气候变化背景下农田灌溉措施的现状与思考

陈金陵

(昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明 650500)



气候变化背景下农田灌溉措施的现状与思考

陈金陵

(昆明理工大学现代农业工程学院，云南昆明 650500)

在过去的几十年中，随着CO2, CH4, N2O等温室气体的不断排放，全球气候正在不断变暖。气候变化已经对农田生态系统带来了很大的变化，特别是对农田灌溉带来较大的影响。水对农作物生长具有重要作用，而干旱半干旱地区的灌溉水源却存在着不稳定性；气候变化引起的气温升高则会促进水分的蒸发，加剧水资源危机。该文综述了主要的气候因子如温度和降水变化的背景下农田灌溉措施对农田生态系统的影响，包括作物生长、产量和水分利用效率等方面。旨在为21世纪全球气候变化给农田生态系统带来挑战情况下的农田灌溉措施提供参考。

气候变化；灌溉措施；农田生态系统

相关数据显示，从1750～2005年大气中的CO2已从280 ml/m3增加到379 ml/m3，从1901～2000年全球地表平均温度上升了0.74 ℃[1-2]。气候变化引起了一系列的极端天气现象，如一旦发生气象灾害则受灾面积广、受害人数众多、损失巨大。如2009年以来，西南地区的“季节性干旱”，尤其是云南百年一遇的大旱，10年江西、四川地区的“强暴雨灾害”等。

为研究气候变化对农田灌溉的影响，李春龙等[3]通过对长江流域各区域多年降雨变化分析，发现各区域呈现出不同的变化趋势。而降雨和灌溉渗入是农田水分的主要来源[4]，面对降雨和灌溉水源不稳定的趋势，必须通过合理地灌溉才能保证农田生产的稳定与安全。文章主要综述了在气候变化背景下不同灌溉措施对农田生产的影响，为今后不同地区不同环境的农田采取合理的灌溉措施提供参考。

1 气候变化对农田灌溉的影响

农田灌溉是通过合理的节水灌溉措施，以作物生命需水信息为基础，以提高农田水分利用效率为核心，以提高作物产量为目标，为作物节水、高产和优质提供技术支撑。目前，已经出现了较多的农田节水灌溉技术，比如沟灌、喷灌、滴灌、渗灌等。他们各有特点，应当在气候变化的背景下选择适合不同地区、不同作物的灌溉措施，力求灌溉水利用效率最大化，为高标准农田节水、高产奠定基础。

1.1 沟灌 沟灌是我国地面灌溉中一种普遍使用的灌溉方法。灌溉前在作物行间开挖灌水沟，水分在灌水沟内流动过程中借助毛细管的作用润湿根区土壤。其优点是不会破坏作物根部附近的土壤结构，适用于宽行距的中耕作物[4]，比漫灌相节水30%～40%。缺点是一次灌水量较大，植物的蒸发蒸腾量仍很大。沟灌的灌溉面积大，会造成无效的土壤水分蒸发增加，且土壤含水量高、湿度大，增加了植株蒸腾量。由气候变化引起的气温升高，必然不同程度的加速植物蒸腾；同时气候变化引起干热风出现的频率增加、日照时数的增大，导致干旱、半干旱地区农作物的蒸发量增大，甚至对农作物的生产带来不利影响，加之，沟灌由于湿度高还容易引发病虫灾害的发生。由此看出，虽然常规沟灌种植面积较大，但并不是理想的灌溉方法。

为解决沟灌方式水分利用效率低下的现状，康绍忠[5]提出了隔沟交替灌溉的节水灌溉技术。梁宗锁[6]的研究表明：与常规沟灌相比，交替隔沟灌溉在节水33.3%的情况下而不引起产量的下降。他们的研究还表明，隔沟交替灌溉的方法可以明显减少棵间蒸发、降低蒸腾速率，不仅有节水、提高产量的优点，同时，还能够提高作物的品质。隔沟交替灌溉之所以有这样的效果，主要是因为降低了棵间无效蒸发，由于垄两侧的灌水沟存在含水量差，侧渗增加，减小深层渗漏。在保持光合速率不下降的前提下使蒸腾速率下降，最终表现为水分利用效率大大提高[6]。由此看来，隔沟交替灌溉比常规沟灌能更有效提高水分利用率，同时提高作物的产量与品质。因此，该技术在干旱半干旱地区具有广阔的应用前景。

