水肥氣熱耦合在農(nóng)業(yè)灌溉中的研究進(jìn)展

張彩霞，張 芮，王引弟，張小艷，李妙祺，楊昌鈺，溫 文

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)水利水電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

在水資源極度短缺，農(nóng)業(yè)環(huán)境污染嚴(yán)重的背景下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨著巨大挑戰(zhàn)，且長(zhǎng)久以來(lái)，我國(guó)農(nóng)田傳統(tǒng)灌溉方式粗放、大水大肥問(wèn)題突出，不僅水的利用效率不高，且形成了“三高三低”惡性循環(huán)，給種植環(huán)境也造成了難以短時(shí)間逆轉(zhuǎn)的不利影響，我國(guó)的水資源儲(chǔ)量有限，為緩解水資源短缺和灌溉用水增加引來(lái)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，需在農(nóng)田灌溉中采取些措施提高水資源利用率[1]。因此，大力推動(dòng)節(jié)水灌溉，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，推進(jìn)綠色生產(chǎn)方式，緩解農(nóng)業(yè)供需矛盾，提高農(nóng)田灌溉水利用系數(shù)及節(jié)水灌溉率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水體系建設(shè)，在保障高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的前提下減少灌溉用水量使農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[2]。

水、肥、氣、熱是影響農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要因素，適宜的水分和良好的養(yǎng)分是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基本保障，了解影響作物根系發(fā)育及其生長(zhǎng)環(huán)境相互作用的因素是了解作物在農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵。根系營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分是兩個(gè)獨(dú)立的過(guò)程，水分的有效性影響著整個(gè)土壤的物理化學(xué)過(guò)程及微生物和植物的生理過(guò)程，使得土壤水分和養(yǎng)分密切而復(fù)雜地聯(lián)系在一起[3]。作物生長(zhǎng)在一定的降雨、光照、氣候以及土壤條件下進(jìn)行的，氣候、土壤性質(zhì)及施肥是決定作物長(zhǎng)勢(shì)的關(guān)鍵因子，而在這些環(huán)境中水分和養(yǎng)分的運(yùn)移特性及空間分布情況與作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程密切相關(guān)，直接影響作物種子萌發(fā)、出苗新陳代謝及后期成長(zhǎng)。水肥耦合灌溉技術(shù)在我國(guó)已大量的推廣應(yīng)用，且取得了顯著效果[4]；加氣灌溉也改善了作物根區(qū)環(huán)境，研究表明，加氣灌溉改善了作物根區(qū)環(huán)境，增加了根系活力，提高了作物產(chǎn)量和水分利用效率[5]；提高根區(qū)溫度對(duì)作物生長(zhǎng)有顯著促進(jìn)作用，研究表明增高溫度可以影響土壤脲酶活性更有利于氮肥轉(zhuǎn)化，被作物有效吸收[6]，還可以直接影響根系生長(zhǎng)，從而影響根系活力，提高水分養(yǎng)分的運(yùn)輸能力，觸發(fā)了向根區(qū)增加氧氣的驅(qū)動(dòng)力[7]。因此調(diào)節(jié)供給作物生長(zhǎng)需要的水分養(yǎng)分和根部生長(zhǎng)環(huán)境至關(guān)重要，通過(guò)控制灌水、施肥、加氣、增溫調(diào)節(jié)農(nóng)作物生長(zhǎng)達(dá)到增產(chǎn)節(jié)水的目的，協(xié)調(diào)好水、肥、氣、熱四大因素之間的關(guān)系，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)、增效、環(huán)保的效果，水肥氣熱耦合是現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要手段，為水肥氣熱耦合在現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 水肥耦合對(duì)作物的影響

