我國降雨和水資源時空分布不均，因此必須在提倡節(jié)約用水的基礎(chǔ)上，調(diào)控地下水位，減少漬害，使作物最大限度的利用地下水進(jìn)行補(bǔ)給，對發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水，提高水分生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)高效節(jié)水、增產(chǎn)有雙重意義。不同地區(qū)、不同作物及其在不同的生育階段對地下水埋深的要求有所不同，需要進(jìn)行合理的水位控制，為作物創(chuàng)造適宜的土壤水分環(huán)境，以促進(jìn)產(chǎn)量的提高。研究不同地下水埋深對作物的影響，對于作物灌溉制度的制定、區(qū)域水文循環(huán)模型與農(nóng)田水量轉(zhuǎn)化研究、鹽堿地的綜合治理和改良等方面都有著十分重要的意義?？刂频叵滤粴v來是農(nóng)學(xué)、土壤、水利和氣象專家等關(guān)注和研究的重點(diǎn)。由于地區(qū)間生態(tài)條件的差異和研究的側(cè)重點(diǎn)不同，對作物適宜的地下水位要求不盡一致。作物適宜的地下水埋深與作物種類、土質(zhì)、氣候以及栽培措施等因素有關(guān)。要定量研究不同地下水埋深對作物的影響，一般通過人工控制地下水位的方法，通過馬氏瓶來控制地下水埋深。地下水埋深對作物的影響研究主要集中在三個方面：一是從水分轉(zhuǎn)化運(yùn)移角度來研究不同的地下水位，土壤條件下作物根系土壤水分的補(bǔ)給，鹽分的運(yùn)移規(guī)律。地下水埋深對作物根系土壤水動態(tài)的影響是近年來研究的重點(diǎn)。二是從作物載培學(xué)和植物生理方面，研究地下水埋深對作物生長發(fā)育影響。三是從節(jié)水灌溉角度探討地下水埋深對作物產(chǎn)量的影響。地下水埋深影響到作物生長發(fā)育各個方面和階段,作物生長發(fā)育狀況的變化會改變其自身水分消耗反過來也影響到土壤水分鹽分狀況及作物產(chǎn)量，這三個方面相互作用，相互影響的。

 

  1． 地下水埋深對作物根系土壤水分和鹽分運(yùn)移的影響

 

  對于旱作地區(qū)的地下水，并非全部能被作物利用，必須適時適量的轉(zhuǎn)化為作物根系吸水層中的土壤水才能被作物利用。地下水一般不允許上升至根系吸水層，否則易造成漬害，只能以上升毛管水的形式補(bǔ)給根系吸水層。

 

  地下水埋深對作物根系土壤水分運(yùn)動影響，主要是在作物土壤水分的季節(jié)、垂直變化規(guī)律和補(bǔ)給上。巴比江等[8]的研究表明，在季節(jié)變化上，地下水埋深影響表層和主要根系層的土壤水分變化規(guī)律，越淺對玉米根系層的影響較大；在垂直變化上，越深同層土壤含水率差異越大。李志軍等把地下水埋深對玉米土壤水分的季節(jié)變化分為緩慢失墑期、雨季干濕交替期、穩(wěn)墑恢復(fù)期。地下水埋藏越淺，相同層次土壤含水率愈高；垂直變化上，埋藏越深，各層次分布差異越大，且層次界限越明顯。巴比江等把對冬小麥的研究發(fā)現(xiàn)，季節(jié)變化分為緩慢消耗期(9~11月)、穩(wěn)定期(11至翌年3月)、強(qiáng)烈變化期(4~6月)。地下水埋深影響地下水對作物根系土壤水分的補(bǔ)給。如內(nèi)蒙灌區(qū)春小麥地下水補(bǔ)給量，當(dāng)?shù)叵滤裆顬?.5～2.5m時，補(bǔ)給量為40～80m3/畝，河南省人民勝利渠在1957～1958年觀測資料證明，冬小麥生長期內(nèi)地下水埋深1.0～2.0m，地下水補(bǔ)給量占總耗水量的20％。左強(qiáng)等通過對蒸發(fā)條件下地下水對lm土體水分補(bǔ)給的數(shù)值模擬研究認(rèn)為，在相同的水分蒸發(fā)條件下，地下水埋埋深越大，則各深度的水分通量越小。當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?m時，地下水對1m土體的已基本沒有補(bǔ)給。

 

