節(jié)水增氧灌溉

張?zhí)熘? 薛曉莉 楊文華 邢利利 趙躍剛 任強

節(jié)水增氧灌溉可以提高根際含氧量，改善根區(qū)土壤環(huán)境;促進根系發(fā)育，提高根系活力，有效提高作物根系從土壤中吸收水分與營養(yǎng)元素，減少用水量，提高水肥利用效率;改良土壤，促進微生物活動，提高土地生產(chǎn)力;促進作物生長，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

提高水肥利用率

水、肥、氣、熱、光是滿足農(nóng)作物生長所必須的重要因素，其因素間相互協(xié)調(diào)、相互制約共同影響著作物的生長。隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的不斷發(fā)展，大力提倡節(jié)水灌溉，新型高效的節(jié)水灌溉技術(shù)有效提高了灌溉水的利用系數(shù)，增加了水分利用效率。這些研究多集中在水、肥、光和熱的協(xié)調(diào)上，但是忽略了氣的因素，土壤通氣方面的研究比較少。

土壤中空氣含量的多少可直接影響作物的根系呼吸、土壤酶活性以及對養(yǎng)分的吸收等，因此，土壤通氣也是影響土壤肥力的重要因素。由于排水不良和淹水，土壤水分溫度較高或者大量施用化肥引起的通氣不良，會影響根系呼吸并減少水分和養(yǎng)分的吸收，進而農(nóng)作物、蔬菜、果樹的產(chǎn)量和品質(zhì)都受到了不利的影響。

根際氧氣供應(yīng)不足在作物栽培中普遍發(fā)生，無論是在大田栽培還是在水培和基質(zhì)培中都會出現(xiàn)，因此如何改進根際氧氣供應(yīng)，平衡水、氣狀況是作物栽培中一項非常重要的課題。

節(jié)水增氧灌溉旨在基于現(xiàn)代水肥親合和灌水施肥技術(shù)的基礎(chǔ)上，改善作物灌溉后根系供氧不足的根區(qū)生長環(huán)境，保障根系生長的功能、土壤微生物的活動及礦物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，提高水肥的利用效率。

目前已有的研究成果

增氧灌溉是通過在灌溉水中加氣，直接向作物根系輸氧來實現(xiàn)根域氣體環(huán)境的優(yōu)化，促進作物生長，從而獲取農(nóng)作物增產(chǎn)增收的極為節(jié)水、節(jié)能與利于環(huán)境的新型高效節(jié)水灌溉技術(shù)。它不但能節(jié)水、增產(chǎn)、提高品質(zhì)、提高水肥利用效率，還能改良土壤，提高土地生產(chǎn)力，有利于緩解當(dāng)前農(nóng)業(yè)用水緊缺，將成為未來節(jié)水灌溉的發(fā)展方向之一。節(jié)水增氧灌溉作為一種新型高效節(jié)水灌溉技術(shù)已經(jīng)得到美國，澳大利亞，日本，中國的眾多學(xué)者的研究。

研究表明，節(jié)水增氧灌溉能夠改善根系分布，擴大根系體積，增強根系活力，提高水分利用效率。作物在進行滴灌的生長過程中，根系大部分集中在被灌溉土體的外圍，氧氣的擴散率在位于被灌溉土體的中央部分非常低。通過研究作物節(jié)水增氧灌溉發(fā)現(xiàn)，棉花和玉米灌溉土體中的根系分布明顯改變;煙草根系活力達到最優(yōu)，根系體積擴大，不定根及細根量增多，根系活力增強;馬鈴薯和棉花的產(chǎn)量增加，水分利用效率提高。

節(jié)水增氧灌溉能夠促進作物生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。在節(jié)水增氧灌溉條件下，馬鈴薯、番茄和黃瓜生長加快、產(chǎn)量提高;小型西瓜產(chǎn)量、可溶性總糖和可溶性固形物含量均顯著提高。

雷宏軍等研究發(fā)現(xiàn)，循環(huán)曝氣滴灌可以大幅度提高灌溉水摻氣比例，有效改善普通地下滴灌引起的黏質(zhì)型土壤根區(qū)間歇性缺氧環(huán)境，提高作物生產(chǎn)力。曝氣滴灌可顯著促進黃黏土中番茄的生長，促進番茄果實成熟，有效提高作物產(chǎn)量，改善番茄品質(zhì)。

節(jié)水增氧灌溉能夠改良土壤，提高土地生產(chǎn)力。增氧灌溉對于生長在鹽堿地的作物適應(yīng)性更強，根區(qū)通氣促進了根系的生長，讓根系更加適應(yīng)在鹽堿地里的生長，通氣提高了根系機能，為根系排鹽起了重要作用。

Bhattarai等研究表明，節(jié)水增氧灌溉情況下，鹽堿地的棉花和大豆根系呼吸分別提高了9%和25%，根系排鹽量分別提高了6%和25%;鹽堿地的番茄植株生長加快，開花坐果時間提前，繁殖能力提高，單株產(chǎn)量提高了21%。這些研究發(fā)現(xiàn)對于鹽堿地增氧灌溉、土壤改良具有重要意義。