1.1 水肥耦合對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

水肥耦合指水和肥料二因素之間的協(xié)調(diào)作用在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中對(duì)作物生長(zhǎng)的響應(yīng)機(jī)理及其利用效率。因地制宜地調(diào)節(jié)水分和肥料，使它們處于合理的范圍，達(dá)到“以水促肥”和“以肥促水”的目的，施肥可促進(jìn)作物冠層的發(fā)育，增強(qiáng)了氣孔的抵抗力，降低氣孔的電導(dǎo)率，減少蒸騰作用，提高蒸騰比，從而提高葉片水分利用效率[8]；水分作為載體向根系運(yùn)移養(yǎng)分礦物質(zhì)，水分的充足影響?zhàn)B分的遷移速率，且水分含量影響營(yíng)養(yǎng)成分的轉(zhuǎn)化[9]，根區(qū)交替灌溉可以有效調(diào)節(jié)植物營(yíng)養(yǎng)與生長(zhǎng)之間的關(guān)系，促進(jìn)光合產(chǎn)物的合理分配[10]，因而使水肥產(chǎn)生協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和節(jié)能環(huán)保將有重要意義。水肥管理因子主要包括灌溉量、施肥量、施肥濃度、施肥頻率、水肥耦合方式等5個(gè)主要因素，也是灌溉施肥制度的核心重要部分，它們的變化首先引起水分和養(yǎng)分在土壤中空間分布的動(dòng)態(tài)效應(yīng)，進(jìn)而影響作物根系吸水、根系生長(zhǎng)、作物蒸騰速率、光合速率等生理過(guò)程，并最終反映在作物生理生態(tài)指標(biāo)上[11]。干物質(zhì)的積累是作物營(yíng)養(yǎng)狀況的反應(yīng)，作物對(duì)土壤礦物質(zhì)的養(yǎng)分吸收是有選擇性地，灌溉施肥不當(dāng)造成資源浪費(fèi)且影響土壤的連作能力，適宜的水肥條件和時(shí)機(jī)才能促進(jìn)發(fā)育生長(zhǎng)。孟亮[12]的研究表明水肥一體化技術(shù)相對(duì)于常規(guī)溝灌沖施肥能提高辣椒的干物質(zhì)量，根和果實(shí)干物質(zhì)積累總量增大了9.21%，干物質(zhì)的積累用于供應(yīng)和促進(jìn)果實(shí)充實(shí)膨脹和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累，提高果實(shí)中的分配比例改善辣椒品質(zhì)。在滴灌條件下，充足的水分對(duì)西瓜株高的生長(zhǎng)有積極作用，增加灌溉量反而抑制了莖粗的生長(zhǎng)，中肥可以促進(jìn)西瓜苗期生長(zhǎng)，呈現(xiàn)出較好的產(chǎn)量潛力，綜合得到中水中肥使西瓜光合蒸騰作用維持在最好的狀態(tài)，使其營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛，獲得較高的產(chǎn)量[13]，與常規(guī)溝灌施肥相比番茄產(chǎn)量增加了46.9%，干物質(zhì)與養(yǎng)分的積累受灌水和施肥的影響，氮吸收含量與灌水量成正比[14]，這與樊兆博[15]等關(guān)于滴管施肥對(duì)設(shè)施番茄的產(chǎn)量影響及氮素平衡表現(xiàn)研究結(jié)果一致。在半干旱地區(qū)不同灌溉方式對(duì)番茄的綜合效益表明[16]，滴灌是半干旱地區(qū)節(jié)水增產(chǎn)較為理想的灌溉方式。張麗瑩[17]的研究表明養(yǎng)分越充足越利于水果黃瓜物質(zhì)量的積累，有足夠的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸送到生殖器官中，營(yíng)養(yǎng)器官生長(zhǎng)茁壯時(shí)，生殖生長(zhǎng)才能旺盛，高肥處理在整個(gè)生長(zhǎng)期中供應(yīng)過(guò)多的氮素，延緩了作物衰老速度在結(jié)果期獲得高產(chǎn)。綜上，水肥耦合效應(yīng)顯著，施肥基于土壤肥力，重點(diǎn)在于農(nóng)作物的生長(zhǎng)和發(fā)育以及對(duì)肥料的需求特征，將水肥比控制在適宜范圍，根系又是作物吸取養(yǎng)分和水分的重要器官，在最適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，最適量的水分和養(yǎng)分將被輸送到最活躍的根部區(qū)域，這將同時(shí)滿足作物時(shí)間和空間對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，并將促進(jìn)各器官的生長(zhǎng)和光合有機(jī)質(zhì)的合理分布，將水肥耦合的效應(yīng)得到充分發(fā)揮。

