李 夏

（德州學(xué)院 生態(tài)與園林建筑學(xué)院，山東 德州 253023）

水分是影響植物生存和生長發(fā)育的主要限制因子, 水分變化對植物體內(nèi)水分平衡和植物形態(tài)結(jié)構(gòu)具有重要意義[1]。在干旱地區(qū)，多數(shù)植物具有發(fā)達(dá)的根系, 這既是土壤水分脅迫的結(jié)果, 也是植物適應(yīng)環(huán)境的表現(xiàn)。在土壤非生物逆境脅迫下, 根系是作物最先感受逆境脅迫的器官[2-4]。當(dāng)根區(qū)水分受到脅迫時，根系首先感受到并迅速發(fā)出信號, 使整個植株對水分脅迫做出反應(yīng), 同時根系形態(tài)結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分等發(fā)生相應(yīng)變化, 從而影響地上部的建成和產(chǎn)量形成, 進(jìn)而改變根系形態(tài)和分布以適應(yīng)環(huán)境脅迫[5]。根系形態(tài)和生根方式直接影響作物對水分的吸收[6], 根系扎得越深, 深層根系越多, 吸收土壤水分的能力就越強(qiáng)。可見，不同的水分供應(yīng)對作物根系生長具有明顯的調(diào)節(jié)作用。

1 灌溉與根系水平分布

作物根系具有明顯趨水生長的習(xí)性，且形態(tài)上的可塑性非常大[7]。土壤水分含量及其分布對根系的生長發(fā)育具有重要的影響[8-9]。根幅反映植物根系在水平方向上獲取資源能力的大小。張曉蕾等[10]對塔克拉瑪干沙漠南緣駱駝刺幼苗根系生長和分布對不同灌溉量的響應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，不同灌溉量下駱駝刺幼苗根幅在土層中的分布具有明顯差異，各層根系基本在適度灌溉處理下水平拓展空間最大，而過度灌水處理下最小。從分布特征看，駱駝刺幼苗根幅隨土壤深度增加呈“單峰型”變化，而且隨著灌溉量的遞減，根幅“峰值”在土層中出現(xiàn)深度有逐步增加的趨勢。其中干旱脅迫處理時根幅峰值集中在80～100 cm，而過度灌水處理則下降到120～140 cm。田盼盼等[11]對干旱區(qū)不同灌溉方式下棗樹根系分布特性的研究表明，在水平方向上滴灌處理的灰棗根系在距樹干0～30 cm的范圍內(nèi)分布較多，在60～120 cm范圍內(nèi)分布較均勻；而溝灌處理的根系主要分布在0～60 cm范圍，并隨距樹干距離的增加而減少。由于滴灌每次灌水時間較長，有利于水分在水平方向上的擴(kuò)散，最大濕潤半徑在40 cm左右，相反溝灌則抑制了水分的水平擴(kuò)散，使水分較多地集中在距樹干鄰近處，不利于根系向外擴(kuò)張。但120～150 cm的根系相對于100～120 cm的根系減少并不顯著，這可能是因?yàn)?20～150 cm的根系生長在行中間，相鄰棗樹的根系相互重疊的結(jié)果。與溝灌相比，滴灌使距樹干90～150 cm的根系增多，從而有利于對遠(yuǎn)處養(yǎng)分的吸收。由此可見，灌溉量和灌溉方式均對作物根系的水平延伸具有一定的影響。

2 灌溉與根系垂直分布

韋艷葵等[12]對意大利214楊人工林的研究認(rèn)為，地下滴灌能使林木<10 mm根量(尤其是<2 mm細(xì)根量)大幅度增加，如地表以下20～50 cm土層地下滴灌區(qū)<10 mm根量大于常規(guī)灌溉的3倍，這是林地生產(chǎn)力提高的重要原因之一。從垂直分布來看，地下滴灌林木<10 mm根集中分布在20～50 cm，常規(guī)灌溉林木基本呈均勻分布狀態(tài)。單立山等[13]在多枝檉柳幼苗上的研究發(fā)現(xiàn)，隨著深度的增加，各灌溉量根系生物量逐漸減少；但隨著灌溉量的減少，其深層次根系生物量有增加的趨勢。各灌溉量地下生物量的分布與深度呈顯著的負(fù)對數(shù)關(guān)系。采用數(shù)值擬合方法，對不同灌溉量條件下多枝檉柳根系消弱系數(shù)進(jìn)行求解得出，隨著灌溉量的減少，滴灌條件下檉柳根系消弱系數(shù)有增加的趨勢。也有研究表明，干旱脅迫下駱駝刺幼苗的扎根深度最大，但各月根系生物量積累卻有限，根系干重較適度灌溉降低38.8%，尤其是細(xì)根（<2 mm）萎縮嚴(yán)重，只占總根重的18.1%；各處理下，駱駝刺幼苗根系干重隨土壤深度的增加而逐層遞減，大量根系集中在0～40 cm的表層，并且灌溉量越多，根系消弱系數(shù)越小，這種集中趨勢越明顯[7]?？梢姡喔攘亢凸喔确绞讲煌?，對作物根系在土壤剖面中分布的影響有明顯的差異。

