滴灌下根區(qū)交替灌溉在葡萄上的應(yīng)用研究進(jìn)展

楊依凡 涂攀峰 鄧蘭生 陳煜林 馮紫薈 閻舒琳 李中華

摘 要：該文綜述了滴灌條件下根區(qū)交替灌溉對(duì)葡萄生長(zhǎng)、水分利用等的影響，分析了該技術(shù)在葡萄生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：根區(qū)交替灌溉;葡萄;品質(zhì)，根系生長(zhǎng);滴灌

中圖分類號(hào) S275.6;S663.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）20-0052-03

Research Progress of Alternate Partial Root-zone Irrigation on Grape under Drip Irrigation

YANG Yifan1，4 et al.

（1College of Natural Resources and Environment， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China;

4Dongguan Yixiang Liquid Fertilizer Co.， Ltd， Dongguan 523135， China）

Abstract：According to the literature，the application history of drip irrigation in grape and the technology of partial root-zone irrigation in grape，also the domestic and international trends and some research results were summarized.In this paper，the possible problems of this technique in grape production were analyzed. Application prospect are put forward for the further popularization of the technology of partial root-zone Irrigation in grape.

Key words：Partial root-zone;Grapes;Quality;Root growth;Drip irrigation;Partial root-zone;Grapes

葡萄是我國(guó)重要的栽培水果之一，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。近年來(lái)，隨著葡萄種植面積的快速擴(kuò)大和水資源的日益緊張，葡萄生產(chǎn)中迫切需要更加節(jié)水高效的灌溉施肥模式。滴灌技術(shù)起源于19世紀(jì)60年代的歐洲，由森徹?布拉斯博士提出[1]。1960 年，滴灌技術(shù)最早在美國(guó)圣地亞哥地區(qū)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)利用;1971年，美國(guó)圣華金河山谷首次將滴灌技術(shù)應(yīng)用到葡萄種植方面，滴灌可將肥料均勻、集中地分配到葡萄根系[2]。從20世紀(jì)70年代起，滴灌技術(shù)以其節(jié)能、節(jié)水和增產(chǎn)等多重優(yōu)勢(shì)逐漸受到各國(guó)青睞，并在全球范圍內(nèi)得到迅速的推廣。目前，該項(xiàng)技術(shù)已被廣泛應(yīng)用在葡萄園的水肥管理方面，對(duì)于葡萄與葡萄酒的產(chǎn)量和品質(zhì)都起到了關(guān)鍵性的作用[3]。

近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外開始對(duì)局部根區(qū)灌溉展開了一系列的研究。局部根區(qū)灌溉的概念源于1968年由Grimes等在棉花灌溉上的應(yīng)用，Sepaskhah等在大豆滴灌的應(yīng)用，之后澳大利亞等地針對(duì)葡萄上應(yīng)用局部根區(qū)灌溉技術(shù)進(jìn)行了大量的研究[4]。局部根區(qū)灌溉包括交替根區(qū)灌溉和固定部分根區(qū)灌溉[5-6]。固定部分根區(qū)灌溉（Fixed Partial Root-zone Irrigation，F(xiàn)PRI）是對(duì)一部分根區(qū)進(jìn)行灌溉，而另一部分根區(qū)長(zhǎng)期處于干旱狀態(tài)。交替根區(qū)灌溉（Alternate Partial Root-zone Irrigation or Drying）則是先讓一部分根區(qū)（如東側(cè)）接受灌溉，另一部分根區(qū)（如西側(cè)）處于干旱狀態(tài);接著讓之前接受灌溉的根區(qū)（如東側(cè)）保持干旱，讓另一部分之前保持干旱的根區(qū)（如西側(cè)）接受灌溉，如此循環(huán)往復(fù)。在實(shí)踐中，交替根區(qū)灌溉可以采用不同的方式，例如交替隔溝灌溉、交替滴灌、交替滲灌等。在葡萄的種植上，常采用交替滴灌的方式[7]。國(guó)內(nèi)外大量研究表明，根區(qū)交替滴灌灌溉比常規(guī)滴灌灌溉在葡萄上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但也會(huì)存在一些問(wèn)題。

