作物高产高效水肥管理理论与技术50(ppt).ppt

作物高产高效水肥管理作物高产高效水肥管理理论与技术理论与技术教师：教师：周顺利周顺利电话：电话：010-62732431010-62732431；1368153641213681536412E-mailE-mail： 内容提要内容提要一、水肥高效利用与我国农业可持续发展二、现行水肥调控理论、技术及其合理性三、水肥关系及其耦合四、节水与增产的同时实现五、作物省肥高产的理论与技术六、水肥高效率与高产的统一（特例冬小 麦节水省肥简化高产技术）一、水肥高效利用与我国农业可持续发展 我国用了50多年的时间实现了粮食自给，但中国农业走过的是一条高投入、高产出、高速度和高资源/环境代价的道路！我国的水危机与水问题我国的水危机与水问题水资源严重不足，且时空分布错位水资源严重不足，且时空分布错位水资源严重不足，且时空分布错位水资源严重不足，且时空分布错位 我国是一个严重缺水的国家，年平均水资源总量为我国是一个严重缺水的国家，年平均水资源总量为28100亿亿m3，人均水资源占有量约为人均水资源占有量约为2200m3，仅为世界平均仅为世界平均水平的水平的1/4。预计到。预计到21世纪世纪30年代，当我国人口达到年代，当我国人口达到16亿高亿高峰时，在降水不减少的状况下，人均水资源量将下降到峰时，在降水不减少的状况下，人均水资源量将下降到1760m3，逼近国际上公认的逼近国际上公认的1700m3的严重缺水警戒线！的严重缺水警戒线！此外，我国水资源时空分布极为不均，与国民经济发展的此外，我国水资源时空分布极为不均，与国民经济发展的区域布局严重错位，占国土面积区域布局严重错位，占国土面积65%、人口、人口40%和耕地和耕地51%的长江淮河以北地区拥有的水资源总量只占全国的的长江淮河以北地区拥有的水资源总量只占全国的1/5，许多，许多地区的人均水资源占有量大大低于地区的人均水资源占有量大大低于1700m3的严重缺水警戒线，的严重缺水警戒线，其中华北和西北地区的其中华北和西北地区的区域性缺水问题更为严重区域性缺水问题更为严重区域性缺水问题更为严重区域性缺水问题更为严重。我国主要农区水资源危机极其严重我国主要农区水资源危机极其严重 高产高产承载承载华北平原亩均和人均水资源占有量只有全国平均的华北平原亩均和人均水资源占有量只有全国平均的1/9和和1/7，但农业用水占总用水总量的，但农业用水占总用水总量的70%以上。以上。我国受季风性气候影响，降水的季节分布极不均衡。我国受季风性气候影响，降水的季节分布极不均衡。我国受季风性气候影响，降水的季节分布极不均衡。我国受季风性气候影响，降水的季节分布极不均衡。全国各地降水主要集中在夏季的全国各地降水主要集中在夏季的6-96-9月，降水量占全年的月，降水量占全年的60-80%60-80%。降水过度集中不仅极易形成春旱夏涝，而且水。降水过度集中不仅极易形成春旱夏涝，而且水资源资源2/32/3左右是洪水径流量，形成江河汛期洪水和非汛期左右是洪水径流量，形成江河汛期洪水和非汛期枯水。每年水旱灾害面积约枯水。每年水旱灾害面积约4 4亿亩，绝收面积达数千亩。亿亩，绝收面积达数千亩。季风气候的另一个特征是降水量年际间变化剧烈。季风气候的另一个特征是降水量年际间变化剧烈。季风气候的另一个特征是降水量年际间变化剧烈。季风气候的另一个特征是降水量年际间变化剧烈。统计资料显示我国降水的年变率为统计资料显示我国降水的年变率为15-20%15-20%左右。降水年左右。降水年际间的巨大差异以及水库调蓄能力的限制，导致许多地际间的巨大差异以及水库调蓄能力的限制，导致许多地方经常出现连枯或连涝现象，给农业生产、人民生活和方经常出现连枯或连涝现象，给农业生产、人民生活和生命财产带来严重威胁。生命财产带来严重威胁。南方水灾，北方旱灾！南方水灾，北方旱灾！地面沉降与海水入侵地面沉降与海水入侵地面沉降与海水入侵地面沉降与海水入侵表表1 1 我国部分地区由于地下水超采带来的地面沉降我国部分地区由于地下水超采带来的地面沉降北京北京天津天津河北平原河北平原唐山唐山太原太原西安西安兖腾兖腾-两淮两淮辽辽中南中南地面沉降面积地面沉降面积（km2）800908026002400216100036019中心最大累计中心最大累计沉降量（沉降量（mm）6002629100015018001500870200 目前，我国已有目前，我国已有56个区域性地下水漏斗，总面积大于个区域性地下水漏斗，总面积大于8.3万万km2，造成大批机井、机泵报废，提水成本增高；由于地下水位大幅度下降，造成大批机井、机泵报废，提水成本增高；由于地下水位大幅度下降，仅辽宁、河北、山东三个省的沿海地区就有仅辽宁、河北、山东三个省的沿海地区就有8个地市、个地市、29个县、个县、112个个乡镇出现海水入侵现象，引起乡镇出现海水入侵现象，引起8000多眼机井报废，减少井灌面积多眼机井报废，减少井灌面积60多多万亩，每年减产粮食万亩，每年减产粮食2亿多公斤，工业产值每年损失亿多公斤，工业产值每年损失3.6亿元以上。