第8章节水农作制

第8章节水农作制

水利学院农水系8.1概述全球水资源概况当今世界面临着人口、资源与环境三大问题，水资源是各种资源中不可替代的一种重要资源。水资源与环境密切相关，也与人口间接有关，因此水资源问题已成为举世瞩目的重要问题之一。地球表面约有70%以上为水所覆盖，其余约占地球表面30%的陆地也有水的存在。地球总水量为138.6×108亿m3，其中淡水储量为3.5×108亿m3，占总储量的2.53%。由于开发困难或技术经济的限制，到目前为止，海水、深层地下水、冰雪固态淡水等还很少被直接利用。比较容易开发利用的、与人类生活生产关系最为密切的湖泊、河流和浅层地下淡水资源，只占淡水总储量的0.34%,为104.6×104亿m3，不到全球水总储量的万分之一。通常所说的水资源主要指这部分可供使用的、逐年可以恢复更新的淡水资源。可见地球上的淡水资源并不丰富。我国水资源概况1水资源总量大，人均严重不足我国是一个水资源非常紧缺的国家。中国水资源总量约占全球总量的7％，人均水资源是世界平均水平的30％左右，被联合国列为13个贫水国之一，中国要用世界上7%的水维持22%人口的生产和生活。全国517个城市中有300多个城市缺水，由于水资源不足我国农业每年受旱面积达2～3亿亩，粮食减少约2．5亿公斤，工业产值每年减少1200亿元。

2水资源时空分布不均时空分配不均，南方水多，北方水少，就北方而言，年际间丰枯变化较大，年内70%降雨集中在7、8、9三个月；与土地分布不匹配，黑河—彭冲60%的人口占有40%的土地。黄淮海平原土地13.4%，耕地39%，人口占35%，GDP32%，水资源7.7%。基本情况是工程设施有限，老化失修，管理不善，供水能力不足。

(1)多水区：

年降水量大于1600mm

的地区。大致分布在我国东部沿海、云南的西部、西藏的东南部、台湾的中一带。(2)湿润区:

年降水量在

800mm～1600mm

之间的地区。大致包括了秦岭、淮河以南，长江中、下游，云、贵、川和广西自治区一带。(3)半湿润区：年降水量在400mm～800mm

之间的地区。包括黄、淮海平原地区，陕西、山西和我国东北的大部，四川西部、西藏的东部地区。(4)半干旱区：年降水量在200mm～400mm

之间的地区。包括我国东北的西部地区，内蒙、宁夏、甘肃和新疆的西北部地区。(5)干旱区：年降水量在200mm以下的地区。包括内蒙、宁夏、甘肃的沙漠，青海的柴达木盆地，新疆的塔里木、准葛尔盆地等地区。3气候变化加剧水资源供需失衡矛盾4农业用水形势严峻我国农业灌溉用水约占全国用水总量的80％以上，在灌溉水的有效利用率只有约40％，即有60％左右的水不能被作物利用。所以，农业灌溉节水在各行业的节水中是大户，节水首先要抓农业灌溉节水，不抓紧不行，节水灌溉必须靠先进机械设备来完成，因此推广节水灌溉机械化技术，势在必行。节水农作制的发展需求（1）保障农产品供给（2）提高农田用水的利用率、利用效率8.2作物节水增产的生物学依据1水分亏缺对作物生理生化的影响（1）光合（2）叶片温度（3）根系水分亏缺降低光合的主要原因有：(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢

(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多当水分亏缺时，叶片中脱落酸量增加，从而引起气孔关闭，导度下降，进入叶片的CO2减少。拍摄气孔开启的装置和实例光诱导的气孔开启(每隔5分钟拍1张)水分亏缺降低光合的主要原因有：(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢

(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多水分亏缺会使光合产物输出变慢，加之缺水时叶片中淀粉水解加强，糖类积累，结果引起光合速率下降。水分亏缺降低光合的主要原因有：(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢

(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多缺水时叶绿体的电子传递速率降低且与光合磷酸化解偶联，影响同化力形成。严重缺水还会使叶绿体变形，片层结构破坏，这些不仅使光合速率下降，而且使光合能力不能恢复。水分亏缺降低光合的主要原因有：(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢

