量，而作物產(chǎn)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)品的產(chǎn)出量。因此作物產(chǎn)量與水分之間存在著一種投入和產(chǎn)出的數(shù)學(xué)關(guān)系，這種關(guān)系被稱(chēng)為水分生產(chǎn)函數(shù)。第一節(jié)作物水分生產(chǎn)函數(shù)的基本概念一、作物生產(chǎn)函數(shù)1、定義：以投入與產(chǎn)出的微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)出發(fā)，描述物作產(chǎn)量(干物質(zhì)或籽粒產(chǎn)量)與其主要影響因素(或投入資源)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系稱(chēng)為生產(chǎn)函數(shù)。生產(chǎn)函數(shù)一般表達(dá)為：Y=f(X)X=(X1,X2……Xn)式中：Y為產(chǎn)出量X為投入量自然資源(土地、光、熱、水、空氣)投入物質(zhì)資源(肥、種子、機(jī)械、原材料勞動(dòng)量(體力、腦力)2、作物生活的基本要求作物生活有五大基本要求：光、熱、水分、養(yǎng)分和空氣。影響作物的產(chǎn)量因素分為可控因素（水、肥、種子）和不可控因素（光、熱、空氣）二、作物水分生產(chǎn)函數(shù)1、定義：作物產(chǎn)量與水分因子之間的數(shù)學(xué)關(guān)系稱(chēng)水分生產(chǎn)函數(shù)。自變量：灌水量(W)，實(shí)際騰發(fā)量(ETa)，土壤含水率()表示因變量（產(chǎn)量）的指標(biāo)也有三個(gè)：?jiǎn)挝幻娣e產(chǎn)量(Y)、平均產(chǎn)量(K=Y/W)、邊際產(chǎn)量(y)邊際產(chǎn)量指水量變動(dòng)時(shí)引起的產(chǎn)量變動(dòng)率。當(dāng)Y連續(xù)可導(dǎo)時(shí)，為水分生產(chǎn)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)，也可以理解是水分生產(chǎn)函數(shù)上這點(diǎn)的斜率。P714-22、作物水分生產(chǎn)函數(shù)的特征①?gòu)淖魑飭挝幻娣e產(chǎn)量看，1區(qū)為非充分灌溉，2區(qū)為充分灌溉，C點(diǎn)為最高產(chǎn)量點(diǎn)。②水分生產(chǎn)函數(shù)特征可分三個(gè)階段第一階段af報(bào)酬遞增階段，但沒(méi)發(fā)揮生產(chǎn)潛力。第二階段fc報(bào)酬遞減階段第三階段C點(diǎn)以后，邊際產(chǎn)量為負(fù)，為不合理的生產(chǎn)行為。最合理的灌溉定義范圍應(yīng)是第二階段，即非充分灌溉制度設(shè)計(jì)的依據(jù)。第二節(jié)作物水分生產(chǎn)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型作物水分生產(chǎn)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型多種多樣，概括起來(lái)有兩大類(lèi)，靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。一、靜態(tài)模型1、全生育期水分生產(chǎn)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型=1\*GB2⑴全生育灌水量的數(shù)學(xué)模型Y=ao+boW+coW2=2\*GB2⑵全生育期騰發(fā)量的數(shù)學(xué)模型Y=a2+b2ETa+C2ETa22、生育階段水分的數(shù)學(xué)模型(1)乘法模型由各生育階段(i)的相對(duì)騰發(fā)量或相對(duì)缺水量作自變量，用各階段連乘的數(shù)學(xué)式構(gòu)成階段效應(yīng)對(duì)產(chǎn)量(相對(duì)產(chǎn)量)總的影響數(shù)學(xué)模型，稱(chēng)為乘法模型，最常應(yīng)用的是Jensen模型(由Jensen1968年提出)。