我國農(nóng)業(yè)節(jié)水技術研究概述

高靜 王楠 樊鑫

摘 要 我國的水資源匱乏且時空分布不均，水是限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。簡單概述了灌溉技術、農(nóng)藝栽培方式、抗蒸騰劑和生物工程4個方面的農(nóng)業(yè)節(jié)水方式。

關鍵詞 節(jié)水農(nóng)業(yè)；干旱；灌溉

中圖分類號：F323.213 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2016）12--02

水是繼土地面積之后影響水稻、小麥等作物的產(chǎn)量的第二大限制因素。水分虧缺可以使植物積累大量活性氧、損傷其生物膜系統(tǒng)、降低其光合作用、降低植物細胞膨壓、限制冠層面積的增加等，進而抑制植物生長、使作物減產(chǎn)。我國農(nóng)業(yè)用水效率低下，存在水資源短缺與浪費并存的現(xiàn)象。如何提高水分利用效率變成科學家面臨的重要問題。水資源短缺是全球經(jīng)濟社會發(fā)展的主要制約因素。目前，我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上高效節(jié)水措施類型多樣，本文對其進行簡單概述。

1 節(jié)水灌溉技術

1.1 噴灌

噴灌技術，是用專門的輸送設備（泵、管道或噴頭等）給水加壓或利用水的自然落差將水輸送到田間，通過噴頭將水以雨滴的形式均勻噴灑在土壤和農(nóng)作物上進行灌溉，對地形要求不高，適宜于多數(shù)旱作物[1]，既能給作物灌溉，又能噴施農(nóng)藥。我國從20世紀70年代就開始推廣噴灌技術，現(xiàn)在這項技術有了長足發(fā)展，在未來現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有著舉足輕重的作用。

1.2 微灌

微灌技術包括滴灌、微噴灌和涌流灌等，自1974年墨西哥政府贈送我國第一套微灌設備以來，我國就開始在引進國外微灌技術的基礎上，加緊自主創(chuàng)新，微灌工程面積日益增大。它是利用管道將微小流量的水分和養(yǎng)分輸送到作物根部的土壤中，根據(jù)作物對水的需求對其進行局部浸潤，適宜于干旱缺水的地區(qū)，用水量小但是設備投資高，而且出水口易堵塞，操作要求高。

1.3 滲灌

滲灌是將原來的地上灌溉改為地下對植物根系直接進行灌溉，分為低壓滲灌和重力滲灌兩種，已成功運用于蔬菜、園藝花卉、果樹和棉花等中。滲灌幾乎無地表徑流，能有效減少灌溉水分的蒸發(fā)流失，將水分、肥料等精確輸送到植物根系土壤中。滲灌對地形要求不高，輸送水的速率可調(diào)，具有節(jié)水、節(jié)電、增產(chǎn)的優(yōu)勢。

1.4 膜上灌溉

膜上灌溉，是指在地膜栽培的基礎上，地膜兩側(cè)筑起畦埂，并把地膜兩邊翹起埋入畦埂中，將隴上覆膜改為畦上鋪膜，讓水在膜上流動，通過放苗孔和專用灌水孔向作物供水的灌溉方法，膜上灌溉又分為適用于坡度平緩地段的封閉膜上灌和適用于大坡度地段的流通膜上灌。相比噴灌和微灌，膜上灌溉操作規(guī)程簡單，投入少成本低，節(jié)水低耗。

1.5 作物調(diào)虧灌溉

作物調(diào)虧灌溉，是由澳大利亞持續(xù)灌溉農(nóng)業(yè)研究所Tatura中心于20世紀70年代中期提出的，其生物學基礎是根據(jù)作物的遺傳特征，在不同生長發(fā)育階段對其進行一定的干旱脅迫， 讓作物得到干旱鍛煉，促進其根系生長，增加根冠比，提高其抗旱能力，從而達到節(jié)水增產(chǎn)和改善作物品質(zhì)的目的。調(diào)虧灌溉還可以減少營養(yǎng)器官生長，提高光合產(chǎn)物向生殖器官的分配比例，以獲得更高的經(jīng)濟產(chǎn)量，改善作物的品質(zhì)，提高經(jīng)濟價值。