1 根區(qū)交替滴灌對(duì)葡萄生長(zhǎng)的影響

1.1 對(duì)葡萄根系生長(zhǎng)的影響 土壤中水分含量和氧氣含量的變化影響著根系的生長(zhǎng)。固定根區(qū)灌溉也可以通過(guò)水分的適當(dāng)虧缺達(dá)到提高土壤的透氣性，從而促進(jìn)根系生長(zhǎng)的作用。根區(qū)交替滴灌比起固定根區(qū)灌溉，還能讓根系在水分虧缺和濕潤(rùn)之間來(lái)回適應(yīng)，從而激發(fā)生理上的機(jī)制來(lái)調(diào)控根系的生長(zhǎng)。研究表明，交替滴灌條件下根系的根長(zhǎng)、密度較常規(guī)灌溉和固定一側(cè)灌溉的濕潤(rùn)根區(qū)的根長(zhǎng)、密度大[8]。在室內(nèi)進(jìn)行分根區(qū)交替灌溉的盆栽試驗(yàn)，結(jié)果表明：控制性交替灌溉方式通過(guò)對(duì)根系的濕潤(rùn)和干燥交替鍛煉能夠促進(jìn)根系生長(zhǎng)，使根系在土壤中均勻分布[9-10]。

1.2 對(duì)葡萄枝葉生長(zhǎng)的影響 交替滴灌可提高葉片的光合作用速率，研究發(fā)現(xiàn)，交替滴灌各處理葉片葉綠素含量均大于常規(guī)灌溉[11]。分區(qū)交替滴灌技術(shù)可以使釀酒葡萄葉片氣孔開度顯著減小，能夠降低葉片蒸騰速率和氣孔導(dǎo)度。試驗(yàn)表明，該時(shí)期內(nèi)根區(qū)交替灌溉處理能夠顯著降低釀酒葡萄葉片的日平均羧化效率[12]。在新梢生長(zhǎng)期根系分區(qū)交替滴灌處理可降低葡萄新梢長(zhǎng)度，減少了整個(gè)生育期的修剪量，防止新梢的過(guò)旺生長(zhǎng)[13]。研究表明，部分根區(qū)灌溉（Partial Rootzone Drying，簡(jiǎn)稱PRD）因減少了灌水量，使葡萄的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)受到了抑制[14-15]。而另外也有研究發(fā)現(xiàn)，在同樣減少灌水量情況下，交替滴灌處理的葡萄根部交替受到一定程度的水分脅迫，根系合成ABA向地上部運(yùn)送并調(diào)控植物地上部的生長(zhǎng)和物質(zhì)分配，可減少生長(zhǎng)冗余，調(diào)整營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)的比例，從而大大減少田間修剪整枝的工作量[16]，這讓有限的肥料養(yǎng)分和合成的干物質(zhì)的分配更加合理高效。

1.3 對(duì)葡萄果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)的影響 相關(guān)研究表示，根區(qū)交替灌溉可顯著提高維生素C含量，使果酸含量降低、可溶性固形物含量顯著提高[17]，顯著提高了葡萄的品質(zhì)和口感。局部根系干旱灌溉技術(shù)較調(diào)虧灌溉（RDI）更能促使葡萄漿果表皮花青素和酚類物質(zhì)含量的增加[18-19]，這對(duì)于促進(jìn)葡萄的成熟和色度也將有著明顯的效果。采用部分根區(qū)干燥技術(shù)后葡萄的產(chǎn)量不受影響而且口感、顏色有所改善，葡萄的色度和芳香化合物濃度提高了30%[20-21]。根區(qū)交替灌溉比起常規(guī)滴灌，通過(guò)水分的間斷性脅迫，從而可以達(dá)到顯著提高葡萄品質(zhì)和干物質(zhì)含量的效果。根區(qū)交替灌溉對(duì)于果實(shí)產(chǎn)量的影響：一方面，應(yīng)用交替灌溉技術(shù)可以促進(jìn)糖分向果實(shí)運(yùn)移，保證果實(shí)生長(zhǎng)，提高口味和品質(zhì)。錢衛(wèi)鵬等通過(guò)試驗(yàn)得出交替滴灌各處理的甜瓜果實(shí)的可溶性固形物含量較對(duì)照有所增加，而單果重則較對(duì)照有所降低，因此在提高口味和品質(zhì)的同時(shí)產(chǎn)量會(huì)保持同等水平或略有下降[22-24]。另一方面，在灌溉量相同的條件下，交替根區(qū)灌溉的作物產(chǎn)量高于虧缺灌溉（DI）的作物，使得水果生產(chǎn)效率更高，甚至果實(shí)品質(zhì)更好[25]。因此，根區(qū)交替灌溉對(duì)于葡萄產(chǎn)量的增長(zhǎng)與灌水量也有著密切關(guān)系。

