新型灌溉技術(shù)在果樹中應用的研究進展

摘" 要：果樹是我國農(nóng)業(yè)中重要的支柱產(chǎn)業(yè)，而我國水資源匱乏是影響果樹生產(chǎn)的瓶頸問題。近年，研究學者根據(jù)果樹的需水特性、生長發(fā)育規(guī)律、栽培環(huán)境條件等因素，研制多種新型節(jié)水灌溉技術(shù)，并得到較好的試驗印證效果，該文將國內(nèi)外有關(guān)新型灌溉技術(shù)在果樹中的研究進行綜合闡述，并對今后新型灌溉技術(shù)進行展望，以期將新型灌溉技術(shù)更好地服務于果樹生產(chǎn)、提高果園管理水平提供借鑒。

關(guān)鍵詞：新型灌溉技術(shù)；果樹生產(chǎn)；技術(shù)應用；節(jié)水灌溉；研究進展

Abstract： Fruit trees are an important pillar industry in China's agriculture， and the scarcity of water resources in China is a bottleneck problem affecting fruit tree production. In recent years， researchers have developed various new water-saving irrigation technologies based on factors such as water demand characteristics， growth and development patterns， and cultivation environmental conditions of fruit trees， and have achieved good experimental results. This paper comprehensively elaborates on the research on new irrigation technologies in fruit trees at home and abroad， and predicts new irrigation technologies in the future， with the aim of better serving fruit tree production and providing reference for improving orchard management level.

Keywords： new irrigation technology; fruit tree production; technical application; water-saving irrigation; research progress

我國是果樹產(chǎn)業(yè)第一大國，果品貿(mào)易在世界果品市場上占有重要地位[1]。目前，我國果樹種植面積、產(chǎn)量和產(chǎn)值僅次于糧食、蔬菜，排名第三，果樹產(chǎn)業(yè)已成為保障食物安全、生態(tài)安全、人民健康、農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，也是促進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實施的重要產(chǎn)業(yè)[2-3]。據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)顯示，2022年我國果園種植面積已達到1.841 5億畝（1畝約等于667 m2，下同），柑橘、蘋果、梨、桃、葡萄和香蕉的種植面積和產(chǎn)量位居前六位，其中柑橘種植產(chǎn)區(qū)主要分布在長江上中游、贛南-湘南-桂北、浙-閩-粵和鄂西-湘西柑橘帶，截至2021年種植面積為293.53萬hm2，產(chǎn)量為5 595.61萬噸[4]；蘋果種植區(qū)主要分布在環(huán)渤海灣和西北黃土高原，截至2021年，種植面積為3 132.12萬畝，產(chǎn)量為3 841萬t[5]；葡萄種植區(qū)主要分布在西北及黃土高原、華北及環(huán)渤海灣、秦嶺和淮河以南亞熱帶產(chǎn)區(qū)，截至2022年，種植已達到1 087.6萬畝，產(chǎn)量1 419.54萬t[6]。

果樹生長離不開水分，我國屬于典型的大陸性季風氣候，降水時空分布不均、夏季高溫多雨、冬季干燥少雨，水資源緊缺已成為制約果樹產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸問題。補充灌溉是實現(xiàn)果樹豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要措施。而目前生產(chǎn)中，多數(shù)果園管理仍按照“豐水高產(chǎn)”的理論采用大水漫灌、多次灌溉，造成樹冠營養(yǎng)生長旺盛、果實品質(zhì)下降、水分利用效率低下[7-9]。十余年來， 研究學者們對果樹調(diào)虧灌溉[10-12]、根系分區(qū)交替灌溉[7-8]和果園隔行交替灌溉[13]等進行了廣泛研究， 提出了多種新型灌溉方式和技術(shù)，這些技術(shù)對于提高果樹豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要價值和實踐意義。

本文結(jié)合國內(nèi)外有關(guān)果樹的新型灌溉技術(shù)的最新研究進展，主要闡述了不同灌溉技術(shù)的特點和應用范圍，同時對該研究領(lǐng)域中存在的問題和研究前景進行了展望，為新型灌溉技術(shù)更好地服務于果樹生產(chǎn)、提高果園管理水平提供借鑒。

1" 根系分區(qū)交替灌溉

1.1" 根系分區(qū)交替灌溉的特點

根系分區(qū)交替灌溉是一種對植物根部交替灌溉的高效節(jié)水灌溉方式，這種方式通過改變根區(qū)剖面土壤的濕潤方式，刺激根系吸水的補償效應，調(diào)節(jié)氣孔開度，減少葉部的過多蒸騰，提高水分利用效率[14]。根系分區(qū)交替灌溉技術(shù)是建立在節(jié)水灌溉技術(shù)原理與植物感知缺水根源信號的理論基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，從而實現(xiàn)節(jié)水、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的灌溉目的[15]。

1.2" 根系分區(qū)交替灌溉在果樹中應用的研究

在研究應用中，農(nóng)業(yè)研究者已開始將這項技術(shù)在多種果樹中進行試驗研究，試驗方式以盆栽試驗和大田試驗為主，研究發(fā)現(xiàn)分區(qū)交替灌溉在蘋果[15]、梨[9]、葡萄[7]等果樹的生長發(fā)育及果實品質(zhì)等方面起到了積極作用[7，9，15]（表1），并在果園管理成本、經(jīng)濟效益等方面表現(xiàn)突出，尤其是干旱和半干旱果樹生產(chǎn)區(qū)，如新疆、陜西、山西等地，這項技術(shù)能顯著提升水分利用效率，相對于普通的灌溉方式實現(xiàn)了一個質(zhì)的飛躍。

