我国农业节水技术研究概述

高静 王楠 樊鑫

摘 要 我国的水资源匮乏且时空分布不均，水是限制农业发展的重要因素。简单概述了灌溉技术、农艺栽培方式、抗蒸腾剂和生物工程4个方面的农业节水方式。

关键词 节水农业；干旱；灌溉

中图分类号：F323.213 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2016）12--02

水是继土地面积之后影响水稻、小麦等作物的产量的第二大限制因素。水分亏缺可以使植物积累大量活性氧、损伤其生物膜系统、降低其光合作用、降低植物细胞膨压、限制冠层面积的增加等，进而抑制植物生长、使作物减产。我国农业用水效率低下，存在水资源短缺与浪费并存的现象。如何提高水分利用效率变成科学家面临的重要问题。水资源短缺是全球经济社会发展的主要制约因素。目前，我国农业生产上高效节水措施类型多样，本文对其进行简单概述。

1 节水灌溉技术

1.1 喷灌

喷灌技术，是用专门的输送设备（泵、管道或喷头等）给水加压或利用水的自然落差将水输送到田间，通过喷头将水以雨滴的形式均匀喷洒在土壤和农作物上进行灌溉，对地形要求不高，适宜于多数旱作物[1]，既能给作物灌溉，又能喷施农药。我国从20世纪70年代就开始推广喷灌技术，现在这项技术有了长足发展，在未来现代化农业生产上有着举足轻重的作用。

1.2 微灌

微灌技术包括滴灌、微喷灌和涌流灌等，自1974年墨西哥政府赠送我国第一套微灌设备以来，我国就开始在引进国外微灌技术的基础上，加紧自主创新，微灌工程面积日益增大。它是利用管道将微小流量的水分和养分输送到作物根部的土壤中，根据作物对水的需求对其进行局部浸润，适宜于干旱缺水的地区，用水量小但是设备投资高，而且出水口易堵塞，操作要求高。

1.3 渗灌

渗灌是将原来的地上灌溉改为地下对植物根系直接进行灌溉，分为低压渗灌和重力渗灌两种，已成功运用于蔬菜、园艺花卉、果树和棉花等中。渗灌几乎无地表径流，能有效减少灌溉水分的蒸发流失，将水分、肥料等精确输送到植物根系土壤中。渗灌对地形要求不高，输送水的速率可调，具有节水、节电、增产的优势。

1.4 膜上灌溉

膜上灌溉，是指在地膜栽培的基础上，地膜两侧筑起畦埂，并把地膜两边翘起埋入畦埂中，将陇上覆膜改为畦上铺膜，让水在膜上流动，通过放苗孔和专用灌水孔向作物供水的灌溉方法，膜上灌溉又分为适用于坡度平缓地段的封闭膜上灌和适用于大坡度地段的流通膜上灌。相比喷灌和微灌，膜上灌溉操作规程简单，投入少成本低，节水低耗。

1.5 作物调亏灌溉

作物调亏灌溉，是由澳大利亚持续灌溉农业研究所Tatura中心于20世纪70年代中期提出的，其生物学基础是根据作物的遗传特征，在不同生长发育阶段对其进行一定的干旱胁迫， 让作物得到干旱锻炼，促进其根系生长，增加根冠比，提高其抗旱能力，从而达到节水增产和改善作物品质的目的。调亏灌溉还可以减少营养器官生长，提高光合产物向生殖器官的分配比例，以获得更高的经济产量，改善作物的品质，提高经济价值。

1.6 干湿交替灌溉

干湿交替灌溉，是利用适度水分亏缺可以提高植物抗逆性的原理，在水稻的一定生育期进行晒田，增强土壤水分蒸发，使土壤不严重干裂，再灌溉，再落干，如此往复循环。干湿交替灌溉可以增加根表面积，促进作物对水分和养分的吸收，提高其水分利用效率和产量。

2 农艺栽培方式

2.1 覆盖保墒

覆盖保墒，是指用作物秸秆或地膜进行覆盖，对雨水和灌溉水截留，增加水分向土壤内渗透，调节土温，改善土壤结构，减少土壤表面水分蒸发，蓄水保墒，充分挖掘水资源潜力，从而提高水资源利用效率，还能达到抑制杂草生长的目的。覆盖保墒技术操作简单，易掌握，根据覆盖材料的不同分为地膜覆盖和秸秆覆盖两种形式，相对地膜覆盖来说，秸秆覆盖取材方便，成本低。

2.2 水肥耦合

水肥耦合技术，是利用“以肥调水，以水促肥”的原理，根据不同水分条件，将灌溉用水与施肥的种类、数量和时间上相结合，影响叶面积指数，改善叶片光合速率，促进作物根系伸长，扩大根系的吸水面积，减少土壤的无效蒸发，解决水分供需矛盾。

3 抗蒸腾剂

气孔由保卫细胞组成，是植物叶片上重要的器官，能控制植物光合作用CO2气体交换和蒸腾作用水分的散失，植物吸收的水分大多通过蒸腾作用散失到大气中，如何控制气孔运动减少植物奢侈蒸腾用水是农业节水的重要研究方向。抗蒸腾剂就是作用于植物表面，能够调节植物蒸腾作用，提高植物水分利用效率的一类物质的总称。抗蒸腾剂已经被成功的用于农业和园艺作物上，以此提高它们的品质。抗蒸腾剂常常用于鲜花的保鲜、延长果实保质期和保证移栽树苗的成活率上。将抗蒸腾剂喷施于采摘的辣椒上，可以提高其保存期和品质[2]。根据抗蒸腾剂的作用方式和特点，可将其分为3类。

