□趙德杰（山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院）

0 引言

在我國，農(nóng)業(yè)是用水大戶，2001年，農(nóng)業(yè)用水為3826億m3，占全國用水總量的68%。而目前我國農(nóng)田灌溉存在的問題嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：水資源利用效率低，有限的灌溉水得不到充分利用；農(nóng)業(yè)用水?dāng)D占生態(tài)用水。因此，發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)，不僅是緩解當(dāng)前農(nóng)業(yè)用水緊缺的重要途徑，也是實(shí)現(xiàn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。

噴灌是一種將由水泵加壓或自然落差形成的有壓水通過噴頭噴射到空中，形成細(xì)小水滴，進(jìn)而均勻地灑落入作物冠層和土壤，補(bǔ)充土壤水分的一種先進(jìn)的灌溉技術(shù)。與傳統(tǒng)的地面灌溉相比，噴灌具有的優(yōu)點(diǎn)：灌溉水利用系數(shù)高，可達(dá)0.72%～0.98%;改善田間小氣候;噴灌灌水均勻度高，減少由于化肥農(nóng)藥的深層滲漏所帶來的面源污染;噴灌自動(dòng)化程度高，省時(shí)省工。

然而，噴灌過程中水滴蒸發(fā)和冠層截留蒸發(fā)使得一部分灌溉水不能進(jìn)入土壤，進(jìn)而引起了噴灌是否節(jié)水的爭論。有些學(xué)者通過測(cè)量噴灌水到達(dá)地面時(shí)的電導(dǎo)率試驗(yàn)得到，噴灌的水滴蒸發(fā)量為2%～15%（Mcleanetal.,2000）。同時(shí)作物的冠層也會(huì)截留一部分灌溉水，有研究顯示，小麥的冠層截留水量為灌溉水量的24%～30%(Li etal.,2000)，棉花冠層上下的水量差在2%～44%的范圍內(nèi)變化(Ayars,1991)。有些學(xué)者也認(rèn)為，雖然噴灌對(duì)農(nóng)田小氣候產(chǎn)生了一定的影響，但是還不足以影響到作物的生長，噴灌并不增產(chǎn)。因此有關(guān)噴灌是否節(jié)水增產(chǎn)的分歧仍然存在。為此，筆者將著重討論不同學(xué)者對(duì)噴灌土壤結(jié)構(gòu)、土壤水分養(yǎng)分分布轉(zhuǎn)化規(guī)律、冠層內(nèi)溫度、濕度變化規(guī)律對(duì)作物生長的研究綜述，為回答噴灌節(jié)水增產(chǎn)的科學(xué)問題提供一定依據(jù)。

1 噴灌對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和土壤水分養(yǎng)分分布轉(zhuǎn)化的影響

1.1 噴灌對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響

Lehrsch等在Portneuf粉沙壤土上進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，噴灌能減小水滴能量明顯提高穩(wěn)定入滲率，并能保持土壤表面粗糙程度減少團(tuán)粒破碎。Agassi指出雨滴動(dòng)能增加，穩(wěn)定入滲率降低，入滲對(duì)雨滴動(dòng)能降低非常敏感，此時(shí)的能量閾值為10J·mm-1·m-2。Thompson等在壤土上的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)動(dòng)能強(qiáng)度＜0.04W/m2時(shí)，地表產(chǎn)生徑流的灌溉水量對(duì)動(dòng)能強(qiáng)度的變化非常敏感。

