于 洋，侯新月，丁 乾，袁安麗，高 月，馮江寧，金 秋

(1. 黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150000；2. 南京市滁河河道管理處，江蘇 南京 210048；3. 黑龍江省綏化市發(fā)展和改革委員會(huì)，黑龍江 綏化 152000；4. 福建農(nóng)林大學(xué)園藝學(xué)院，福建 福州 350000；5. 南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210000)

中國(guó)是嚴(yán)重缺水國(guó)家，人均水資源處于13個(gè)最匱乏國(guó)家之一[1]。一直以來，農(nóng)業(yè)用水占全國(guó)總用水量的比重超過50%，探索如何節(jié)約農(nóng)業(yè)用水是保護(hù)水資源、促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展亟待解決的關(guān)鍵問題。適宜的灌溉制度或土壤水分控制條件不僅是節(jié)約農(nóng)業(yè)用水的重要途徑，同時(shí)也是影響作物生理生長(zhǎng)和產(chǎn)量品質(zhì)的重要因子[2-3]。本文圍繞當(dāng)前灌溉制度制定和土壤水分調(diào)控的主要方法，介紹相關(guān)的研究進(jìn)展，并提出未來前進(jìn)的主要方向，以期為農(nóng)業(yè)水管理精準(zhǔn)化提供科學(xué)依據(jù)。

1 基于灌溉(水)定額確定灌溉制度

灌水定額是指農(nóng)田一次灌水水量，灌溉定額指各次灌水量的總和。已有不少研究通過直接制定灌溉(水)定額的方法實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉，制定依據(jù)主要為當(dāng)?shù)貙?shí)際灌溉經(jīng)驗(yàn)，在經(jīng)驗(yàn)灌溉(水)定額上下設(shè)計(jì)不同梯度。忠智博[4]研究了北疆地區(qū)棉花的灌溉制度和水肥耦合策略，設(shè)計(jì)4種灌水量：5250 m3/hm2、4500 m3/hm2、3750 m3/hm2和3000 m3/hm2，并確定施氮量為262.5 kg/hm2、灌水量為3750 m3/hm2是最優(yōu)水肥制度。黃龍[5]瞄準(zhǔn)陜西半干旱地區(qū)降雨匱乏、時(shí)空分布不均的問題，設(shè)計(jì)不同灌水定額，研究不同定額下獼猴桃的需水耗水規(guī)律、水分利用效率和產(chǎn)量品質(zhì)的差異。白有帥[6]以60 m3/667 m2灌水定額為對(duì)照，設(shè)計(jì)不同滴灌定額：30 m3/667 m2、35 m3/667 m2、40 m3/667 m2和45 m3/667 m2，研究不同灌溉制度對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的影響及機(jī)理，明確40～45 m3/667 m2為民勤干旱綠洲區(qū)膜下滴灌下玉米最適宜的灌水定額范圍。侯毛毛[7]等通過直接確定灌水定額的方法，研究了不同水分條件(灌水定額15 mm、18 mm、21 mm)和不同生物有機(jī)肥施用量下的水肥耦合效應(yīng)；在煙草灌溉制度和水肥協(xié)同方面的研究也采用了直接確定灌水定額的方法，總灌溉量梯度的制定依據(jù)的是當(dāng)?shù)貙?shí)際降雨量[8-9]。

直接確定灌溉(水)定額的方法較為簡(jiǎn)單，但其缺點(diǎn)是需要進(jìn)行一定的前期試驗(yàn)。通過ET、田間持水量、土壤水基質(zhì)勢(shì)、葉水勢(shì)等方法制定灌溉制度雖然在前期計(jì)算上略為復(fù)雜，但計(jì)算或測(cè)定結(jié)果可以直接投入應(yīng)用。