3.1 反射型

此类物质喷施到叶片的表面后，能够有选择性的反射无效光合辐射，减少叶片吸收的太阳辐射，降低叶片温度，减少蒸腾，而光合作用基本不受影响。常见的反射型抗蒸腾剂有高岭土和高岭石。反射型抗蒸腾剂还可直接对病原真菌生长和形态产生影响。

3.2 成膜型

成膜型抗蒸腾剂成份为一些有机高分子化合物，可在叶表面形成一层很薄的膜，封闭气孔，理想成膜型抗蒸腾剂可阻止水分通过，降低水分蒸腾，但可以透过CO2和O2，不影响光合作用。当前常见的成膜型抗蒸腾剂有：Wilt-Pruff、Vapor Gard、Mobileaf、Folicote、Plantguard、十六烷醇乳剂和氯乙烯二十二醇等（均为商品名）。成膜型抗蒸腾剂可以降低蒸腾速率，提高其相对含水量，使枝叶繁茂，从而增加植物抗旱性。

3.3 代谢型

此类抗蒸腾剂也称气孔抑制剂。这类物质通过影响生化反应或者细胞膜的渗透性，调节保卫细胞彭压，使气孔开度减少或关闭气孔，增加叶片的抗水蒸汽扩散能力，从而降低水分蒸腾量，是促进植物抗旱的重要物质。常见的代谢型抗蒸腾剂有苯汞乙酸、脱落酸（ABA）、碳酸镁、碳酸钠、CaCl2、三唑酮、阿特拉津、甲草胺和黄腐酸等，大多是一些杀菌剂、除草剂、代谢抑制剂和植物生长调节剂。

4 生物工程

通过杂交、转基因育种、分子标记辅助选择育种等手段选育抗旱高产优质的节水新品种。

4.1 杂交育种

杂交育种指不同种群、不同基因型个体间进行杂交，并在其杂种后代中选择将其优良性状集合于一体的群体，获得遗传性状相对稳定的优质纯合品种的方法[3]。杂交过中双亲的不同基因型配子结合过程中的基因重组、基因互作和基因累加等会形成各种不同基因型的后代，为选择提供丰富的材料。选择优良性状的亲本并予以适当合理的组配是杂交育种成败的关键。

4.2 转基因育种

转基因育种就是根据育种目标，从供体生物中分离出与抗逆有关的目的DNA，然后将目的DNA直接遗传转化或通过载体介导间接转入受体作物，对转化体进行鉴定、筛选获得目的基因稳定表达的遗传工程体，最后结合杂交等手段获得综合性状优良的作物新品种。转基因育种可以对作物目标性状进行定向变异，提高育种速率。

4.3 分子标记辅助选择育种

分子标记辅助选择育种将分子标记应用于作物育种中，利用与目标性状基因连锁紧密的分子标记进行间接筛选，获得目标性状的个体，不受环境影响，可同时选择多性状，加速育种进程。

4.4 分子设计育种

对于普通杂技育种来说，其后代的杂交组合类型很多，符合生产需求的组合很少，作物分子设计育种是在分子标记辅助转移、生物信息学、蛋白质组学以及转基因技术的基础上，定位相关性状的基因位点，评价这些位点的等位性变异，对育种程序中的各种因素进行模拟筛选和优化，再开展育种。这种方法在大田试验前就提出最佳的亲本选配和后代选择策略，从而减少育种盲目性，大幅度提高育种效率。

5 总结与展望

以上这些节水措施虽然提高了农业用水利用率，但也存在诸多缺点，其中灌溉工程技术前期投入和运行维护费用大，耗能高，管理不方便，受到地理因素限制，农民不易掌握其操作规程；农艺栽培方式的改变费时、费工、见效慢、效益小；化学物质保墒抗旱成本高，难自然降解，残留物危害人体健康，对环境污染严重，存在生态安全隐患；选育作物新品种研发过程偏长，其种性易退化，品种优良特性不易保持，市场推行困难。由此可见，开发节能、高效、低碳和环保的抗旱技术迫在眉睫。

5.1 结合我国国情引进国外先进灌溉技术

我国的节水农业发展较晚，荷兰、以色列、美国和日本等国在农业水资源管理利用方面有一系列完善的设备和制度，已经大量用于温室花卉和大棚蔬菜种植栽培上，我国应积极吸收学习国外的先进技术。但我国幅员辽阔，各地区地形地貌、经济条件不尽相同，应该因地制宜，应立足于我国的实际情况，发展适用于我国国情的技术和设备，切忌盲目照搬外国的产品。

5.2 加速节水创新技术的科学研究

在引进国外先进技术的基础上，要大力自主研发节水新技术。例如，在实施喷灌、渗灌技术的同时，结合水肥耦合技术，确定水肥的比例；开发无污染低成本绿色环保的新型抗蒸腾剂；对现有灌溉设备进行改进，使其最大限度地节水低能，同时便于农民操作。

参考文献

[1]牟玉娟.我国农业节水灌溉现状与发展趋势[J].山东农业科学，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]康乐，王海洋.我国生物技术育种现状与发展趋势[J].中国农业科技导报，2014（1）：16-23.

（责任编辑：刘昀）