果樹(shù)對(duì)土壤水勢(shì)響應(yīng)研究進(jìn)展

蘇學(xué)德，李 銘，郭紹杰，李鵬程　(新疆農(nóng)墾科學(xué)院林園研究所，新疆石河子 832000)

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果樹(shù)對(duì)土壤水勢(shì)響應(yīng)研究進(jìn)展

蘇學(xué)德，李 銘，郭紹杰，李鵬程(新疆農(nóng)墾科學(xué)院林園研究所，新疆石河子 832000)

摘要通過(guò)總結(jié)果樹(shù)生理、生長(zhǎng)及果園生態(tài)因子對(duì)土壤水勢(shì)響應(yīng)及相關(guān)閾值界定的研究進(jìn)展，提出土壤水勢(shì)與果樹(shù)生命互作尚待解決的問(wèn)題，為進(jìn)一步研究果樹(shù)生物節(jié)水提供理論參考。

關(guān)鍵詞果樹(shù)；土壤水勢(shì)；響應(yīng)

我國(guó)是一個(gè)水資源匱乏的國(guó)家，農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的80%以上，灌溉水利用率僅為43%，與發(fā)達(dá)國(guó)家80%的灌溉水利用率相差甚遠(yuǎn)。發(fā)展節(jié)水灌溉技術(shù)成為緩減水資源供需矛盾的主要途徑[1]?，F(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)主要包括生物節(jié)水和工程節(jié)水2個(gè)方面。生物節(jié)水是耗水節(jié)水，主要解決的是水分從植物根部流經(jīng)植物體內(nèi)，參與植物新陳代謝與生物質(zhì)生產(chǎn)這個(gè)過(guò)程水分的消耗問(wèn)題[2]。近年來(lái)，土壤水方面的研究發(fā)展迅速[3-5]，在果樹(shù)節(jié)水方面，主要集中在土壤含水量對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)方面的研究[6-7]。但在不同土壤條件下，果樹(shù)正常生長(zhǎng)需要的土壤含水量不同，單純用土壤含水量很難判斷土壤水分的有效性，在不同土壤條件下果樹(shù)維持正常生命所需要的土壤水勢(shì)是相同的[8]。對(duì)于根系較深、需水量較大的果樹(shù)，滴灌技術(shù)應(yīng)用相對(duì)較難，多以傳統(tǒng)地面灌溉為主，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重[9]。因此通過(guò)土壤水勢(shì)研究灌溉節(jié)水指標(biāo)是今后的主要研究方向[10-12]。筆者在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)果樹(shù)生理、生長(zhǎng)及果園生態(tài)因子對(duì)土壤水勢(shì)響應(yīng)及相關(guān)閾值界定進(jìn)行總結(jié)，提出土壤水勢(shì)與果樹(shù)生命互作尚待解決的問(wèn)題，為進(jìn)一步研究果樹(shù)生物節(jié)水提供參考。

1果樹(shù)生理對(duì)土壤水勢(shì)響應(yīng)的研究

土壤水勢(shì)過(guò)高過(guò)低均會(huì)影響到果樹(shù)生理指標(biāo)的變化，土壤水勢(shì)過(guò)低果樹(shù)葉片光合速率、氣孔導(dǎo)度和蒸騰強(qiáng)度隨之降低[13-14]。當(dāng)果樹(shù)根系長(zhǎng)期處于奢侈水勢(shì)狀態(tài)時(shí)，就會(huì)嚴(yán)重影響到果樹(shù)生長(zhǎng)和光合作用。適宜土壤水勢(shì)使葡萄葉片光合速率、葉綠素含量以及Fm最大[15]。土壤水勢(shì)降低使葡萄葉片中脯氨酸、丙二醛含量增加，過(guò)氧化氫酶活性也增強(qiáng)。葡萄葉水勢(shì)隨土壤水勢(shì)的降低呈下降趨勢(shì)，葉水勢(shì)的變化較土壤水勢(shì)具有明顯的滯后性[16]。不同水勢(shì)下葉水勢(shì)的日變化趨勢(shì)大致相同，清晨最高，中午達(dá)到最低點(diǎn)，下午開(kāi)始回升[10]。在適宜土壤水勢(shì)下葡萄不同節(jié)位葉片水勢(shì)差異不大，但氣孔導(dǎo)度與葉片水勢(shì)隨葉片節(jié)位變化呈直線負(fù)相關(guān)[17]。葡萄著色期土壤水勢(shì)在-24 kPa時(shí)糖卸載速率最高，-5～-14 kPa時(shí)較平緩，-15～-19 kPa時(shí)先升高后下降，到-20 kPa左右時(shí)達(dá)到最低值，-l6.86 kPa時(shí)葡萄果實(shí)的糖卸載速率最高[18]。