亿元以上。地层沉降的城市已有地层沉降的城市已有50个。个。黄河断流黄河断流黄河断流黄河断流 20世纪世纪70年代以来，黄河下游频繁出现断流，年代以来，黄河下游频繁出现断流，19721998年的年的27年间，有年间，有21年出现断流。到了年出现断流。到了90年代，形年代，形势更严重，年年出现断流，而且断流时间提前，断流河段势更严重，年年出现断流，而且断流时间提前，断流河段的起点不断向上延伸，的起点不断向上延伸，1998年甚至发生了跨年度断流年甚至发生了跨年度断流。断流严重的断流严重的1997年，山东利津站全年断流年，山东利津站全年断流13次，累计次，累计226天。天。330天无黄河水入海。断流起点曾上延到开封柳天无黄河水入海。断流起点曾上延到开封柳园口，全长园口，全长704公里。公里。黄河在枯萎！黄河在枯萎！旱灾频繁旱灾频繁旱灾频繁旱灾频繁 我国自公元前我国自公元前1766年至年至1937年，共年，共3703年中，发生年中，发生各种自然灾害达各种自然灾害达5258次，其中旱灾次，其中旱灾1074次，占次，占20.5%，发生次数最多。建国发生次数最多。建国19501995年间，全国平均每年受年间，全国平均每年受旱灾面积为旱灾面积为2130万公顷，占耕地面积的万公顷，占耕地面积的22%，成灾面积，成灾面积930万公顷，成灾率万公顷，成灾率43%，每，每3年即有年即有1年发生重旱。年发生重旱。丰水年：产量以丰水年：产量以100%计；计；平水年：平水年：75%；严重干旱：严重干旱：50%。干旱、半干旱面积大，生产形势严峻干旱、半干旱面积大，生产形势严峻干旱、半干旱面积大，生产形势严峻干旱、半干旱面积大，生产形势严峻 全球干旱、半干旱面积占总耕地面积的全球干旱、半干旱面积占总耕地面积的43%，分布，分布于于50多个国家和地区；我国约占国土面积的多个国家和地区；我国约占国土面积的52.5%，其，其中干旱区占中干旱区占30.8%，半干旱区占，半干旱区占21.7%。全世界灌溉面积占耕地面积的全世界灌溉面积占耕地面积的16%，生产了，生产了36%的的农产品；我国不足一半，生产了农产品；我国不足一半，生产了70%的粮食、的粮食、80%的棉花、的棉花、90%的蔬菜。的蔬菜。水危机？以后的出路？水危机？以后的出路？“无水不污无水不污无水不污无水不污”水利部调查：全国水利部调查：全国5000km长的河道中，有长的河道中，有近一半河流水质受到严重污染（四类和五类水），近一半河流水质受到严重污染（四类和五类水），有有4000km不符合渔业水质标准，主要湖泊不符合渔业水质标准，主要湖泊26%已达到富营养化程度，全国约有已达到富营养化程度，全国约有7亿人饮用细菌亿人饮用细菌含量超标水。其中淮河流域污染河长占评价河长含量超标水。其中淮河流域污染河长占评价河长的的73%，海河流域占，海河流域占69%，黄河流域占，黄河流域占71%，太，太湖流域占湖流域占73%。黄、淮、海三大流域片既是全国黄、淮、海三大流域片既是全国缺水最严重地区，也是全国水污染最严重的地区。缺水最严重地区，也是全国水污染最严重的地区。中美两国玉米生产体系对比中美两国玉米生产体系对比 中国占有中国占有9%的世界耕地，用了约的世界耕地，用了约30%的世界化肥的世界化肥！我国用了美国两倍的化肥，生产了同等数量的粮食！我国用了美国两倍的化肥，生产了同等数量的粮食！中国玉米生产中国玉米生产体系体系美国集约化高产美国集约化高产玉米生产体系玉米生产体系N用量（用量（kg N/ha）240230产量（产量（t/ha）6.018.0氮肥效率氮肥效率（kg/kg）2578差不多相同的氮肥用量，产量却相差差不多相同的氮肥用量，产量却相差3倍！倍！