式中：Ya為實(shí)際產(chǎn)量，Ym為作物最大產(chǎn)量，為作物不同階段缺水對(duì)產(chǎn)量的敏感指數(shù)。乘法模型在理論上的有效性，在于各階段缺水時(shí)乘函數(shù)假定成立，即認(rèn)為每個(gè)階段缺水不僅對(duì)本階段產(chǎn)生影響，而且經(jīng)過(guò)連乘式的數(shù)學(xué)關(guān)系反應(yīng)多階段缺水對(duì)產(chǎn)量的總影響，乘法模型的特點(diǎn)在于用乘函數(shù)式考慮了多階段間效應(yīng)(即相互影響)對(duì)總產(chǎn)量的反應(yīng)具有靈敏度的特點(diǎn)，也可以認(rèn)為，若某i階段ETai→0，則至此階段結(jié)束的總產(chǎn)量變化由乘積得Ya→0。適于干旱和半干旱、地下水埋深較大，無(wú)灌無(wú)農(nóng)的缺水地區(qū)。(2)加法模型由各生育階段(i)的相對(duì)騰發(fā)量或相對(duì)缺水量作自變量，用各自分別影響相加的數(shù)學(xué)式構(gòu)成對(duì)產(chǎn)量(相對(duì)產(chǎn)量)總影響的數(shù)學(xué)模型，稱(chēng)加法模型，最常用的是Blank模型(1975年提出)式中：為作物不同階段缺水對(duì)產(chǎn)量的敏感系數(shù)適于半干旱半濕潤(rùn)地區(qū)的籽粒產(chǎn)量計(jì)算，也適于干旱牧草區(qū)生物產(chǎn)量的計(jì)算。二、動(dòng)態(tài)模型機(jī)理型動(dòng)態(tài)模2、經(jīng)驗(yàn)型模型思考題：1、圖文說(shuō)明水分生產(chǎn)函數(shù)的特征求2、水分生產(chǎn)函數(shù)模型分類(lèi)名詞術(shù)語(yǔ)：作物水分生產(chǎn)函數(shù)乘法模型加法模型

第四章噴灌44第一節(jié)噴灌及其特點(diǎn)一、噴灌的定義：噴灌即噴灑灌溉，用壓力管道輸水，再由噴頭將水噴灑到空中，形成細(xì)小雨滴，均勻地灑落在地面，濕潤(rùn)土壤并滿(mǎn)足作物需水要求的一種灌水方式，噴灌所需壓力一般由水泵加壓或是利用地形自然落差獲得。二、噴灌的優(yōu)缺點(diǎn)：一）優(yōu)點(diǎn)1、節(jié)水其表現(xiàn)為：=1\*GB3①?lài)姽嗫梢钥刂茋娝浚瑖娝糠植嫉木鶆虺潭容^高，完全可以避免地表徑流和深層滲漏損失。=2\*GB3②水利用系數(shù)高由于噴灌有一套專(zhuān)門(mén)的管道輸出水，在輸水過(guò)程中，幾乎沒(méi)有漏水和滲水損失現(xiàn)象，所以水利用系數(shù)高。=3\*GB3③水分生產(chǎn)率高灌1m3水所生產(chǎn)的糧食公斤數(shù)，噴灌可以作到計(jì)劃供水，即實(shí)時(shí)供水，這樣就可以依據(jù)價(jià)物的需水規(guī)律來(lái)供水，需多少供多少，減少了作物無(wú)效蒸騰蒸發(fā)，當(dāng)達(dá)到相同的產(chǎn)量時(shí)，需要較小的灌溉水量。實(shí)踐表明：噴灌較地面灌溉一般可省水是30－50%，節(jié)省的水量可以用于發(fā)展灌溉面積或其他部門(mén)用水。農(nóng)業(yè)用水是大戶(hù)，節(jié)水潛力很大，節(jié)水效益相當(dāng)可觀。2、省工=1\*GB3①?lài)姽嗫蓪?shí)現(xiàn)高度的機(jī)械化，尤其是采用自動(dòng)控制的大型噴灌機(jī)組各噴灌系統(tǒng)，可以節(jié)省大量的勞動(dòng)力。=2\*GB3②減少田間工程勞動(dòng)量，取消了田間輸水毛渠農(nóng)渠，畦田的田埂。=3\*GB3③可以綜合利用，噴灌可以結(jié)合施入化肥和農(nóng)藥，減少了施肥各噴灑農(nóng)藥的勞動(dòng)量。初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在相同的生產(chǎn)條件下，噴灌所需的勞動(dòng)量?jī)H為地面灌溉的50%。