摘要：綜述了調虧灌溉方式對小麥產(chǎn)量和水分利用率的影響，從生理生態(tài)角度闡述了調虧灌溉增加小麥產(chǎn)量的機理，并從葉片水平、群體水平和大田水平論述了調虧灌溉的節(jié)水機理，分析了影響調虧灌溉效果的主要因素，如灌溉時期、調虧程度和其他農(nóng)藝措施等，探討了小麥調虧灌溉研究中存在的問題，并對小麥調虧灌溉理論與技術的應用前景進行了展望。

關鍵詞：小麥；調虧灌溉；應用前景

中圖分類號：S512.1⁺10.7

文獻標識號：A 文章編號：1001—4942(2010)11—0047—04

小麥作為我國北方一種主要糧食作物，其主要生長期正處于干旱少雨的春季，如何選擇合理的灌溉模式達到節(jié)水和高產(chǎn)的目的是當前研究最多的問題，新的節(jié)水理論和技術不斷應用于小麥生產(chǎn)，調虧灌溉(Regulated deficit irrigation，RDI)就是其中一種。該灌溉理論起源于20世紀70年代中期，它突破了傳統(tǒng)灌溉理論的束縛，從作物自身的水分利用特點出發(fā)，充分考慮其內(nèi)部生理生化機制，在作物生長的某一階段，主動施加一定程度的水分脅迫，對其進行抗旱鍛煉，提高抗旱能力，從而達到有效利用光合產(chǎn)物、提高水分利用效率的目的。此外，在水分限制條件下，調虧灌溉技術通過舍棄生物總產(chǎn)量，改變光合產(chǎn)物在營養(yǎng)器官和生殖器官之間的分配，從而獲得較高的經(jīng)濟產(chǎn)量和經(jīng)濟價值。目前該技術已成為國際灌溉及其有關領域的研究熱點，其在小麥節(jié)水增產(chǎn)方面已有了大量報道，現(xiàn)綜述如下。

1 調虧灌溉影響小麥產(chǎn)量的機理研究

在經(jīng)歷一定的水分虧缺后給予復水，作物會呈現(xiàn)生產(chǎn)量快速恢復的現(xiàn)象，山侖把這種現(xiàn)象稱為補償效應。近年來，通過對小麥生長生理指標及產(chǎn)量的測定，發(fā)現(xiàn)調虧灌溉對小麥也具有明顯的補償效應。冬小麥干旱復水后葉面積、主莖高度、光合及蒸騰速率等都能迅速恢復，甚至超過對照。苗期進行調虧灌溉可使小麥得到干旱鍛煉，有效減少光合產(chǎn)物向莖、葉等營養(yǎng)器官的分配比例，增大根冠比和根活力，降低根系衰老速度，促進后期籽粒形成和提高經(jīng)濟產(chǎn)量。但是也有研究表明，如果春小麥的整個生育期持續(xù)受旱，雖然會使根總量增大，但是后期衰亡比例高，地上部分得到的光合產(chǎn)物較少，造成減產(chǎn)。

2 調虧灌溉提高水分利用率的機理

調虧灌溉的特點在于兼顧產(chǎn)量的同時充分節(jié)約用水。孟兆江等(2003)在人工控制試驗條件下，以冬小麥為試材進行了調虧灌溉試驗研究，結果表明，適時適度地水分調虧顯著抑制蒸騰速率，而光合速率下降不明顯，水分利用效率明顯提高。調虧灌溉的適宜時段應在小麥的早期生長階段，其水分虧缺程度可達到田間持水量的45％一50％，對產(chǎn)量沒有不利影響，但可提高作物水分利用效率。