（Dobermann，2005）化肥对作物产量的贡献逐年下降化肥对作物产量的贡献逐年下降年代年代化肥贡献化肥贡献（公斤（公斤/公顷）公顷）贡献率（贡献率（%）1979-19841979-1984646439391984-19891984-1989252564641989-19961989-1996383833331996-20031996-2003-35-35-144-144（谢彦明，2005）1984-1994 1984-1994 1984-1994 1984-1994年，化肥增长年，化肥增长年，化肥增长年，化肥增长90%90%90%90%，粮食增加，粮食增加，粮食增加，粮食增加9%9%9%9%。制约我国农业可持续发展的主要因素制约我国农业可持续发展的主要因素 资源严重不足：资源严重不足：按现有生产力水平，完成按现有生产力水平，完成6.3亿吨粮食总亿吨粮食总产，约有产，约有1200亿亿m3的水缺口和的水缺口和3.5亿亩粮田面积的缺口；亿亩粮田面积的缺口；生态债台高筑：生态债台高筑：进入大范围生态退化和环境污染阶段。进入大范围生态退化和环境污染阶段。中国中国50%的湖泊出现的湖泊出现N、P的富营养化；的富营养化；近海水体赤潮从近海水体赤潮从60年代的年代的10次次/年增加到目前的年增加到目前的300次次/年；年；浅层地下水浅层地下水NO3-N（WHO标准标准 10mg/L）：苏南）：苏南2738%超标；华北平原超标；华北平原50%超标；西北地区超标；西北地区2130%超标。超标。资源利用率：资源利用率：我国化肥利用率不足我国化肥利用率不足30%，水分利用率仅有，水分利用率仅有43%；中国农业发展已经进入了新的历史阶段：中国农业发展已经进入了新的历史阶段：资源限制条件下的资源限制条件下的 集约化高产高效可持续农业集约化高产高效可持续农业 高生产力与节本增效并重！高生产力与节本增效并重！提高农田水肥利用效率的核心：提高农田水肥利用效率的核心：在合理水肥调控的基础上，进一步在合理水肥调控的基础上，进一步挖掘农作物高产的生物学潜力，实现作挖掘农作物高产的生物学潜力，实现作物产量和水肥利用效率的协同提高的双物产量和水肥利用效率的协同提高的双赢目标。赢目标。二、现行水肥调控理论、技术及其合理性1 1、灌水量的确定及其合理性、灌水量的确定及其合理性 小麦灌水量与灌溉时期主要根据小麦需水量与需水小麦灌水量与灌溉时期主要根据小麦需水量与需水特性（品种）、土壤墒情、气候、苗情等确定。灌水总特性（品种）、土壤墒情、气候、苗情等确定。灌水总量按水分平衡法来确定，即：量按水分平衡法来确定，即：灌水总量灌水总量小麦一生耗水量小麦一生耗水量小麦一生耗水量小麦一生耗水量播前土壤贮水量生育期播前土壤贮水量生育期有效降水量收获期土壤贮水量有效降水量收获期土壤贮水量 品种差异品种差异 限水灌溉限水灌溉?2 2、灌水次数与灌水时期的确定及其合理性、灌水次数与灌水时期的确定及其合理性（1 1）灌水次数：）灌水次数：水资源量水资源量 旱作农田旱作农田 灌溉农田：旱即浇灌溉农田：旱即浇（2 2）灌水时期：）灌水时期：需水临界期需水临界期 需水规律（高峰期）需水规律（高峰期）密度、密度、3 3、施肥量的确定及其合理性、施肥量的确定及其合理性 稻田施肥量应根据土壤肥力水平、预期产量目标、生产条件、栽培管理等稻田施肥量应根据土壤肥力水平、预期产量目标、生产条件、栽培管理等诸多因素综合考虑。土壤供肥能力和产量目标是主要考虑因素，诸多因素综合考虑。土壤供肥能力和产量目标是主要考虑因素，以土定产，以以土定产，以以土定产，以以土定产，以产定肥产定肥产定肥产定肥。可以根据下式求出理论上的施肥量：。可以根据下式求出理论上的施肥量：稻田施肥量（稻田施肥量（kg/hmkg/hm2 2）计划产量需肥量计划产量需肥量计划产量需肥量计划产量需肥量（kg/hmkg/hm2 2）土壤供肥量土壤供肥量土壤供肥量土壤供肥量（kg/hmkg/hm2 2）肥料养分含量（肥料养分含量（%）肥料利用率（肥料利用率（%）如计划产量如计划产量7500 kg/hm7500 kg/hm2 2，按每生产，按每生产100 kg 100 kg 稻谷吸收稻谷吸收N 2.0kgN 2.0kg，P P2 2O O5 5 1.0 1.0 kgkg，K K2 2O 2.8 kgO 2.8 kg，计算，则需，计算，则需N 150kgN 150kg，P P2 2O O5 5 100 kg100 kg，K K2 2O 210 kgO 210 kg。施用肥料。施用肥料量多少则取决于商品肥料的种类和有效成分含量。同时，还要考虑肥料当季量多少则取决于商品肥料的种类和有效成分含量。