節(jié)水增氧灌溉同樣適用于無土栽培。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的水培生產(chǎn)過程中，增加營養(yǎng)液中水體含氧量，可以使作物蔬菜生長速度得到很大的提高，甚至可以實現(xiàn)提高數(shù)倍的目的達到超常規(guī)的發(fā)育效果。通過番茄基質(zhì)通氣的研究表明，加氣栽培可顯著改善番茄根系通氣環(huán)境，提高植株的凈光合速率、根系活力和吸收能力，增加番茄產(chǎn)量。

增氧灌溉技術(shù)的類型

目前在設(shè)施園藝和旱地滴灌中，已廣泛采用的節(jié)水增氧灌溉技術(shù)主要包括機械加氣和化學(xué)溶氧兩種類型。機械加氣是最為常用的節(jié)水增氧灌溉方式，在機械設(shè)備的作用下將水體與空氣有效接觸進而向水體補充氧氣，較為常用的有文丘里空氣射流器和氣泵等。文丘里空氣射流器無需消耗電能，當(dāng)有壓水流通過射流器時自動吸入空氣，將水氣混合物送入根區(qū);氣泵則需要消耗電能向水中充氧。化學(xué)溶氧是向灌溉水體中加入化學(xué)增氧劑，其遇水后發(fā)生化學(xué)作用釋放氧氣，從而提高水體中溶解氧的含量，如過氧化鈣、雙氧水等。

這兩種方式都能有效緩解灌溉根系缺氧問題，但也都存在一定缺陷：文丘里空氣射流器因過水流速緩慢使得單次曝氣水流摻氣比例受限，在實際應(yīng)用中受到限制;化學(xué)增氧劑對植物產(chǎn)生某些不良影響，如雙氧水對植株有一定的腐蝕性。并且傳統(tǒng)的充氧方式效率比較低，難以使灌溉水中溶氧值迅速增加。微納米氣泡曝氣技術(shù)是一種新型高效的機械加氣增氧方式，利用微納米氣泡曝氣技術(shù)對灌溉水進行曝氣增氧，可迅速提高灌溉水體的溶氧值，形成微納米氣泡富氧水用于灌溉。

微納米氣泡曝氣技術(shù)

微納米氣泡曝氣技術(shù)是世界領(lǐng)先的水處理曝氣技術(shù)。通常把在發(fā)生時直徑在數(shù)十微米到數(shù)百納米之間的氣泡叫微納米氣泡。微納米氣泡具有氣液比表面積大、自身帶電、自我加壓、水中停留時間長、促進生理活性、具有緩釋效果等獨特特性。利用微納米氣泡快速發(fā)生裝置對灌溉水體進行曝氣，可迅速提高灌溉水體的溶氧值，形成微納米氣泡富氧水用于灌溉。微納米氣泡水不僅能夠提供充足的氧氣，并且其特有的帶電性、氧化性、殺菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促進植物的生長發(fā)育。

目前國內(nèi)外關(guān)于微納米氣泡曝氣技術(shù)增氧灌溉的研究相對較少。朱練峰等關(guān)于增氧灌溉對水稻生理特性和后期衰老的影響研究表明，微納米氣泡水（超微細氣泡水）增氧灌溉能提高水稻葉片光合能力，延緩生育后期水稻根系和葉片衰老，促進水稻籽粒灌漿結(jié)實，明顯促進水稻生長并顯著提高水稻產(chǎn)量;并且，與傳統(tǒng)增氧灌溉水相比，微納米氣泡水溶氧量明顯提高而且下降速率慢。才碩等研究了微納米氣泡增氧灌溉技術(shù)對雙季稻需水特性和產(chǎn)量的影響，與常規(guī)水灌溉相比，微納米氣泡增氧灌溉可以減少灌水量、排水量和耗水量，早晚稻水分利用效率（耗水量）分別提高7.78%和8.37%。

同時，增氧灌溉顯著增加了水稻產(chǎn)量。而且增氧灌溉明顯提高了雙季稻有效穗數(shù)、總粒數(shù)及結(jié)實率。呂夢華等研究表明充氧微/納米氣泡水對白蘿卜的生長發(fā)育以及部分品質(zhì)指標(biāo)有明顯的促進作用，且高溶解氧濃度的促進效果更加突出。

與傳統(tǒng)增氧方式相比，微納米氣泡曝氣技術(shù)可迅速提高灌溉水體的溶氧值，且溶氧值下降速率緩慢，對于灌溉增氧效果明顯;微納米氣泡水不僅能夠提供充足的氧氣，并且其特有的帶電性、氧化性、殺菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促進植物的生長發(fā)育，這都是傳統(tǒng)的增氧方式無可比擬的。對于微納米氣泡曝氣技術(shù)增氧灌溉更為深入的研究，對于實際生產(chǎn)具有重要意義。

研究終須服務(wù)于實踐

節(jié)水增氧灌溉可以提高根際含氧量，改善根區(qū)土壤環(huán)境;促進根系發(fā)育，提高根系活力，有效提高作物根系從土壤中吸收水分與營養(yǎng)元素，減少用水量，提高水分和肥料利用效率;夠改良土壤，促進微生物活動，提高土地生產(chǎn)力;促進作物生長，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。這是一個創(chuàng)新，應(yīng)該充分研究然后付諸實踐并應(yīng)用到生產(chǎn)中去，為節(jié)水事業(yè)和農(nóng)業(yè)高效生產(chǎn)作出應(yīng)有的貢獻。