节水增氧灌溉

张天柱 薛晓莉 杨文华 邢利利 赵跃刚 任强

节水增氧灌溉可以提高根际含氧量，改善根区土壤环境;促进根系发育，提高根系活力，有效提高作物根系从土壤中吸收水分与营养元素，减少用水量，提高水肥利用效率;改良土壤，促进微生物活动，提高土地生产力;促进作物生长，提高农作物产量和品质。

提高水肥利用率

水、肥、气、热、光是满足农作物生长所必须的重要因素，其因素间相互协调、相互制约共同影响着作物的生长。随着设施农业的不断发展，大力提倡节水灌溉，新型高效的节水灌溉技术有效提高了灌溉水的利用系数，增加了水分利用效率。这些研究多集中在水、肥、光和热的协调上，但是忽略了气的因素，土壤通气方面的研究比较少。

土壤中空气含量的多少可直接影响作物的根系呼吸、土壤酶活性以及对养分的吸收等，因此，土壤通气也是影响土壤肥力的重要因素。由于排水不良和淹水，土壤水分温度较高或者大量施用化肥引起的通气不良，会影响根系呼吸并减少水分和养分的吸收，进而农作物、蔬菜、果树的产量和品质都受到了不利的影响。

根际氧气供应不足在作物栽培中普遍发生，无论是在大田栽培还是在水培和基质培中都会出现，因此如何改进根际氧气供应，平衡水、气状况是作物栽培中一项非常重要的课题。

节水增氧灌溉旨在基于现代水肥亲合和灌水施肥技术的基础上，改善作物灌溉后根系供氧不足的根区生长环境，保障根系生长的功能、土壤微生物的活动及矿物质的转化，提高水肥的利用效率。

目前已有的研究成果

增氧灌溉是通过在灌溉水中加气，直接向作物根系输氧来实现根域气体环境的优化，促进作物生长，从而获取农作物增产增收的极为节水、节能与利于环境的新型高效节水灌溉技术。它不但能节水、增产、提高品质、提高水肥利用效率，还能改良土壤，提高土地生产力，有利于缓解当前农业用水紧缺，将成为未来节水灌溉的发展方向之一。节水增氧灌溉作为一种新型高效节水灌溉技术已经得到美国，澳大利亚，日本，中国的众多学者的研究。

研究表明，节水增氧灌溉能够改善根系分布，扩大根系体积，增强根系活力，提高水分利用效率。作物在进行滴灌的生长过程中，根系大部分集中在被灌溉土体的外围，氧气的扩散率在位于被灌溉土体的中央部分非常低。通过研究作物节水增氧灌溉发现，棉花和玉米灌溉土体中的根系分布明显改变;烟草根系活力达到最优，根系体积扩大，不定根及细根量增多，根系活力增强;马铃薯和棉花的产量增加，水分利用效率提高。

节水增氧灌溉能够促进作物生长，提高产量和品质。在节水增氧灌溉条件下，马铃薯、番茄和黄瓜生长加快、产量提高;小型西瓜产量、可溶性总糖和可溶性固形物含量均显著提高。

雷宏军等研究发现，循环曝气滴灌可以大幅度提高灌溉水掺气比例，有效改善普通地下滴灌引起的黏质型土壤根区间歇性缺氧环境，提高作物生产力。曝气滴灌可显著促进黄黏土中番茄的生长，促进番茄果实成熟，有效提高作物产量，改善番茄品质。

节水增氧灌溉能够改良土壤，提高土地生产力。增氧灌溉对于生长在盐碱地的作物适应性更强，根区通气促进了根系的生长，让根系更加适应在盐碱地里的生长，通气提高了根系机能，为根系排盐起了重要作用。

Bhattarai等研究表明，节水增氧灌溉情况下，盐碱地的棉花和大豆根系呼吸分别提高了9%和25%，根系排盐量分别提高了6%和25%;盐碱地的番茄植株生长加快，开花坐果时间提前，繁殖能力提高，单株产量提高了21%。这些研究发现对于盐碱地增氧灌溉、土壤改良具有重要意义。

节水增氧灌溉同样适用于无土栽培。在现代农业的水培生产过程中，增加营养液中水体含氧量，可以使作物蔬菜生长速度得到很大的提高，甚至可以实现提高数倍的目的达到超常规的发育效果。通过番茄基质通气的研究表明，加气栽培可显著改善番茄根系通气环境，提高植株的净光合速率、根系活力和吸收能力，增加番茄产量。

