1.3 国内外研究现状

作物水分利用效率是衡量单位水量产生作物产量多少的重要指标，依据研究目的和尺度的不同，与水分利用效率相关的研究对象和水分利用效率定义存在一定差别。现阶段，与植物本身相关的水分利用效率研究和与消耗水量计算方法相关的水分利用效率的研究较多。

1.3.1 与植物本身相关的研究

与植物本身相关的水分利用效率研究主要集中在以下三类：①单株尺度水平以下，其中包括叶面尺度水平、冠层尺度水平和植物尺度水平；②群体尺度水平；③作物产量水平。其中，群体尺度和作物产量水平与水分利用效率相关的研究较多。

1.3.1.1 单株尺度水平以下

单株尺度水平以下的水分利用效率是农学、植物学、生物学等领域研究的热点之一。通常包括叶面尺度水平、冠层尺度水平、植物尺度水平三种。

其中与叶面尺度水分利用效率相关的研究较多。如于贵瑞发现在环境胁迫的条件下，应用叶面尺度水平WUE理论与一光合蒸腾的综合模型能很好地模拟像大豆和玉米一样的C₃和C₄（碳3和碳4）植物的水分利用效率；董宝娣则发现光合速率、气孔传导度和蒸腾速率是雨养条件下最重要的叶面尺度水平的水分利用效率变量，进一步证实，在雨养条件下选择高光合速率、低蒸腾率和低气孔传导度的育种材料产生较高的叶面尺度水平水分利用效率是合理的。S.W.Leavitt等认为 CO₂浓度的富集有助于提高酸橘树的叶面水平水分利用效率。P.Steduto、GUO Shi-wei、Wang Jianlin等也基于叶面尺度水平水分利用效率理论对不同作物的水分利用效率做了相关研究。

1.3.1.2 群体尺度水平

群体尺度水平的水分利用效率又称为生物水分利用效率，通常是指地上生物量与整个生育期蒸发蒸腾量的比值。一般地，与该理论相关的研究多集中在生物学、农学领域，有时又结合不同的灌溉方式展开。

Elumalai Sivamani发现适量的水分亏缺会提高具有大麦HVA1基因的转基因小麦的水分利用效率。

Lothar Mueller认为在低洼地区，不同的地下水位都可能产生高的干物质量，但种植可耕作作物时水分利用效率会随水位的加深而增大。作物生物量最高时，水分利用效率最高。对于玉米和冬小麦，在地下水位变化范围为80～160cm，且具有较高土壤储水能力的田间，可得到最高的水分利用效率。

而郭余秋从光合作用与生物量的角度研究了我国华北平原冬小麦水分利用效率和蒸发蒸腾量。结果表明，增加灌溉次数和灌溉量，水分利用效率会减小，粮食产量无增加；在光合作用和生物产量水平上的水分利用效率与产量水平上的水分利用效率是正相关关系。

1.3.1.3 作物产量水平

作物产量水平的水分利用效率是指作物产量与作物整个生育期蒸发蒸腾量的比值。与之相关的研究，更多集中在不同灌溉方式对作物水分利用效率影响的研究上。如康绍忠、R.Wakrim等分别展开了分根区交替灌溉、调亏灌溉、亏缺灌溉等不同的灌溉方式对玉米、小麦等不同作物水分利用效率影响的研究，结果表明，这些灌溉方式一定程度上均有助于提高对应作物的水分利用效率。

研究还在养分管理对不同作物水分利用效率的影响上展开，如K.G.Mandal、K.M.Hati等也发现通过不同的养分管理均可提高芥菜、大豆等作物的水分利用效率等。

此外，还有其他影响作物水分利用效率的研究。如Pradeep K.Sharma通过对粗质地的雨养低洼地实施心土压实技术，提高了水稻的水分利用效率和产量；Mather Bou Jaoude的研究表明，井灌条件下，臭氧浓度增加导致地中海地区大豆的叶面积、干物质量和生物器官减少，但对水分胁迫条件下的植物没有影响。当臭氧浓度较高时，大豆产量减少47%，水分利用效率减少25%。

1.3.2 与消耗水量计算方法相关的研究

上述与植物本身相关的水分利用效率研究，主要是基于植物不同水平的水分利用效率定义展开。研究的重点在植物；研究的领域在农学、植物学、生物学；研究的重心在净碳同化量（叶水平）、冠层的CO₂通量（冠层水平）、地上生物量（群体水平）、作物产量（作物水平）。而对于各水平上作物消耗水量的研究并未展开。

石玉林等（2001）从我国农业需水与节水高效农业建设的需求出发，翔实而系统地研究了水分利用效率的内涵和确定方法。

段爱旺则基于消耗水分计算方法的不同，衍生出上述四种水分利用效率。

M.Vazifedoust为探究更高经济效益和水分生产率的农业策略，也提出了计算消耗水分的类似方式，即蒸腾速率、蒸发蒸腾量、季节灌溉量、季节灌溉量与季节降雨量之和等，并用总的干物质量分别与之相除，得到对应的水分利用效率。Jim Purcell等人在提出上述用作物产量除以对应消耗水量的几种水分利用效率的同时，也举出了用经济产值除以对应消耗水量的水分利用效率，即总生产量的经济水分利用效率、灌溉经济水分利用效率、边际灌溉经济水分利用效率等。

1.3.3 存在问题

上述与水分利用效率的相关研究，均是建立在不同的消耗水量所产生的对应物质量上。然而，因研究内容、研究目的的不同，水分利用效率的定义和对应的确定方式也表现出了多样性。它们的研究尺度，更多集中在盆栽尺度、小单元尺度（如2m×2m）或田间尺度上。这就决定了某些水分利用效率理论只能在一定范围内使用才更合理，如利用盆栽实验，实现叶水分利用效率、冠层水分利用效率的研究；借助小单元尺度实验，展开群体水分利用效率的研究；进行田间尺度实验，凭借田间尺度实验，完成产量水平的水分利用效率等。还有一些基于消耗水量不同计算方法的水分利用效率理论，在理论上可以实现，实际操作却很难完成，尤其在田间尺度以上。如灌溉水分利用效率、边际灌溉水分利用效率、灌溉经济水分利用效率、边际灌溉经济水分利用效率等。

特别地，随着水分利用效率研究的逐步深入，仅实现田间尺度以下的作物水分利用效率研究，即产量水平的水分利用效率或消耗水量不同计算方式的水分利用效率的单个研究，已不能满足实际生产和宏观经济的需要。田间尺度以上，尤其是灌区尺度、流域尺度等大尺度区域，更需要产量水平的水分利用效率研究与消耗水量不同计算方式的水分利用效率研究相结合。已有水分利用效率的相关研究，既较少展开如灌区尺度、流域尺度等大尺度区域的水分利用效率研究，也很少对多尺度区域间水分利用效率相互关系的研究。这就需要我们对此展开深入的研究。尤其在淡水资源日益短缺、人口持续增长、耕地面积不断缩减的今天，研究大尺度区域作物的水分利用效率、实现单位水量产出最大经济产量的任务更为迫切。