所謂水分利用效率是指植物消耗單位水分所產(chǎn)生的同化物質的量，其實質反映了植物耗水與其干物質生產(chǎn)之間的關系。水分利用效率可以從三方面進行闡述：(1)葉片水平的水分利用效率，即光合速率與蒸騰速率的瞬時值之比；(2)作物群體的水分利用效率：即群體CO：通量和作物蒸騰的水汽通量之比；(3)產(chǎn)量水平上的水分利用效率，即農(nóng)田單位蒸散水量的產(chǎn)量值。在葉片水平上，水分利用效率的高低取決于蒸騰速率的大小，而葉片氣孔的開啟是影響蒸騰耗水的重要因素。影響植物氣孔開放的因素很多，多數(shù)人認為調虧灌溉通過控制植株根系的生長，進而影響葉水勢，達到調節(jié)氣孔開度的作用。許多實驗證明，植物根系具有這種對地下逆境因子感應的能力，當土壤中可利用的水分缺乏時，植物根系自身的生理生化過程就會發(fā)生某些變化，產(chǎn)生一些可通過某種渠道傳遞的信號(水信號、化學信號、電信號)而使地上部分感知，繼而地上部分采取各種手段應付這種環(huán)境的惡變，以保持植物體內(nèi)的水分平衡。愈來愈多的證據(jù)顯示，ABA似乎在植物體內(nèi)的這種信息傳遞中起著主要的作用，當土壤變干時，根尖部位會對土壤水分的變化迅速做出反應，合成ABA(其數(shù)量隨土壤逐漸變干而相應地增加)，并隨蒸騰流通過木質部輸送到葉片，直接到達保衛(wèi)細胞的質膜外側作用位點，促使開放的氣孔部分關閉和抑制關閉的氣孔開放，從而控制植物與外界進行的水分和氣體交換，使氣孔開度降低，蒸騰速率下降，小麥的生理耗水減少，葉片水分利用率提高。在作物群體水平上，當根系處于水分脅迫條件下，作物會改變光合產(chǎn)物在根與冠之間的分配比例，根系生長相對有利，而地上部生長則受到抑制，使葉面積減少，這就意味著即使在相同蒸騰速率下，小麥的蒸騰耗水量也較少，進而達到節(jié)水的目的。在產(chǎn)量水平上，調虧灌溉主要靠減少棵間蒸發(fā)提高水分利用率。因為棵間土壤蒸發(fā)主要發(fā)生在地表面，并與表層土壤含水率的高低密切相關。當表層土壤含水率較高時，棵間土壤蒸發(fā)主要受制于氣象條件并以潛在的速率失水；而當表層土壤含水率相對較低時，蒸發(fā)不僅受氣象條件的影響，而且還將受到土壤水分供應的限制，表層土壤含水率愈低，土壤蒸發(fā)阻力也就愈大。因此，改進灌水技術，在不影響小麥蒸騰的條件下保持土壤表層干燥是減少棵間土壤蒸發(fā)的一種主要措施。與充分灌溉相比，調虧灌溉有利于棵間土壤蒸發(fā)失水減少。在調虧期間，土壤含水量較低，表層土壤毛管水處于斷裂狀態(tài)。在這種情況下，下層土壤水分僅能以水汽方式通過上層的干燥土壤向大氣散失，土壤蒸發(fā)量大大減少。在一般情況下，小麥棵間蒸發(fā)損失要占總需水量的30％左右，苗期比例更大，因此降低棵間蒸發(fā)是調虧灌溉節(jié)水的主要途徑。

3 調虧灌溉效應的影響因素

3.1 調虧灌溉的時期和程度

在適當?shù)纳趯π←溸M行水分虧缺處理是調虧灌溉的關鍵。一般認為小麥苗期耗水量小，進行干旱鍛煉，可促進根系生長，并為最終獲得較高的產(chǎn)量打下基礎。張喜英等對冬小麥田間試驗的研究表明，拔節(jié)期為冬小麥水分最敏感的生育時期，其次為孕穗期和抽穗期。冬小麥不同生育時期的水分虧缺及其虧缺程度對產(chǎn)量產(chǎn)生不同的影響，從拔節(jié)－灌漿之前的各生育期的水分虧缺對產(chǎn)量均有影響，而灌漿和返青－起身期間的水分輕度虧缺對產(chǎn)量無影響。小麥前期水分調虧，開花期復水處理，結果發(fā)現(xiàn)，小麥莖稈伸長，單葉和單株葉面積增大，干物質積累增加，中度水分虧缺后充分供水，其生物量和產(chǎn)量都超過對照?？厮畷r期選擇不當會對小麥產(chǎn)量影響很大，如小麥花粉粒母細胞減數(shù)分裂期出現(xiàn)水分脅迫會導致雄性不育，并最終降低產(chǎn)量。盆栽冬小麥不同生育階段水分調虧試驗結果表明，拔節(jié)～孕穗期、抽穗一揚花期和灌漿一成熟3個階段內(nèi)土壤水分上限為40％、50％、60％的水分虧缺均引起了產(chǎn)量的極顯著下降，而且水分虧缺越嚴重，產(chǎn)量降低越大；不同生育期水分虧缺對冬小麥產(chǎn)量構成因素的影響也不同，拔節(jié)一揚花期水分虧缺主要減少了穗粒數(shù)，灌漿一成熟階段的水分虧缺主要減少了千粒重。

