节水农业8

第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量一、农作物需水规律与需水量作物从土壤中吸收的水分，绝大部分（99.8%以上）是通过植物叶面源源不断地蒸腾进入大气，其余不足0.2%的水量留在体内成为植物的组成部分。一般将农田中消耗的总水量称为田间耗水量。对于旱田，就是植株蒸腾与棵间土壤蒸发量以及田间渗漏量之和。不考虑渗漏水量，只将植株蒸腾与棵间蒸发两项所消耗的水量加起来，称为作物田间需水量，也叫田间腾发水量。不同类别作物、同类作物不同品种、同品种作物的不同生长期和不同生产水平、不同的水文年份，需水量都不同，需水量常以m3／hm2或mm水深表示。也可以每生产单位干物质（kg或g）消耗水量表示，称为蒸腾系数；或以生产单位产品（如1kg／小麦的耗水量）表示，称为需水系数。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量组成作物需水量的第一个因素，就是植株蒸腾量。作物主要是通过叶片的气孔进行蒸腾的，各种农作物的气孔数目的差别是很大的。影响叶片气孔开闭的因素有：阳光的辐射强度、空气的温度、二氧化碳的浓度、风等自然气象条件，还有叶片的含水量。叶片含水量是受到土壤条件的影响。土壤条件包括：根层土壤含水量、土壤温度、土壤通气状况、土壤根层中溶液的浓度等。组成作物需水量的第二个因素，就是棵间蒸发量。当土壤水分饱和时，棵间蒸发强度是稳定的。当土壤蒸发量大于土壤水和地下水毛管作用的补给量时，土壤表层水分逐渐减少，土壤含水量下降，液态水的移动减弱。作物全生长期的田间耗水量称为该种作物的需水量或总需水量。各生长期或每日的需水量称为某生长期（阶段）需水量或日需水量。日需水量也叫需水（耗水）强度。任一生长期需水量占作物总需水量的反分数叫需水分配系数。现以主要作物需水量作以说明：第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量1．小麦冬小麦每公顷生产5250～7500kg的需水量为3000～5250m3。冬小麦需水量是由叶面蒸腾量与棵间土壤蒸发量组成。前者为生理需水，而后者为生态需水。从节水角度讲，棵间蒸发所占的比例越小越好，关键是如何提高栽培技术水平，降低棵间蒸发量，以提高水的利用效率。据农田灌溉研究所测定，不同产量水平棵间蒸发比例不同。667m2产193.3kg麦田棵间蒸发量占总需水量的32.8%；产365.7kg占总需水量的21.27%；产463.7kg占总需水量的19.3%。棵间蒸发量所占比例随着产量水平的提高在逐渐降低。当产量水平达到667m2产400kg时，棵间蒸发量所占比例基本上稳定在20%左右，如产量再增加棵间蒸发量所占比例基本上不变。从全生育期来看，初期所占比例在60%～90%，而后期逐渐降低，一般在10%以下。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量2．玉米玉米产量高，水的利用效率也较高，全生长期的需水量随地区和品种而异。春玉米为每公顷为4350～6000m3。夏玉米每公顷为3300～4500m3。玉米在发芽和苗期需水量并不高，耐干旱。拔节以后生长快，日需水量增加，抽雄期需水强度达到高峰，抽穗前10天到始花后20天是玉米的需水临界期，对水分十分敏感，拔节到抽雄约占总需水量的50%。生长后期（灌浆以后）日需水量逐渐减少。地区间出入较大。夏玉米的各生育阶段需水量是由棵间土壤蒸发量与叶面蒸腾量组成。从夏玉米播种到拔节，恰处于6月中、下旬至7月上旬，气温高，大气干燥，此时植株矮小，叶面积系数小，叶面蒸腾量低，棵间土壤蒸发量占较大比例，该阶段棵间蒸发量比例达60%以上。抽雄期叶面积系数达最大值，枝叶繁茂，生理活性旺盛，因而此间叶面蒸腾量所占比例大。这个时期是棵间土壤蒸发量占比例最小的时间，一般为21%～40%。从全生育期看，玉米棵间土壤蒸发量占总需水量的比例为40%～50%。一般随着产量水平的提高，棵间土壤蒸发的比例逐渐减少。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量3．棉花棉花是生长期长、根系深大、需水量较多的耐旱的作物。