1.2 水肥耦合對(duì)水分利用效率及作物品質(zhì)的影響

水、肥料是影響作物生長(zhǎng)和水分利用效率的兩個(gè)重要因素，大量研究表明適當(dāng)?shù)墓喔瓤梢源龠M(jìn)肥料的轉(zhuǎn)化以及作物對(duì)肥料的吸收和利用，并提高肥料的利用率，同時(shí)適當(dāng)?shù)姆柿线€可以調(diào)節(jié)用水過(guò)程，提高用水效率[9，18- 19]。水和肥料對(duì)春小麥水分利用效率表現(xiàn)出交互耦合效應(yīng)，氮肥的施用量取決于土壤的水分含量，灌溉水的量取決于氮的施用水平，合理的氮、水配合，才能發(fā)揮最佳交互耦合作用，獲得最高產(chǎn)量，獲得最高水分利用效率[20]。施肥可促進(jìn)根系發(fā)育，提高根系吸水率，提高葉片光合能力并增加同化含量。隨著施肥量和澆水量的增加，適當(dāng)?shù)奶岣吡瞬葺畠?nèi)在品質(zhì)，在中水高肥的組合處理中獲得較高的產(chǎn)量及最高的水分利用效率[21]。營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)為提高作物品質(zhì)提供了科學(xué)依據(jù)，而評(píng)估和比較向來(lái)復(fù)雜而有爭(zhēng)議。研究表明不同水肥處理對(duì)番茄品質(zhì)指標(biāo)有極其顯著是的影響，增加灌水量會(huì)顯著降低番茄紅素、Vc、可溶性糖含量，表明水分對(duì)各指標(biāo)有稀釋作用，隨施肥量的增加番茄品質(zhì)含量及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)先增大而后降低，施肥過(guò)量導(dǎo)致土壤中的硝酸鹽殘留過(guò)剩，使土壤鹽漬化，而灌溉量在一定程度上促進(jìn)了硝化作用，加快有機(jī)質(zhì)的分解，滿足作物對(duì)養(yǎng)分的需要，使作物正常發(fā)育生長(zhǎng)，進(jìn)而有效地改善品質(zhì)提高水分利用效率[22- 23]。 Cabello等研究表明適度虧缺灌溉不降低甜瓜產(chǎn)量，可獲得較高的水分利用效率，嚴(yán)重虧缺使果實(shí)重量下降，隨著施氮量的增加，不僅降低了果實(shí)產(chǎn)量，而且由于果實(shí)內(nèi)部空腔增大，果實(shí)中空，果肉少，從而降低了果實(shí)品質(zhì)，建議當(dāng)灌水量為90%的蒸發(fā)量且施肥量接近90kg/hm2時(shí)，可獲得最佳產(chǎn)量和品質(zhì)[24]，所以水分和養(yǎng)分的管理是獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品質(zhì)的關(guān)鍵。Liu等發(fā)現(xiàn)在最佳氮源條件下，施用鉀肥使可溶性固形物含量增加可提高滴灌加工番茄的品質(zhì)[25]。

2 水氣耦合對(duì)作物的影響

2.1 水氣耦合對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育的影響

作物生長(zhǎng)需要的大部分養(yǎng)分和水分通過(guò)土壤獲得，最基本營(yíng)養(yǎng)元素的吸收與根系代謝活動(dòng)的過(guò)程緊密相關(guān)，這些過(guò)程需要根系細(xì)胞呼吸產(chǎn)生的能量，這對(duì)應(yīng)于氧氣存在下光合產(chǎn)物的降解，根系需在釋放二氧化碳的環(huán)境中找到氧氣，充足的氧氣進(jìn)行根系呼吸并維持根系和植物的良好代謝功能，缺氧會(huì)減緩作物根系呼吸、水分微量元素吸收動(dòng)力和生物量的生成，增加進(jìn)入植物的鹽分從而阻礙作物生長(zhǎng)，所以根區(qū)水、氣、熱等微環(huán)境對(duì)作物生長(zhǎng)極為重要。通過(guò)加氣滴灌向作物根區(qū)輸送氧氣是一種創(chuàng)新的方法，被稱為氧化法，發(fā)現(xiàn)根系曝氣可以改善缺氧條件下的作物性能[26]；根區(qū)通氣可以對(duì)土壤根區(qū)通氣可以改善土壤理化特性并減緩水氣矛盾，使微生物活性和礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化保持最佳狀態(tài)，促進(jìn)與大氣交換改善土壤環(huán)境[27]。加氣灌溉利于番茄生長(zhǎng)，相比不加氣灌溉株高增加36.54%，莖粗增長(zhǎng)6.82%，可以提高番茄的生長(zhǎng)量[28]；番茄基質(zhì)通氣栽培模式的效果發(fā)現(xiàn)，基質(zhì)通氣栽培可為植株生長(zhǎng)提供較合適的根際氣體環(huán)境，增強(qiáng)了番茄根系的生長(zhǎng)潛力，并提高植株的凈光合速率、根系活力和吸收能力[29]。加氣滴灌有效提高葉片的葉綠素含量和氣孔導(dǎo)度，另外進(jìn)行地下加氣滴灌可以改善有氧呼吸，提高根的呼吸效率并利于礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收和光合速率的提高[30]。同時(shí)大量研究通過(guò)對(duì)溫室甜瓜、番茄，加氣灌溉實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，加入氣體以后促進(jìn)作物根系對(duì)水分的吸收，改善了干物質(zhì)的積累，促進(jìn)作物生長(zhǎng)并提高植株生長(zhǎng)速率，總體來(lái)說(shuō)合理的加氣灌溉措施保障了作物的生長(zhǎng)[31- 32]。