增氧灌溉技术的类型

目前在设施园艺和旱地滴灌中，已广泛采用的节水增氧灌溉技术主要包括机械加气和化学溶氧两种类型。机械加气是最为常用的节水增氧灌溉方式，在机械设备的作用下将水体与空气有效接触进而向水体补充氧气，较为常用的有文丘里空气射流器和气泵等。文丘里空气射流器无需消耗电能，当有压水流通过射流器时自动吸入空气，将水气混合物送入根区;气泵则需要消耗电能向水中充氧。化学溶氧是向灌溉水体中加入化学增氧剂，其遇水后发生化学作用释放氧气，从而提高水体中溶解氧的含量，如过氧化钙、双氧水等。

这两种方式都能有效缓解灌溉根系缺氧问题，但也都存在一定缺陷：文丘里空气射流器因过水流速缓慢使得单次曝气水流掺气比例受限，在实际应用中受到限制;化学增氧剂对植物产生某些不良影响，如双氧水对植株有一定的腐蚀性。并且传统的充氧方式效率比较低，难以使灌溉水中溶氧值迅速增加。微纳米气泡曝气技术是一种新型高效的机械加气增氧方式，利用微纳米气泡曝气技术对灌溉水进行曝气增氧，可迅速提高灌溉水体的溶氧值，形成微纳米气泡富氧水用于灌溉。

微纳米气泡曝气技术

微纳米气泡曝气技术是世界领先的水处理曝气技术。通常把在发生时直径在数十微米到数百纳米之间的气泡叫微纳米气泡。微纳米气泡具有气液比表面积大、自身带电、自我加压、水中停留时间长、促进生理活性、具有缓释效果等独特特性。利用微纳米气泡快速发生装置对灌溉水体进行曝气，可迅速提高灌溉水体的溶氧值，形成微纳米气泡富氧水用于灌溉。微纳米气泡水不仅能够提供充足的氧气，并且其特有的带电性、氧化性、杀菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促进植物的生长发育。

目前国内外关于微纳米气泡曝气技术增氧灌溉的研究相对较少。朱练峰等关于增氧灌溉对水稻生理特性和后期衰老的影响研究表明，微纳米气泡水（超微细气泡水）增氧灌溉能提高水稻叶片光合能力，延缓生育后期水稻根系和叶片衰老，促进水稻籽粒灌浆结实，明显促进水稻生长并显著提高水稻产量;并且，与传统增氧灌溉水相比，微纳米气泡水溶氧量明显提高而且下降速率慢。才硕等研究了微纳米气泡增氧灌溉技术对双季稻需水特性和产量的影响，与常规水灌溉相比，微纳米气泡增氧灌溉可以减少灌水量、排水量和耗水量，早晚稻水分利用效率（耗水量）分别提高7.78%和8.37%。

同时，增氧灌溉显著增加了水稻产量。而且增氧灌溉明显提高了双季稻有效穗数、总粒数及结实率。吕梦华等研究表明充氧微/纳米气泡水对白萝卜的生长发育以及部分品质指标有明显的促进作用，且高溶解氧浓度的促进效果更加突出。

与传统增氧方式相比，微纳米气泡曝气技术可迅速提高灌溉水体的溶氧值，且溶氧值下降速率缓慢，对于灌溉增氧效果明显;微纳米气泡水不仅能够提供充足的氧气，并且其特有的带电性、氧化性、杀菌性等使其具有特殊的生物生理活性，促进植物的生长发育，这都是传统的增氧方式无可比拟的。对于微纳米气泡曝气技术增氧灌溉更为深入的研究，对于实际生产具有重要意义。

研究终须服务于实践

节水增氧灌溉可以提高根际含氧量，改善根区土壤环境;促进根系发育，提高根系活力，有效提高作物根系从土壤中吸收水分与营养元素，减少用水量，提高水分和肥料利用效率;够改良土壤，促进微生物活动，提高土地生产力;促进作物生长，提高农作物产量和品质。这是一个创新，应该充分研究然后付诸实践并应用到生产中去，为节水事业和农业高效生产作出应有的贡献。