农业抗旱的理论基础

第一节　农业抗旱的理论基础

一、土壤水及运动

农业干旱的实质就是作物体内缺水，因此防御农业干旱的目的就是使作物体内水状况得到正常维持，以减少或避免干旱的不利影响。作物体内的水是由根从土壤中吸取的，而土壤中的水来自于大气降水和地下水，在旱作农业地区，降水是最为重要的水源，自然降水的有效利用是作为防旱抗旱的基本措施。对于一个地区来说，特别是在降水季节和空间分布明显不均的地区，降水的有效利用不仅与土壤的入渗性能和保水性能有关，而且与人为调蓄措施也有关。如在地表水缺少地区，可通过雨水集流系统贮积、提高降水的有效利用；在干旱地区和半干旱地区，将各种防旱抗旱措施综合应用，降水的利用效率会大大提高。

土壤能聚集、贮存和释放水供植物利用。但并非所有土壤都能以对植物生长最佳的方式完成上述三种功能，具体土壤性质决定每一种土壤达到最佳水土关系的能力。水通过土壤表层进入土壤内的过程叫入渗，它是降水利用中的一个调节过程。从农业防旱抗旱的角度出发，希望入渗达到最大，使入渗达到最大的关键是使畅通的表面孔隙增加到最大限度，因此影响土壤孔隙度的土壤质地、结构、团粒稳定度、有机质和耕作等因素对入渗有影响。除土壤质地外，所有上述因素都与耕作措施有关。因此，入渗量的大小与土壤管理和使用有密切关系。影响土壤水关系的土壤质地是通过对表土孔径的作用来影响入渗，沙质土壤含有大量大孔隙，入渗率高。黏质土壤具有一定程度的初始入渗率，但有很低的最后入渗率。表层土壤的团粒和团块结构是需求的理想结构，它能促进空气和水关系达到最佳程度。沙土极少成团粒结构，粉质和黏质土壤虽然一般呈团粒状，但在耕作时由于破坏了团粒的结合性，所以耕作的土壤大多只存有微弱的团粒结构或无结构（大块结构）。表土为低团粒稳定度的土壤湿时粘闭，接着干燥就形成结皮，使土壤入渗率大大降低。耕作能改变土壤表面粗糙度和产生更多的表土大孔隙，有利于入渗率的提高，但这种作用在一场较大的雨后就丧失了。由于耕作能降低团粒稳定度，易使土壤团聚体分散、黏团和结皮，所以耕作的长期效应是降低入渗，这是少耕和免耕的原理之一。有机质对土壤的入渗过程有很大影响，有植被的土壤维护了团粒稳定度，其入渗能力为裸土的两倍。作物残茬长期保留在土壤表面，可避免表土黏团和结皮。腐殖质含量多的土壤，其团粒稳定度和孔隙度有利于渗透率的提高。

土壤性质的非均一性，对于水的再分布有影响。土壤分层越多，对水流的阻滞就越大。因此打通紧实的犁底层有利于雨水的下渗，增加土壤水的水量和地下水的水量，同时也有利于根的下扎。

土壤水状况不仅取决于入渗，入渗率高不一定土壤蓄水就多，还要看土壤的保水性能。水入渗后，受到重力、蒸发、植物吸收和土壤贮存等作用，导致水在整个土壤剖面运动。通过土壤的水流取决于土壤导水率和驱动力。

土壤水运动的中心是贮存和释放水供植物利用。所谓贮存，包含防止水流到根层以下的渗漏损失、蒸发以及消耗于不合理的生长。不同土壤有不同的贮存和释放水的能力，其能力的大小一般用其可能的植物有效供水量来衡量，所谓有效供水量是指土壤保持的田间持水量至凋萎湿度的水量。不同土壤保持的有效水量是不同的。在同一水势下，质地较细的黏土保持的有效水量比质地粗的沙土要多。植物从细质地土壤吸等量有效水要比从粗质地土壤消耗更多的能量。

二、水分利用效率

在干旱情况下，充分提高水的利用效率是防旱抗旱的重要问题。农业上的水利用效率表达式为

式中，Y为作物经济产量或生物量；Wc是耗水量，对于进入农田的土壤水来说Wc等于蒸散量，则可写成

式中，T为作物蒸腾量；Y／T为蒸腾效率，也称作物水利用效率；T/ET是蒸腾与蒸散比，称为土壤水利用指数。

可见从土壤到产量形成的水利用由三部分组成，即蒸腾耗水与土壤水总量之比值，蒸腾水转化为生物量的效率和经济产量占总生物量的比重。因此提高土壤水的利用效率应尽量减少土壤生态耗水，适当增加生理耗水的比例，提高生理耗水转化成生物量和经济产量的能力。这与土壤、作物有关，也与大气环境有关。在水资源有限的地区，水通过植株部分多，生物量就高；水的利用效率越高，生物量也就越高。由此可以认为，水分利用效率和生物产量是判定在干旱气候条件下种植作物是否成功的重要指标。

三、作物的抗旱性

长期干旱天气是否影响与产量有关的生理形态过程，归根结底是否影响产量本身，这不仅取决于干旱天气发生的时期与作物生命周期的关系和根层土壤含水量，并且也取决于植物本身的抗旱性。作物抗旱性一般可分为三类。第一类是逃避干旱，即在严重植物水胁迫发生前，作物就完成其生命周期。第二类是高植物水状态下的抗旱性，即作物保持高植物水状态以忍受长期干旱的能力。第三类是低植物水状态下的抗旱性，即作物忍受长期干旱和忍受低组织含水量的能力。

在逃避干旱方面，作物有两种特性，一是加速物候发育，二是发育的可逆性。在作物生长的某个过程中，当干旱加强时，则早熟作物品种产量高。

在经常干旱的地区，应用作物逃避干旱特性培育抗旱品种无疑是重要的。植物在高水分状态下的耐旱性是指植物通过防止水分损失或保持对植物的供水来忍耐周期性干旱，并维持植物高水分状态。作物通过关闭气孔和通过主动、被动的叶片运动、增大短被绒毛或增强蜡质减少辐射吸收来降低蒸腾等。作物在高水分状态下耐旱的另一种机制是保持吸水速率。这主要通过多而深的根系和通过植株内的水流阻力降低。植物低水分状态下的耐旱性主要是因为植物的一些生理生化过程和形态过程对叶膨压敏感，在缺水时只要保持膨压就能使植物保持生理功能。当叶水势下降时，膨压能部分或全部由渗透调节来保持，或者由增强弹性和减小细胞大小来保持，这些耐旱特征可称为推迟脱水特性。不同作物在严重脱水下生存和恢复能力是不同的，细胞结构、原生质组成、黏滞度或者酶活度的差异使植物耐脱水性不同。此外，细胞壁对水的保持也是重要的。作物在严重水胁迫下即使能存活下来，其产量也是很低的。可见作物的耐脱水性对作物的生存作用是很重要的。

通过以上作物抗旱性的阐述，我们可以说，缺水是干旱的一个重要条件，但不是绝对条件，作物的遗传性对干旱条件的适应会减轻或避免干旱。