1.2 喷灌 喷灌是一种较为先进的全面灌溉方法，利用喷头等专门设备把有压水喷洒到空中，形成水滴后像降雨一样落到地面和作物表面。国内不少学者对喷灌进行了大量的试验研究，杨晓光[7]等研究表明喷灌具有降低近地面温度，提高作物生长区大气湿度，调节田间小气候的作用。与全球气候变暖的趋势相反，喷灌可以适当的降低温度，与地面灌溉相比，可降低冠层温度使其维持在适宜光合作用的温度范围(20～25 ℃左右)内；同时可以增大气孔阻力，进而降低蒸腾速率，其研究还表明喷灌的水分利用效率比地面灌溉高出52%。此外，喷灌较地面灌溉最高可提高小麦产量491.4 kg/hm2，主要是通过延迟弱势粒的灌浆期来提高小麦的千粒质量，进而提高小麦产量[8-9]。可见，喷灌技术对提高小麦的产量与品质有一定的促进作用。但是，喷灌受风速影响较大，当喷灌区有风时不仅会影响灌溉的均匀度，而且会加速植物腾发。当风速超过5.5 m/s时，影响作用尤为明显。在风速较大的地区不提倡采取喷灌的灌溉方法。

有研究表明，近47年来重庆各季和全年的平均风速均呈现减弱趋势[10]，近50年来西北地区的年平均风速也呈减弱趋势[11]。可见，全国风速整体上正呈现减小的趋势。引起风速减小的可能原因是由于全球气候变暖而引起的大气环流变化[12]。由此看来，全球气候变暖引起的风速减小对减慢植株的腾发有一定的缓解作用。

1.3 滴灌 滴灌属于局部灌溉，由滴头直接把水滴在作物根区的土壤表面，其水分利用效率可达95%，是我国干旱地区最有效的节水灌溉方式之一。膜下滴灌在我国新疆干旱地区已经有了很好的发展，张治等[13]研究表明采用膜下滴灌在作物生育前期起到保温保墒的效果，可以在一定程度上提高地温，有利于作物的生长，到了生育后期效果减弱，可进行揭膜处理。滴灌对提高水分利用效率有很好的效果，李毅杰等[14]发现使用65%田间持水量作为土壤水分下限，与沟灌相比，虽然甜瓜单果重下降3.2%，但是水分利用率提高76.4%，节水58.1%。王聪聪等[15]发现60%～70%的田间持水量作为水分控制下限可达到高产、优质、节水的目的。可见，灌水较大并不能达到农田生产的最优效果，应选择适宜的水分下限作为田间灌溉的标准，这样才能提高水分利用效率。滴灌之所以有较高的水分利用效率主要是因为减少土壤湿润面积降低了无效的棵间蒸发，从而减少了水分浪费。而且滴灌能够保持较好的根部土壤结构，改善了根区土壤的通气状况，为农作物生长创造了更为有利的根区微环境条件。与沟灌相比，能够使地表湿度减到最小，因此可以减少病虫害的发生，有利于产量与品质的提高。虽然滴灌减少了棵间的无效蒸发，但是由气候变暖温度升高却会引起较高的蒸腾量，同时滴灌技术在推广应用中会导致土壤次生盐渍化的发生。次生盐渍化是干旱半干旱地区影响农业生产发展的主要问题之一，而洗盐措施则会导致土壤肥料的流失，造成不必要的浪费。因此盐碱化地区推广滴灌技术还需要结合当地的实际情况和适宜的农艺措施，这样才能使滴灌技术发挥更大的效益。

此外，张乐森[16]通过采用滴灌施肥与沟灌施肥相对比发现，滴灌施肥不仅可以节水24.25%～26.65%，增加大葱产量10.36%，还可提高水分利用效率26.59%，促进对各种肥料的吸收。刘虎成等[17]发现滴灌施肥处理的生姜植株氮磷钾利用率较常规沟灌施肥显著增加，同时还显著提高生姜根茎经济产量17.94%以及水分利用效率112.71%，在肥料减量20%的情况下仍有很好的效果。可见，采用滴灌施肥比常规施肥效果更佳，可以减少氮流失量，减少对土地的污染。因此，田间应用滴灌技术时，可选择适宜的滴灌施肥方式，如近年来，引起国内外众多学者关注的，广大政府部门高度重视的滴灌水肥一体化技术，确实对提高作物根区水肥利用效率起到积极的促进作用。