很多學(xué)者對(duì)減少噴灌的水土流失增加水分入滲進(jìn)行了大量研究。地表覆蓋物可以緩沖水滴打擊地面的動(dòng)能，從而減小噴灌動(dòng)能對(duì)地面的破壞，增加水分入滲，減少水土流失。Mohammed等指出，覆蓋與不覆蓋相比，在同樣動(dòng)能水平下，土壤的入滲率要大得多。Bhardwa j和Singh也發(fā)現(xiàn)在100mm/h和200mm/h的雨強(qiáng)下，草地和耕地的入滲率高于裸地；草地的土壤損失在30 min內(nèi)兩種雨強(qiáng)比裸地和耕地分別低2.60倍和2.50倍。Bjorneberg等在Roza壤土上試驗(yàn)，結(jié)果表明70%秸稈覆蓋對(duì)于3次灌溉減少累積徑流75%～80%。Zhang等研究了噴灑5.00mg/hm2的磷灰石和噴灑1.00kg/m3的PAM（聚丙烯酰胺）3種處理對(duì)水土流失的作用。結(jié)果表明，噴灑磷石灰和與裸土相比，土壤流失量分別減少了16%和19%。

1.2 噴灌對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

增加氮肥的施用量是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的重要措施。但是，施入農(nóng)田的氮肥，被作物吸收利用的只占其施入時(shí)的30%～40%（朱兆良，1986）。土壤氮素的淋溶損失是農(nóng)田氮肥進(jìn)入地下水中的基本途徑，農(nóng)田氮肥的淋溶損失主要以NO3-－N形式進(jìn)行，并且主要取決于土壤溶液中NO3-－N的含量和土壤水分的運(yùn)動(dòng)條件（張國梁等，1998）。對(duì)于農(nóng)田氮肥來講，研究的重點(diǎn)是如何有效地減少農(nóng)田氮肥的徑流和淋溶損失、提高氮肥的利用率。

關(guān)于噴灌對(duì)肥料的運(yùn)移特性，不同學(xué)者有不同的觀點(diǎn)。王小龍的試驗(yàn)結(jié)果表明，在沙土地上，氮、磷、鉀3種速效養(yǎng)分，隨著噴灌量增大和濕潤深度增加作同步移動(dòng)，但三者分布重心移動(dòng)速度差異較大。而魏新平的研究表明，入滲結(jié)束后，K+濃度集中分布在土表0～20cm土層內(nèi)，入滲方式對(duì)NO3-離子運(yùn)移影響大。郭大應(yīng)等試驗(yàn)證實(shí)噴灌50mm的水將土壤表層硝態(tài)氮和表施的尿素淋洗到5～20cm作物根系密集層，利于作物吸收，不產(chǎn)生深層滲漏。

從以上的綜述與分析可看出，噴灌通過將水分噴灑到空中，類似降雨進(jìn)行灌溉，但又不完全等同于降雨。噴灌有其獨(dú)特的入滲特性和溶質(zhì)運(yùn)移規(guī)律，噴灌水滴對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響，尤其是表層土壤結(jié)構(gòu)，也不同于傳統(tǒng)的漫灌或溝灌。土壤結(jié)構(gòu)的變化對(duì)土壤水分的入滲、土壤養(yǎng)分的分布有很重要的影響。而土壤水分和養(yǎng)分的分布轉(zhuǎn)化不同則會(huì)引起作物生長的差異。

2 噴灌對(duì)農(nóng)田小氣候的影響

噴灌通過噴灑水滴和冠層截留水的蒸發(fā)，可以降低冠層的溫度，提高冠層附近空氣濕度，為作物的生長提供一個(gè)良好的外部環(huán)境。

2.1 噴灌對(duì)冠層溫度的影響

Kohl研究發(fā)現(xiàn)，在噴灌的順風(fēng)側(cè)，氣溫一般可以下降1℃，水汽壓可以增加0.80 mb。Westerman等指出，當(dāng)葉片上表面的濕潤面積為20%，15%和7%時(shí)，10min后，葉片溫度分別降低了4.80℃，4.40℃和4.00℃。杜堯東等研究春小麥田間噴灌對(duì)小氣候的影響，發(fā)現(xiàn)噴灌使空氣溫度降低了3.70～4.90℃，實(shí)際的水汽壓增加了2.60～6.40 mb，空氣相對(duì)濕度增加了26%～33%。黃壽波指出，噴灌茶園空氣溫度比對(duì)照茶園空氣溫度日變幅小，這種情況以貼地氣層最為明顯。由于噴灌對(duì)田間小氣候的影響，部分學(xué)者研究了噴灌條件下作物的光合和蒸騰。研究結(jié)果顯示，噴灌條件下作物的蒸騰速率小。Kraus和楊曉光等認(rèn)為，噴灌田中蒸騰量的減少是由于噴灌后水汽壓差的減小，噴灌田間蒸騰水分驅(qū)動(dòng)勢(shì)要低于地面灌條件下的水分驅(qū)動(dòng)勢(shì)，噴灌條件下的氣孔阻力大于地面灌條件下的氣孔阻力。