3、省地噴灌時(shí)用管道輸水，無(wú)需田地間渠和畦埂，一般土地利用率高，一般可增加耕地7－10%。4、保土土壤質(zhì)地的輕重和透水的強(qiáng)弱、山坡地，調(diào)整雨滴的大小和噴灌強(qiáng)度，不致于破壞土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生地面徑流，避免造成土壤表土流失。5、適應(yīng)性強(qiáng)(1)適應(yīng)各種作物(小麥、玉米)，經(jīng)濟(jì)作物(棉花、花生、煙草)瓜果、蔬菜，(2)適應(yīng)于各種場(chǎng)所大田作物、溫室、大型牧場(chǎng)、大型農(nóng)場(chǎng)、城市園林、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、水景工程，(3)適應(yīng)于各種土壤和地形，沙土、壤土、粘土均可以采用噴灌，不管是平原地區(qū)，還是山丘地地區(qū)均可采用噴灌技術(shù)。值得指出的是山丘區(qū)采用噴灌后可以省去人造梯田或其它工程的費(fèi)用，還有沙漠地區(qū)，少量的噴水有利用沙漠的綠洲化。6、機(jī)械化程度高噴灌產(chǎn)品的定型和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，還能促進(jìn)鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)的發(fā)展。7、增產(chǎn)主要表現(xiàn)為：=1\*GB3①?lài)姽嗫梢圆捎幂^小的灌水定額對(duì)作物進(jìn)行灌溉，便于嚴(yán)格控制土壤水分含水率及灌水深度，作物根系主要分布區(qū)水分供應(yīng)充足，作物計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤水分，經(jīng)常保持在作物吸水的適宜范圍內(nèi)，有利作物生長(zhǎng)；=2\*GB3②對(duì)耕作層的土壤不產(chǎn)生機(jī)械的破壞作用，保持土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，土壤疏松、多孔、通氣性好，促進(jìn)養(yǎng)分分解，松高土壤肥力；=3\*GB3③調(diào)節(jié)田間小氣候，增加近地表層的空氣濕度，為作物創(chuàng)造了良好的生長(zhǎng)發(fā)育條件。一般較地面灌溉提高產(chǎn)量10—20%。二）缺點(diǎn)：1、投資高(1)機(jī)械設(shè)備，(2)管道，(3)土建畝投資千元左右。2、受風(fēng)的影響大，主要是降落水滴隨風(fēng)的水平飄移損失。3、能耗大。三、噴灌發(fā)展展望噴灌技術(shù)在國(guó)外已有100年的歷史,我國(guó)從此70年代開(kāi)始發(fā)展噴灌技術(shù)。美國(guó)80年，代噴灌面積1.5億畝,全部灌溉面積的37%，以色列幾乎是噴微灌和滴灌。1、噴灌設(shè)備水泵、噴頭、接頭、管道2、噴灌機(jī)具四、噴灌的其它用途1、防霜凍2、施肥3、滅火4、防治病蟲(chóng)害5、城市園林6、水景工程第二節(jié)噴灌系統(tǒng)的組成及分類(lèi)一、噴灌設(shè)備噴灌設(shè)備又稱(chēng)噴灌機(jī)具，是進(jìn)行噴灌的主要手段，按功能可分為：1、噴灑設(shè)備噴頭增壓設(shè)備水泵、動(dòng)力機(jī)、使動(dòng)設(shè)備輸水設(shè)備，管道及附件接頭、三通、四通、閥門(mén)、堵頭行走設(shè)備，動(dòng)力傳動(dòng)設(shè)備行走設(shè)備。量測(cè)設(shè)備真空表、壓力表、流量計(jì)、土壤濕度計(jì)控制設(shè)備行走馬觀花停事出有因安全保護(hù)壓力調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器。一套完整的噴灌設(shè)備可以完全包括以上全部噴灌設(shè)備，也可以只有其中的一部分主要設(shè)備，小型噴灌機(jī)具，大型噴灌機(jī)具體要求不同，組成也不同。