同时，还要考虑肥料当季利用率的高低。利用率的高低。肥料利用率（肥料利用率（%）（当季吸收量）（当季吸收量/当季施肥量）当季施肥量）100100。4 4、施肥次数与施肥时期的确定及其合理性、施肥次数与施肥时期的确定及其合理性（1 1）施肥次数：）施肥次数：水（旱作农田，灌溉农田）水（旱作农田，灌溉农田）需肥规律需肥规律 肥料种类肥料种类 soil（2 2）施肥时期：）施肥时期：作物营养临界期作物营养临界期 作物营养最大效率期作物营养最大效率期三、水肥关系及其耦合1 1、水肥关系、水肥关系？WUEA=RYA/WAcon NUEA=RYA/NAconRYA=(Yw/Ywp)+(Yc/Ycp)0.5式中式中WUEWUEA A和和NUENUEA A各为土壤水和氮资源的周年利用效率各为土壤水和氮资源的周年利用效率,单位为单位为hmhm2 2/m/m3 3和和hmhm2 2/kg/kg；W WAconAcon和和N NAconAcon为土壤水和氮资源的周年消耗量为土壤水和氮资源的周年消耗量,单位为单位为m m3 3/hm/hm2 2和和kg/hmkg/hm2 2；RYRYA A为周年相对产量为周年相对产量,无量纲无量纲；Y Yw w和和Y Yc c代表小麦和夏玉米各自的代表小麦和夏玉米各自的实际产量实际产量,Y Ywpwp和和Y Ycpcp各自代表它们的潜在产量。设北京地区冬小麦潜在各自代表它们的潜在产量。设北京地区冬小麦潜在产量为产量为7000kg/hm7000kg/hm2 2,夏玉米为夏玉米为9750kg/hm9750kg/hm2 2。王凤仙，王凤仙，李韵珠李韵珠，19991999，土壤水氮资源的利用与管理，土壤水氮资源的利用与管理 .土壤水氮资源的利土壤水氮资源的利用、损失和周年利用效率模拟，植物营养与肥料学报，用、损失和周年利用效率模拟，植物营养与肥料学报，5(4)5(4)：2972973063062 2、水肥耦合效应、水肥耦合效应N N周年施氮量周年施氮量,annual,annual NapplicationNapplication;I I 周年灌水量周年灌水量,annual irrigation,annual irrigation amount)amount)RYRYA A=0.2174+0.002016I=0.2174+0.002016I3.53.51010-6-6I I2 2+0.000969N0.000969N1.11.11010-6-6N N2 2+9.1+9.11010-7-7ININn=25,R=0.9798n=25,R=0.9798WUEWUEA A=3.72 =3.72 1010-5-5+1.48 +1.48 1010-7-7I I2.9 2.9 1010-10-10I I2 2+1.14 +1.14 1010-7-7N N 1.2 1.2 1010-10-10N N2 2+7.87 7.87 1010-11-11ININn=25,R=019765n=25,R=019765N N周年施氮量周年施氮量,annual,annual NapplicationNapplication;I I 周年灌水量周年灌水量,annual irrigation,annual irrigation amount)amount)NUENUEA A=7.99 =7.99 1010-4-4+4.97 +4.97 1010-6-6I I8.28.21010-9-9I I2 2+3.23 +3.23 1010-7-7N N8.78.71010-10-10N N2 2+1.44 1.44 1010-10-10ININn=25,R=019041n=25,R=019041四、节水与增产的同时实现1 1、农业节水技术措施、农业节水技术措施 世界各国采取的节水农业措施基本可概括为世界各国采取的节水农业措施基本可概括为灌溉（工灌溉（工程）节水、农艺节水、生物节水、管理节水程）节水、农艺节水、生物节水、管理节水等四大类。等四大类。这些节水措施的基本用途又可大致划分在这些节水措施的基本用途又可大致划分在四个基本环四个基本环节内节内:一是一是一是一是 减少渠系（管道）输水过程中的水量蒸发渗漏减少渠系（管道）输水过程中的水量蒸发渗漏损失，提高灌溉水的输水效率；损失，提高灌溉水的输水效率；二是二是二是二是 减少在田间灌溉过程减少在田间灌溉过程中的水分深层渗漏和地表流失量，提高灌溉水的利用率并中的水分深层渗漏和地表流失量，提高灌溉水的利用率并减少单位灌溉面积的用水量；减少单位灌溉面积的用水量；三是三是三是三是 储水保墒，减少来自农储水保墒，减少来自农田土壤的水分蒸发损失，最大限度的有效利用天然降雨；田土壤的水分蒸发损失，最大限度的有效利用天然降雨；四是四是四是四是 提高作物水分生产效率，减少作物的水分奢侈性蒸腾提高作物水分生产效率，减少作物的水分奢侈性蒸腾消耗，获取较高的产量和效益。