第8章節(jié)水農(nóng)作制

第8章節(jié)水農(nóng)作制

水利學(xué)院農(nóng)水系8.1概述全球水資源概況當(dāng)今世界面臨著人口、資源與環(huán)境三大問(wèn)題，水資源是各種資源中不可替代的一種重要資源。水資源與環(huán)境密切相關(guān)，也與人口間接有關(guān)，因此水資源問(wèn)題已成為舉世矚目的重要問(wèn)題之一。地球表面約有70%以上為水所覆蓋，其余約占地球表面30%的陸地也有水的存在。地球總水量為138.6×108億m3，其中淡水儲(chǔ)量為3.5×108億m3，占總儲(chǔ)量的2.53%。由于開(kāi)發(fā)困難或技術(shù)經(jīng)濟(jì)的限制，到目前為止，海水、深層地下水、冰雪固態(tài)淡水等還很少被直接利用。比較容易開(kāi)發(fā)利用的、與人類(lèi)生活生產(chǎn)關(guān)系最為密切的湖泊、河流和淺層地下淡水資源，只占淡水總儲(chǔ)量的0.34%,為104.6×104億m3，不到全球水總儲(chǔ)量的萬(wàn)分之一。通常所說(shuō)的水資源主要指這部分可供使用的、逐年可以恢復(fù)更新的淡水資源。可見(jiàn)地球上的淡水資源并不豐富。我國(guó)水資源概況1水資源總量大，人均嚴(yán)重不足我國(guó)是一個(gè)水資源非常緊缺的國(guó)家。中國(guó)水資源總量約占全球總量的7％，人均水資源是世界平均水平的30％左右，被聯(lián)合國(guó)列為13個(gè)貧水國(guó)之一，中國(guó)要用世界上7%的水維持22%人口的生產(chǎn)和生活。全國(guó)517個(gè)城市中有300多個(gè)城市缺水，由于水資源不足我國(guó)農(nóng)業(yè)每年受旱面積達(dá)2～3億畝，糧食減少約2．5億公斤，工業(yè)產(chǎn)值每年減少1200億元。

2水資源時(shí)空分布不均時(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)：

年降水量大于1600mm

的地區(qū)。大致分布在我國(guó)東部沿海、云南的西部、西藏的東南部、臺(tái)灣的中一帶。(2)濕潤(rùn)區(qū):

年降水量在

800mm～1600mm

之間的地區(qū)。大致包括了秦嶺、淮河以南，長(zhǎng)江中、下游，云、貴、川和廣西自治區(qū)一帶。(3)半濕潤(rùn)區(qū)：年降水量在400mm～800mm

之間的地區(qū)。包括黃、淮海平原地區(qū)，陜西、山西和我國(guó)東北的大部，四川西部、西藏的東部地區(qū)。(4)半干旱區(qū)：年降水量在200mm～400mm

之間的地區(qū)。包括我國(guó)東北的西部地區(qū)，內(nèi)蒙、寧夏、甘肅和新疆的西北部地區(qū)。(5)干旱區(qū)：年降水量在200mm以下的地區(qū)。包括內(nèi)蒙、寧夏、甘肅的沙漠，青海的柴達(dá)木盆地，新疆的塔里木、準(zhǔn)葛爾盆地等地區(qū)。3氣候變化加劇水資源供需失衡矛盾4農(nóng)業(yè)用水形勢(shì)嚴(yán)峻我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉用水約占全國(guó)用水總量的80％以上，在灌溉水的有效利用率只有約40％，即有60％左右的水不能被作物利用。所以，農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水在各行業(yè)的節(jié)水中是大戶，節(jié)水首先要抓農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水，不抓緊不行，節(jié)水灌溉必須靠先進(jìn)機(jī)械設(shè)備來(lái)完成，因此推廣節(jié)水灌溉機(jī)械化技術(shù)，勢(shì)在必行。節(jié)水農(nóng)作制的發(fā)展需求（1）保障農(nóng)產(chǎn)品供給（2）提高農(nóng)田用水的利用率、利用效率8.2作物節(jié)水增產(chǎn)的生物學(xué)依據(jù)1水分虧缺對(duì)作物生理生化的影響（1）光合（2）葉片溫度（3）根系水分虧缺降低光合的主要原因有：(1)氣孔導(dǎo)度下降(2)光合產(chǎn)物輸出變慢