2.2 水氣耦合對(duì)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

根區(qū)通氣改善根區(qū)氧環(huán)境，保證了植株生理功能的正常運(yùn)行，提高了果實(shí)直徑及厚度，增加單個(gè)果實(shí)質(zhì)量，都隨著加氣頻率的增加而提高[33]。Bhattarai[34]等在重黏土土壤種植試驗(yàn)中，在灌溉周期利用MazzeiTM空氣注射器進(jìn)行高壓和空氣噴射，種植的大豆和棉花在產(chǎn)量和水分利用效率上都有不同程度的提高；國(guó)內(nèi)學(xué)者[35]利用Mazzei空氣注射器菠蘿在田間加氧灌溉試驗(yàn)表明，通過(guò)地下滴灌系統(tǒng)向根區(qū)加氣，可以提高土壤氧濃度，增強(qiáng)根系呼吸，促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增加新鮮生物量，有利于菠蘿的生長(zhǎng)發(fā)育，并改善了根區(qū)土壤呼吸，根系功能增強(qiáng)并增加了菠蘿生物產(chǎn)量和收獲指數(shù)，使果實(shí)大小、含糖量明顯提高；同時(shí)對(duì)棉花的氧化處理表明，氧循環(huán)提高棉花根冠的生長(zhǎng)，使鮮生物量、干物質(zhì)和棉鈴蟲(chóng)的增重，而氧脅迫對(duì)棉花鮮生物量和干物質(zhì)產(chǎn)量有交互作用[36]。不同地下灌溉方式加氣灌溉對(duì)溫室芹菜生長(zhǎng)及產(chǎn)量影響表明，滲灌加氣灌溉對(duì)芹菜生長(zhǎng)有一定正效應(yīng)，可同時(shí)達(dá)到節(jié)水高產(chǎn)，優(yōu)化灌溉水生產(chǎn)效率，利于硝態(tài)氮的吸收利[37]。加氣灌溉對(duì)根部土壤環(huán)境的調(diào)節(jié)、土壤生理生化特性以及農(nóng)作物生理指標(biāo)的影響，促進(jìn)了作物的光合作用及新陳代謝速率，從而加快對(duì)養(yǎng)分水分的吸收促進(jìn)作物生長(zhǎng)旺盛來(lái)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)和改良品質(zhì)，為節(jié)水農(nóng)業(yè)和高效生產(chǎn)作出更好的貢獻(xiàn)[38- 39]。

3 水熱耦合對(duì)作物的影響

溫度是決定自然生態(tài)系統(tǒng)中各種結(jié)構(gòu)和功能特性的重要生態(tài)因素。灌溉水溫影響土壤溫度，而根區(qū)溫度直接影響?zhàn)B分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸特性，根系土壤礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)積累和轉(zhuǎn)化，以及對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收能力，溫度過(guò)低會(huì)減少水中的溶解氧含量，影響?zhàn)B分和水分的的有效吸收，礦物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化，從而影響植株生長(zhǎng)發(fā)育，灌溉水溫度對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育有著重要影響[40]。3種不同溫度處理在小麥各個(gè)生育期的影響顯著，小麥冬前至返青期低溫處理明顯抑制根系發(fā)育，各生長(zhǎng)指標(biāo)均比常溫處理顯著降低，越冬前和越冬期高溫促進(jìn)了根系生長(zhǎng)[41]。有研究表明，在三維栽培條件下，20～35℃的水溫灌溉一定程度上增加油麥菜的莖粗、葉片數(shù)和葉綠素含量，25℃是最適合油菜雙低油菜籽生長(zhǎng)的灌溉溫度[42]；同時(shí)利用不同溫度熱水灌溉后，發(fā)現(xiàn)35℃水溫對(duì)番茄株高、莖粗、開(kāi)花數(shù)、結(jié)果數(shù)、葉面積、葉綠素含量、植株根系形態(tài)指標(biāo)有顯著的增加，水溫過(guò)高或過(guò)低水溫會(huì)抑制某些物質(zhì)的形成不利于作物生長(zhǎng)[43]；而在寒冷地區(qū)，低溫是水稻生產(chǎn)的主要限制因素，根區(qū)低溫導(dǎo)致葉面積減少進(jìn)而影響光合速率抑制水稻植株干物質(zhì)的生產(chǎn)[44]。由于溶質(zhì)的溶解速率隨溫度的升高而增大，灌溉水增溫在一定程度上提高作物對(duì)礦物養(yǎng)分的吸收，從而影響光合作用加速新陳代謝促進(jìn)生長(zhǎng)。在水培條件下，不同根區(qū)溫度會(huì)影響生菜生長(zhǎng)和礦質(zhì)元素含量，生菜的生長(zhǎng)隨著根區(qū)溫度的升高在最佳的根區(qū)溫度達(dá)到最大值，在25℃時(shí)達(dá)到最大值，當(dāng)溫度繼續(xù)升高根葉的生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制，由于根區(qū)高溫導(dǎo)致植物根部細(xì)胞功能紊亂，根系活力降低，直接影響到植株對(duì)礦物質(zhì)元素和水分的吸收[45]。綜上表明適宜的水溫變化與調(diào)節(jié)對(duì)促進(jìn)作物正常生長(zhǎng)有積極作用。

