地下水埋深对作物的影响研究现状

  我国降雨和水资源时空分布不均，因此必须在提倡节约用水的基础上，调控地下水位，减少渍害，使作物最大限度的利用地下水进行补给，对发展农业节水，提高水分生产效率，实现高效节水、增产有双重意义。不同地区、不同作物及其在不同的生育阶段对地下水埋深的要求有所不同，需要进行合理的水位控制，为作物创造适宜的土壤水分环境，以促进产量的提高。研究不同地下水埋深对作物的影响，对于作物灌溉制度的制定、区域水文循环模型与农田水量转化研究、盐碱地的综合治理和改良等方面都有着十分重要的意义。控制地下水位历来是农学、土壤、水利和气象专家等关注和研究的重点。由于地区间生态条件的差异和研究的侧重点不同，对作物适宜的地下水位要求不尽一致。作物适宜的地下水埋深与作物种类、土质、气候以及栽培措施等因素有关。要定量研究不同地下水埋深对作物的影响，一般通过人工控制地下水位的方法，通过马氏瓶来控制地下水埋深。地下水埋深对作物的影响研究主要集中在三个方面：一是从水分转化运移角度来研究不同的地下水位，土壤条件下作物根系土壤水分的补给，盐分的运移规律。地下水埋深对作物根系土壤水动态的影响是近年来研究的重点。二是从作物载培学和植物生理方面，研究地下水埋深对作物生长发育影响。三是从节水灌溉角度探讨地下水埋深对作物产量的影响。地下水埋深影响到作物生长发育各个方面和阶段,作物生长发育状况的变化会改变其自身水分消耗反过来也影响到土壤水分盐分状况及作物产量，这三个方面相互作用，相互影响的。

 

  1． 地下水埋深对作物根系土壤水分和盐分运移的影响

 

  对于旱作地区的地下水，并非全部能被作物利用，必须适时适量的转化为作物根系吸水层中的土壤水才能被作物利用。地下水一般不允许上升至根系吸水层，否则易造成渍害，只能以上升毛管水的形式补给根系吸水层。

 

  地下水埋深对作物根系土壤水分运动影响，主要是在作物土壤水分的季节、垂直变化规律和补给上。巴比江等[8]的研究表明，在季节变化上，地下水埋深影响表层和主要根系层的土壤水分变化规律，越浅对玉米根系层的影响较大；在垂直变化上，越深同层土壤含水率差异越大。李志军等把地下水埋深对玉米土壤水分的季节变化分为缓慢失墒期、雨季干湿交替期、稳墒恢复期。地下水埋藏越浅，相同层次土壤含水率愈高；垂直变化上，埋藏越深，各层次分布差异越大，且层次界限越明显。巴比江等把对冬小麦的研究发现，季节变化分为缓慢消耗期(9~11月)、稳定期(11至翌年3月)、强烈变化期(4~6月)。地下水埋深影响地下水对作物根系土壤水分的补给。如内蒙灌区春小麦地下水补给量，当地下水埋深为1.5～2.5m时，补给量为40～80m3/亩，河南省人民胜利渠在1957～1958年观测资料证明，冬小麦生长期内地下水埋深1.0～2.0m，地下水补给量占总耗水量的20％。左强等通过对蒸发条件下地下水对lm土体水分补给的数值模拟研究认为，在相同的水分蒸发条件下，地下水埋埋深越大，则各深度的水分通量越小。当地下水埋深大于3m时，地下水对1m土体的已基本没有补给。

 

  干旱地区，处于区域性积盐状态，当地下水埋藏较浅时，土壤容易发生强烈的盐碱化。在气候条件相同、土壤质地、土壤剖面以及相应的导水性能、水质及地面覆盖状况相似的情况下土壤水分运动及积盐强度主要取决于地下水的埋深。杨建强，罗先香[4]运用人工网络和趋势线分析建立了土壤盐渍化与地下水埋深关系曲线。张展羽等建立了作物生长条件下农田水盐运移模型。在发生降雨和进行灌溉时，地下水埋深对作物根部土壤的入渗也有影响。地下水位愈高，土壤含水量愈大，入渗速度愈小，雨水或者灌溉入渗总量也愈小，入渗期间自地表所能带入深层的盐分愈少，作物根部土壤不容易脱盐，易发生盐渍化。

 

  2．地下水埋深对作物生长发育的影响

 

  地下水埋深对作物生长发育的影响包括生态指标和生理指标。王晓红，侯浩波等的研究表明：地下水埋深越深玉米株高越高，不同埋深间玉米的叶面积指数也有较大差异，1m埋深条件下，玉米的腾发量与别的处理的差异显著。地下水位过高，作物的蒸腾速率降低，原因是作物根系过湿，易发生渍害，影响到作物根系的发育和吸水能力，从而降低作物腾发量。水位过低，很容易形成强烈向表层输水的毛管作用，通过土壤表层直接蒸发散失大量水分，从而提高了作物腾发量。瞿益民等通过对辣椒的实验得出移栽甜椒腾发量与地下水埋深之间大致呈二次抛物线关系。当水位较浅时，地下水可以不断地补充根系吸水层中的水分消耗，从而减少灌水定额和灌水次数。赵正宜，王东阁[16]的研究表明把水稻的地下水位控制在0.3m以下，有效茎数，有效分蘖率，干物质重，叶面积指数，叶面积指数，呼吸强度等均比对照有所提高。

 

