節(jié)水灌溉對塊根作物和土壤微生物影響的研究進(jìn)展

摘要：我國是人均水資源匱乏的國家，節(jié)水灌溉對于綠色農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實(shí)意義。本文圍繞節(jié)水灌溉對塊根作物產(chǎn)量與品質(zhì)、農(nóng)田土壤微生物的影響，闡述當(dāng)前研究進(jìn)展，并提出亟待解決的關(guān)鍵問題，以期為塊根作物增產(chǎn)提質(zhì)和水資源高效利用提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：節(jié)水灌溉；塊根作物；產(chǎn)量；品質(zhì)；土壤微生物

中圖分類號：S157 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）04-0-05

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.04.034

Research progress on the effects of water-saving irrigation on root crops and soil microorganisms

HUANG Yan1， JIN Qiu2， CHEN Jingnan1， XIAO Ying3， SHE Xiangyu4， HOU Maomao3

（1. School of Horticulture and Landscape Architecture， Fujian Vocational College of Agriculture， Fuzhou 350000， China;

2. Nanjing Hydraulic Research Institute， Nanjing 210000， China; 3. College of Horticulture， Fujian Agricultural and Forestry University， Fuzhou 350002， China; 4. Fujian Talos Co.， Ltd.， Fuzhou 350000， China）

Abstract： China is a country with limited per capita water resources， and water-saving irrigation is of great practical significance for green agriculture and sustainable economic and social development. Focusing on the impact of water-saving irrigation on the yield and quality of root crops， as well as soil microorganisms in farmland， this paper elaborates on the current research progress and proposes key issues that urgently need to be solved， in order to provide theoretical basis for increasing yield and improving quality of root crops and efficient utilization of water resources.

Keywords： water-saving irrigation; root crops; yield; quality; soil microorganisms

我國是人均水資源相對匱乏的國家，人均水資源占有量僅為世界人均占有量的1/4[1]。我國農(nóng)業(yè)水資源的有效利用系數(shù)為0.4～0.5，與發(fā)達(dá)國家（0.7～0.8）相比仍有較大差距[2-3]。因此，努力緩解用水矛盾、推進(jìn)水資源管理、建設(shè)節(jié)水型社會和發(fā)展綠色節(jié)水農(nóng)業(yè)十分緊迫。塊根作物是以根系為主要收獲部位的作物，如蘿卜、薯類和萵苣等，其對土壤水資源供應(yīng)較為敏感，節(jié)水灌溉對塊根作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成有直接影響。另外，節(jié)水灌溉通過影響土壤環(huán)境，對土壤微生物繁殖和群落平衡產(chǎn)生不同程度的影響，進(jìn)而改變土壤養(yǎng)分有效供給，最終在作物產(chǎn)量和品質(zhì)上有所體現(xiàn)。本研究圍繞節(jié)水灌溉下塊根作物農(nóng)藝表現(xiàn)和土壤微生物響應(yīng)展開綜述，提出尚未解決的問題，以期為農(nóng)業(yè)水資源高效利用提供有益依據(jù)。

1 節(jié)水灌溉對塊根作物產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究進(jìn)展

1.1 蘿卜

灌溉對蘿卜生長、產(chǎn)量、品質(zhì)和水資源利用的影響已有不少研究。廉曉娟等[4]探索線播青蘿卜這一栽培模式下的適宜灌溉方式，結(jié)果表明，對于線播青蘿卜產(chǎn)量而言，噴灌最低，畦灌最高，滴灌介于兩者之間，但是滴灌對青蘿卜品質(zhì)改善明顯，蘿卜上部的可溶性固形物比畦灌和噴灌分別高19.38%和6.70%，綜合產(chǎn)量、品質(zhì)等表現(xiàn)，滴灌是青蘿卜適宜的灌溉方式。朱國龍等[5]采用盆栽試驗(yàn)，研究土壤水分對櫻桃蘿卜生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響，同時分析櫻桃蘿卜栽培土壤含水量、農(nóng)藝性狀、光合特性及水分利用等相關(guān)指標(biāo)的變化規(guī)律，結(jié)果表明，負(fù)壓-9 kPa的供水條件下，櫻桃蘿卜的產(chǎn)量、水分利用效率和生物量水分利用效率最高。這一研究明確土壤水分與櫻桃蘿卜水分利用的關(guān)系。陳高聽[6]研究不同滴灌制度結(jié)合不同尿素追施頻次對蘿卜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，并建立模型模擬不同處理下土壤硝態(tài)氮的空間分布，結(jié)果表明，滴灌施肥有利于土壤水分和養(yǎng)分在設(shè)施蘿卜整個生育期內(nèi)都保持較為合適的水平，從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)提效，并降低對環(huán)境的污染。沈冰等[7]針對當(dāng)前農(nóng)業(yè)水資源短缺的問題，以白蘿卜為試驗(yàn)材料，設(shè)計3種灌溉方式（滴灌、噴灌、管灌），同時測算白蘿卜種植的成本和效益，得出經(jīng)濟(jì)性最好的灌溉方式為膜下滴灌，該灌溉方式具備節(jié)工、提效、節(jié)水、省地等綜合優(yōu)勢。朱桓等[8]研究蘿卜光合作用和產(chǎn)量形成對不同灌水處理的響應(yīng)，結(jié)果表明，地膜覆蓋下少灌水或者不灌水更有利于蘿卜光合特性的改善，有效增加產(chǎn)量，降低水資源損耗。