消耗，获取较高的产量和效益。所谓工程措施节水技术，是指为了减少灌溉水在传输过所谓工程措施节水技术，是指为了减少灌溉水在传输过程中的损失（如渗漏、跑水、蒸发等）和减少灌溉水在田间程中的损失（如渗漏、跑水、蒸发等）和减少灌溉水在田间灌溉过程中的损失而采取的工程技术。灌溉过程中的损失而采取的工程技术。减少灌溉水在传输过程中的损失，主要的技术有渠道防减少灌溉水在传输过程中的损失，主要的技术有渠道防渗衬砌和实施管道输水。渗衬砌和实施管道输水。美国一些先进灌区渠系水利利用系美国一些先进灌区渠系水利利用系数高达数高达97%，全国渠系水利用系数平均达到，全国渠系水利用系数平均达到0.78，比我国高，比我国高出出20-30个百分点。个百分点。减少灌溉水在田间分配过程中的损失，主要是减少灌溉减少灌溉水在田间分配过程中的损失，主要是减少灌溉水的深层渗漏，提高灌溉水在田间分配的均匀性。水的深层渗漏，提高灌溉水在田间分配的均匀性。这方面的这方面的技术有沟灌、短畦窄畦灌、膜上灌、波涌灌、激光平地灌溉、技术有沟灌、短畦窄畦灌、膜上灌、波涌灌、激光平地灌溉、喷灌和微灌等。现今，我国灌溉水的利用系数平均在喷灌和微灌等。现今，我国灌溉水的利用系数平均在0.4左左右。大田采用喷灌技术可使灌溉水的利用系数提高到右。大田采用喷灌技术可使灌溉水的利用系数提高到0.8-0.85，微灌可使灌溉水的利用效率提高到，微灌可使灌溉水的利用效率提高到0.85-0.90。灌溉（工程）节水措施灌溉（工程）节水措施农艺节水措施农艺节水措施农农农农艺艺艺艺节节节节水水水水措措措措施施施施保保墒墒节节水水措措施施提提提提高高高高水水水水分分分分生生生生产产产产效效效效率率率率措措措措施施施施深中耕措施（如三年一次）器械保墒翻地后及时耙耱雨后、灌水后及时松表土早春顶凌耙耱秸秆覆盖覆盖保墒塑料薄膜覆盖塑料大棚栽培留茬免耕保墒水分蒸发抑制剂化学保墒吸收剂土面增温保墒剂等根据水分条件、土壤肥力选择适宜良种良种措施培育节水、抗旱、优质、高产新品种（生物节水措施）配方施肥（平衡施肥）土肥措施增施有机肥模式化节水高产栽培技术栽培管理措施非充分灌溉与交替灌溉技术农业节水高产技术推广管理措施作物生长调控措施化学调控措施无机化合物类有机小分子化合物类有机高分子化合物类如脱落酸ABC、矮壮素ccc、B9、多效唑和整形素等，具有增强根系吸水，调节作物水分平衡的作用如氮、磷、钾、钙等，增强作物抗旱性如黄腐酸FA，分子量小，能直接溶于水，缩小气孔开度，抑制蒸腾作用如薄膜型抗蒸腾剂和高分子吸水树脂保水剂 生物节水的基础在于植物在高效用水方面存在着很大的生物节水的基础在于植物在高效用水方面存在着很大的生理和遗传潜力，即：不同基因型和同一基因型不同生育阶生理和遗传潜力，即：不同基因型和同一基因型不同生育阶段对水分亏缺的敏感性存在显著差异；产量、耗水量、水分段对水分亏缺的敏感性存在显著差异；产量、耗水量、水分利用效率之间，水分与养分之间存在很大的调节余地；应用利用效率之间，水分与养分之间存在很大的调节余地；应用基因工程基因工程DNA重组技术创造抗旱新类型尽管难度很大，重组技术创造抗旱新类型尽管难度很大，前景却十分乐观，同时已明确前景却十分乐观，同时已明确WUE是一个可遗传性状，高是一个可遗传性状，高WUE有可能将抗旱性和丰产性结合为一体。有可能将抗旱性和丰产性结合为一体。从宏观上来讲，每个地区根据当地水资源状况及市场等从宏观上来讲，每个地区根据当地水资源状况及市场等合理安排和调整农业结构和作物布局，形成节水、高产、高合理安排和调整农业结构和作物布局，形成节水、高产、高效效种植制度种植制度种植制度种植制度；节水高产品种的培育是提高作物产量的重要途；节水高产品种的培育是提高作物产量的重要途径，径，培育抗旱增产品种培育抗旱增产品种培育抗旱增产品种培育抗旱增产品种是现代作物育种的一个新方向。是现代作物育种的一个新方向。生物节水措施生物节水措施以前将生物节水归为农艺节水的范畴！以前将生物节水归为农艺节水的范畴！