活化水灌溉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究進(jìn)展

安立新

(鐵嶺昊天工程監(jiān)理咨詢有限公司，遼寧 鐵嶺 112003)

伴隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，為了滿足農(nóng)業(yè)發(fā)展需求，要積極構(gòu)建更加合理且高效的技術(shù)整合體系，利用活化水灌溉處理機(jī)制維護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，為經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一奠定基礎(chǔ)。

1 研究活化水灌溉的意義

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展體系中，水資源的匱乏是影響農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程的關(guān)鍵因素，要秉持用水安全原則、土地安全原則，積極整合新型灌溉技術(shù)體系，從而降低水資源時(shí)空分配不均產(chǎn)生的負(fù)面影響[1]。針對(duì)活化水的研究要追溯到20世紀(jì)，將其應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系中，不僅能對(duì)土壤環(huán)境予以改良，還能促進(jìn)作物生長(zhǎng)和微生物吸收，加之技術(shù)無毒無害且污染物殘留較低，滿足生態(tài)環(huán)保的基本要求，具有重要的推廣價(jià)值?；诖?，全面研究活化水灌溉具有重要的實(shí)踐意義。

2 活化水概述

2.1 內(nèi)涵和常見技術(shù)

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，要借助物理技術(shù)完成活化水的制備工作，能在改變水分子結(jié)構(gòu)的同時(shí)，對(duì)水環(huán)境予以改良，有效形成特定的小分子團(tuán)水模式，能大大提升包括溶解度、反應(yīng)速率等在內(nèi)的水活性，從而形成具有一定應(yīng)用價(jià)值的活化水?；罨畲蟮奶匦跃褪悄苤χ参锏纳L(zhǎng)發(fā)育，并且能改良土壤的環(huán)境，這對(duì)于間接提升農(nóng)作物水肥吸收效率具有重要的意義[2]。

目前，較為常見的活化水技術(shù)包括磁化技術(shù)、去電子處理技術(shù)、增氧技術(shù)等，其被廣泛應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，并發(fā)揮相應(yīng)技術(shù)作用，維護(hù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

2.2 理化性質(zhì)

2.2.1 磁化水

活化水最大的特點(diǎn)就是借助永久磁鐵和電磁鐵共同搭建的固定磁場(chǎng)環(huán)境能形成一定的流速，沿著與磁力線呈90°的方向通過能對(duì)其物理性質(zhì)予以改良，此時(shí)的活化水就具備了磁化性質(zhì)[3]。在磁化處理后，水分子的平均間距會(huì)隨之增大，這就使一部分氫鍵的約束力降低，或者是直接斷裂，造成締合水分子簇減小，使水體中自由單體水分子數(shù)量逐漸增多，且二聚體水分子數(shù)量也會(huì)增多。

磁場(chǎng)作用在逐漸優(yōu)化后，水分子的滲透性和流動(dòng)性也會(huì)隨之增強(qiáng)，具有磁化性質(zhì)的水分子更容易進(jìn)入到土壤內(nèi)部。相關(guān)研究學(xué)者指出，利用500G場(chǎng)強(qiáng)進(jìn)行磁化處理后的水，表觀接觸角會(huì)大大降低，從117°±1.3°降低到105°±0.4°，且整體的線性遞減趨勢(shì)非常明顯。

2.2.2 增氧水

借助物理增氧技術(shù)或者是化學(xué)增氧技術(shù)，都能提升水溶解氧的能力，形成增氧水。相關(guān)研究學(xué)者對(duì)增氧水的研究主要集中在水分和農(nóng)作物產(chǎn)量方面的關(guān)系，得出的結(jié)論是，不同的增氧方式會(huì)對(duì)春小麥生長(zhǎng)和具體產(chǎn)量產(chǎn)生差異化的作用，但采取過氧化氫溶液完成增氧處理的增氧水在澆灌中會(huì)對(duì)產(chǎn)量和質(zhì)量形成負(fù)面作用。微咸水是應(yīng)用增氧泵進(jìn)行溶解氧處理，此時(shí)能大大提升產(chǎn)量。

2.2.3 去電子水

借助電子器對(duì)水資源進(jìn)行處理，得到的水僅僅剩余正離子和正電荷，在同性電荷相互排斥作用下，能更好地實(shí)現(xiàn)水鹽分離，這對(duì)于改善水活性具有重要意義。去電子水能有效對(duì)劣質(zhì)灌溉水高鹽度予以中和，減少不利作用，提升植株生長(zhǎng)的效果。

綜上所述，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中利用活化水技術(shù)進(jìn)行綜合處理，能有效優(yōu)化水分子的理化性質(zhì)，要結(jié)合進(jìn)一步的試驗(yàn)分析和驗(yàn)證論證才能更好地發(fā)揮活化水的灌溉效能。