  干旱地區(qū)，處于區(qū)域性積鹽狀態(tài)，當(dāng)?shù)叵滤癫剌^淺時，土壤容易發(fā)生強(qiáng)烈的鹽堿化。在氣候條件相同、土壤質(zhì)地、土壤剖面以及相應(yīng)的導(dǎo)水性能、水質(zhì)及地面覆蓋狀況相似的情況下土壤水分運(yùn)動及積鹽強(qiáng)度主要取決于地下水的埋深。楊建強(qiáng)，羅先香[4]運(yùn)用人工網(wǎng)絡(luò)和趨勢線分析建立了土壤鹽漬化與地下水埋深關(guān)系曲線。張展羽等建立了作物生長條件下農(nóng)田水鹽運(yùn)移模型。在發(fā)生降雨和進(jìn)行灌溉時，地下水埋深對作物根部土壤的入滲也有影響。地下水位愈高，土壤含水量愈大，入滲速度愈小，雨水或者灌溉入滲總量也愈小，入滲期間自地表所能帶入深層的鹽分愈少，作物根部土壤不容易脫鹽，易發(fā)生鹽漬化。

 

  2．地下水埋深對作物生長發(fā)育的影響

 

  地下水埋深對作物生長發(fā)育的影響包括生態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)。王曉紅，侯浩波等的研究表明：地下水埋深越深玉米株高越高，不同埋深間玉米的葉面積指數(shù)也有較大差異，1m埋深條件下，玉米的騰發(fā)量與別的處理的差異顯著。地下水位過高，作物的蒸騰速率降低，原因是作物根系過濕，易發(fā)生漬害，影響到作物根系的發(fā)育和吸水能力，從而降低作物騰發(fā)量。水位過低，很容易形成強(qiáng)烈向表層輸水的毛管作用，通過土壤表層直接蒸發(fā)散失大量水分，從而提高了作物騰發(fā)量。瞿益民等通過對辣椒的實(shí)驗(yàn)得出移栽甜椒騰發(fā)量與地下水埋深之間大致呈二次拋物線關(guān)系。當(dāng)水位較淺時，地下水可以不斷地補(bǔ)充根系吸水層中的水分消耗，從而減少灌水定額和灌水次數(shù)。趙正宜，王東閣[16]的研究表明把水稻的地下水位控制在0.3m以下，有效莖數(shù)，有效分蘗率，干物質(zhì)重，葉面積指數(shù)，葉面積指數(shù)，呼吸強(qiáng)度等均比對照有所提高。

 

  不同地下水埋深影響作物根系的發(fā)育和在土壤中的分布[7]。地下水埋深的不同影響主根的下扎深度，功能和功能期，這是土壤水分對根系生長作用和根系對土壤水分狀況適應(yīng)性反應(yīng)的綜合體現(xiàn)。地下水埋深對根系的發(fā)育影響在土壤剖面上的分布，地下水埋深越大，作物根系在土壤層發(fā)育越多，根系發(fā)育漸趨良好，入土深度加大，干物質(zhì)加重。如果地下水位過高，則易造成土壤通氣不良，作物根部缺氧，呼吸困難。陳勇等的研究認(rèn)為丘陵地區(qū)高產(chǎn)小麥田的地下水位以0.85～0.9m為宜。播種后地下水位可回升至0.5m以下，有利于全苗、齊苗，促早發(fā)冬壯；返青至抽穗期以0.85m以下有利于控旺促壯、發(fā)根；成熟期穩(wěn)定在0.65～0.7m，有利于養(yǎng)根保葉，活熟到老，積累更多的灌漿物質(zhì)。作物不同的生育期對地下水位的要求也不盡相同。王永林的實(shí)驗(yàn)[18]認(rèn)為冬小麥不同生長期適宜地下水埋深控制指標(biāo)為播種出苗期0.4~0.5 m，分蘗越冬期0.5 ～0.6 m，返青期0. 6 ～0. 8 m，拔節(jié)至成熟期0.8～1.0m。唐明珍等[32]的研究認(rèn)為平原和江圩區(qū)拔節(jié)孕穗期適宜地下水位為0.9～1.3m，丘陵地區(qū)為0.9m。因此應(yīng)根據(jù)作物不同的生育期和不同的土壤環(huán)境條件對地下水埋深進(jìn)行合理適時調(diào)控。

 

  3．地下水埋深對作物產(chǎn)量的影響

 

  地下水通過影響作物的根系生長，進(jìn)而影響作物的根冠關(guān)系和冠層的光合作用，對作物的水分利用效率和作物產(chǎn)量發(fā)生作用。目前荷蘭等國根據(jù)不同地下水埋深時作物的產(chǎn)量，求得了地下水埋深與作物產(chǎn)量關(guān)系曲線。如下圖：  Bouman和Kropff等建立了水稻生產(chǎn)模型ORYZA2000，較好的模擬了不同地下水深對水稻產(chǎn)量相關(guān)指標(biāo)的影響。一些研究表明在地下水作用下作物產(chǎn)量和地下水位之間存在一個最優(yōu)的地下水位，這一最優(yōu)地下水位是作物、土壤和氣候的函數(shù)。

 