管理节水措施管理节水措施 管理节水措施包括两方面的内容：管理节水措施包括两方面的内容：在工程技术方面，在工程技术方面，如如节水灌溉管理技术，指根据作物的需求节水灌溉管理技术，指根据作物的需求规律控制、调配水源，以最大限度的满足作物对水分的需求，实现规律控制、调配水源，以最大限度的满足作物对水分的需求，实现区域效益最佳的农田水分调控管理技术。包括土壤墒情监测与预报区域效益最佳的农田水分调控管理技术。包括土壤墒情监测与预报技术、节水高效灌溉制度的制订，以区域总效益最佳为目标的灌溉技术、节水高效灌溉制度的制订，以区域总效益最佳为目标的灌溉预报技术、输配水与灌水量的量测和调节控制技术几个方面。预报技术、输配水与灌水量的量测和调节控制技术几个方面。农农艺技术与灌溉技术的集成配套。艺技术与灌溉技术的集成配套。在社会经济方面，在社会经济方面，如如建立完善的节水农业政策法规体系。目建立完善的节水农业政策法规体系。目前应重点强调：一是采用法律手段，确立中国发展节水农业的法律前应重点强调：一是采用法律手段，确立中国发展节水农业的法律地位与法律意义；二是从法规条例上，制定出法规实施的具体条款，地位与法律意义；二是从法规条例上，制定出法规实施的具体条款，使其实施更具可操作性；三是从政策层面上，制定出发展节水农业使其实施更具可操作性；三是从政策层面上，制定出发展节水农业的诸多优惠政策与有关规定。的诸多优惠政策与有关规定。建立切实可行的节水农业管理体建立切实可行的节水农业管理体制与运行模式。新形势下，我们应把水作为一种生产要素看待，在制与运行模式。新形势下，我们应把水作为一种生产要素看待，在发展节水农业的过程中，必须引入一种符合现代市场经济规律的管发展节水农业的过程中，必须引入一种符合现代市场经济规律的管理体制、运行机制与模式。理体制、运行机制与模式。农艺节水技术：农艺节水技术：农艺节水技术：农艺节水技术：与农业生产过程结合紧密，投与农业生产过程结合紧密，投资少，易于推行，可以在较大范围内起作用；资少，易于推行，可以在较大范围内起作用；工程节水措施：工程节水措施：工程节水措施：工程节水措施：造价高，但技术规范，作用显造价高，但技术规范，作用显著，在节水农业发展的初级阶段总是处于主导地位；著，在节水农业发展的初级阶段总是处于主导地位；生物节水技术：生物节水技术：生物节水技术：生物节水技术：是按照作物本身的生理特性和是按照作物本身的生理特性和需水规律制订的，它的直接作用是提高蒸腾水的利需水规律制订的，它的直接作用是提高蒸腾水的利用效率，同时是采取相应工程和农艺技术的依据，用效率，同时是采取相应工程和农艺技术的依据，也是进一步实现农业节水的潜力所在。也是进一步实现农业节水的潜力所在。不同节水技术之间的关系不同节水技术之间的关系 农业节水发达的国家在生产实践中，始终农业节水发达的国家在生产实践中，始终把提高上述四个环节中的灌溉（降）水利用率把提高上述四个环节中的灌溉（降）水利用率和作物水分生产效率作为重点，在水源开发利和作物水分生产效率作为重点，在水源开发利用技术、田间节水灌溉技术、农艺节水技术、用技术、田间节水灌溉技术、农艺节水技术、用水管理技术和节水农业技术集成与产业化等用水管理技术和节水农业技术集成与产业化等方面优势明显，代表了现代节水农业技术的发方面优势明显，代表了现代节水农业技术的发展趋势与方向。展趋势与方向。节水农业技术的发展趋势与方向节水农业技术的发展趋势与方向农业节水农业节水水水资源时空调节资源时空调节合理利用灌溉水合理利用灌溉水充分利用自然降水充分利用自然降水提高植物水分利用效率提高植物水分利用效率图 农业节水的技术原理和途径2 2、作物节水生产的生理基础、作物节水生产的生理基础（1）不同物种和品种对干旱的适应能力和机理）不同物种和品种对干旱的适应能力和机理（2）作物不同生育阶段对干旱缺水的敏感性差异）作物不同生育阶段对干旱缺水的敏感性差异（3）干旱缺水对作物生理过程的影响程度不同）干旱缺水对作物生理过程的影响程度不同（4）有限水分亏缺下作物的补偿效应）有限水分亏缺下作物的补偿效应（1 1）不同物种和品种对干旱的适应能力和机理）不同物种和品种对干旱的适应能力和机理 抗旱性的概念抗旱性的概念 作物的抗旱性：作物的抗旱性：是植物在干旱环境中生长、繁殖或是植物在干旱环境中生长、繁殖或生存的能力，以及在干旱解除后迅速恢复的能力。生存的能力，以及在干旱解除后迅速恢复的能力。