1.4 渗灌 渗灌，即地下滴灌，是利用地下管道系统将灌溉水引入田间耕作层借毛细管作用自下而上湿润土壤的方式，是目前世界范围内最节水的灌溉技术之一。牛西午等[18]发现：提高苹果相同产量，渗灌比漫灌节水，且提高果品品质。与沟灌相比，渗灌也可节水36.7%，生产效率提高70.7%[19]。冯利平等[20]通过3年试验发现，渗灌比喷灌平均节水43.9%，小麦产量提高9.5%。可见，渗灌有很好的节水效果，能显著提高水分利用效率。这主要是因为渗灌减少了棵间无效的水分蒸发，提高水分利用效率；渗灌技术将水分直接输送到植物根系层，提高了根系对水分的吸收；而且地表干燥，不易产生病虫害及杂草、减少农药的使用；同时也提高了地表温度，为作物生长提供有利环境，这些优势都有利于作物产量与品质的提高[21]。由此看来，渗灌与地面滴灌相比，大大减少了地表蒸发，而且不占用田间耕地便于机械化操作。

然而由于地表未浇水，因气候变化、气温升高造成的地表干裂则会降低植株的出芽率，对作物苗期生长会产生不利的影响，最终影响作物的产量。张玉龙等通过对比试验发现，滴灌技术更有利于改善并保持土壤有机氮的作用，渗灌则需要深施或者少施氮肥[22]；与沟灌相比，渗灌和滴灌为植物根系生长创造更有利的土壤环境，促进根系的吸收，为稳产和高产提供基础[23]。综上所述，各种灌溉措施均有优缺点，过去围绕单一的节水灌溉技术在平原地区进行了较为深入的研究，将来还需要将各种灌溉技术的优缺点深度融合，力求提出新的节水灌溉技术，并研发出新的节水灌溉设备，解决山区农业水资源利用效率低下的突出问题。

2 结语

全球气候变化仍在加剧，水资源短缺问题日益突出，水资源亏缺已严重困扰着农业的可持续发展。因此，必须转变以往粗放的灌溉模式，发展节水灌溉。传统的灌溉方法不仅浪费水资源、水分利用率低，而且不适宜的灌溉制度还会造成作物的低产量与低品质。因此，必须改变传统的农田灌溉模式，大力推广节水高效的农田灌溉技术，缓解气候变暖对农业生产造成的不利影响[24]。

合理的灌溉应该要满足成本低，水分利用效率高，不会造成盐渍化等要求。干旱半干旱地区如何在气候变化的背景下，依据作物生长和土壤的特点，结合覆膜和秸秆还田等技术，在选择适宜的节水灌溉措施条件下，依据作物生命需水信息的要求，重新改写农作物的灌溉制度已经成为亟待解决的问题，还需要做出系统深入的研究。

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Status Quo and Thinking of Farmland Irrigation Measures under the Background of Climate Change

CHEN Jin-ling

(Faculty of Modern Agricultural Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650500)

As the greenhouse gases (CO2, CH4, N2O) are emitting constantly, the global climate is warming. In the past several decades, climate change has brought great changes to farmland ecosystems, especially adverse effects brought to farmland irrigation. Water plays an important role in the growth of crops, while the irrigation water in arid and semi-arid regions is unstable. On the other hand, temperature rising caused by climate change will promote the evaporation and aggravate the water crisis. This paper summarized the effects of irrigation measures on farmland ecosystems under the background of major climatic factors such as temperature and precipitation changing, including crop growth, yield, and water use efficiency. The aim is to provide references for irrigation measures at the challenge of global climate change brought to farmland ecosystem in the 21st century.

Climate change; Irrigation measures; Farmland ecosystems

陈金陵(1991-)，女，江苏南京人，硕士研究生，研究方向：农业节水灌溉。

2015-04-22

S 274

A

0517-6611(2015)17-378-03