2 基于作物需水量確定灌溉制度

作物蒸騰量和棵間蒸發(fā)量的總和為騰發(fā)量，也稱為作物需水量(ET)。ET計(jì)算目前常用彭曼法，氣象數(shù)據(jù)充足時(shí)先用彭曼公式計(jì)算得出參考作物騰發(fā)量，再與各生育階段作物系數(shù)相乘求得ET。根據(jù)ET制定灌溉方案已不乏報(bào)道。喬鵬[10]以區(qū)域目標(biāo)ET和耕地保護(hù)為目標(biāo)，采用ET法，計(jì)算得出吐魯番農(nóng)業(yè)耗水應(yīng)當(dāng)控制在4.97億m3，農(nóng)業(yè)取水量應(yīng)控制在7.69億m3內(nèi)。李超[11]針對(duì)北京設(shè)施辣椒栽培水肥管理不科學(xué)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)70%ET和90%ET兩種灌溉水平，配合兩種施氮水平，探索水肥耦合制度，結(jié)果表明70%ET結(jié)合120 kg/hm2施氮量可作為節(jié)水、提質(zhì)和保產(chǎn)的水肥方案。顧哲[12]在句容開展試驗(yàn)，以圣女果為對(duì)象，構(gòu)建了基于ET和水量平衡算法的實(shí)時(shí)精準(zhǔn)決策專家系統(tǒng)，預(yù)測(cè)結(jié)果平均誤差僅為1.1%，總趨勢(shì)與實(shí)際測(cè)定結(jié)果一致，可為提高用水效率提供有益參考。田園[13]介紹了農(nóng)業(yè)節(jié)水一期項(xiàng)目(世界銀行貸款項(xiàng)目)實(shí)施ET管理取得的進(jìn)展，認(rèn)為ET管理是一種集工程、農(nóng)業(yè)和管理為一體的綜合節(jié)水措施，有利于達(dá)到水資源可持續(xù)利用的目標(biāo)。閆華[14]采用灌溉自動(dòng)控制技術(shù)，使用戶通過無線終端可收取到ET值，并根據(jù)ET值制定灌溉制度，灌溉過程簡(jiǎn)單、高效，實(shí)踐表明葡萄果園節(jié)水30%以上，且增產(chǎn)效益顯著?？傮w來看，采用ET制定灌溉制度的方法已日趨成熟，根據(jù)實(shí)際情況形成的改進(jìn)彭曼公式也有不少報(bào)道，但作物系數(shù)的確定仍是其中的研究難點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。

3 基于土壤水分下限確定灌溉制度

3.1 田間持水量水分控制方法

土壤田間持水量指土壤中去除重力水外的最大懸著水量，反映土壤持水性能。通過將不同田間持水量百分比作為土壤水分控制下限，確定最優(yōu)下限從而制定灌溉制度，也是當(dāng)前常見的方法。王文娟[15]在東北節(jié)能型日光溫室下開展灌溉試驗(yàn)，設(shè)計(jì)番茄不同灌水控制下限，結(jié)果表明苗期土壤水分下限控制在田間持水量的70%～75%對(duì)株高、莖粗等農(nóng)藝指標(biāo)的提升有正向作用；開花著果期和結(jié)果盛果期分別控制60%～65%和80%～85%對(duì)番茄生長(zhǎng)最有利，同時(shí)果實(shí)可溶性糖含量、維生素C含量、糖酸比最高；番茄生長(zhǎng)后期適當(dāng)水分虧缺處理有助于提升果實(shí)可溶性蛋白。毛海穎[16]以土壤飽和含水率為依托，設(shè)置飽和含水率的90%、70%、60%、50%和40%作為不同灌溉梯度，確定60%飽和含水率為最優(yōu)栓皮櫟幼苗灌溉水平，通過研究統(tǒng)計(jì)出苗木節(jié)水單株年灌溉定額為13.526×103mL/株，為苗木精準(zhǔn)培育奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。一般認(rèn)為，以田間持水量為依據(jù)確定的控水下限在實(shí)際應(yīng)用中更具普適性。