1.6 干濕交替灌溉

干濕交替灌溉，是利用適度水分虧缺可以提高植物抗逆性的原理，在水稻的一定生育期進行曬田，增強土壤水分蒸發(fā)，使土壤不嚴重干裂，再灌溉，再落干，如此往復循環(huán)。干濕交替灌溉可以增加根表面積，促進作物對水分和養(yǎng)分的吸收，提高其水分利用效率和產(chǎn)量。

2 農(nóng)藝栽培方式

2.1 覆蓋保墑

覆蓋保墑，是指用作物秸稈或地膜進行覆蓋，對雨水和灌溉水截留，增加水分向土壤內(nèi)滲透，調(diào)節(jié)土溫，改善土壤結構，減少土壤表面水分蒸發(fā)，蓄水保墑，充分挖掘水資源潛力，從而提高水資源利用效率，還能達到抑制雜草生長的目的。覆蓋保墑技術操作簡單，易掌握，根據(jù)覆蓋材料的不同分為地膜覆蓋和秸稈覆蓋兩種形式，相對地膜覆蓋來說，秸稈覆蓋取材方便，成本低。

2.2 水肥耦合

水肥耦合技術，是利用“以肥調(diào)水，以水促肥”的原理，根據(jù)不同水分條件，將灌溉用水與施肥的種類、數(shù)量和時間上相結合，影響葉面積指數(shù)，改善葉片光合速率，促進作物根系伸長，擴大根系的吸水面積，減少土壤的無效蒸發(fā)，解決水分供需矛盾。

3 抗蒸騰劑

氣孔由保衛(wèi)細胞組成，是植物葉片上重要的器官，能控制植物光合作用CO2氣體交換和蒸騰作用水分的散失，植物吸收的水分大多通過蒸騰作用散失到大氣中，如何控制氣孔運動減少植物奢侈蒸騰用水是農(nóng)業(yè)節(jié)水的重要研究方向。抗蒸騰劑就是作用于植物表面，能夠調(diào)節(jié)植物蒸騰作用，提高植物水分利用效率的一類物質(zhì)的總稱。抗蒸騰劑已經(jīng)被成功的用于農(nóng)業(yè)和園藝作物上，以此提高它們的品質(zhì)。抗蒸騰劑常常用于鮮花的保鮮、延長果實保質(zhì)期和保證移栽樹苗的成活率上。將抗蒸騰劑噴施于采摘的辣椒上，可以提高其保存期和品質(zhì)[2]。根據(jù)抗蒸騰劑的作用方式和特點，可將其分為3類。

3.1 反射型

此類物質(zhì)噴施到葉片的表面后，能夠有選擇性的反射無效光合輻射，減少葉片吸收的太陽輻射，降低葉片溫度，減少蒸騰，而光合作用基本不受影響。常見的反射型抗蒸騰劑有高嶺土和高嶺石。反射型抗蒸騰劑還可直接對病原真菌生長和形態(tài)產(chǎn)生影響。

3.2 成膜型

成膜型抗蒸騰劑成份為一些有機高分子化合物，可在葉表面形成一層很薄的膜，封閉氣孔，理想成膜型抗蒸騰劑可阻止水分通過，降低水分蒸騰，但可以透過CO2和O2，不影響光合作用。當前常見的成膜型抗蒸騰劑有：Wilt-Pruff、Vapor Gard、Mobileaf、Folicote、Plantguard、十六烷醇乳劑和氯乙烯二十二醇等（均為商品名）。成膜型抗蒸騰劑可以降低蒸騰速率，提高其相對含水量，使枝葉繁茂，從而增加植物抗旱性。

3.3 代謝型

此類抗蒸騰劑也稱氣孔抑制劑。這類物質(zhì)通過影響生化反應或者細胞膜的滲透性，調(diào)節(jié)保衛(wèi)細胞彭壓，使氣孔開度減少或關閉氣孔，增加葉片的抗水蒸汽擴散能力，從而降低水分蒸騰量，是促進植物抗旱的重要物質(zhì)。常見的代謝型抗蒸騰劑有苯汞乙酸、脫落酸（ABA）、碳酸鎂、碳酸鈉、CaCl2、三唑酮、阿特拉津、甲草胺和黃腐酸等，大多是一些殺菌劑、除草劑、代謝抑制劑和植物生長調(diào)節(jié)劑。

4 生物工程

通過雜交、轉(zhuǎn)基因育種、分子標記輔助選擇育種等手段選育抗旱高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的節(jié)水新品種。