3 灌溉與硝態(tài)氮運(yùn)移

灌溉方式和灌溉量影響了水分的運(yùn)移規(guī)律，而土壤鹽分的變化與水分運(yùn)動是分不開的，溫度勢梯度下土壤鹽分的遷移仍然以水分運(yùn)動為基礎(chǔ)[14]，因此灌溉方式和灌溉量還會對鹽分的運(yùn)移產(chǎn)生影響。韋彥等[15]以黃瓜為試材，研究了畦灌、滴灌和滲灌三種灌溉條件下灌溉水的去向、硝態(tài)氮淋洗、根層土壤硝態(tài)氮的運(yùn)移、根系分布及產(chǎn)量和水分利用效率。結(jié)果表明，滴灌和滲灌減少了水分的深層滲漏量和土面蒸發(fā)量，增加了植株的蒸騰量，促使更多的水分被植株吸收利用；滴灌和滲灌分別節(jié)水25.9%和32.0%，水分利用效率提高 49.9%和 68.7%；并減少了硝態(tài)氮的淋洗量，促使養(yǎng)分更多的分布于根層，對保護(hù)地下水環(huán)境具有重要意義。孫麗萍等[16]在常規(guī)灌溉、常規(guī)灌溉量下浮20%和50%三個灌水量條件下，進(jìn)行了相似的研究，得出基本一致的變化規(guī)律。姜東燕等[17]研究了大田條件下灌溉量對小麥土壤硝態(tài)氮含量的影響。結(jié)果表明，增加灌溉量，0～200 cm土層硝態(tài)氮含量呈先降后升又降的趨勢。0～80 cm土層硝態(tài)氮含量顯著低于對照，而80～200 cm土層硝態(tài)氮含量顯著高于對照。隨灌溉量的增加，土壤硝態(tài)氮向深層運(yùn)移加劇，在成熟期，0～80 cm土層硝態(tài)氮含量降低，120～200 cm土層硝態(tài)氮含量升高，并在120～140 cm土層硝態(tài)氮含量出現(xiàn)高峰。

4 灌溉與產(chǎn)量

賈黎明等[18]研究了北京沿河沙地I-214楊樹人工林地下滴灌和常規(guī)灌溉林地樹木生長表明，同常規(guī)灌溉相比，地下滴灌可以顯著增加樹木的生長量，提高林地生產(chǎn)力。2000年(栽植第四年)，地下滴灌區(qū)的樹木平均胸徑、樹高和單株材積分別達(dá)到了21.18 cm、14.23 m和0.1815 m3，比常規(guī)灌溉增加54.5%、36.9%和247.6%；林地生產(chǎn)力達(dá)到22.78～25.81m3/（hm2·a），比常規(guī)灌溉增加3.9～4.6倍。也有人對I-69楊人工林的研究表明，供水大大促進(jìn)了林木生長，其樹高、胸徑和材積的年增長量均隨供水量的提高而增加。1983—1986年其樹高、胸徑、材積分別比對照增加17.2%～24.6%、10.7%～22.1%和22.0%～42.6%。供水還影響到樹體的結(jié)構(gòu)，有利于同化產(chǎn)物向枝條中運(yùn)愉與積累，促進(jìn)了樹干、枝條、葉數(shù)與葉面積的增長[19]。格日勒等[20]研究發(fā)現(xiàn)，通過澆水灌溉的撫育措施, 能提高樟子松的成活率和發(fā)揮早期快速生長潛力。楊啟良等[21]在小桐子上的研究認(rèn)為，在節(jié)約灌溉量達(dá)10.7%時，仍然能使莖粗/株高和壯苗指數(shù)分別增加24.7%和27.6%，根系、冠層和總干物質(zhì)質(zhì)量分別增加22.3%、18.3%和19.2%，差異均達(dá)到顯著水平。

綜上所述，不同的灌溉量和灌溉方式對作物根系的水分分布、垂直分布、硝態(tài)氮運(yùn)移和產(chǎn)量均具有明顯的影響。目前，國內(nèi)外關(guān)于灌溉技術(shù)的研究范圍較廣，主要集中于園藝作物和農(nóng)作物，在經(jīng)濟(jì)林木上也有關(guān)于滴灌的研究，但由于成本高、技術(shù)性強(qiáng)且不易操作，所以并未得到推廣應(yīng)用。因此，針對林木生產(chǎn)，探索一種成本低、簡單易操作、便于推廣應(yīng)用的灌溉措施更具有理論和實(shí)踐意義。

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