2果樹(shù)生長(zhǎng)對(duì)土壤水勢(shì)響應(yīng)的研究

植物器官(莖、葉、果實(shí)等)體積微變化動(dòng)態(tài)與其體內(nèi)的水分狀況有關(guān)，當(dāng)根系吸水充足時(shí)莖干微膨脹，水分虧缺時(shí)莖干微收縮[19]。莖干直徑的動(dòng)態(tài)微變化是研究植物體水分和生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)[20]。莖干直徑的變化直接反映了植株體內(nèi)的水分狀況與環(huán)境因子的影響，當(dāng)莖干直徑出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)時(shí)，即為受到水分脅迫[21]。在干旱半干旱氣候條件下，不同月份桃樹(shù)在適宜土壤水勢(shì)下莖干日變化規(guī)律分別呈臺(tái)階式上升、“W”、“勺狀”變化趨勢(shì)[22]。在適宜土壤水勢(shì)下新生長(zhǎng)的棗吊平均長(zhǎng)度、棗吊數(shù)量、葉面積、花芽數(shù)量、坐果率、水分利用效率明顯比水分脅迫下高[23]。莖干直徑微變化規(guī)律可以反映果樹(shù)的水分狀況，以期為果園灌溉制度的確定提供科學(xué)依據(jù)[20]。

3果園生態(tài)因子對(duì)土壤水勢(shì)、葉水勢(shì)響應(yīng)的研究

自然條件下，植物的水分狀況是由土壤水勢(shì)和大氣水勢(shì)共同決定的，除土壤濕度外，氣溫、光照、相對(duì)溫濕度等氣象因子對(duì)植物水勢(shì)也有影響[24]。果樹(shù)生長(zhǎng)是多種生態(tài)因子共同作用的綜合表現(xiàn)。對(duì)土壤水勢(shì)與葡萄園氣象因素以及葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)進(jìn)行了研究，得出了SPAC系統(tǒng)的一定規(guī)律[24-25]。各要素水勢(shì)由土壤到葡萄再到大氣逐步下降，隨著灌溉定額的增加相臨界面水勢(shì)差增大。各要素水勢(shì)的日變化呈下降趨勢(shì)，下降幅度以大氣最大，葉片次之，土壤最??；葉片水勢(shì)與大氣水勢(shì)日變化波峰出現(xiàn)于16：00，土壤水勢(shì)的下降幅度隨土層增加逐漸減??；在影響葡萄園SPAC水勢(shì)的環(huán)境因子中，葉片水勢(shì)和土壤水勢(shì)相關(guān)性顯著[26]。在極端干旱區(qū)，葡萄與主要生態(tài)因素的關(guān)系，主要是不同水分處理下不同生態(tài)因素對(duì)葉水勢(shì)的影響不同，在低水和高水處理下直接影響葡萄葉水勢(shì)日變化最重要的生態(tài)因素是大氣相對(duì)濕度，大氣溫度在中水和低水處理下的葡萄葉水勢(shì)日變化中直接作用最大，且大氣相對(duì)濕度在各處理中的總作用均為最大[10]。不同生育期核桃露點(diǎn)葉水勢(shì)與土壤含水量的關(guān)系不同，在果實(shí)膨大期、硬核期和油脂轉(zhuǎn)化后期呈正相關(guān)關(guān)系，油脂轉(zhuǎn)化前期呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；滴灌成齡核桃葉水勢(shì)日變化與太陽(yáng)輻射和大氣溫度呈負(fù)相關(guān)，與相對(duì)濕度呈正相關(guān)，影響核桃葉水勢(shì)日變化的主要?dú)庀笠蜃邮谴髿鉁囟?，其次是大氣相?duì)濕度、太陽(yáng)輻射[27]。對(duì)桃樹(shù)水分指標(biāo)敏感性進(jìn)行對(duì)比，得出敏感性順序?yàn)榍o干直徑波動(dòng)>莖干液流變化率>莖干液流累積=黎明葉水勢(shì)=莖干水勢(shì)>中午葉水勢(shì)>葉面溫度[28]。冬季大氣溫度和土壤溫度具有較大的差異性，土壤溫度的變異性在不同時(shí)間和深度顯著不同，融雪期間土壤水勢(shì)和水分含量變化劇烈[29]。