(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多在缺水条件下，生长受抑，叶面积扩展受到限制。有的叶面被盐结晶、被绒毛或蜡质覆盖，这样虽然减少了水分的消耗，减少光抑制，但同时也因对光的吸收减少而使得光合速率降低。水分亏缺降低光合的主要原因有：(1)气孔导度下降(2)光合产物输出变慢

(3)光合机构受损(4)光合面积扩展受抑水分过多也会影响光合作用。土壤水分太多，通气不良妨碍根系活动，从而间接影响光合；雨水淋在叶片上，一方面遮挡气孔，影响气体交换，另一方面使叶肉细胞处于低渗状态，这些都会使光合速率降低。小结水分亏缺直接影响水为光合作用的原料，没有水不能进行光合作用。但是用于光合作用的水不到蒸腾失水的1%，因此往往不成为缺水影响光合作用的主要原因。间接影响(1)气孔导度下降，进入叶片的CO2减少(2)光合产物输出慢糖类积累，光合速率下降(3)光合机构受损叶绿体结构破坏(4)光合面积扩展受抑生长受抑水分轻度亏缺时，供水后尚能使光合能力恢复，倘若水分亏缺严重，供水后叶片水势虽可恢复至原来水平，但光合速率却难以恢复至原有程度。水过多土壤水分太多，通气不良妨碍根系活动，间接影响光合；雨水淋在叶片上，遮挡气孔，影响气体交换，另一方面使叶肉细胞处于低渗状态，这些都会使光合速率降低。2作物对水分胁迫的生理生化回应（1）渗透调节（2）生物化学物质渗透调节

水分胁迫时植物体内积累各种有机和无机物质，提高细胞液浓度，降低其渗透势，保持一定的压力势，这样植物就可保持其体内水分，适应水分胁迫环境，这种现象称为渗透调节。渗透调节的关键是渗透调节物质的主动积累。

渗透调节物质

（1）无机离子，如K+、Cl-、Na+、Ca2+、Mg2+、NO3-等。（2）有机物质，如可溶性糖、脯氨酸、甜菜碱等。渗调物质必须具备的性质分子量小，溶解度高；在生理pH范围内不带静电荷，能为细胞膜保持住；引起酶结构变化的作用极小，能使酶构象稳定而不至降解；生物合成迅速，并能累积到调节渗透势的水平。ABA可使生物膜稳定，维持其正常功能；延缓自由基清除酶活性下降，减少自由基对膜的损伤；促进脯氨酸和可溶性糖等渗调物质的积累，增加渗调能力；促进气孔关闭，减少蒸腾失水，维持植物体内水分平衡；调节逆境蛋白基因表达，促进逆境蛋白合成，提高抗逆能力。ABA是交叉适应的作用物质交叉适应：指植物对逆境胁迫反应之间的相互适应现象。脱落酸脱落酸是一种逆境激素或胁迫激素：3作物不同生育阶段对水分亏缺的允许程度叶水势细胞液浓度4水分亏缺对作物产量和品质的影响5节水增产的生物学依据果树调亏灌溉果树调亏灌溉是在果树生长的某些阶段，减少灌溉水量，抑制果树枝条的过旺生长，减少果树修剪量，避免养分过分向枝条倾斜，从而使更多的养分积累到促进果实生长上来，不但可节约灌溉用水，增加产量，最终还可增大果实体积，改善果实品质。

在华北地区，桃园采用调亏灌溉、矮化密植等模式，已取得明显的经济效益。传统的桃园：大树稀植、高肥水。因桃树成年后树体较大，故种植密度较低，约330株/公顷。早期树体发育慢，达到盛果期需6~7年，而成年树营养生长过旺，树冠过厚，透光性差，造成果实品质差和产量低。为解决透光问题，每年需要多次修剪枝条，耗工费时。调亏灌溉：桃树密度1300~2500株/公顷，并比传统栽培模式提前2~3年进入盛果期。主要通过调控水分供应抑制树冠发育，既大量减少修剪工作量，又解决了透光问题。根据桃树果实生长情况，可分为5个时期：开花座果期（1期）、缓慢生长期（2期）、快速生长期（3期）、充实成熟期（4期）和采后期（5期）。第二期主要以营养生长为主，枝条生长旺盛，果实生长缓慢，适宜实施调亏灌溉。