不同学科对抗旱性强调的侧重点不同：生态学家强不同学科对抗旱性强调的侧重点不同：生态学家强调植物自然群落的生存；对于农学家来说，只有生存调植物自然群落的生存；对于农学家来说，只有生存而无产量，并无实践意义，因此更注重作物在干旱条而无产量，并无实践意义，因此更注重作物在干旱条件下形成经济产量的能力。件下形成经济产量的能力。抗旱机理抗旱机理 避旱性避旱性 避旱性是植物在土壤水分严重亏缺之前完成其生活史避旱性是植物在土壤水分严重亏缺之前完成其生活史的能力，包括迅速的物候发育和发育的可塑性。的能力，包括迅速的物候发育和发育的可塑性。早熟育种是避旱原理在农业上的应用。早熟育种是避旱原理在农业上的应用。品种的区域性（根据区域气候特征选择植物适宜熟品种的区域性（根据区域气候特征选择植物适宜熟性品种，避旱保丰收）性品种，避旱保丰收）。早熟性与植物体内激素含量有关。内源早熟性与植物体内激素含量有关。内源ABA含量高的含量高的小麦植株，或用小麦植株，或用ABA处理，比对照植株提早开花处理，比对照植株提早开花2-3天。天。御旱性（高水势下的耐旱性）御旱性（高水势下的耐旱性）作物的御旱性：又称高水势下的耐旱性。作物的御旱性：又称高水势下的耐旱性。指干旱条件下作物保持体内充足水分的能力，指干旱条件下作物保持体内充足水分的能力，包括水分损失的限制和水分吸收的维持。莱维包括水分损失的限制和水分吸收的维持。莱维特（特（Levitt，1980）称为御旱性。称为御旱性。A.增加吸水增加吸水#1#1 根系深度与密度。根系深度与密度。根系深度与密度。根系深度与密度。增加根系深度，可从下层土壤中吸取水分，增加根系密度可增加根系从单位体积土壤中的吸水量。抗旱品种的一个普遍特点是根系生长快，根深，根重占全株干物重的比例较大。但根系发育和抗旱性的关系也会因条件而改变，有时，但根系发育和抗旱性的关系也会因条件而改变，有时，抗旱品种不一定根系发育好。抗旱品种不一定根系发育好。如果干旱持续期较长，根系发达的植物生育前期耗尽了土壤贮水（底墒），导致成熟期缺水，产量损失反而更大。例：例：例：例：我国西北地区小麦品种大荔52，根系不发达，利用底墒能力差；改良品种碧玛1号，根系发达，冬前扎根快，扎的深，深层根量大，利用下层贮藏水的能力强。大旱年份：大荔52的产量大于碧玛1号。#2#2 水流阻力。水流阻力。水流阻力。水流阻力。影响根系吸水的另一个因素是植物体内的水流阻力。在其它条件相同的情况下水流阻力大的植株或物种，地上部叶片水势和膨压相对较低，对空气湿度降低的敏感性较大，而根系水势和膨压相对较高，对土壤缺水的敏感性相对较小。在根系发达，下层土壤中含有充分的可利用水的情况下，通常水流阻力越小，抗旱性愈大。在持续干旱、土壤可利用水分有限时，增加植物体内水流阻力，减少土壤中可利用水的消耗，以满足植物生育后期对土壤水分的需要，从而提高产量。增加木质部导管的直径或数量，可降低植物的输水阻力。A.增加吸水增加吸水#1#1 增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力 气孔对空气饱和亏缺的敏感度用气孔导度对空气饱和亏缺作图的斜率表示。斜率越大，气孔对空气相对湿度的敏感性越大，抗旱性越强，特别是在作物的临界需水期显得更为重要。抗旱植物对水分亏缺的敏感性较大，气孔关闭的临界水势值较高。气孔完全关闭（气孔导度近于零）时的叶水势值越低，抗旱性越大。气孔对叶水势变化的敏感性有两种表示方法，一是气孔气孔对叶水势变化的敏感性有两种表示方法，一是气孔开始关闭时的叶水势值；二是气孔导度为零时的叶片水势值。开始关闭时的叶水势值；二是气孔导度为零时的叶片水势值。B.减少失水减少失水表3 气孔导度近于零时叶水势值物种气孔导度近于零时的叶水势值（MPa）最大值最小值差值*C4植物玉米-1.1-1.80.7高粱-1.5-2.81.3C3植物蚕豆-0.6-1.00.4小麦-1.4-1.90.5向日葵-1.7-2.71.0大豆-1.6-2.91.3(1.1)棉花-3.0-4.31.3(0.8)*：差值表示气孔调节作用，括号内数字为平均数（M.M.Ludlow，1980）表表中中数数值值随随生生长长条条件件（如如控控制制条条件件与与大大田田）和和锻锻炼炼状状况况而而改改变变，主主要要由由渗渗透透调调节节作作用用引引起起。#1#1 增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力 光合作用的叶肉阻力（rm）对水势的敏感性与抗旱性有关。中生植物在叶水势较高时，光合作用的rm一般较低，但随叶水势下降时，rm变化较小。