  不同地下水埋深影响作物根系的发育和在土壤中的分布[7]。地下水埋深的不同影响主根的下扎深度，功能和功能期，这是土壤水分对根系生长作用和根系对土壤水分状况适应性反应的综合体现。地下水埋深对根系的发育影响在土壤剖面上的分布，地下水埋深越大，作物根系在土壤层发育越多，根系发育渐趋良好，入土深度加大，干物质加重。如果地下水位过高，则易造成土壤通气不良，作物根部缺氧，呼吸困难。陈勇等的研究认为丘陵地区高产小麦田的地下水位以0.85～0.9m为宜。播种后地下水位可回升至0.5m以下，有利于全苗、齐苗，促早发冬壮；返青至抽穗期以0.85m以下有利于控旺促壮、发根；成熟期稳定在0.65～0.7m，有利于养根保叶，活熟到老，积累更多的灌浆物质。作物不同的生育期对地下水位的要求也不尽相同。王永林的实验[18]认为冬小麦不同生长期适宜地下水埋深控制指标为播种出苗期0.4~0.5 m，分蘖越冬期0.5 ～0.6 m，返青期0. 6 ～0. 8 m，拔节至成熟期0.8～1.0m。唐明珍等[32]的研究认为平原和江圩区拔节孕穗期适宜地下水位为0.9～1.3m，丘陵地区为0.9m。因此应根据作物不同的生育期和不同的土壤环境条件对地下水埋深进行合理适时调控。

 

  3．地下水埋深对作物产量的影响

 

  地下水通过影响作物的根系生长，进而影响作物的根冠关系和冠层的光合作用，对作物的水分利用效率和作物产量发生作用。目前荷兰等国根据不同地下水埋深时作物的产量，求得了地下水埋深与作物产量关系曲线。如下图：  Bouman和Kropff等建立了水稻生产模型ORYZA2000，较好的模拟了不同地下水深对水稻产量相关指标的影响。一些研究表明在地下水作用下作物产量和地下水位之间存在一个最优的地下水位，这一最优地下水位是作物、土壤和气候的函数。

 

  Kahlown等的研究发现地下水位埋深为0.5m时，小麦产量最高，为2m和2m以下甘蔗的产量最高。Hiler等的研究认为地下水位埋深为0.9m时高粱产量最高。蔡勇，顾正华，周纲运用人工 神经网络方法建立了棉花适宜地下水分析模型，并成功对江苏适宜地下水埋深进行了预测，得出江苏常种棉花0.8～0.9m时产量最高。孙国义，杨中泽等的研究认为：小麦生长的适宜地下水位埋深在0.2～0.6m之间，旱年地下水位埋深宜浅，丰水年地下水位埋深宜大。封超年等的研究发现：不同处理间千粒重的变化趋势是地下水埋藏越深，千粒重越重，产量不同的原因是拔节后地下水埋深影响生育后期干物质的累积。王元华采用动态水位与静态水位相结合的方法,研究认为小麦全生育期地下水埋深为0.8m时产量最高，地下水埋深对小麦产量的影响，主要是增穗，其次是增重，对千粒重的影响较小。俞双恩等的研究发现小麦品质随地下水埋深的增大而提高。林贤青等的研究认为地下埋深对稻米蛋白质含量的影响不显著。

 

  4．地下水埋深对作物影响的机理

 

  地下水埋深对作物影响机理，从作物栽培学的角度，一般认为地下水埋深影响作物根系土壤水分的分布，而土壤水分分布控制着作物干物质的累积与分配，影响着作物的水分利用效率。杨建锋等认为通过调控地下水位可以协调作物的根冠关系，促进干物质累积，优化干物质的分配，减少生长冗余，提高作物产量，提高水分利用效率。小麦的根系发育受地下水埋深制约，即埋深愈大，根深和根系密集层深度也愈大，根系发育就愈好，根深叶茂，根壮苗健，必然促进小麦生长，使其干物质和籽粒产量高[23]。不同的地下水埋深调节了作物根系在土体的分布范围、下扎深度、功能和功能期，调节产量生产期、光合生产能力，影响花后干物质积累，使库容量和库的充实度发生差异，最终影响产量。通过降低地下水位，减少土壤水分，可以达到增产的目的，一般认为是改善了土壤通气状况，提高了根系活力，使好气微生物活动加强，促进肥料和有机质分解，进而有利于上部植株的生长。

 

  5．需要进一步研究的问题

 

  目前大多数研究者对地下水埋深对作物影响的研究局限于旱作物，例如小麦，玉米，棉花等，对水稻等喜湿作物进行地下水埋深的研究比较少。就农田灌溉而言，人们关注的焦点大多是根层土壤的水分状况和其动态过程。对地下水埋深对作物品质的影响研究不多。地下水埋深对作物的影响是一个复杂的多维的问题，它涉及作物种类，生长阶段、农艺措施等因素，而且和土壤中的水、肥、气、热有关。以及和地下水作用下土壤根区的盐分积累、微生物活动等密切相关。由于作物品种和地区环境条件的差异，保证作物高产稳产所提出的适宜地下水位不尽一致。另外地下水埋深对作物生态生理影响的机理有待进一步的加强。

 

  对地下水埋深作物影响的研究目前仍处于实验探讨阶段，总的来说，其实用性尚嫌不足，要在生产上大面积应用更有较大的距离。需要建立不同作物适宜地下水埋深的指标体系，以使对地下水位的管理更加有章可循，促进作物稳产高产。以生产实践为研究背景，结合地区降水与地下水情况、考虑作物生长阶段，设计几种不同的地下水埋深，探索不同作物几个主要生长阶段对地下水埋深敏感性显得十分必要，对制定科学的灌排标准也具有重要的理论与实用价值。