以桃树为例，调亏灌溉与充分灌溉比具有以下优点：

（１）夏季修剪量减少32％，同时，抑制了果树枝条的过旺生长，有利于密植。

（２）果实单果重增加15％。

（３）比微灌节水40％左右，比地面灌溉节水80％以上。

目前，一些研究者正探索在小麦、玉米和棉花等作物上实施调亏灌溉的可能性和实施技术，并已取得了一定进展。

8.3发展节水农作制工程节水：

水源（输配）→田间(灌溉净水量)农艺节水：田间（入渗、蒸发渗漏）→土壤计划湿润层(土壤水)管理节水：土壤（蒸腾蒸发）→作物实物产量(生理需水)农艺节水：节水抗旱品种、保墒技术(秸秆、地膜覆盖)、节水栽培耕作技术、化控节水(保水剂)、农业结构调整。

节水农业的基本概念与节水途径基本概念

节水农业:

water-savingAgriculture

充分合理利用各种可用水源，采取水利、农业、管理等技术措施，使区域内有限的水资源总体利用率最高及其效益最佳的农业，即节水高效的农业。要将自然界的水转化为农作物产量，一般要经过以下四个环节：

（1）对水资源进行合理开发，使其成为农业可用水源（2）将水从水源输送至田间（3）把引入田间的水，均匀地分配到指定的面积上贮存到土壤中（4）作物经根系吸收土壤水，通过作物体内生理、生化过程转化形成经济产量节水农业的基本概念与节水途径节水途径源头节水——开源与节流——水资源合理开发利用输水节水——减少渗漏、蒸发和径流损失田间节水——减少棵间无效蒸发，降低奢侈蒸腾管理节水——适时适量灌水节水农业的基本概念与节水途径主要技术措施1农业水资源合理开发利用技术措施

水资源优化分配技术

多水源联合运用技术雨水汇集利用技术

地下水利用技术

劣质水安全利用技术节水农业的基本概念与节水途径主要技术措施2节水灌溉工程措施管道输水灌溉技术渠道防渗技术喷灌技术

微灌技术膜上灌技术地下灌溉技术坐水种枝术沟畦改造技术节水农业的基本概念与节水途径主要技术措施3农艺节水技术措施

耕作保墒技术覆盖保墒技术水肥耦合技术

节水品种筛选技术化控保水节水技术节水农业的基本概念与节水途径主要技术措施4节水管理技术措施节水灌溉制度土灌壤溉墒预情报监技测术与灌区配水技术灌区量水技术现代化灌溉管理技术8.3.1工程节水

1渠道防渗2低压管道灌溉近几年来在我国北方特别是井灌区有较多发展。具有节水、节能、省地、省工等优点。3喷灌喷灌明显的优点是灌水均匀，少占耕地，节省人力，对地形的适应性强。主要缺点是受风影响大，设备投资高。4微灌（滴灌、微喷灌）微灌可根据作物的情况进行全部或局部湿润灌溉，局部灌溉只湿润作物附近的一部分土壤，它比灌溉更省水。滴灌微喷灌覆膜灌溉膜下灌膜上灌8.3.2农艺节水1、耕作保墒技术

深耕松土、镇压、耙、耱、中耕除草、免耕少耕2、覆盖保墒技术

地膜覆盖、秸杆覆盖、沙石覆盖3、水肥耦合技术

以肥调水、以水调肥4、节水作物品筛选技术

高效种植制度、抗旱节水、高产品种5、化控节水

保水剂、复合包衣剂、黄腐酸、多功能抑蒸抗旱剂、ABT生根粉8.3.3管理节水1、节水灌溉制度

充分/非充分灌溉制度及其它2、土壤墒情监测与灌溉预报技术张力计、中子仪、电阻法、水分湿度仪、实时适量灌水3、灌区配水技术

优化渠/管道工作制度、编制灌区水量优化调度方案4、灌区量水技术

水位、流量、水质、数字化5、现代化灌溉管理技术1．现测得某土壤容重为1.2t/m3，土粒容重为2.5t/m3，重量含水量为1