(3)光合機(jī)構(gòu)受損(4)光合面積擴(kuò)展受抑水分過(guò)多當(dāng)水分虧缺時(shí)，葉片中脫落酸量增加，從而引起氣孔關(guān)閉，導(dǎo)度下降，進(jìn)入葉片的CO2減少。拍攝氣孔開(kāi)啟的裝置和實(shí)例光誘導(dǎo)的氣孔開(kāi)啟(每隔5分鐘拍1張)水分虧缺降低光合的主要原因有：(1)氣孔導(dǎo)度下降(2)光合產(chǎn)物輸出變慢

(3)光合機(jī)構(gòu)受損(4)光合面積擴(kuò)展受抑水分過(guò)多水分虧缺會(huì)使光合產(chǎn)物輸出變慢，加之缺水時(shí)葉片中淀粉水解加強(qiáng)，糖類(lèi)積累，結(jié)果引起光合速率下降。水分虧缺降低光合的主要原因有：(1)氣孔導(dǎo)度下降(2)光合產(chǎn)物輸出變慢

(3)光合機(jī)構(gòu)受損(4)光合面積擴(kuò)展受抑水分過(guò)多缺水時(shí)葉綠體的電子傳遞速率降低且與光合磷酸化解偶聯(lián)，影響同化力形成。嚴(yán)重缺水還會(huì)使葉綠體變形，片層結(jié)構(gòu)破壞，這些不僅使光合速率下降，而且使光合能力不能恢復(fù)。水分虧缺降低光合的主要原因有：(1)氣孔導(dǎo)度下降(2)光合產(chǎn)物輸出變慢

(3)光合機(jī)構(gòu)受損(4)光合面積擴(kuò)展受抑水分過(guò)多在缺水條件下，生長(zhǎng)受抑，葉面積擴(kuò)展受到限制。有的葉面被鹽結(jié)晶、被絨毛或蠟質(zhì)覆蓋，這樣雖然減少了水分的消耗，減少光抑制，但同時(shí)也因?qū)獾奈諟p少而使得光合速率降低。水分虧缺降低光合的主要原因有：(1)氣孔導(dǎo)度下降(2)光合產(chǎn)物輸出變慢

(3)光合機(jī)構(gòu)受損(4)光合面積擴(kuò)展受抑水分過(guò)多也會(huì)影響光合作用。土壤水分太多，通氣不良妨礙根系活動(dòng)，從而間接影響光合；雨水淋在葉片上，一方面遮擋氣孔，影響氣體交換，另一方面使葉肉細(xì)胞處于低滲狀態(tài)，這些都會(huì)使光合速率降低。小結(jié)水分虧缺直接影響水為光合作用的原料，沒(méi)有水不能進(jìn)行光合作用。但是用于光合作用的水不到蒸騰失水的1%，因此往往不成為缺水影響光合作用的主要原因。間接影響(1)氣孔導(dǎo)度下降，進(jìn)入葉片的CO2減少(2)光合產(chǎn)物輸出慢糖類(lèi)積累，光合速率下降(3)光合機(jī)構(gòu)受損葉綠體結(jié)構(gòu)破壞(4)光合面積擴(kuò)展受抑生長(zhǎng)受抑水分輕度虧缺時(shí)，供水后尚能使光合能力恢復(fù)，倘若水分虧缺嚴(yán)重，供水后葉片水勢(shì)雖可恢復(fù)至原來(lái)水平，但光合速率卻難以恢復(fù)至原有程度。水過(guò)多土壤水分太多，通氣不良妨礙根系活動(dòng)，間接影響光合；雨水淋在葉片上，遮擋氣孔，影響氣體交換，另一方面使葉肉細(xì)胞處于低滲狀態(tài)，這些都會(huì)使光合速率降低。2作物對(duì)水分脅迫的生理生化回應(yīng)（1）滲透調(diào)節(jié)（2）生物化學(xué)物質(zhì)滲透調(diào)節(jié)