4 水肥氣熱耦合對(duì)作物的影響

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)水肥耦合、水氣耦合、水熱耦合均有研究，成果十分豐富，土壤水、肥、氣、熱四因素耦合對(duì)作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，是農(nóng)田水土的影研究熱點(diǎn)，寧夏大學(xué)田軍倉(cāng)教授團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)的對(duì)番茄、黃瓜、西瓜、甜瓜、辣椒的水肥氣熱耦合做了研究。馬繼梅利用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)溫室中的進(jìn)行了水肥氣熱的系統(tǒng)研究，得出的結(jié)論是：影響溫室番茄產(chǎn)量的主次因素依次為地?zé)峁芩疁亍⑷苎趿?、灌水定額、施肥量，各種因素組合及產(chǎn)量的變化決定了膜下滴灌條件下溫室番茄產(chǎn)量最優(yōu)組合方案，并采用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)方法建立了水肥耦合最優(yōu)產(chǎn)量模型，為節(jié)水灌溉和溫室番茄高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供了理論基礎(chǔ)[46]。歐陽(yáng)贊在膜下滴灌條件下對(duì)溫室西瓜水肥氣熱耦合的研究表明，通過(guò)正交試驗(yàn)得出影響主控因素為灌溉定額和施肥量，綜合考慮生長(zhǎng)指標(biāo)、光合作用指標(biāo)、品質(zhì)、果實(shí)形態(tài)及產(chǎn)量，最佳組合即為灌溉定額6062m3/hm2、施肥量75kg/hm2、溶解氧6.5mg/hm2、地?zé)峁芩疁?6℃，通過(guò)四因素五水平二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)，建立了溫室西瓜水肥氣熱與各類生長(zhǎng)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)分析得到各類指標(biāo)與四因素間的變化規(guī)律及耦合效應(yīng)，通過(guò)各類指標(biāo)綜合比較得到水肥氣熱耦合的最優(yōu)組合[47]。張瑞彎在膜下滴灌過(guò)程中研究了水肥氣熱不同組合對(duì)黃瓜生長(zhǎng)影響規(guī)律及作用機(jī)理，得出各因素對(duì)黃瓜產(chǎn)量影響中地?zé)峁芩疁貥O其顯著，最優(yōu)的組合方案為灌水定額160～170m3/hm2，施肥量175.43～184.57kg/hm2，地?zé)峁芩疁?4.9～35.9℃[48]。將土壤中水肥氣熱4個(gè)因素相耦合，可以相互作用，很大程度上改善了作物根系的生長(zhǎng)環(huán)境，水分是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的重要控制因素，以水溶肥，以水促進(jìn)施肥，同時(shí)以肥調(diào)水，加強(qiáng)作物根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收，加氣灌溉使土壤通氣性增強(qiáng)，而充足的氧氣又利于土壤微生物群落發(fā)揮作用并降解有機(jī)質(zhì)，起到改善土壤結(jié)構(gòu)的作用，土壤中含氧量提升，土壤的根系呼吸效率增高，從而保證最佳的根系功能、微生物活性和礦物質(zhì)轉(zhuǎn)化，地?zé)峁芗訜崴喔?，可增高土壤溫度，使肥料得到有效吸收和利用[49]。這些研究為水肥氣熱耦合一體化灌溉技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，為溫室蔬菜增產(chǎn)增效提供了有利的途徑，仍需要更深入的探究。