噴灌系統(tǒng)組成1、定義：噴灌系統(tǒng)是把水源，噴灌設(shè)備和田間工程有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使他成為為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的整體，以達(dá)到將灌溉用水均勻地噴灌到農(nóng)田，來(lái)滿(mǎn)足農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)水分的要求，這樣一種水利設(shè)施稱(chēng)之為噴灌系統(tǒng)。2、噴灌系統(tǒng)組成噴灌系統(tǒng)通常由水源(包括水泵與動(dòng)力)，輸水系統(tǒng)(管道渠系和田間工程)，噴灌裝置(噴頭)三大部分。(1)水源噴灌系統(tǒng)與地面灌溉系統(tǒng)一樣，首先要解決水源問(wèn)題，常見(jiàn)水源有：河流、渠道、水庫(kù)、塘壩、湖泊、機(jī)井、山泉、噴灌對(duì)水源的要求：(a)水量滿(mǎn)足要求；(b)水質(zhì)符合灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)(農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB5084－92)，另外在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，特別是山區(qū)或地形有較大變化時(shí)，應(yīng)盡量利用水源的自然水頭，進(jìn)行自壓噴灌，選取合適的地形和制高點(diǎn)修建水池，以控制較大的灌溉面積。(2)水泵常用泵為離心泵，還有噴灌系列泵。(3)動(dòng)力常用的動(dòng)力設(shè)備有：電動(dòng)機(jī)、柴油機(jī)、小型拖拉機(jī)、汽油機(jī)。(4)田間工程田間溝渠及建筑物，機(jī)組行走的道路。(5)管道系統(tǒng)一般分干、支兩級(jí)，還可以為干、支、分支三級(jí)，管道上還需配備一定數(shù)量的管件和豎管。(6)噴灌機(jī)一種噴水機(jī)器，由噴頭、水泵、動(dòng)力、輸水管道以及行走設(shè)備組成的可移動(dòng)的機(jī)械。根據(jù)移動(dòng)方式不同，灌灌機(jī)可分為人工移動(dòng)式、機(jī)械移動(dòng)式和自動(dòng)行走式。根據(jù)動(dòng)力大小分為：輕型機(jī)組(2－4.5KW)，小型7.5—9KW）、中型(20－30KW)、大型(40KW以上)的噴灌機(jī)組。管道式噴灌系統(tǒng)一般由水源、動(dòng)力、水泵、管道、噴頭及田間工程組成。三、噴灌系統(tǒng)分類(lèi)思考題1.噴灌的特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)2.噴灌設(shè)備的組成3.噴灌系統(tǒng)分類(lèi)4.管道式噴灌系統(tǒng)組成專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)噴灌噴灌系統(tǒng)第三節(jié)噴灌的主要技術(shù)要素噴灌要達(dá)到省水，增產(chǎn)的目的，必須滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)噴灌系統(tǒng)的基本要求有三個(gè)。第一個(gè)是噴灌強(qiáng)度應(yīng)小于土壤的入滲強(qiáng)度，以免產(chǎn)生地面積水或產(chǎn)生地面徑流，造成土地板結(jié)；在山丘地區(qū)將產(chǎn)生表土的沖刷，造成水土流失。第二個(gè)要求是噴灌到田間的水量分布要均勻，使整個(gè)灌區(qū)的農(nóng)作物都均獲得足夠的水分，使得土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)含有等深度的水量。