水分脅迫時(shí)植物體內(nèi)積累各種有機(jī)和無(wú)機(jī)物質(zhì)，提高細(xì)胞液濃度，降低其滲透勢(shì)，保持一定的壓力勢(shì)，這樣植物就可保持其體內(nèi)水分，適應(yīng)水分脅迫環(huán)境，這種現(xiàn)象稱(chēng)為滲透調(diào)節(jié)。滲透調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)的主動(dòng)積累。

滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)

（1）無(wú)機(jī)離子，如K+、Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-等。（2）有機(jī)物質(zhì)，如可溶性糖、脯氨酸、甜菜堿等。滲調(diào)物質(zhì)必須具備的性質(zhì)分子量小，溶解度高；在生理pH范圍內(nèi)不帶靜電荷，能為細(xì)胞膜保持?。灰鹈附Y(jié)構(gòu)變化的作用極小，能使酶構(gòu)象穩(wěn)定而不至降解；生物合成迅速，并能累積到調(diào)節(jié)滲透勢(shì)的水平。ABA可使生物膜穩(wěn)定，維持其正常功能；延緩自由基清除酶活性下降，減少自由基對(duì)膜的損傷；促進(jìn)脯氨酸和可溶性糖等滲調(diào)物質(zhì)的積累，增加滲調(diào)能力；促進(jìn)氣孔關(guān)閉，減少蒸騰失水，維持植物體內(nèi)水分平衡；調(diào)節(jié)逆境蛋白基因表達(dá)，促進(jìn)逆境蛋白合成，提高抗逆能力。ABA是交叉適應(yīng)的作用物質(zhì)交叉適應(yīng)：指植物對(duì)逆境脅迫反應(yīng)之間的相互適應(yīng)現(xiàn)象。脫落酸脫落酸是一種逆境激素或脅迫激素：3作物不同生育階段對(duì)水分虧缺的允許程度葉水勢(shì)細(xì)胞液濃度4水分虧缺對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響5節(jié)水增產(chǎn)的生物學(xué)依據(jù)果樹(shù)調(diào)虧灌溉果樹(shù)調(diào)虧灌溉是在果樹(shù)生長(zhǎng)的某些階段，減少灌溉水量，抑制果樹(shù)枝條的過(guò)旺生長(zhǎng)，減少果樹(shù)修剪量，避免養(yǎng)分過(guò)分向枝條傾斜，從而使更多的養(yǎng)分積累到促進(jìn)果實(shí)生長(zhǎng)上來(lái)，不但可節(jié)約灌溉用水，增加產(chǎn)量，最終還可增大果實(shí)體積，改善果實(shí)品質(zhì)。

在華北地區(qū)，桃園采用調(diào)虧灌溉、矮化密植等模式，已取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的桃園：大樹(shù)稀植、高肥水。因桃樹(shù)成年后樹(shù)體較大，故種植密度較低，約330株/公頃。早期樹(shù)體發(fā)育慢，達(dá)到盛果期需6~7年，而成年樹(shù)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)旺，樹(shù)冠過(guò)厚，透光性差，造成果實(shí)品質(zhì)差和產(chǎn)量低。為解決透光問(wèn)題，每年需要多次修剪枝條，耗工費(fèi)時(shí)。調(diào)虧灌溉：桃樹(shù)密度1300~2500株/公頃，并比傳統(tǒng)栽培模式提前2~3年進(jìn)入盛果期。主要通過(guò)調(diào)控水分供應(yīng)抑制樹(shù)冠發(fā)育，既大量減少修剪工作量，又解決了透光問(wèn)題。根據(jù)桃樹(shù)果實(shí)生長(zhǎng)情況，可分為5個(gè)時(shí)期：開(kāi)花座果期（1期）、緩慢生長(zhǎng)期（2期）、快速生長(zhǎng)期（3期）、充實(shí)成熟期（4期）和采后期（5期）。第二期主要以營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)為主，枝條生長(zhǎng)旺盛，果實(shí)生長(zhǎng)緩慢，適宜實(shí)施調(diào)虧灌溉。

以桃樹(shù)為例，調(diào)虧灌溉與充分灌溉比具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（１）夏季修剪量減少32％，同時(shí)，抑制了果樹(shù)枝條的過(guò)旺生長(zhǎng)，有利于密植。