2 交替根區(qū)滴灌對(duì)水分利用的影響

近年來(lái)，康紹忠等在傳統(tǒng)灌溉原理和方法的基礎(chǔ)上，提出了根區(qū)交替灌溉技術(shù)，并證明了其具有顯著的節(jié)水效果[25]。周青云等研究表明，在滴灌基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的根系分區(qū)交替灌溉技術(shù)，較常規(guī)滴灌的用水量減少50%，水分利用效率提高33%左右[26]。根區(qū)交替滴灌技術(shù)使作物部分根系區(qū)域交替干燥和濕潤(rùn)，達(dá)到不顯著影響其水分狀況而有效調(diào)控氣孔運(yùn)動(dòng)，從而起到大量節(jié)水的目的，使單葉水平的水分利用效率和產(chǎn)量水平的水分利用效率均明顯增加[26]。CLAUDIA 等[27]、綦偉等[28]研究表明，根區(qū)交替灌溉可顯著降低氣孔開度，降低無(wú)效蒸騰，提高水分利用效率。根區(qū)交替滴灌在灌溉節(jié)水的基礎(chǔ)上，還從生理的角度進(jìn)一步提高了葉片的水分利用效率，對(duì)于我國(guó)西北缺水地區(qū)的應(yīng)用有著重要意義。

3 根區(qū)交替滴灌技術(shù)在葡萄生產(chǎn)應(yīng)用中的問(wèn)題

根區(qū)交替滴灌技術(shù)能節(jié)約水資源，但同時(shí)也會(huì)因?yàn)闇p少水分投入而帶來(lái)減產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。因此，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)給出量化的參考指標(biāo)，使得在合理節(jié)水量范圍內(nèi)，既提高葡萄的品質(zhì)又不降低葡萄的產(chǎn)量，從而有助于這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用。如一味考慮節(jié)水而導(dǎo)致水分虧缺引起減產(chǎn)，將會(huì)影響根區(qū)交替滴灌技術(shù)在葡萄上的廣泛應(yīng)用。

很多的試驗(yàn)都是在水分虧缺（減少灌溉用水）的同時(shí)，應(yīng)用交替根區(qū)滴灌技術(shù)，以證明在葡萄成熟期能促進(jìn)糖分向果實(shí)運(yùn)移;研究表明，水分虧缺也能加速果實(shí)中糖的積累;也有很多的研究表明，只要是調(diào)虧灌溉（適當(dāng)控水）就能提升葡萄的品質(zhì)[29]。要想讓更多葡萄種植戶接受并應(yīng)用交替根區(qū)滴灌技術(shù)，還應(yīng)該在不減少灌溉水量的前提下，去驗(yàn)證交替根區(qū)滴灌技術(shù)對(duì)葡萄各個(gè)生育期的影響。

雖然交替根區(qū)滴灌技術(shù)在一定程度上能提高葡萄的品質(zhì)，但通過(guò)人工去交替根區(qū)滴灌也因增加了人工成本，從而在推廣過(guò)程中受到了一定的阻力。因此，如何讓這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用更節(jié)省人工，帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益，是廣大科技工作者和葡萄種植人員需要深入探索研究的問(wèn)題。

4 展望

綜上所述，交替根區(qū)灌溉技術(shù)對(duì)于葡萄節(jié)水、提高品質(zhì)、降低水分消耗以及減少冗余生長(zhǎng)等方面具有重要的意義[26]。在我國(guó)一些干旱的葡萄產(chǎn)區(qū)特別是我國(guó)西北地區(qū)水資源匱乏，交替根區(qū)灌溉技術(shù)在這些區(qū)域的大面積推廣將帶來(lái)巨大的節(jié)水效益和增產(chǎn)增收的潛力，具有廣泛的應(yīng)用前景。

畢彥勇等研究發(fā)現(xiàn)，根系分區(qū)交替灌溉處理可抑制油桃新梢生長(zhǎng)，果實(shí)成熟期均較常規(guī)灌溉提前[30]。而市場(chǎng)上往往早熟的葡萄價(jià)格好、賣得快，效益也高。那么在葡萄成熟期，在不減少灌水總量的情況下（排除水分調(diào)虧的因素影響），僅設(shè)置單一變量，將交替根區(qū)滴灌和常規(guī)滴灌兩種灌溉方式進(jìn)行對(duì)比，是否交替根區(qū)灌溉對(duì)于促進(jìn)葡萄成熟和提前上市時(shí)間方面有顯著影響？若影響顯著，那么因提早上市時(shí)間而帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益的驅(qū)動(dòng)下，以及田間應(yīng)用的可操作性，交替根區(qū)滴灌的方式會(huì)在葡萄成熟期得到廣泛應(yīng)用。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和水肥一體化技術(shù)在葡萄種植上的普及與應(yīng)用，未來(lái)葡萄的水肥管理過(guò)程一定是朝著自動(dòng)化和智能化的方向發(fā)展。可以通過(guò)試驗(yàn)將田間每條滴灌管（帶）的控制閥門換成太陽(yáng)能電磁閥，并通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用手機(jī)遠(yuǎn)程操控電磁閥門的開關(guān)，這將在不增加人力的前提下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)根區(qū)交替灌溉施肥。

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（責(zé)編：張宏民）