第三個(gè)是噴灌的水滴對(duì)農(nóng)作物的葉面或土壤表面的打擊傷害要小或沒(méi)有，以免造成農(nóng)作物受傷或造成大面積的作物倒伏，造成減產(chǎn)災(zāi)害。噴灌的主要技術(shù)參數(shù)有：噴灌強(qiáng)度，噴灌均勻度及水滴打擊強(qiáng)度幾項(xiàng)指標(biāo)，也是衡量噴灌質(zhì)量的主要指標(biāo)和設(shè)計(jì)噴灌系統(tǒng)的重要依據(jù)。一、噴灌強(qiáng)度(一)定義：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)噴灑降落在田間的水深，稱(chēng)為噴灌強(qiáng)度。噴灌強(qiáng)度在概念上與降雨強(qiáng)度一致，噴灌強(qiáng)度的單位常用：毫米/小時(shí)mm/h。(二)噴灌強(qiáng)度的表示方法：由于噴灌控制面積有限。當(dāng)整個(gè)田塊噴灌后，可能會(huì)出現(xiàn)在同一時(shí)刻內(nèi)，不同地點(diǎn)之間有不同噴灌強(qiáng)度，在同一地點(diǎn)，不同時(shí)刻內(nèi)噴灌強(qiáng)度也不同，研究問(wèn)題的角度不同，有不同概念的噴灌強(qiáng)度。1、點(diǎn)噴滴強(qiáng)度i點(diǎn)噴灌強(qiáng)度：若在一個(gè)時(shí)段△t內(nèi)，噴灑到一個(gè)足夠小的地塊上(可以看成是一個(gè)點(diǎn))上的水深為△h，這時(shí)點(diǎn)噴灌強(qiáng)度定義為：實(shí)測(cè)時(shí)，若用量雨筒量測(cè)點(diǎn)噴灌強(qiáng)度，可以表達(dá)為在一個(gè)時(shí)段△t內(nèi)，噴薩到一個(gè)量雨筒的水量，更直觀2、平均噴灌強(qiáng)度1)點(diǎn)平均噴灌強(qiáng)度指一個(gè)噴灌時(shí)段內(nèi)某一點(diǎn)面積上的在某一時(shí)間內(nèi)的噴灌強(qiáng)度的平均值。(主要是做單噴頭灌強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)用)，計(jì)算公式為：式中：△W為在△t時(shí)段內(nèi)量雨筒內(nèi)的水體積，mm3(毫升)。A為量雨筒的開(kāi)口面積，mm2。2)單噴頭平均噴灌強(qiáng)度：指噴頭旋轉(zhuǎn)一周后，濕潤(rùn)面積上的噴灌強(qiáng)度的平均值，常用=1\*GB3①計(jì)算值：式中：為噴頭的流量(噴水量)A濕潤(rùn)面積R噴頭的射程=2\*GB3②實(shí)驗(yàn)值a算術(shù)平均值b加權(quán)平均值式中：si為第i個(gè)雨量筒所代表的噴灌面積。3、組合噴灌強(qiáng)度當(dāng)多個(gè)噴頭按照一定的組合方式布置時(shí)，各噴頭濕潤(rùn)面積互有重疊，這時(shí)濕潤(rùn)面積小于單噴頭噴灌面積，另外隨著風(fēng)速增加，濕潤(rùn)面積也會(huì)減少，這時(shí)系統(tǒng)的組合噴灌強(qiáng)度為式中：為系數(shù)，為布置系數(shù)，s為單噴頭無(wú)風(fēng)條件下全園噴灌時(shí)平均噴灌強(qiáng)度，mm/h。1)平均噴灌強(qiáng)度2)風(fēng)系數(shù)Kw單噴頭全園噴灑1.15V0.314單支管多噴頭全園噴灑支管⊥主風(fēng)向1.80V0.194支管//主風(fēng)向1.12V0.302多支管多噴頭同時(shí)噴灑1.0注：式中1)V為風(fēng)速，以m/s計(jì)，2)單支管多噴頭全園噴灑時(shí)，既不平行也不垂直主風(fēng)向時(shí)，可采用線性插值方法求取Kw；3)表中公式適于風(fēng)速為1－5.5m3)布置系數(shù)單噴頭全園噴灑1.0單噴頭扇形噴灑單支管多噴頭同時(shí)全園噴灑多支管多噴頭同時(shí)全園噴灑4、允許噴灌強(qiáng)度對(duì)于噴灌系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般要求整個(gè)系統(tǒng)的組合噴灌不應(yīng)超過(guò)土壤穩(wěn)定滲吸速度就可以了，以保證噴灑到土壤表面上的水能及時(shí)滲入到土壤中，不形成積水和徑流。