抗旱性不同的作物（如玉米）品种之间也存在这一差别。抗旱品系在气孔阻力增加时，叶绿体保持较高的光合活性。B.减少失水减少失水#1#1 增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力增加气孔和角质层阻力 角质层中蜡质含量与品种的抗旱性有关，抗旱锻炼后角质层中蜡质含量增加，角质层阻力增加。中生植物角质层蒸腾和气孔蒸腾的比值为1/21/5，荒漠植物为1/51/50。角质层阻力随叶龄增加、叶片含水量下降而增加（角质层蒸腾下降）。B.减少失水减少失水#2#2 降低对光能的吸收降低对光能的吸收降低对光能的吸收降低对光能的吸收 降低对光能的吸收，叶片温度下降，气孔内外蒸气压差下降，可减少蒸腾失水，但光合作用也会下降。受膨压运动控制的叶片卷曲、萎焉、复叶的闭合等都使截获光辐射的表面积大为下降。降低植物对光能吸收的另一途径是增加叶片对光的反射系数，如“粉霜”、盐生植物分泌的盐分和柔毛等。例：在干旱条件下具粉霜的小麦或高粱品种比同源对照品种产量高，因为叶温较低，叶片寿命较长，水分利用效率较高。B.减少失水减少失水#3#3 减少蒸腾表面减少蒸腾表面减少蒸腾表面减少蒸腾表面 通过叶片脱落或死亡以减少蒸腾表面，是植物对严重水分胁迫的一种适应。干旱条件下由于植物体内的水分在不同器官之间重新分配，落叶或干枯现象常常从下部老叶开始，逐步向顶部发展。这对植物在严重缺水时完成生活史是有益的，但对产量的形成不利。B.减少失水减少失水 耐旱性（低水势下的耐旱性）耐旱性（低水势下的耐旱性）作物的耐旱性：指作物忍受低水势和耐脱水的作物的耐旱性：指作物忍受低水势和耐脱水的能力，包括两种机理：能力，包括两种机理：一是使植物适应低水势并维持生长、发育及生一是使植物适应低水势并维持生长、发育及生产的机理；产的机理；二是使植物熬过并从严重干旱中恢复过来的机二是使植物熬过并从严重干旱中恢复过来的机理，即耐干性。理，即耐干性。A.保持膨压保持膨压 植物含水量下降时仍能保持一定膨压，维持植物含水量下降时仍能保持一定膨压，维持植物正常的生理功能，有利于植物出生长和生存，植物正常的生理功能，有利于植物出生长和生存，这是抗旱性的重要特征。通常相对含水量在这是抗旱性的重要特征。通常相对含水量在80%以上，植物通过有效的代谢调节仍能保持膨压。以上，植物通过有效的代谢调节仍能保持膨压。在特定的水势下，膨压取决于溶质势和组织在特定的水势下，膨压取决于溶质势和组织弹性，二者又取决于溶质的积累、细胞大小、含弹性，二者又取决于溶质的积累、细胞大小、含水量和胞壁厚度。水量和胞壁厚度。A.保持膨压保持膨压#1#1 渗透调节作用渗透调节作用渗透调节作用渗透调节作用 植物在水分胁迫下通过积累溶质，降低渗透势维持膨压的作用，称为渗透调节作用。细胞失水后渗透势下降的原因：一是由于细胞体积缩小，胞内溶质浓度相应增高。这种由于体积收缩引起的溶质浓度增高称为被动效应。二是由于细胞失水后引起代谢变化，使溶质的绝对量增加。渗透作用主要是指细胞溶质的主动积累。渗透调节的生理作用渗透调节的生理作用维持细胞膨压维持细胞膨压保持细胞持续生长保持细胞持续生长维持气孔开放与光合作用进行维持气孔开放与光合作用进行延迟卷叶（延迟卷叶（Leaf rolling）A.保持膨压保持膨压#2#2 增加组织弹性增加组织弹性增加组织弹性增加组织弹性 膨压是原生质体和细胞壁弹性的函数。当组织含水量和水势下降时，弹性大的组织保持膨压的能力比弹性小的组织为大。组织弹性取决于该组织中每个细胞的壁的结构特性和细胞的紧张度。这一数值随不同物种、个体发育和环境条件而改变。目前深入研究的还不多。A.保持膨压保持膨压#3#3 细胞大小细胞大小细胞大小细胞大小 植物水分胁迫时细胞体积减小，细胞壁加厚，细胞内溶质浓度增加，有助于保持组织膨压，增强植物对干旱的适应性。B.耐干性耐干性 耐干性就是耐脱水性。严重的蒸发失水称为干化。肖耐干性就是耐脱水性。严重的蒸发失水称为干化。肖庆德（庆德（Hsiao，1973）曾建议，植物含水量失去曾建议，植物含水量失去50%或或50%以上称为干化。耐干性是原生质体忍耐脱水而无永久以上称为干化。耐干性是原生质体忍耐脱水而无永久伤害的特性。伤害的特性。细胞严重失水后，原生质体收缩，细胞膜和细胞器的细胞严重失水后，原生质体收缩，细胞膜和细胞器的空间关系发生改变；溶质浓度随水势下降而直线增加，乃空间关系发生改变；溶质浓度随水势下降而直线增加，乃至溶质沉淀，至溶质沉淀，pH改