3 活化水灌溉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用研究

3.1 案例

3.1.1 基本情況

本文以某試驗(yàn)區(qū)為例，地區(qū)的氣候條件屬于暖溫帶半濕潤(rùn)類大陸季風(fēng)氣候，年平均氣溫為9.1℃，年均降水量為578.6mm，且主要的降水集中在7—9月，主要的農(nóng)作物是冬小麥和夏玉米。當(dāng)?shù)匮芯吭簩?duì)多種因素和環(huán)境條件進(jìn)行了分析和研究，確定采取活化水灌溉試驗(yàn)方案，利用人工模擬干旱環(huán)境的智能溫室完成匹配試驗(yàn)分析，溫室中匹配補(bǔ)光措施、外遮陽裝置以及通風(fēng)裝置等，在合理調(diào)控溫度參數(shù)和環(huán)境參數(shù)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究活化水對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉產(chǎn)生的影響[5]。試驗(yàn)期間具體參數(shù)為光照時(shí)間07∶00—19∶00；光照強(qiáng)度699Cd；室內(nèi)溫度設(shè)置為白天25℃，夜間20℃；室內(nèi)相對(duì)濕度為70%。在基礎(chǔ)設(shè)置工作完成后，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)要求和規(guī)范落實(shí)具體試驗(yàn)規(guī)劃。

3.1.2 具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.1.2.1 試驗(yàn)區(qū)耕作管理試驗(yàn)

利用田間定位試驗(yàn)，針對(duì)的研究對(duì)象是一年一熟的冬小麥，采取行播種植的方法，行距控制在30cm，播種時(shí)間是2019年9月15日，收獲時(shí)間是2020年6月13日。對(duì)應(yīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容中，采取的是隨機(jī)區(qū)組的設(shè)計(jì)方案，每個(gè)設(shè)計(jì)區(qū)塊的面積均為5m×7m，共計(jì)20個(gè)。利用高度10cm的田埂將試驗(yàn)區(qū)域和周圍臨近小區(qū)予以隔離處理。為了保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)的代表性和可行性，要進(jìn)行相應(yīng)的重復(fù)試驗(yàn)，對(duì)應(yīng)的NP和NPB試驗(yàn)要重復(fù)4次，其它對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)則重復(fù)3次即可。為了維持試驗(yàn)處理的合理性和規(guī)范性，試驗(yàn)區(qū)域利用地膜進(jìn)行輔助管理，具體的尺寸為厚度0.015mm，寬度60cm，材質(zhì)是聚乙烯薄膜，實(shí)際試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。

3.1.2.2 水培試驗(yàn)

為了更好地證明活化水灌溉的實(shí)效性，利用水培試驗(yàn)處理模式落實(shí)具體試驗(yàn)內(nèi)容。主要的研究對(duì)象是水培小麥，設(shè)置4種基礎(chǔ)試驗(yàn)環(huán)境，分別為普通水、磁化水、增氧水、磁化水配合增氧水，利用氣泡石加氣的方式作為輔助條件，但是由于增氧水單獨(dú)設(shè)置氣泡石加氣產(chǎn)生抵消的效果，所以設(shè)置了加氣和不加氣的4個(gè)基礎(chǔ)試驗(yàn)內(nèi)容，每個(gè)試驗(yàn)要設(shè)置4次重復(fù)試驗(yàn)，結(jié)合溫室情況隨機(jī)完成，并有效交換相應(yīng)的位置。具體數(shù)據(jù)見表2。

3.1.3 配制營(yíng)養(yǎng)液

在進(jìn)行水培試驗(yàn)處理的過程中，利用不同溶劑的營(yíng)養(yǎng)液，結(jié)合對(duì)照處理用水蒸餾水。磁化水應(yīng)用的是經(jīng)過磁化處理的蒸餾水，增氧水應(yīng)用的是經(jīng)過增氧處理的蒸餾水，磁化配合增氧應(yīng)用的是先經(jīng)過磁化后增氧處理的蒸餾水。如，磁化水處理過程，利用3000GS的磁場(chǎng)強(qiáng)度對(duì)蒸餾水予以強(qiáng)度循環(huán)處理。主要是將磁場(chǎng)強(qiáng)度分布均勻的定制磁環(huán)設(shè)置在蠕動(dòng)泵的進(jìn)水管中，蠕動(dòng)泵的實(shí)際轉(zhuǎn)速為400r·min-1，磁化時(shí)間設(shè)置為15L水磁化20min。需要注意的是，具體的磁化時(shí)間要結(jié)合水的具體含量酌情控制。