其需水量随地区不同而相差很大，一般在3750～6000m3／hm2之间。根据北方几省的试验资料分析，从5月中旬开始至7月上旬，包括整个苗期，是日需水强度上升期，各地上升的趋势几乎一致，约以0.06mm／d的速率递增。7～8月间为花铃期，该期日需水强度稳定在4.0～4.5mm，为峰值阶段，需水量多，对水分敏感，是需水的关键期。9月以后，叶片老化，日平均气温降低，日需水强度也随之降低。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量4．水稻水稻田需水量包括叶面蒸腾、棵间蒸发和稻田渗漏量。水稻的需水量随地区、品种和水文年份而异。水稻在返青、拔节、抽穗到乳熟前期，对水分反应敏感，其中孕穗期和抽穗期是水稻一生中需水的高峰期，是需水的关键期。因此，在水稻生长的各个时期采用不同的灌溉技术或排水技术，以调动水稻自身调节机能和适应能力，可以达到节水高产的目标。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量5．大豆大豆需水较多，是不耐旱的作物。吉林省农科院试验研究结果表明，5～9月降水达600mm的年份收成最好。大豆发芽时要求有充足的水分，种子吸水达其干重的60%即可发芽，出苗所需水分比发芽期还低些。在营养生长期需水量不高，进入生殖生长到开花结荚期是需水的高峰，是大豆需水的关键期，而后需水量又降低。总的用水量约为3500m3／hm2（不灌溉）到6200m3／hm2（灌溉），生长期较短者需水也较少。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量6．花生花生适宜生长的土壤含水量一般在5000～7000m3／hm2，花生种子吸水达自身的50%左右才能萌芽。土壤水分低于田间持水量的40%，则幼苗出土缓慢，水分过多，易引起烂种。苗期需水量占全生长期总需水量为16%～31%（北方普通型大花生）或19%～20%（南方珍珠型小花生），水分过多可造成主茎徒长，推迟开花结荚。营养生长前期缺水，对花生的生长影响较小，豆荚开始形成（出现第一个果）到豆荚出全，这一阶段包括开花、下针和果仁生长的大部分时间内，是花生需水的关键期。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量7．油菜油菜体大叶茂，喜冷凉湿润，需水量较大，秋播油菜田间需水量一般为3000～5000m3／hm2。种子吸水达其重量的60%以上方能发芽。苗期如降水过多、时间过长，田间土壤含水量过大，可导致烂根死亡。移苗期要求土壤干湿适度。开花期是需水关键期，对水分敏感。角果期对需水量要求仍相当高，但土壤应干湿适度，若阴雨天气多，湿度大，温度低，会贪青晚熟，易感疾病或发生霉烂等；若遇高温天旱会导致“逼熟”。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量二、主要作物节水灌溉模式1．冬小麦全生育期需水量387.5mm，需水量最大时期是拔节至成熟期，占总需水量的75.1%。需水临界期在孕穗至灌浆期，占总需量的40%。而黄淮平原小麦生长期平均有效降雨量只有173mm，尚亏缺214.5mm。每公顷6000kg以上的高产区灌溉定额为1800m3、全生育期浇三次水，即冬灌、返青——拔节、抽穗期各浇一水。最佳经济灌溉定额为1200m3／hm2。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量2．棉花棉花生长期需水量为379.6mm，一般年份有效降雨量能满足其正常生长的需求，但年际间降水量差异大，遇伏旱时也需要浇一次蕾期水或铃水。浇水量不宜过大，一般浇450～600m3／hm2，避免土壤水分过多而使蕾铃脱落，麦棉套种的棉花5月上旬的移栽期正值小麦灌浆期，棉花营养钵移栽结合浇水，一水两用，对小麦灌浆和棉苗成活都很有利。花铃期再浇一水，灌溉定额为900～1200m3／hm2。第八章生物节水第一节农作物需水规律与需水量3．夏玉米夏玉米生长期需水量365.9mm，同期年均有效降水量276.5mm，相当于需水量的75.6%，尚缺水89.5mm。