此時(shí)的噴灌強(qiáng)度為允許噴灌強(qiáng)度，在噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，如無(wú)實(shí)測(cè)資料時(shí)，我們可以粗略地按照土壤類(lèi)別，地形坡度，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)選定允許噴灌強(qiáng)度，不同類(lèi)型土壤的允許噴灌強(qiáng)度可按表中數(shù)據(jù)確定。砂土20砂壤土15壤土12粘壤土10粘土8當(dāng)?shù)孛嫫露却笥?0時(shí)，允許噴灌強(qiáng)度表中數(shù)據(jù)折減小于500，5－8020，9－12040，13－20060，大于2007５二、噴灌均勻度噴灌均勻度是指噴灌水量在噴灑面積上分布的均勻程度。實(shí)踐證明，噴灌作物的增產(chǎn)幅度大小，在滿(mǎn)足灌水定額的前提下，主要取決于整個(gè)噴灌面積上噴水量分布的均勻程度，因此是它衡量噴灌質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，選取合理的均勻系數(shù)，不僅能達(dá)到較高的噴灌質(zhì)量，也可以使整個(gè)系統(tǒng)投資最合理。影響噴灌均勻度的因素很多，主要有：(1)系統(tǒng)的布置方式，(2)噴頭組合間距，(3)噴頭的水力性能，(4)地面平整度，(5)風(fēng)速風(fēng)向。1、噴灌均勻度的表示法1)噴灌均勻系數(shù)噴灌均勻系數(shù)是一個(gè)表示一定面積上水量分布均勻程度的指標(biāo)，該系數(shù)便于比較，有數(shù)量上的差異，但不能準(zhǔn)確反映水量分布的均勻程度，我國(guó)《噴灌工程技術(shù)規(guī)范》GB585－85，中用Cu值表示。Cu值，即(美國(guó)學(xué)者)克里斯琴森(Christiansen)系數(shù)，1942年提出式中：Cu為噴灌系數(shù)(ChristiansenUniformation)，為噴灑水深平均值，(mm)，△h為噴灌水深平均方差。當(dāng)測(cè)點(diǎn)所代表的面積相等時(shí)當(dāng)測(cè)點(diǎn)所代表的面積不相等時(shí)在噴灌工程規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，在設(shè)計(jì)風(fēng)速下，對(duì)于定噴式噴灌系統(tǒng)噴灌系數(shù)不應(yīng)低于0.75，對(duì)行噴式噴灌系統(tǒng)應(yīng)不低于0.85。2)水量分布圖，水量分布圖就是噴灑范圍內(nèi)的等水量線圖，或等水深線圖，根據(jù)實(shí)測(cè)資料可以繪制單噴頭或多噴頭組合的水量分布。如圖2-7，它由水平水量分布與徑向水量分布曲線兩部分組成。2．噴灌均勻度的實(shí)驗(yàn)與計(jì)算1)單噴頭水量分布圖實(shí)驗(yàn)2)多支管多噴頭全園噴灑a實(shí)驗(yàn)法b用單噴頭水量分布圖計(jì)算三、水滴打擊強(qiáng)度水滴打擊強(qiáng)度是指單位受水面積獲得水滴撞擊能量的大小，包括作物和地表土壤，具體說(shuō)就是1mm水滴打擊強(qiáng)度的表示法(常用霧化指標(biāo)表示)有：1．水滴直徑(mm)要求不超過(guò)1-3mm2．霧化指標(biāo)（又稱(chēng)H/d值）指噴頭工作壓力（mm水柱）與主噴咀直徑（mm）之比。要求蔬菜與花卉4000～5000大田作物3000～4000果樹(shù)牧草2000～3000思考題1．噴灌強(qiáng)度概念及計(jì)算2．噴灌均勻度概念及計(jì)算3．水滴打擊強(qiáng)度概念及表示方法第四節(jié)噴頭噴頭是噴灌系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，噴頭的作用是將有壓的灌溉水以噴灑形式均勻地散在田間，對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉。噴頭的結(jié)構(gòu)形式，制造質(zhì)量以及使用是否得當(dāng)，都是影響噴灌效果的重要因素。所以進(jìn)行噴灌系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)或噴灌系統(tǒng)的管理人員，必須對(duì)噴頭的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)、機(jī)械能性和水力性能有比較全面的了鮮。一、噴頭的分類(lèi)1．按壓力分類(lèi)類(lèi)別工作壓力kp噴水量(m3/h)(m)低壓噴頭100～2000.3～1.210～14中壓噴頭200～5000.8～3113.5～41.5高壓噴頭500～80031～11442.5～682．按噴灑特征分類(lèi)1)散水式(又稱(chēng)漫射式噴頭)由于它在整個(gè)噴灑過(guò)程中與安裝噴頭的豎合沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故又稱(chēng)為固定噴頭。其噴灑特征是灑出的水沿徑向同時(shí)向外噴灑，噴灑圖形為園形扇面。散水式噴頭特點(diǎn)有：(1)結(jié)構(gòu)有單，(2)噴灑雨滴細(xì)小，(3)工作壓力低，主要用于溫室，公園以及大型噴灌機(jī)上使用，常用類(lèi)型有：(1)折射式，(2)縫隙式，(3)離心式三種。2)射流式噴頭射流式噴頭自身沿豎管旋轉(zhuǎn)，作全園扇形噴灑，所以又稱(chēng)旋轉(zhuǎn)式噴頭，它是國(guó)內(nèi)目前最普遍的一類(lèi)的噴頭。射流式噴頭由：(1)噴嘴，(2)噴管，(3)噴體，(4)空心軸套，(5)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。射流式噴頭的種類(lèi)很多，其主要區(qū)別在于驅(qū)動(dòng)噴頭旋轉(zhuǎn)的方式，因此根據(jù)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)形式的不同而分為：①搖臂式噴頭，②葉輪式噴頭，③垂直搖臂式噴頭，④全射流式噴頭。搖臂式噴頭的轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)是一個(gè)裝有彈簧的搖臂，在搖臂前端有一個(gè)偏流板和一個(gè)勺形導(dǎo)水片，噴灌開(kāi)始時(shí)，偏流板和導(dǎo)水片置于噴嘴前方，水舌通過(guò)偏流板或直接沖擊導(dǎo)水片，系統(tǒng)使搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)60°-120°，然后在彈簧的扭力作用下，搖臂又回到原位，這時(shí)偏流板觸擊到噴射的水流而產(chǎn)生反作用力敲擊噴體，使噴頭旋轉(zhuǎn)3-5°。周而復(fù)始使噴頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。搖臂式噴頭，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于推廣，是應(yīng)用最普遍的一種。一般，小噴頭1-2分一圈，中噴頭3-4分一圈，大噴頭等5-7分鐘一園，搖臂開(kāi)度60°-120°。葉輪式噴頭(又稱(chēng)蝸輪蝸桿式噴頭)葉輪式噴頭是靠近噴嘴噴射出的水舌沖擊噴嘴前面的葉輪，由葉輪帶動(dòng)傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)使噴頭旋轉(zhuǎn)。這種噴頭的變速機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)都比較復(fù)雜，且笨重，目前已很少使用。垂直搖臂式噴頭，垂直搖臂式噴頭是一種間歇反作用式噴頭，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)，而且這種噴頭搖臂對(duì)噴體的撞擊沒(méi)有搖臂式噴頭沒(méi)那么強(qiáng)烈，因此國(guó)外大噴頭均做成這種形式。