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第 8卷 第 1期
2 0 O 0年 3月
生 态 农 业 研 究
Eco—agriculture Research
VoI．8 No 1
M arch，2 0 0 0
干湿变化与作物补偿效应规律研究 *
黄 占斌 t衷国 学藩水土 再 再 杨陵 z ∞) 5引f
sg
脯 要 干理变化是作物生产趵水舟环境 ，利用植物里后 复水所产生的补偿效应是农业抗旱节术
的新逢在。记述 了表业干馒变化类型和补偿效应 的内盾、干湿变化对作物生态补偿和生长发育阶
段问朴偿及生理代谢功能问补偿性。通迁土壤士气湿度组合 的玉米实验 ，研 究了士 气主足度提高补
偿土壤干旱作物生长与水分利用赦应 的规律。
关键 词 f旱 L
-化 笆 、仨兰羔 ．上呻氧t 涅蘑．
A study ot drought— et changing environment and compensative effect rules of crops．Huang
Zhanbin(Instltu￡e of Soil andW aterConservationtCAS，Yangling 712100)，EAR．2000，8(1)：30～33
Abstract Drought—wet change a kind of water environment in crop prodoction process．To USe
compensative effect of crops，caused hy supplying water after droughtt is a new way for agricu[一
tural drou【ght resistance and water saving． Based on the types of drought—wet change and the
meaning of the compensative effect，the compensative ef{ects in crops，different growing stages of
crops·and physilogical capacity of the metalx~lism are studied．According to the experimentai re—
sults of maize under moisture change of sod and atmosphere t the compe nsative soil drought effect
on growth and water rise e[[ieiency by raising humidity of atmosphere was researched
Key words Drought，Drought wet change tCompe nsative effect tCrop
l 干湿变化与作物适应干旱的补偿性
农业生产 中时间和空间的干湿变化经常发生，时间干湿变化表现为不同季节、作物不同生
育期及 1d中不同时段的缺水干旱 ；空间干湿变化表现为不同生态区域 、农 田和不同作物 、土壤
及大气不同组合的缺水干旱等 。季节干湿变化表现有春旱、夏旱、秋旱和冬旱 ，我国北方春旱最
为普遍 ，黄土高原地区长城沿线一带春旱频率达 80 ，夏旱为 30 ～40 春夏连旱或冬春连
旱在陕西省北、中部地区相当普遍，按干旱面积占该区土地面积百分 比计，干旱强度分为局部
干旱 (受旱面积≤10 )、中等干旱(受旱面积 10 ～2o )、大旱(受旱面积 21 ～3o％)、特大
干旱(受旱面积 31 ～50 )和毁坏性干旱(受旱面积>50 )5类。作物生长发育阶段的干湿
变化有全生育期干旱、不同生育阶段干旱，甚至 1d供水中不同时段的干旱缺水。故作物所处水
分环境不断变化，经历由湿变干 、补水后使干变湿的干湿交替状况。
干旱缺水是 制约 我国农 业持 续发展的障碍 因素 。在过 去2200多年 内我 国发生大旱 灾
+ 国家重点基础研究学科筮展觏戈1项目(G1999011 708)和陕西省自然科学基金资助项 目
收稿日期 r1999 08—1 6 改回日 ：1999—09—18