1.2 薯類

樊吳靜等[9]研究膜下滴灌條件下木薯塊根產(chǎn)量和土壤基本理化性質(zhì)對不同灌溉處理的響應(yīng)，試驗(yàn)設(shè)計450 m3/hm2、750 m3/hm2、1 200 m3/hm2的灌溉定額，結(jié)果表明，3種灌溉定額下木薯塊根產(chǎn)量比傳統(tǒng)灌溉處理分別增加46.20%、75.60%和93.45%，可見膜下滴灌有利于木薯塊根產(chǎn)量的提升，隨著膜下滴灌定額的增加，其增產(chǎn)效益也有所提升。李成龍[10]以“青薯9號”為試驗(yàn)材料進(jìn)行青薯補(bǔ)灌量的研究，苗期補(bǔ)灌量設(shè)為30 mm，盛花期補(bǔ)灌量設(shè)為40 mm，結(jié)果表明，在覆膜條件下進(jìn)行補(bǔ)灌可以有效提青薯產(chǎn)量。王迎男等[11]探討不同馬鈴薯品種的水分利用效率以及氮肥農(nóng)學(xué)利用效率，結(jié)果表明，商品薯水分利用效率目前仍處于較低的水平，采用節(jié)水灌溉可以為商品薯水分利用效率的提升創(chuàng)造良好條件。吳昌智等[12]認(rèn)為，木薯水分利用效率有較大的提升空間，其設(shè)置3種灌溉方式（滴灌、小管出水、微噴灌），并研究不同灌溉方式下木薯根區(qū)的水分分布和歸趨，結(jié)果表明，滴灌抑制木薯田間蒸發(fā)的效果最佳，微噴灌濕潤面大，棵間蒸發(fā)較高，水分總散失量比滴灌高，綜合而言，滴灌對于木薯的節(jié)水增產(chǎn)效應(yīng)最優(yōu)。單忠英等[13]以“新選048”木薯為試驗(yàn)材料，研究木薯的灌水量和灌溉技術(shù)，結(jié)果表明，在相同灌水量條件下，膜下滴灌土壤物理性質(zhì)、木薯農(nóng)藝表現(xiàn)以及土壤肥力等指標(biāo)均優(yōu)于其他處理，且從改良土壤理化性質(zhì)和促進(jìn)木薯產(chǎn)量形成來看，灌水量1 200 m3/hm2的膜下滴灌處理效果最優(yōu)。莫凡等[14]采用3種灌溉方式（膜下滴灌、常規(guī)滴灌和微噴灌），開展不同處理下木薯產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀差異的研究，結(jié)果表明，在相同灌溉定額條件下，與其他灌溉處理相比，膜下滴灌處理的木薯性狀更優(yōu)。樊吳靜等[15]以“華南205”木薯為試驗(yàn)材料，比較滴灌、噴灌和不灌對土壤物理性質(zhì)和木薯產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，滴灌處理土壤含水率較不灌處理增加14.39%，土壤孔隙度也有所增加，木薯塊根產(chǎn)量增加85.07%，表明滴灌可以有效節(jié)水且促進(jìn)木薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。劉宗強(qiáng)等[16]探討滴灌對木薯農(nóng)藝性狀的影響，發(fā)現(xiàn)不同灌溉量條件下木薯的生長性狀有顯著差異，適宜灌水量對于木薯的株高提升、莖粗增大以及綠葉數(shù)增加有明顯的正向作用。