需要指出的是垂直搖臂式噴頭和搖臂式噴頭一樣，也有一個(gè)搖臂，但作用原理卻不相同。(步進(jìn)式)全射流噴頭這類(lèi)噴頭的噴嘴本身就是一個(gè)射流元件，水舌附壁流出時(shí)偏離了噴管軸線使噴頭旋轉(zhuǎn)，它利用射流元件切換的原理可使噴頭作扇形噴灑。二、噴頭的基本參數(shù)和性能1．噴頭的基本參數(shù)噴頭的基本參數(shù)有：(1)進(jìn)水口直徑，(2)噴嘴直徑，(3)壓力，(4)噴水量，(5)射程。(1)進(jìn)口直徑D指噴頭進(jìn)水口過(guò)水流道或空心軸的直徑，單位mm?？晒┻x擇的噴頭進(jìn)水口直徑有10、15、20、30、40、50、60、80、100mm(2)噴嘴直徑d噴嘴直徑單位是毫米，噴嘴直徑反映噴頭在一定壓力下的過(guò)水能力，噴嘴直徑越大，噴水量大，射程大，壓力一定時(shí)霧化指標(biāo)較差。反之噴嘴越小，噴水量小，射程近，霧化指標(biāo)較高。一般情況，在滿(mǎn)足霧化指標(biāo)的前提下，可以選取較大直徑的噴嘴。(3)壓力HP噴頭的壓力按量測(cè)的部位和研究的內(nèi)容分：①工作壓力，②噴嘴壓力。工作壓力：指噴頭進(jìn)水口處的水流壓力，單位Kpa。通常噴嘴壓力為噴頭工作壓力減去噴頭內(nèi)水流的水頭損失。(4)噴水量噴水量指噴頭單位時(shí)間噴出的水量，單位是m3/h或L/min。噴水量可以采用體積法、重量法、堰法、流量計(jì)法測(cè)定。初步估算可采用下式計(jì)算：式中：為噴水量，為流量系數(shù)(0.85～0.95)，A為噴嘴過(guò)水面積(m2)，H為噴頭工作壓力(m水柱)。(5)射程指無(wú)風(fēng)條件下，噴灑出的水所能到達(dá)的最遠(yuǎn)距離，也就是噴灑半徑，單位m。噴頭的射程主要取決噴嘴壓力，噴射仰角。在噴頭試驗(yàn)中，指噴灑面積外緣0.3mm/h當(dāng)噴頭噴水量小于250升/小時(shí)，0.3mm/h變?yōu)?.15mm/h。2)射程估算卡瓦扎公式樣R=1.35(dH嘴)1/2PY1系列R=1.7d0.4875H0.45PYS系列R=3.5d0.51H0.24查產(chǎn)品目錄或相應(yīng)的設(shè)計(jì)手冊(cè)3)噴頭型號(hào)我國(guó)應(yīng)用最多的噴頭有PY1系列、PY2系列、PYS系列噴頭。PY1－40噴頭指搖臂式噴頭，第一次設(shè)計(jì)，進(jìn)口直徑40mm。思考題1．噴頭分類(lèi)2．噴頭的基本參數(shù)各性能專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)工作壓力射程第五節(jié)噴灌泵噴灌泵是機(jī)壓式噴灌系統(tǒng)中的重要設(shè)備，其作用是給灌溉用水加壓，使噴灌系統(tǒng)獲得必要的工作壓力。一、我國(guó)目前噴灌泵的種類(lèi)1、離心泵包括B(BA)型單級(jí)單吸離心泵，sh型單級(jí)雙吸泵，多級(jí)離心泵。2、自吸離必泵指噴灌系統(tǒng)研制全國(guó)噴灌系列泵。這類(lèi)自吸泵，結(jié)構(gòu)緊湊，使用方便，自吸性能良好（吸水管5米長(zhǎng)時(shí)，自吸時(shí)間３－５分鐘）。3、離心泵加自吸裝置，安裝手壓泵或真空泵4、各種井泵包括JD型長(zhǎng)軸井泵，NQ，JQ型農(nóng)用潛水泵。二、噴灌系列泵噴灌泵系列共有11個(gè)產(chǎn)品，進(jìn)出口公稱(chēng)直徑為2，2.5，3，4英寸四個(gè)規(guī)格，其流量為14-96m3/h，揚(yáng)程35-噴灌系列泵分自吸離心泵和普通離心泵兩種型式。系列泵性能表如下：型號(hào)流量揚(yáng)程轉(zhuǎn)速軸功率配套功率效率允許吸上真空高度2BPZ-35143529003.49452%8.02BPZCZ-35143526003.554517.02BPZCZ-45154526005.006517.02.5BPZ-55245529009.2512536.52.5BP-55245529007.9010627.03BPZ-404840290