2.2 噴灌對(duì)光合的影響

噴灌不僅影響作物的蒸騰，也會(huì)影響作物的光合和生長。大量試驗(yàn)結(jié)論顯示，噴灌調(diào)節(jié)作物冠層的溫度，使其處于光合作用的適宜范圍內(nèi)，陳志銀觀測(cè)到葉片光合速率提高7.09×10-3-1.24×10-2mg.cm-2.h-1，葉片在夜晚的呼吸速率下降6.92×10-3-1.60×10-2mg.cm-2.h-1。王躍生研究得到，在距離地面60～160cm的范圍內(nèi)，桔園噴灌條件下的氣溫要低于對(duì)照區(qū)的，最高可達(dá)9.50℃，溫差在2.00℃以上的持續(xù)時(shí)間可達(dá)10h以上。康躍虎等認(rèn)為噴灌調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候的主要原因是噴灌過程中水滴的蒸發(fā)、冠層截留蒸發(fā)和濕潤表層土壤蒸發(fā)共同作用造成的，而噴灌對(duì)農(nóng)田小氣候要素的這些調(diào)節(jié)作用可能正是噴灌能夠節(jié)水增產(chǎn)的主要原因。

3 噴灌對(duì)作物生長的影響

3.1 噴灌對(duì)根莖生長的影響

Bai等報(bào)道灌溉方式對(duì)紫花苜蓿根系的生物積累量影響顯著，噴灌下的根重和根長均大于漫灌處理。Wright等對(duì)高粱在噴灌和溝灌下的氮素吸收和產(chǎn)量形成進(jìn)行試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)噴灌下氮素的利用率高，耗水量少，而其地上部的干物質(zhì)重和產(chǎn)量分別較溝灌下高16%和10%。Cock等報(bào)道，人工噴霧灌溉可增加木薯干的根生產(chǎn)（91%）和總生物量生產(chǎn)（27%）。

3.2 噴灌對(duì)生殖生長的影響

姚素梅等研究了噴灌對(duì)冬小麥生長的影響，結(jié)果表明，與對(duì)照地面灌溉相比，噴灌處理冬小麥的最大灌漿速率和平均灌漿速率增大；達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間提前；活躍生長期延長，從而使各粒位的粒重得到提高。

綜上所述，近年來，隨著不同學(xué)科的交叉滲透，研究者在噴灌條件下的土壤結(jié)構(gòu)和土壤水分養(yǎng)分分布轉(zhuǎn)化規(guī)律、農(nóng)田小氣候效應(yīng)以及作物生長過程等方面做了大量研究工作，并取得了重要的進(jìn)展。但是關(guān)于噴灌條件下作物生長與農(nóng)田生態(tài)因素之間內(nèi)在聯(lián)系的機(jī)理有待于進(jìn)一步深入的研究。

[1]程維新,胡朝 炳,張興權(quán).農(nóng)田蒸發(fā)與作物耗水量研究.氣象出版社,1993:93,96-105.

[2]陳志愷.中國水資源的可持續(xù)利用問題. 水文，2003，23（1）：1－5.

[3]陳志銀.桑園噴灌的農(nóng)業(yè)氣象效應(yīng)分析.杭州大學(xué)學(xué) 報(bào)（自然科學(xué)版）,1996,23(1):92-98.

[4]馮廣志.節(jié)水灌溉體系和正確處理節(jié)水灌溉工作中的幾個(gè)關(guān)系.節(jié)水灌溉,北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.