3.2 土壤基質(zhì)勢(shì)水分控制方法

土壤水基質(zhì)勢(shì)是在非飽和條件下，由土壤基質(zhì)的吸附力和毛管力共同作用產(chǎn)生的勢(shì)能。作為土壤水勢(shì)的重要組成部分，基質(zhì)勢(shì)對(duì)非飽和水分運(yùn)動(dòng)和保持有重要影響[17]。現(xiàn)階段研究結(jié)果表明，灌溉指標(biāo)的選擇與壓力勢(shì)無關(guān)，含鹽量較少的土壤溶質(zhì)勢(shì)也可忽略不計(jì)，因此適宜灌溉條件與土壤基質(zhì)勢(shì)直接相關(guān)[17]。目前測(cè)定土壤基質(zhì)勢(shì)的方法包括電阻法、干濕計(jì)法、濾紙法、張力計(jì)法和熱傳導(dǎo)法等。成厚亮[18]探究了生育階段不同基質(zhì)勢(shì)對(duì)南疆棉花生長(zhǎng)發(fā)育的影響，并建議試驗(yàn)區(qū)采用適宜的土壤基質(zhì)勢(shì)為-30 kPa。萬書勤[19]詳細(xì)介紹了基于剖面20 cm深度土壤基質(zhì)勢(shì)的設(shè)施土壤水分監(jiān)測(cè)技術(shù)，證明滴頭下方20 cm深度土壤基質(zhì)勢(shì)對(duì)于0～100 cm深度土壤水分的剖面分布有重要影響。

4 基于葉水勢(shì)確定灌溉制度

水分廣泛存在于植物體內(nèi)，是其不可缺少的組成部分，水分直接參與植物體內(nèi)的生物化學(xué)反應(yīng)。植物體內(nèi)，水勢(shì)是能直接反映水分豐缺的指標(biāo)，植物組織水勢(shì)越低表明植物吸水能力越強(qiáng)，相反，水勢(shì)越高，吸水能力越弱[20]。因此，植物水勢(shì)可以作為合理灌溉的生理指標(biāo)。徐林娟[21]以水稻為材料，開展了以葉水勢(shì)為灌溉指標(biāo)的節(jié)水體系研究，結(jié)果表明，水稻葉水勢(shì)和土壤容積含水率的相關(guān)性達(dá)到顯著水平，土壤水分虧缺和濕潤(rùn)狀態(tài)下水稻葉水勢(shì)差異顯著，這種差異隨著水分虧缺的加重有增大趨勢(shì)。吳立峰[22]提出了基于葉水勢(shì)的棉花灌溉指標(biāo)選擇方法，通過設(shè)置不同灌溉和施肥處理，研究了不同滴灌施肥處理對(duì)棉花產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響，結(jié)果表明，411 mm是適宜的棉花灌溉量。葉水勢(shì)作為能直接反映植物體內(nèi)水分虧缺的指標(biāo)，目前在科研和生產(chǎn)上的使用相比ET法、田間持水量法要少很多，原因可能包含兩個(gè)方面：(1)定期測(cè)定植物葉水勢(shì)在生產(chǎn)上較為不便，難以推廣，自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)又存在價(jià)格昂貴的問題；(2)葉水勢(shì)法存在滯后性，當(dāng)通過葉水勢(shì)發(fā)現(xiàn)植物體內(nèi)水分虧缺時(shí)，虧缺已經(jīng)發(fā)生，再進(jìn)行補(bǔ)充灌溉則與植物的實(shí)際需求不符。

5 結(jié) 語

灌溉定額法、作物需水量(ET)法、田間持水量水分控制法、土壤基質(zhì)勢(shì)水分控制法和葉水勢(shì)法等方法均在科學(xué)研究與實(shí)際生產(chǎn)中有一定應(yīng)用。值得注意的是，分不同階段精準(zhǔn)灌溉控制在推廣上將存在較大難度，農(nóng)民更愿意使用簡(jiǎn)單易上手的方法。因此，灌溉制度、土壤水分調(diào)控結(jié)合價(jià)格相對(duì)低廉的自動(dòng)灌溉裝備、自動(dòng)灌溉決策系統(tǒng)、app智能終端等將是未來的發(fā)展大方向。