1.3 萵苣

相比其他塊根作物，目前關(guān)于萵苣節(jié)水灌溉的研究較少。史偉杰等[17]采用“射手101”結(jié)球萵苣作為試驗(yàn)材料，設(shè)計不同節(jié)水灌溉方式（膜下微噴灌、膜下地表滴灌、膜下地下滴灌和加氣滴灌等），以傳統(tǒng)的管灌方式為對照處理，研究不同節(jié)水灌溉方式對結(jié)球萵苣產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，節(jié)水灌溉處理節(jié)水優(yōu)勢明顯，節(jié)水率可以超過50%，結(jié)球萵苣的主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)（葉片數(shù)、最大葉質(zhì)量、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量等）均有所改善，表明節(jié)水灌溉具有較好的增產(chǎn)提質(zhì)效果。潘祿定[18]研究套種條件下萵苣的灌溉模式，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)漫灌改為深溝灌水有利于減少病蟲害，提高生產(chǎn)效益，減少田間勞動強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收。李友麗等[19]研究節(jié)水灌溉對萵苣生產(chǎn)指標(biāo)、葉綠素含量和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，并開發(fā)配套的水肥一體化設(shè)備，研究表明，在節(jié)水灌溉模式下，水肥自動管理將萵苣產(chǎn)量提升25%，灌水總量減少23.8%，每667 m2的年收益提高2 850元，節(jié)水灌溉及其配套設(shè)施的應(yīng)用具有較好的增產(chǎn)增收效應(yīng)。曹晨星等[20]研究不同潮汐灌溉高度對萵苣生長和產(chǎn)量品質(zhì)形成的影響，并探尋最優(yōu)的灌溉制度，結(jié)果表明，灌溉間隔時間1 h、灌溉維持3 min的條件下，灌溉高度為

2 cm，葉用萵苣的綜合產(chǎn)量最高。王志偉等[21]以“太原筍”萵苣為試驗(yàn)材料，設(shè)計3種灌溉模式，其中包括2種節(jié)水灌溉模式（固定隔溝灌溉、隔溝交替灌溉）和1種常規(guī)灌溉模式（溝灌），結(jié)果表明，隔溝灌溉模式下，萵苣的農(nóng)藝表現(xiàn)與常規(guī)灌溉沒有顯著差異，但是可節(jié)水22.2%，水分利用效率提高26.9%，表明隔溝交替灌溉技術(shù)應(yīng)用于萵苣生產(chǎn)具有較好的節(jié)水效應(yīng)。

值得注意的是，盡管萵苣產(chǎn)量品質(zhì)與灌溉模式關(guān)系的研究已有不少，但是萵苣裂莖率的關(guān)注十分有限。萵苣裂莖是水肥不合理造成的生理病害，其發(fā)生率與灌溉模式密切相關(guān)。目前，萵苣裂莖已成為福建省萵苣栽培區(qū)增產(chǎn)增收的主要限制性因子，也是產(chǎn)業(yè)上亟待解決的問題。

2 節(jié)水灌溉對農(nóng)田土壤微生物影響的研究進(jìn)展

關(guān)于節(jié)水灌溉及其配套措施對農(nóng)田土壤微生物的影響，前人已開展一定研究并取得豐富的成果。

劉小剛等[22]設(shè)置4個灌溉水平，包括充分灌溉和3個虧缺灌溉處理，發(fā)現(xiàn)與充分灌溉相比，輕度虧缺灌溉對土壤細(xì)菌、放線菌數(shù)量有一定影響，但影響并不明顯；中度和重度虧缺灌溉下，根區(qū)細(xì)菌、真菌和放線菌數(shù)量降低8.94%～47.06%。張雪梅等[23]采用4種噴灌制度，對作物根際土壤微生物對不同噴灌處理的響應(yīng)開展研究，發(fā)現(xiàn)適當(dāng)延長灌水周期，對于提高根際土壤酶活性、有機(jī)碳含量及土壤微生物熵有重要促進(jìn)作用。徐悅悅[24]研究少免灌條件下土壤微生物呼吸特征，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的畦灌相比，補(bǔ)充灌溉量小于75 mm時，少免灌處理的土壤微生物量提升4.08%～34.62%。