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第 1期 黄占斌 ：干湿变化与作物补偿效应规律研究 31
1300多次，平均 2年发生 1次大旱 近年随着全球气候变暖干旱加剧，农业受旱面积不断扩
大。据统计，我国 45 地区年降水量~400mm；农业受旱面积 由 2o世纪 50年代平均 I330万
hm 扩大到 80年代 2330万 hm 和 90年代 2670万 hm。。全国每年因干旱缺水少产粮食 250
亿 kg，经济损失达 120～150亿元。因此 ，实施抗旱节水已成为我国农业持续发展的有效措施
之一 。
对作物生产而言，干旱不一定总是有害。研究表 明，一定时期内的适度干旱对提高作物产
量和品质有利 对作物进行不连续供水，前期干旱后可增强作物后期的抗旱能力 ，如禾谷类作
物苗期轻中度干旱 ，能促进根系“补偿生长 ，提高植株的抗旱能力，使植株产量不减少甚至增
加 。所谓“补偿生长 就是作物在一定时期受旱后再供水 ，作物的生长速率超过正常供水或缺水
状态下的生长速率。深入研究和充分利用植物补偿效应，对促进农业节水增产意义重大。一般
以 AWUE／WUE表示作物补偿效应指标n，,~．WLrE为供水生产效率 ，即单位面积每 mm 供水
所增加的籽实产量(或生物产量)．WUE为水分 利用效率 。当 ,~WUE／WUE> 1为超补偿；
Z~WUE／WUE一1为等量补偿 ；,5,WUE／WUE~1为低补偿；ZiWUE／WUE≥0．01～0．09为部
分补偿；△肌 ，E／WUE~O为无补偿 ；zflWUE／WUE,~O为伤害。
2 干湿变化对作物生长与产量补偿效应
补偿效应是作物生长发育中生存本能的反映。试验表明，补偿效应表现有作物间的生态补
偿、作物生长发育阶段间的补偿以及生理代谢间的补偿等方面 ，在农作物生产中表现有产量补
偿、生长补偿和生理补偿等。研究和利用植物补偿效应，对农业节水增产意义重大。
作物间的生态补偿性指一定生态区域内因作物间不同生态适应性差异而产生的补偿性，
如深根系与浅根系作物、禾本科与豆科作物间作套种等在生存空间上的互补性 ；区域内作物布
局的多样性 ，存在 1种作物受旱减产，另 1类作物丰收增产，使区域 内作物整体产量保持不变
或稍有增加的补偿效应。我国黄土高原风沙丘陵区农作物种类多样，就是作物区域生态补偿性
的实际应用
作物生长发育阶段间的补偿性指一定时间或空间内作物生长发育阶段问受旱后补永 ，对
其生长和产量的 补偿效应”。本研究通过作物生育期缺水组合实验 ，证明春小麦拔节期与玉米
抽穗扬花期旱后复水的籽粒产量和水分利用效率增加最为明显 ，不同春小麦品种的产量较干
旱处理增加 25 ～53 ；玉米控水实验发现，抽雄期缺水对籽粒产量影响最大。不同生育期干
旱缺水造成减产依次为抽雄旱>苗期旱>拔节旱>灌浆旱 ，与 充分供水处理 比较分别减产
18．2 、15．5 、6．8 和 4．6 。但拔节期缺水对玉米生长的影响最大，使玉米株高、叶面积和
干物质积累都明显减少 ．故拔节期的补偿生长可促进营养器官生长。同时说明生长补偿与产量
补偿存在错位 。山仑(1988)对谷子前期干旱研究表明，谷子苗期和拔节期经干旱锻炼(30 田
间持水量盆栽)复水后 ，光合速率 比充分供水明显增加 ，叶绿素含量增多 ，产量影响小，水分利
用效率显著提高。Hergert(1988)研究表明，在美国中西部大平原年均降水量 480mm 地区对谷
类作物授粉期和灌浆期进行 I50ram水的有限灌溉 ，可提高产量 8oH～120 ，且有限灌水利
用率显著高于充足灌水处理 ，玉米、豆类表现均如此。
生理代谢功能的补偿性指一定程度上作物某种生理功能的减弱，则伴随其他生理功能的
加强 。有研究表明，干旱环境下有些 C 作物的 PEP羧效化酶活性增加，夜间出现 CAM 植物
代谢途径。作物受旱后水溶性物质积累增加，渗透调节加强 ，补偿 了由于土壤含水量降低造成
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32 生 态 农 业 研 究 第 8卷
的生理抑制 此外旱后复水对作物各生理因素也产生影响 ．特别是蒸腾和光合作用对水分变化
的差异反应 ，使旱后复水的单叶水分利用效率提高 ，但这种作用持续时间较短 根冠关系研究