5 問(wèn)題與展望

隨著水肥耦合、水氣耦合、水熱耦合、水肥氣熱耦合灌溉模式的應(yīng)用，在一定程度上改善灌區(qū)生態(tài)環(huán)境，為全面改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了有效的途徑，提高了水肥利用效率，促進(jìn)了作物增質(zhì)優(yōu)產(chǎn)，轉(zhuǎn)變了農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，緩解了水資源日益短缺，但目前仍存在以下一些問(wèn)題。

5.1 存在問(wèn)題

(1)由于家庭生產(chǎn)模式較分散和城市化的影響，使農(nóng)村常駐人口逐步老齡化且民眾文化水平普遍落后，缺乏專業(yè)知識(shí)，不掌握科技農(nóng)業(yè)運(yùn)營(yíng)技術(shù)，使用機(jī)械化種植水平低，在一定程度上制約了節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展。

(2)政府補(bǔ)貼扶持力度缺乏持續(xù)性，對(duì)基層推廣傳播不到位，民眾節(jié)水意識(shí)短缺，技能培訓(xùn)的專業(yè)人員服務(wù)意識(shí)淺薄。

(3)節(jié)水灌溉技術(shù)與產(chǎn)品結(jié)合不夠緊密，只注重了灌溉施肥加氣增溫的設(shè)備，忽略了水肥、水氣、水熱之間的灌溉制度優(yōu)化。

5.2 展望

(1)加快完善國(guó)家農(nóng)業(yè)節(jié)水政策體系，根據(jù)大型節(jié)水工程的建設(shè)，同步改造田間節(jié)水設(shè)施，推動(dòng)信息技術(shù)與灌區(qū)建設(shè)相融合，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化灌區(qū)。

(2)促進(jìn)農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)發(fā)展，將水肥氣熱灌溉一體通過(guò)精準(zhǔn)化化、標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)規(guī)范向用戶推廣使用，提供專業(yè)的指導(dǎo)培訓(xùn)，轉(zhuǎn)變用戶傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的思想觀念，調(diào)動(dòng)民眾的積極性，政府部門應(yīng)制定合理的惠民政策大力的宣傳和扶持，完善節(jié)水技術(shù)服務(wù)體系。

(3)加強(qiáng)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)不同功能的傳感器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、信息綜合處理對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)及環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用傳感器對(duì)溫度、土壤水分、土壤養(yǎng)分、氣體濃度、光照強(qiáng)度、PH值等數(shù)據(jù)的檢測(cè)，用戶可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)傳感器的反饋信息了解農(nóng)作物的生長(zhǎng)狀況，為水分養(yǎng)分精準(zhǔn)化管理奠定基礎(chǔ)，并可根據(jù)作物的生長(zhǎng)狀況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，在不同生育期將水肥氣熱精準(zhǔn)的補(bǔ)給給作物。

(4)優(yōu)化地域特色農(nóng)業(yè)節(jié)水提質(zhì)增效灌溉技術(shù)，根據(jù)地域水土資源的特點(diǎn)，集成特色經(jīng)濟(jì)作物節(jié)水增效種植，大力發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，實(shí)施區(qū)域規(guī)?；乃蕷鉄嵋惑w化灌溉 模式，增強(qiáng)實(shí)用性和針對(duì)性，做好試點(diǎn)示范工作，實(shí)現(xiàn)示范化、標(biāo)準(zhǔn)化，更好的推廣應(yīng)用。

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向著全面機(jī)械化及信息化、自動(dòng)化及精準(zhǔn)化邁進(jìn)，利用噴灌、微灌、地下灌、膜下灌、滲灌等具有發(fā)展?jié)摿Φ墓喔燃夹g(shù)，加大新型灌溉節(jié)水一體化技術(shù)的研發(fā)力度，綜合考慮作物生長(zhǎng)環(huán)境及生理發(fā)育等多過(guò)程，在不同地域、土壤、氣候條件下進(jìn)一步探索土壤-作物-大氣系統(tǒng)中水肥氣熱耦合效應(yīng)，基于水肥氣熱一體化的條件下水分的運(yùn)移、養(yǎng)分的吸收、土壤肥力、微生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面的機(jī)理研究，依靠科技創(chuàng)新推動(dòng)水資源短缺綠色可持續(xù)發(fā)展模式。