  Kahlown等的研究發(fā)現(xiàn)地下水位埋深為0.5m時，小麥產(chǎn)量最高，為2m和2m以下甘蔗的產(chǎn)量最高。Hiler等的研究認(rèn)為地下水位埋深為0.9m時高粱產(chǎn)量最高。蔡勇，顧正華，周綱運(yùn)用人工 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立了棉花適宜地下水分析模型，并成功對江蘇適宜地下水埋深進(jìn)行了預(yù)測，得出江蘇常種棉花0.8～0.9m時產(chǎn)量最高。孫國義，楊中澤等的研究認(rèn)為：小麥生長的適宜地下水位埋深在0.2～0.6m之間，旱年地下水位埋深宜淺，豐水年地下水位埋深宜大。封超年等的研究發(fā)現(xiàn)：不同處理間千粒重的變化趨勢是地下水埋藏越深，千粒重越重，產(chǎn)量不同的原因是拔節(jié)后地下水埋深影響生育后期干物質(zhì)的累積。王元華采用動態(tài)水位與靜態(tài)水位相結(jié)合的方法,研究認(rèn)為小麥全生育期地下水埋深為0.8m時產(chǎn)量最高，地下水埋深對小麥產(chǎn)量的影響，主要是增穗，其次是增重，對千粒重的影響較小。俞雙恩等的研究發(fā)現(xiàn)小麥品質(zhì)隨地下水埋深的增大而提高。林賢青等的研究認(rèn)為地下埋深對稻米蛋白質(zhì)含量的影響不顯著。

 

  4．地下水埋深對作物影響的機(jī)理

 

  地下水埋深對作物影響機(jī)理，從作物栽培學(xué)的角度，一般認(rèn)為地下水埋深影響作物根系土壤水分的分布，而土壤水分分布控制著作物干物質(zhì)的累積與分配，影響著作物的水分利用效率。楊建鋒等認(rèn)為通過調(diào)控地下水位可以協(xié)調(diào)作物的根冠關(guān)系，促進(jìn)干物質(zhì)累積，優(yōu)化干物質(zhì)的分配，減少生長冗余，提高作物產(chǎn)量，提高水分利用效率。小麥的根系發(fā)育受地下水埋深制約，即埋深愈大，根深和根系密集層深度也愈大，根系發(fā)育就愈好，根深葉茂，根壯苗健，必然促進(jìn)小麥生長，使其干物質(zhì)和籽粒產(chǎn)量高[23]。不同的地下水埋深調(diào)節(jié)了作物根系在土體的分布范圍、下扎深度、功能和功能期，調(diào)節(jié)產(chǎn)量生產(chǎn)期、光合生產(chǎn)能力，影響花后干物質(zhì)積累，使庫容量和庫的充實(shí)度發(fā)生差異，最終影響產(chǎn)量。通過降低地下水位，減少土壤水分，可以達(dá)到增產(chǎn)的目的，一般認(rèn)為是改善了土壤通氣狀況，提高了根系活力，使好氣微生物活動加強(qiáng)，促進(jìn)肥料和有機(jī)質(zhì)分解，進(jìn)而有利于上部植株的生長。

 

  5．需要進(jìn)一步研究的問題

 

  目前大多數(shù)研究者對地下水埋深對作物影響的研究局限于旱作物，例如小麥，玉米，棉花等，對水稻等喜濕作物進(jìn)行地下水埋深的研究比較少。就農(nóng)田灌溉而言，人們關(guān)注的焦點(diǎn)大多是根層土壤的水分狀況和其動態(tài)過程。對地下水埋深對作物品質(zhì)的影響研究不多。地下水埋深對作物的影響是一個復(fù)雜的多維的問題，它涉及作物種類，生長階段、農(nóng)藝措施等因素，而且和土壤中的水、肥、氣、熱有關(guān)。以及和地下水作用下土壤根區(qū)的鹽分積累、微生物活動等密切相關(guān)。由于作物品種和地區(qū)環(huán)境條件的差異，保證作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)所提出的適宜地下水位不盡一致。另外地下水埋深對作物生態(tài)生理影響的機(jī)理有待進(jìn)一步的加強(qiáng)。

 

  對地下水埋深作物影響的研究目前仍處于實(shí)驗(yàn)探討階段，總的來說，其實(shí)用性尚嫌不足，要在生產(chǎn)上大面積應(yīng)用更有較大的距離。需要建立不同作物適宜地下水埋深的指標(biāo)體系，以使對地下水位的管理更加有章可循，促進(jìn)作物穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。以生產(chǎn)實(shí)踐為研究背景，結(jié)合地區(qū)降水與地下水情況、考慮作物生長階段，設(shè)計(jì)幾種不同的地下水埋深，探索不同作物幾個主要生長階段對地下水埋深敏感性顯得十分必要，對制定科學(xué)的灌排標(biāo)準(zhǔn)也具有重要的理論與實(shí)用價(jià)值。