发现 ，作物根 系受旱后产生脱落酸(ABA)，通过蒸腾流传输到叶部 ，使作物叶片气孔部分关
闭，从而大大降低了作物的蒸腾耗水 ，光合作用并未降低多少 ．明显提高了作物水分利用效率。
由此建立的控制性分根灌溉技术在人工气候室盆栽实验表明，在光合产物不减少的前提下可
比全面均匀供水节水 34 ～37 。由此设计的隔沟交替灌溉技术在甘肃省民勤县玉米大田应
用表 明，在保持高产的前提下可比常规地面灌溉节水 33 0]
3 土壤大气湿度组合对玉米生长及水分利用效率的影响
土壤和大气是植物所处生境的两大媒介 ，土壤和大气湿度变化相互组合有土干气干、土干
气湿、土湿气干和土湿气湿 4种处理 实验 “陕单 9号”玉米为材料 ，以盆栽称重法 (±5g)控
制土壤湿度，设 70 t壤湿度和 40 土壤湿度 2种处理 ，玉米 5叶期移入人工气候生长箱进
行大气湿度处理 ．设 45 大气湿度和 75 大气湿度 2种处理 ，处理期 10d。
3．1 土壤大气湿 度对作物生长 的影响
对玉米干物质积累、叶面积和水分利用效率进行测定分析发现 ，2种大气湿度下 70 土壤
湿度比 40 土壤湿度处理的干物质积累增加 24．6 ～64．5 ．水分 利用效率增加 4．5 ～
9．8 ；2种土壤水分下 75 大气湿度 比 45 大气湿度处理 的干物质积 累增 加一5．5 ～
46．9 ，水分利用效率增加 60．8 ～69．0 。对玉米叶面积测定分析发现 ，70 土壤湿度比
40 土壤湿度的处理叶面积增加 42．1 ～1 97 ，75 大气湿度比 45 大气湿度的处理叶面
积增加 16．5 ～35．9 可以认为土壤水分变化较大气湿度变化对玉米干物质积 累的效应明
显 ，但大气湿度提高可在一定程度上改善土壤干旱对作物干物质积累和叶面积的制约，产生生
长补偿效应 ，且大大提高植物水分利用效率，其效应远高于土壤水分变化效应 ，是抗旱节水的
有效途径，应高度重视 大气湿度变化对玉米水分利用效率的影响是降低玉米耗水量，非但不
减少作物的干物质积累甚至可增加。大气湿度 由 4 提高到 75 时玉米耗水量降低 37．7
～ 46．5 。而在 25℃气温下 75 大气湿度处理的大气水势(一39．6MPa)较 45 大气湿度处
理的大气水势( 110．1MPa)高得多，使叶一气问水势梯度降低 ，水分蒸腾明显减少，水分利用
效率提高。
3．2 土壤大气湿度组合对玉米生理代谢的影响
2种大气湿度条件下，70 土壤湿度较 40 土壤湿度处理的叶水势明显提高，叶水势维持
在较高水平，说明土壤水分对植株水势起决定性作用。但 4o ±壤湿度处理下，75 大气湿度
处理的叶水势维持在中等水平 ．较 45 大气湿度处理 的叶水势高 ，说明大气湿度提高可改善
低土壤水分下作物的叶水势，进而产生生理和生长补偿效应 。
45 大气湿度条件下，7o 土壤湿度比 40 土壤湿度处理的叶片光合速率、蒸腾速率分
别增加 1 ．8 ～50．0 和 3．4 ～12．8 ，水分利用效率相应增加 15．4 ～33．8 。75 大
气湿度条件下 ，70 土壤湿度比 40 土壤湿度处理的叶片光合速率变化不大或稍微降低 ，但
蒸腾速率提高 20．0 ～38．5 ．水分利用效率相应降低 20．0 ～28．7 。
7O 土壤湿度条件下．75 大气湿度较 45 大气湿度处理的叶片光合速率、蒸腾速率分
男0增加 13．6 ～31．3 和 18．9 ～24．1 ，水分利用效率增加一6．7 ～69．2 。4o 土壤
湿度条件下 ，75％大气湿度较45 大气湿度处理的叶片光合速率 、蒸腾速率分别增#I28．9
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第 1期 黄占斌 ：干湿变化与作物补偿效应规律研究 33
～ 11 2．5 和-31．9 ～一7．1 ，水分利用效率增加-34．6 ～2l7 。可见低土壤湿度条件
下的大气湿度提高对增加植物水分利用效率更为明显 土壤水分亏缺过程中叶片 光合速率的
影响渐由气孔限制为主转向以非气孔限制为主。大气湿度的增加可缓解土壤干旱对叶片光合
速率的非气孔制约 。
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