4.1 雜交育種

雜交育種指不同種群、不同基因型個體間進行雜交，并在其雜種后代中選擇將其優(yōu)良性狀集合于一體的群體，獲得遺傳性狀相對穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)純合品種的方法[3]。雜交過中雙親的不同基因型配子結合過程中的基因重組、基因互作和基因累加等會形成各種不同基因型的后代，為選擇提供豐富的材料。選擇優(yōu)良性狀的親本并予以適當合理的組配是雜交育種成敗的關鍵。

4.2 轉(zhuǎn)基因育種

轉(zhuǎn)基因育種就是根據(jù)育種目標，從供體生物中分離出與抗逆有關的目的DNA，然后將目的DNA直接遺傳轉(zhuǎn)化或通過載體介導間接轉(zhuǎn)入受體作物，對轉(zhuǎn)化體進行鑒定、篩選獲得目的基因穩(wěn)定表達的遺傳工程體，最后結合雜交等手段獲得綜合性狀優(yōu)良的作物新品種。轉(zhuǎn)基因育種可以對作物目標性狀進行定向變異，提高育種速率。

4.3 分子標記輔助選擇育種

分子標記輔助選擇育種將分子標記應用于作物育種中，利用與目標性狀基因連鎖緊密的分子標記進行間接篩選，獲得目標性狀的個體，不受環(huán)境影響，可同時選擇多性狀，加速育種進程。

4.4 分子設計育種

對于普通雜技育種來說，其后代的雜交組合類型很多，符合生產(chǎn)需求的組合很少，作物分子設計育種是在分子標記輔助轉(zhuǎn)移、生物信息學、蛋白質(zhì)組學以及轉(zhuǎn)基因技術的基礎上，定位相關性狀的基因位點，評價這些位點的等位性變異，對育種程序中的各種因素進行模擬篩選和優(yōu)化，再開展育種。這種方法在大田試驗前就提出最佳的親本選配和后代選擇策略，從而減少育種盲目性，大幅度提高育種效率。

5 總結與展望

以上這些節(jié)水措施雖然提高了農(nóng)業(yè)用水利用率，但也存在諸多缺點，其中灌溉工程技術前期投入和運行維護費用大，耗能高，管理不方便，受到地理因素限制，農(nóng)民不易掌握其操作規(guī)程；農(nóng)藝栽培方式的改變費時、費工、見效慢、效益小；化學物質(zhì)保墑抗旱成本高，難自然降解，殘留物危害人體健康，對環(huán)境污染嚴重，存在生態(tài)安全隱患；選育作物新品種研發(fā)過程偏長，其種性易退化，品種優(yōu)良特性不易保持，市場推行困難。由此可見，開發(fā)節(jié)能、高效、低碳和環(huán)保的抗旱技術迫在眉睫。

5.1 結合我國國情引進國外先進灌溉技術

我國的節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展較晚，荷蘭、以色列、美國和日本等國在農(nóng)業(yè)水資源管理利用方面有一系列完善的設備和制度，已經(jīng)大量用于溫室花卉和大棚蔬菜種植栽培上，我國應積極吸收學習國外的先進技術。但我國幅員遼闊，各地區(qū)地形地貌、經(jīng)濟條件不盡相同，應該因地制宜，應立足于我國的實際情況，發(fā)展適用于我國國情的技術和設備，切忌盲目照搬外國的產(chǎn)品。

5.2 加速節(jié)水創(chuàng)新技術的科學研究

在引進國外先進技術的基礎上，要大力自主研發(fā)節(jié)水新技術。例如，在實施噴灌、滲灌技術的同時，結合水肥耦合技術，確定水肥的比例；開發(fā)無污染低成本綠色環(huán)保的新型抗蒸騰劑；對現(xiàn)有灌溉設備進行改進，使其最大限度地節(jié)水低能，同時便于農(nóng)民操作。

參考文獻

[1]牟玉娟.我國農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].山東農(nóng)業(yè)科學，2014（1）：124-126.

[2]Cuadra-Crespo P， Amor F M D. Effects of Postharvest Treatments on Fruit Quality of Sweet Pepper at Low Temperature[J].Journal of the Science of Food & Agriculture，2010，90（15）：2716–2722.

[3]康樂，王海洋.我國生物技術育種現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].中國農(nóng)業(yè)科技導報，2014（1）：16-23.

（責任編輯：劉昀）