4土壤水勢(shì)與果樹(shù)生長(zhǎng)相關(guān)閾值界定研究

基于土壤水勢(shì)變化的灌溉節(jié)水機(jī)理與調(diào)控閾值，在果園灌溉過(guò)程中，土壤含水率及水勢(shì)變化具有入滲排氣、滲吸增能、吸脫水減能和緩慢脫水減能的階段性特征。當(dāng)土壤處于水分虧缺狀態(tài)急需補(bǔ)充水分時(shí)，土壤水勢(shì)梯度大于1.0 cmH2O/cm；當(dāng)土壤水分得到充分補(bǔ)給達(dá)到過(guò)水狀態(tài)時(shí)，土壤水勢(shì)梯度等于1.0 cmH2O/cm；當(dāng)土壤中水分過(guò)剩而處于脫水狀態(tài)時(shí)，土壤水勢(shì)梯度小于1 cmH2O/cm[30]。在干旱半干旱氣候條件下，春季桃樹(shù)在不同生長(zhǎng)時(shí)段內(nèi)相對(duì)適宜土壤水勢(shì)分別為-23.38、-22.16和-42.94 kPa[22]。桃樹(shù)在逐步干旱過(guò)程中當(dāng)土壤水勢(shì)為-0.43、-0.50、-2.30 Mpa左右時(shí)分別是樹(shù)干加粗、果實(shí)膨大和冠層凈光合的臨界水勢(shì)[31]。當(dāng)李子土壤水勢(shì)分別在Ψsoil>-45 kPa和Ψsoil<-45 kPa時(shí)，莖干水勢(shì)Ψstem和最大日莖干收縮MDS都能夠很好地反映植物的水分狀態(tài)，可以作為灌溉控制指標(biāo)[32]。通過(guò)葡萄需水規(guī)律精確調(diào)控葡萄不同發(fā)育階段的土壤水勢(shì)，有助于平衡葡萄營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)的關(guān)系，在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上提高葡萄品質(zhì)。通過(guò)高靈敏度FDR傳感器實(shí)時(shí)采集土壤水勢(shì)，實(shí)現(xiàn)葡萄閾值灌溉用水的精確自動(dòng)控制[33]。

5討論

關(guān)于土壤水勢(shì)與果樹(shù)生命互作關(guān)系的研究相對(duì)較少，土壤水勢(shì)不受土壤質(zhì)地的直接影響。關(guān)于土壤水勢(shì)與生命互作研究存在一些問(wèn)題需要進(jìn)一步深入研究：①土壤水勢(shì)與果樹(shù)生長(zhǎng)相關(guān)閾值界定亟待深入研究。根據(jù)果樹(shù)生長(zhǎng)期變化特征，將果樹(shù)生命過(guò)程劃分為死亡狀態(tài)、亞健康狀態(tài)、健康狀態(tài)3個(gè)生命狀態(tài)，同時(shí)將生命狀態(tài)所劃分的土壤水勢(shì)區(qū)域分別定義為死亡水勢(shì)、亞健康水勢(shì)、適宜水勢(shì)和奢侈水勢(shì)[34]。果樹(shù)3個(gè)生命狀態(tài)研究，在桃樹(shù)方面進(jìn)行了一定的研究，但在其他果樹(shù)方面研究相對(duì)較少，亟待加強(qiáng)果樹(shù)不同生育期水勢(shì)閾值的研究。②以土壤水勢(shì)為果樹(shù)灌溉基準(zhǔn)，需要加大推廣應(yīng)用。近年來(lái)關(guān)于果樹(shù)灌溉制度的研究主要集中在水分對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)的影響，以土壤含水量為依據(jù)，確定果樹(shù)不同生育階段的灌水量和灌溉制度。但在不同土壤條件下，果樹(shù)正常生長(zhǎng)所需要的土壤含水量不同，單純用土壤含水量很難判斷土壤水分的有效性。但在不同土壤條件下果樹(shù)維持正常生命所需要的土壤水勢(shì)是相同的，因此需要加大推廣應(yīng)用以土壤水勢(shì)為基準(zhǔn)的灌溉制度。③基于土壤水勢(shì)灌水閾值的果樹(shù)灌溉自動(dòng)化、智能化研究。土壤濕度的變化對(duì)果樹(shù)生長(zhǎng)的影響非常明顯，根據(jù)土壤濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)控制灌溉系統(tǒng)，是目前主要的自動(dòng)化、智能化灌溉模式。但基于土壤水勢(shì)灌水閾值的果樹(shù)灌溉自動(dòng)化、智能化需加強(qiáng)研究和應(yīng)用。

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Research Progress on Fruit Response to Soil Water Potential (SWP)

SU Xue-de, LI Ming, GUO Shao-jie et al

(Institute of Horticulture, Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science, Shihezi, Xinjiang 832000)

Key wordsFruit; Soil water potential; Response

AbstractWe researched the response of fruit tree physiology, growth and orchard ecological factors to the soil water potential and relevant threshold definition. The problems in the interaction between soil water potential and fruit tree life were put forward, which provided theoretical references for the biological water saving of fruit tree.

基金項(xiàng)目國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD16B06)；新疆兵團(tuán)科技攻關(guān)與成果轉(zhuǎn)化計(jì)劃項(xiàng)目(2015AC012)；新疆兵團(tuán)青年科技創(chuàng)新資金專項(xiàng)(2014CB011)；新疆農(nóng)墾科學(xué)院引導(dǎo)計(jì)劃項(xiàng)目(67YYD201404)。

作者簡(jiǎn)介蘇學(xué)德(1979- )，男，甘肅會(huì)寧人，副研究員，從事果樹(shù)栽培生理及育種研究。

收稿日期2016-02-19

中圖分類號(hào)S 601

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)07-026-02