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水土资源条件下的水肥耦合研究 现在，为了实现农业的可持续发展，我们必须根据我国农业发展的主要限制因素，理解水资源和土壤资源不足的主要矛盾，明确水和肥料的结合效应，选择合适的水和肥料组合。充分发挥“水调肥、肥调肥”的水调和作用，充分利用有限的水资源和土地资源。因此, 要摆脱我国农业发展困境, 实现我国农业可持续发必须依赖于对水肥因素之间的耦合机理的深入研究。 膜下滴灌是在膜下应用滴灌技术。这是一种结合了以色列滴灌技术和国内覆膜技术优点的新型节水技术。水、肥、农药等通过滴灌带直接作用于作物根系, 加上地膜覆盖, 棵间蒸发甚微, 十分利于作物的生长发育, 大田使用后, 较常规灌溉省水下面的一组数字可以简单地说明膜下滴灌技术的优点:采取膜下滴灌技术的农田, 中低产田可增产30%, 节约肥料34%-40%, 节水50%以上, 提高土地使用率4%-6%, 提高劳动生产率, 管理作物的定额由1.7hm2增加到6.7 hm2。每hm2可节约100-130元, 可通过滴灌技术控制作物生长, 抑制土壤盐渍化。50%左右, 省肥20%, 省农药10%, 增产10%-20%, 增加综合经济效益40%以上。 1 土壤水分的有效性 水分和养分对作物生长的作用不是孤立的, 而是相互作用相互影响。土壤水分状况影响作物养分的吸收和有效性。由于在土壤中作物吸收的主要氮素形态为NO-3-N , 故土壤中有机质和肥料中NH+4-N 的硝化率可作为土壤中养分有效性的评价标准。土壤水分的多少决定着土壤中有机质和肥料中NH+4-N 的硝化率, 因此合理灌溉提高土壤水分含量能够提高作物对养分的吸收和肥料的效果。反之, 土壤中的肥料又影响水的利用效率。水的利用效率 (WUE) 指作物消耗单位重量水分产出的籽粒 (YD) 或干物资 (DM)重量。由于施肥不同而出现产量差异, 水的利用效率也不一样, 如果施肥提高作物产量, 水的利用效率也可有所提高。作物吸收水分和养分是两个独立的过程, 但是水分和养分对作物生长的影响却是紧密联系的。在农田系统中, 水分和养分之间, 各养分之间, 作物与水肥之间相互激励的动态平衡关系, 以及这些相互作用对作物生长发育和产量形成的影响叫做作物的水肥耦合效应。 2 在国内外的水和肥料联合研究 2.1 农艺措施改善了土壤水分 水肥效应在16 世纪, 世界上就有科学试验记载。人们首先认识的营养物质是水, 17 世纪后才认识到肥的作用, 试验主要是从单因素试验到多因素综合。19 世纪末到20 世纪初, 李比西的最小因子定律是重要突破;20世纪水肥耦合效应的研究在因素影响植物生长的理论上有重大进展, 即因素之间的耦合效应。Russell (1967) 分析了施肥效果与降雨量的关系, 指出降雨量小于120mm (春小麦生育期降水量) 时, 施氮没有效果。Shim shi (1970) 指出, 水分和氮素的供应对植物生产的共同影响, 可以用李比希的最低因子定律求出近似值。把水分限制下的作物生物量 (YW) 与氮素限制下的作物生物量 (YN) 加以对比, 降雨量低于200mm 时, YW YN , 作物的生物量主要受水分供应的限制; 降雨在200-400mm 范围内, YW YN , 作物的生物量主要受氮素供应的限制。Viets (1972) 指出: 尽管根系吸水和吸收养分是两个独立的过程, 然而由于水分有效性影响着整个土壤微生物、物理以及植物生理过程, 使得土壤水分和养分密切而复杂地联系在一起。由于农艺措施的使用, 使土壤储水量增加, 可提高WUE值。如免耕保存了土壤覆盖, 减少土壤侵蚀, 降低了蒸发损失, 改善了土壤水分的有效性, 随毛豌豆残茬和氮肥的增加, WUE增大。但若土壤排水不畅, 则使土壤有效氮损失, 从而降低作物产量, WUE降低20%以上。 2.2 影响作物生长和产量的因素 水肥效应及可控性在我国公元前1 世纪《汜胜之书》中就已有概述, 我国农业科技工作者在上个世纪就开始了水肥效应的研究, 自“七五-九五”以来我国投入了大量人力、物力进行水肥耦合领域研究;自“八五”以来, 我国把“旱地农田水肥交互作用及耦合模式研究”作为攻关重点专题, 取得了前所未有的成绩, 在一些领域获得了突破性进展。程宪国 (1996) 研究结果显示, 水分缺乏, 养分的截获、质流和扩散均受到抑制, 加剧了作物生长过程中的营养不良状况; 养分不足, 作物生长缓慢, 有限的水分也不能充分利用。孟兆江等 (1999) 对影响冬小麦产量的N、P 和水三因素的综合效应进行了研究, 结果表明, 水肥配合存在阈值反应, 低于阈值下限水平, N、P 无明显增产效应, 水分利用效率 (WUE) 低;高于阈值上限, 水肥互作效应呈减小趋势;在阈值范围内, 水肥互作增产效应显著。增加N、P 投入