3.1.4 種植管理

選取的小麥品種為“小偃22號(hào)”，小麥品種本身具有高產(chǎn)且抗倒伏的特征。在栽培工作開始前要集中選擇籽粒較為飽滿的種子，并且借助質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的過氧化氫對(duì)種子表面予以處理，處理時(shí)間為30min，能有效避免種子出現(xiàn)霉腐問題。在集中消毒工作結(jié)束后，要利用飽和的硫酸鈣溶液對(duì)其進(jìn)行二次處理，浸泡4h后轉(zhuǎn)移。將種子放置在鋪有紗布的盒子里，并在表面撒水維持紗布的濕潤(rùn)，維持水分后確保種子能順利萌發(fā)，形成有氧呼吸。與此同時(shí)，要在盒子上覆蓋黑色的塑料薄膜，不僅能保溫還能有效遮光。盒子要放置在25℃的環(huán)境中催芽處理，小麥生出胚根后轉(zhuǎn)移到恒溫箱中培養(yǎng)3～4d。要集中選擇長(zhǎng)勢(shì)較為均勻的小麥幼苗，定植在泡沫漂浮板上，種植過程中，每隔4d進(jìn)行1次營(yíng)養(yǎng)液的更換，并觀察和記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)，針對(duì)出現(xiàn)的病蟲害問題要及時(shí)處理，整個(gè)種植周期為30d。

3.1.5 結(jié)論

經(jīng)過一段時(shí)間觀察后，發(fā)現(xiàn)磁化配合增氧水，且加氣狀態(tài)的區(qū)塊種植產(chǎn)量最高，其次是加氣增氧水、加氣磁化水、不加氣增氧水、普通蒸餾水。說明活化水的灌溉效果較好，且能在提升種植質(zhì)量的同時(shí)優(yōu)化種植產(chǎn)量。

4 活化水對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉的影響

依據(jù)試驗(yàn)和國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究?jī)?nèi)容可知，活化水對(duì)于農(nóng)作物生長(zhǎng)具有一定的輔助作用，能在打造良好生長(zhǎng)環(huán)境的基礎(chǔ)上更好地優(yōu)化土壤環(huán)境，輔助植株更好地吸收養(yǎng)分，并且優(yōu)化植株新陳代謝。

4.1 對(duì)土壤的理化性質(zhì)產(chǎn)生影響

近幾年，土地退化現(xiàn)象越來越突出，其中土壤鹽漬化是較為突出的問題，尤其是在一些干旱半干旱區(qū)域。深層土水分蒸發(fā)鹽分逐漸累積，對(duì)后續(xù)種植工作會(huì)產(chǎn)生較大的影響，不僅是因?yàn)槿藶楣喔龋€因?yàn)椴灰?guī)范的農(nóng)業(yè)耕作處理?；诖?，合理應(yīng)用活化水灌溉勢(shì)在必行。

4.2 對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響

對(duì)于植株而言，水分具有非常重要的作用，不僅能有效輔助植株生長(zhǎng)，還是植物開展新陳代謝、營(yíng)養(yǎng)運(yùn)輸?shù)闹匾ǖ?。利用活化水處理機(jī)制能有效改善水的理化性質(zhì)，從而進(jìn)一步輔助植株開展新陳代謝。如，活化水在適當(dāng)處理后會(huì)降低締合度，更加便于水分穿過植株體細(xì)胞膜，提高營(yíng)養(yǎng)物攝取的效果。活化水能促進(jìn)作物種子萌發(fā)，加之磁處理技術(shù)較為便捷，且對(duì)植物傷害小，能在優(yōu)化萌發(fā)率的基礎(chǔ)上為植株創(chuàng)設(shè)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，在提高幼苗萌發(fā)率的同時(shí)能大大提高作物產(chǎn)量?；罨苡行?yōu)化作物根系生長(zhǎng)環(huán)境，根系是植株生長(zhǎng)的關(guān)鍵器官，也是吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的關(guān)鍵，利用活化水能提高根系的活性，使農(nóng)作物的生長(zhǎng)效果更好。如，部分研究者利用磁化水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉，低頻磁場(chǎng)環(huán)境中洋蔥根系相較于普通環(huán)境生長(zhǎng)狀態(tài)更加穩(wěn)定。主要是因?yàn)榇艌?chǎng)使根系的細(xì)胞分裂指數(shù)直線上升，促進(jìn)植株根部和胚軸生長(zhǎng)發(fā)育。

5 結(jié)束語

針對(duì)活化水的研究在不斷深入和發(fā)展，活化水不僅能有效提升土壤運(yùn)送養(yǎng)分的能力，還能減少不良環(huán)境因素對(duì)種植植株產(chǎn)生的負(fù)面作用，對(duì)部分作物特性有良好的改善功效。盡管一些機(jī)理和影響程度需要進(jìn)一步驗(yàn)證，但依舊不影響其在實(shí)踐種植中發(fā)揮的具體效力，因此要整合活化水技術(shù)方案，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。