（２）果實(shí)單果重增加15％。

（３）比微灌節(jié)水40％左右，比地面灌溉節(jié)水80％以上。

目前，一些研究者正探索在小麥、玉米和棉花等作物上實(shí)施調(diào)虧灌溉的可能性和實(shí)施技術(shù)，并已取得了一定進(jìn)展。

8.3發(fā)展節(jié)水農(nóng)作制工程節(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)(秸稈、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。

節(jié)水農(nóng)業(yè)的基本概念與節(jié)水途徑基本概念

節(jié)水農(nóng)業(yè):

water-savingAgriculture

充分合理利用各種可用水源，采取水利、農(nóng)業(yè)、管理等技術(shù)措施，使區(qū)域內(nèi)有限的水資源總體利用率最高及其效益最佳的農(nóng)業(yè)，即節(jié)水高效的農(nóng)業(yè)。要將自然界的水轉(zhuǎn)化為農(nóng)作物產(chǎn)量，一般要經(jīng)過(guò)以下四個(gè)環(huán)節(jié)：

（1）對(duì)水資源進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)，使其成為農(nóng)業(yè)可用水源（2）將水從水源輸送至田間（3）把引入田間的水，均勻地分配到指定的面積上貯存到土壤中（4）作物經(jīng)根系吸收土壤水，通過(guò)作物體內(nèi)生理、生化過(guò)程轉(zhuǎn)化形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量節(jié)水農(nóng)業(yè)的基本概念與節(jié)水途徑節(jié)水途徑源頭節(jié)水——開(kāi)源與節(jié)流——水資源合理開(kāi)發(fā)利用輸水節(jié)水——減少滲漏、蒸發(fā)和徑流損失田間節(jié)水——減少棵間無(wú)效蒸發(fā)，降低奢侈蒸騰管理節(jié)水——適時(shí)適量灌水節(jié)水農(nóng)業(yè)的基本概念與節(jié)水途徑主要技術(shù)措施1農(nóng)業(yè)水資源合理開(kāi)發(fā)利用技術(shù)措施

水資源優(yōu)化分配技術(shù)

多水源聯(lián)合運(yùn)用技術(shù)雨水匯集利用技術(shù)

地下水利用技術(shù)

劣質(zhì)水安全利用技術(shù)節(jié)水農(nóng)業(yè)的基本概念與節(jié)水途徑主要技術(shù)措施2節(jié)水灌溉工程措施管道輸水灌溉技術(shù)渠道防滲技術(shù)噴灌技術(shù)

微灌技術(shù)膜上灌技術(shù)地下灌溉技術(shù)坐水種枝術(shù)溝畦改造技術(shù)節(jié)水農(nóng)業(yè)的基本概念與節(jié)水途徑主要技術(shù)措施3農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)措施

耕作保墑技術(shù)覆蓋保墑技術(shù)水肥耦合技術(shù)

節(jié)水品種篩選技術(shù)化控保水節(jié)水技術(shù)節(jié)水農(nóng)業(yè)的基本概念與節(jié)水途徑主要技術(shù)措施4節(jié)水管理技術(shù)措施節(jié)水灌溉制度土灌壤溉墑?lì)A(yù)情報(bào)監(jiān)技測(cè)術(shù)與灌區(qū)配水技術(shù)灌區(qū)量水技術(shù)現(xiàn)代化灌溉管理技術(shù)8.3.1工程節(jié)水

1渠道防滲2低壓管道灌溉近幾年來(lái)在我國(guó)北方特別是井灌區(qū)有較多發(fā)展。具有節(jié)水、節(jié)能、省地、省工等優(yōu)點(diǎn)。3噴灌噴灌明顯的優(yōu)點(diǎn)是灌水均勻，少占耕地，節(jié)省人力，對(duì)地形的適應(yīng)性強(qiáng)。主要缺點(diǎn)是受風(fēng)影響大，設(shè)備投資高。4微灌（滴灌、微噴灌）微灌可根據(jù)作物的情況進(jìn)行全部或局部濕潤(rùn)灌溉，局部灌溉只濕潤(rùn)作物附近的一部分土壤，它比灌溉更省水。滴灌微噴灌覆膜灌溉膜下灌膜上灌8.3.2農(nóng)藝節(jié)水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8.3.3管理節(jié)水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)1．現(xiàn)測(cè)得某土壤容重為1.2t/m3，土粒容重為2.5t/m3，重量含水量為1