商放澤等[25]研究不同灌水及其配施氮肥對土壤微生物量的影響，結(jié)果表明，相比其他微生物，放線菌和革蘭氏陽性菌生長速率明顯更高。李耀霞等[26]研究不同灌水上限和施肥量對設(shè)施土壤根際微生物活性的影響，結(jié)果表明，細(xì)菌、真菌和放線菌在不同生育期的數(shù)量增減存在差異，細(xì)菌數(shù)量在作物不同生育期根際微生物的組成中均占據(jù)優(yōu)勢，且均在作物生育中期達(dá)到最高，中水中肥處理下達(dá)到107.67×106 CFU/g。馬建輝[27]探索溫室土壤叢枝菌根真菌群落結(jié)構(gòu)對膜下滴灌下不同灌溉制度的響應(yīng)，試驗(yàn)將水吸力分別設(shè)計為20 kPa、30 kPa及40 kPa，灌水控制上限均為6 kPa，結(jié)果表明，當(dāng)土壤水吸力為30 kPa時，香農(nóng)多樣性指數(shù)顯著提升。

谷鵬等[28]研究灌溉方式對土壤微生物和土壤通透性的影響和作用機(jī)制，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同灌溉方式對土壤微生物豐度的影響達(dá)到顯著水平。其中：對于提升土壤微生物豐度的效果，噴灌最優(yōu)，滴灌次之，溝灌最差；與溝灌處理相比，細(xì)菌豐度在滴灌條件下增加17.8%，噴灌條件下增加30.6%，真菌豐度分別增加13.09%和21.68%，放線菌豐度分別增加3.87%和59.72%。史曉凱[29]研究蓄水坑灌這一獨(dú)特的節(jié)水灌溉方式下土壤微生態(tài)環(huán)境的變化，結(jié)果表明，蓄水坑灌對土壤中水分、養(yǎng)分運(yùn)輸通道有關(guān)鍵影響，會誘導(dǎo)微生物向30～70 cm土層遷移和聚集，對植物根際土壤微生態(tài)環(huán)境的影響十分明顯，導(dǎo)致部分微生物不適應(yīng)新環(huán)境而逐漸出現(xiàn)數(shù)量降低，最終被淘汰；其他與新環(huán)境相適應(yīng)的微生物得到馴化并大規(guī)模繁殖，最終形成不同微生物組成結(jié)構(gòu)的差異。

3 尚待解決的問題

當(dāng)前，節(jié)水灌溉對塊根作物和土壤微生物影響的研究已不乏報道，但仍有部分問題亟待解決。

3.1 節(jié)水灌溉影響作物產(chǎn)量品質(zhì)的機(jī)理尚待深入挖掘

目前，節(jié)水灌溉對塊根作物產(chǎn)量品質(zhì)和土壤微生物影響的研究已有不少，但兩者相對割裂，原因可能是兩者分別屬于植物學(xué)科和土壤學(xué)科。節(jié)水灌溉影響微生物活動的過程必然會造成土壤養(yǎng)分形態(tài)的改變，進(jìn)而對作物養(yǎng)分吸收造成影響。因此，節(jié)水灌溉-土壤微生物-作物產(chǎn)量品質(zhì)的關(guān)聯(lián)性與機(jī)理性研究有待深入。

3.2 節(jié)水灌溉對作物非傳統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的研究需要重視

目前，作物品質(zhì)的研究往往更關(guān)注營養(yǎng)品質(zhì)或與檢驗(yàn)檢疫密切相關(guān)的指標(biāo)（激素、重金屬、農(nóng)藥殘留等），對過程性指標(biāo)（病蟲害）和商品性指標(biāo)（裂莖率）的關(guān)注十分有限，直接導(dǎo)致農(nóng)民增產(chǎn)但不增收。因此，科學(xué)構(gòu)建評價指標(biāo)體系，實(shí)現(xiàn)作物品質(zhì)的全面評價，是需要解決的另一問題。

3.3 節(jié)水灌溉對根域微環(huán)境的研究有待開展

根域是指作物根系周邊的環(huán)境，灌溉對根域微環(huán)境評價指標(biāo)（孔隙、持水量、導(dǎo)水率、pH、氧化還原電位等）均有不同程度的影響，這些影響綜合作用于土壤微生物，最終反映于作物產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，要深入研究節(jié)水灌溉對根域微環(huán)境的影響，進(jìn)一步探索其與土壤微生物、作物產(chǎn)量品質(zhì)的關(guān)系。

4 結(jié)語

塊根作物以根系作為收獲的主要部分，產(chǎn)量形成部位直接與水接觸，對水資源供應(yīng)十分敏感。本研究針對塊根作物需水特性，圍繞節(jié)水灌溉下塊根作物產(chǎn)量品質(zhì)形成和土壤微生物響應(yīng)過程展開綜述，并提出當(dāng)前急需解決的問題，為農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展和水資源高效利用提供有益參考。

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