6月上旬常因降雨来迟而延误播期，播种前后浇水是确保适时播种、苗全苗壮的关键。抽雄至灌浆期是夏玉米需水量最多时期，此期若遇干旱会造成“卡脖旱”，对产量有严重影响。因此一般年份夏玉米需要浇二水，即抽雄水和灌浆水，灌溉定额1200m3／hm2，干旱年需增加一次播期水，湿润年在灌浆期浇一水即可。第八章生物节水第二节生物节水技术一、作物的生态类型生物节水就是合理利用不同作物、不同品种耐旱的特点，即耗水系数低，水分利用率高，在同样水分供应偏少的情况下，不增加生产投资，能获得较稳较高的产量，这是旱地增产的关键措施。根据作物植株的外部形态、生理和生态特征，以及生长发育不同阶段对水热资源的需求与自然的适应度，大体可划分：耐旱生态型、非抗旱生态型、耐旱品种生态型。1．耐旱生态型谷子、糜黍、高粱、向日葵、蓖麻等耐旱生态型的作物，一般根系发达，种子吸水快，扎根快，发苗快，叶片较小较厚，气孔较小，叶表皮有蜡质茸毛，可减少叶面积水分蒸腾。细胞液渗透压和原生质粘滞性大，吸水性强，抗萎蔫能力强，耗水系数低。2．非抗旱生态型棉花、大豆、小麦等作物，生育期耗水量大。3．耐旱品种生态型同一作物不同品种抗旱性有差异。谷子嫩选14比龙谷28抗旱耐旱性强，喜肥水小麦新克旱9号、克旱13、龙麦19比克旱6号抗旱，玉米四单19比龙单13抗旱。第八章生物节水第二节生物节水技术二、生物抗旱调水技术1．选用耐旱品种选择作物抗旱丰产品种，是干旱、半干旱地区提高水分利用率，实行高产稳产很有前途的措施。（1）谷子农作物品种中谷子具有较强的抗旱与耐旱性，据试验，谷子随着播期的推迟与生育期的缩短，减产幅度不大，如果出现旱灾，可利用谷子夏播改种或补种，是增产增收补救的特别有效的措施。选择作物抗旱丰产品种，是干旱、半干旱地区提高水分利用率，实行高产稳产很有前途的措施。（2）高粱黄土高原高粱品种中抗旱品种占10%～30%。（3）小麦50年代初育成的抗旱品种小麦碧蚂1号，在甘肃、河南、山西推广之后，比当地品种增产20%～50%。80年代选育推广渭麦5号，晋麦16号等抗旱丰产优良品种，使小麦产量跃上2250kg／hm2。“七五”期间，抗旱丰产的良种有旱选11号，平阳27，平均产量3000kg／hm2。“八五”至“九五”期间，小偃12号等系列品种，平均产量3750～4500kg／hm2，阿勃小麦达6525kg／hm2，咸农68号小麦丰产田单产达7583kg／hm2，小偃5号小麦达到8820kg／hm2第八章生物节水第二节生物节水技术2．培育抗灾品种通过培育抗灾品种，使在干旱条件下能获得较高的粮食产量，在多雨的年份又不失去产量潜力，确保旱地尽可能获得较好的稳定增产，其重点是改良绝对产量高的品种，而不是改良相对产量最高的品种。由于不同的作物有不同的降雨需求量，同一作物品种对降雨需要亦各有不同。不同时期干旱对产量影响大小顺序为：苗期＞返青＞抽穗＞成熟期＞休闲期。因此，应根据全年降雨量、降雨强度等，筛选与降雨同步的作物品种。3．选用抗逆高产品种用抗旱丰产良种其增产幅度在10%～20%。选用小麦品种的要求是矮杆、小叶、早熟，使小麦水分生产率达到1～1.5kg／m3。第八章生物节水第二节生物节水技术4．选育耐旱力强、根系发达、根系穿透力强的品种作旱季栽培，其根系与产量成正比。如水稻要选育根系穿透力强，耐旱力也强，后期青株蜡秆的品种。5．培育一种矮生、吸肥力弱、又能作青饲料的杂草经过人为传播，逐步更新换代原始的杂草，与旱季高秆作物共生，提高植被率和保水力。对于田坎和地角的空间部分，长期让其生长杂草，不铲地皮，对作物争肥部分要切除，留高茬，对于雨水径流具有阻挡作用。第八章生物节水第二节生物节水技术三、生物节水技术生物节水是利用现代生物技术，使作物适应干旱环境，以生物机能提高产量和水分利用效率。随着节水工程和农艺节水措施的全面实施，生物节水将成为节水农业的核心和潜力所在。1．合理轮作实行合理的轮作制，利用不同种类作物间的互利性和互补性，可达到均衡利用土壤养分和水分的目的，这一点对于土壤肥力低下、水分供应不足的旱作农区显得尤为重要。中科院水土保持研究所在固原的试验结果表明，轮作地无论是在干旱年型、平水年型或丰水年型，作物产量和水分利用率显著高过连作地。轮作小区的3年总产量比连作区提高755.7～2279.2kg／hm2，增产幅度为