要保證調虧灌溉能使小麥切實達到高產(chǎn)、節(jié)水、優(yōu)質的目標，只在適宜生長期進行調虧灌溉還遠遠不夠，還需掌握適當?shù)乃置{迫程度。但是不同地區(qū)、不同作物及同一作物的不同階段適宜的虧水度不盡相同。Mayer在南非用蒸滲儀對冬小麥的研究發(fā)現(xiàn)，當1m土層可利用水量低于33％時，擴長生長開始下降，他們建議以土壤水分消耗到50％可利用水量作為灌溉標準。不同時期作物具有的虧水程度的閾值不同，不超過這一閾值，作物葉水勢、蒸騰及光合、產(chǎn)量所受到的影響不大，但調虧程度掌握不好將導致嚴重減產(chǎn)。

3.2 農(nóng)藝措施對調虧灌溉的影響

土壤干旱情況下，氮、磷營養(yǎng)雖然增強了作物的滲透調節(jié)能力，但由于氮、磷營養(yǎng)對作物地上、地下部生長的不同作用而對作物的水分狀況產(chǎn)生了完全相反的影響?？讘c波等(2005)的研究結果表明，不同施肥處理對小麥產(chǎn)生不同的影響，在水分適宜條件下，施用生物有機肥和N、P、K肥對小麥干物質重及養(yǎng)分吸收量的影響差異不大，而施用生物有機肥的小麥根系活力要比N、P、K肥處理的高；在水分中度、重度虧缺時，施用生物有機肥處理的小麥干物質重、養(yǎng)分吸收和根系活力均比N、P、K肥處理高，尤其復水后，施用生物有機肥處理的小麥各指標，較施用N、P、K肥效果好。將虧缺灌溉與地膜覆蓋兩種措施相結合，探討了其對小麥產(chǎn)量形成過程的影響和相互作用，結果顯示覆膜處理春小麥比露地出苗時間提前7—9d；最大葉面積指數(shù)較露地提高12.34％—40.11％，增溫1.5—1.7℃；同一水分處理下覆膜豐水處理比露地豐水處理增產(chǎn)54.22％，水分利用率提高了4.67kg／(mm·hm²)；相同水分條件下覆膜處理具有明顯的增溫保墑增產(chǎn)作用，最高產(chǎn)量所需的土壤適宜水分下限較露地下降10％—15％。

4 應用前景展望

水資源不足是影響我國北方小麥產(chǎn)量的主要因素，調虧灌溉作為一種新技術，它在小麥生產(chǎn)中的應用，對于節(jié)約水資源和提高小麥產(chǎn)量產(chǎn)生了重要影響，但是要使該技術在小麥生產(chǎn)中得到廣泛推廣還有很多工作要做，主要集中在以下幾個方面：

(1)不同地區(qū)、不同品種及不同時期小麥對水分的敏感性不同，為防止生產(chǎn)上出現(xiàn)適度缺水變?yōu)閲乐厝彼斐蓽p產(chǎn)，需開展不同地區(qū)、不同土壤條件下的小麥調虧灌溉的需水規(guī)律研究，探索小麥最佳虧水時間、虧水程度和灌水量，建立一套推廣范圍廣、操作能力強的優(yōu)化灌溉體系，保證調虧灌溉由目前的粗放灌溉方式逐步向精確灌溉的方向發(fā)展，這應是下一步的重要研究內(nèi)容。

(2)目前關于調虧灌溉增加小麥產(chǎn)量和提高水分利用效率的機理研究多從生理生態(tài)角度進行闡述，而生化和分子水平的機理研究較少，進一步深入這方面的研究，找出起關鍵作用的遺傳物質，將為下一步選育和培育適于調虧灌溉的小麥新品種提供依據(jù)。

(3)調虧灌溉的一個重要特點就是舍棄部分干物質產(chǎn)量而獲得最大經(jīng)濟產(chǎn)量，或通過適度虧水提高產(chǎn)品品質，但是目前的研究多集中于調虧灌溉對小麥產(chǎn)量的影響，對其品質影響的研究較少。調虧灌溉對小麥的蛋白質、糖和脂肪等成分是否有影響，影響程度如何，應成為今后研究的一個方向。

(4)冬小麥調虧灌溉技術的最終推廣必然依賴于多項已成熟技術的組裝配套，所以還要優(yōu)選與調虧灌溉相適應的節(jié)水灌溉技術、高產(chǎn)栽培技術。