2" 隔行交替灌溉

2.1" 隔行交替灌溉的特點

隔行交替灌溉是植物根部分區(qū)灌溉的一種方式，這種方式能夠調(diào)控植株根系及地上部分的生長和水勢，達到控制營養(yǎng)生長，減輕修剪量，增加營養(yǎng)累積，促進花芽分化的作用[13]。交替灌溉將整體根系的不同部分始終交替處于水分脅迫的狀態(tài)，而另一部分則得到水分的充分浸潤，該方法既保證果樹植株水分供給充足，還能使根系生成一定濃度的根源信使根源逆境信使脫落酸（ABA）對部分氣孔進行誘導，關(guān)閉氣孔，穩(wěn)定積累光合產(chǎn)物，大幅削減樹體大量的蒸騰失水，顯著降低大水漫灌時的無效蒸發(fā)和蒸騰[20-21]。此以，樹體經(jīng)過先干旱后補水的過程能極大促進根系的補償生長，刺激樹體發(fā)生更多新根，新生的根系能夠生成一定數(shù)量的細胞分裂素（CTK）并將CTK傳輸?shù)降厣喜糠?，有效促進花芽分化[20]。

2.2" 隔行交替灌溉在果樹中應用的研究

目前，國內(nèi)外學者對果樹隔行交替灌溉已開展相關(guān)研究，并在果實產(chǎn)量、水分利用效率、補償效應和根源信號等方面取得了令人滿意的效果，表明這種灌溉模式可以提高蘋果樹體的水分利用效率，促進糖分積累，提高果實產(chǎn)量和品質(zhì)[22-23]。但這些研究主要集中在改變植物根區(qū)土壤濕潤方式與含水量下限或生育期等對果樹生長、水分利用效率，以及果實產(chǎn)量品質(zhì)等方面的影響，多采用盆栽試驗[22]，在山西[24]、甘肅[25]、陜西[20]等地區(qū)也有大田生產(chǎn)試驗應用研究。李向璽[13]研究表明隔行交替灌溉與常規(guī)畦灌相比，節(jié)水量達到50%，梨樹的吸收根數(shù)量增加，蒸騰速率增加，果園管理成本下降50%。

3" 調(diào)控虧缺灌溉

3.1" 調(diào)控虧缺灌溉的特點

調(diào)控虧缺灌溉（RDI）技術(shù)由澳大利亞一家持續(xù)農(nóng)業(yè)研究所的科學家Chalmers等在研究桃樹和梨樹的過程中首次提出[10，26]，其原理是在作物的某一個或者某幾個生長階段施加合適的水分脅迫控制植物營養(yǎng)生長和生殖生長的速率，調(diào)節(jié)光合產(chǎn)物的流向，影響作物體內(nèi)化合物合成的進程，進而達到預先設(shè)定的目標[23，27-28]，當作物在某一個或某幾個階段處于適宜的水分脅迫范圍內(nèi)時，重新進行灌溉后可以產(chǎn)生生理上的補償效應，所以采用調(diào)虧灌溉技術(shù)能夠維持甚至提高產(chǎn)量[26，28]。

調(diào)虧灌溉可以利用作物生理調(diào)節(jié)機制主動節(jié)水[10]，其原理即在作物某些生長時期進行控水，抑制作物非生產(chǎn)有機物的合成，進而提高產(chǎn)量和品質(zhì)[26]。

3.2" 調(diào)控虧缺灌溉在果樹中應用的研究

調(diào)控虧缺灌溉在果樹中應用較多，研究學者主要根據(jù)果樹的需水特性、生長發(fā)育規(guī)律、環(huán)境條件等因素進行調(diào)控，因此，調(diào)控時期和水分虧缺度是調(diào)控虧缺灌溉技術(shù)研究及應用的核心問題[27-28]。

在研究中，調(diào)控虧缺灌溉在葡萄中研究較多。溫越等[10]發(fā)現(xiàn)無核白葡萄漿果成熟期調(diào)虧灌溉的土壤含水量達到65%～90%時，新梢長度、莖粗及產(chǎn)量雖然無顯著性變化，但可溶性固形物含量和還原性糖含量較充分灌溉分別提高7.80%和5.61%，可滴定酸含量降低22.19%。趙霞等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在單個生育期對荒漠綠洲區(qū)葡萄進行水分虧缺灌溉時，植株高度、新梢生長長度、新梢生長粗度和果實品質(zhì)等無顯著性變化，但在果實膨大期進行虧缺處理，產(chǎn)量降低40.2%，抽蔓期進行虧水處理，產(chǎn)量能夠增加10.3%；房玉林等[23]認為在大田條件下，水分虧缺（灌水量60%～80%）可以抑制釀酒葡萄副梢生長量，提高水分利用效率，增加可溶性固形物含量和還原糖含量，糖酸比增加，輕度水分虧缺（灌水量80%）有利于葡萄皮中酚類物質(zhì)含量的積累；劉洪光等[27]研究表明，在葡萄萌芽期、抽穗期控制灌水下限為田間持水率的40%時，產(chǎn)量最高，花期和果實膨大期控水量在田間持水量的40%～50%時，產(chǎn)量最低。

劉鈞慶等[11]研究表明滴灌條件下，75%的輕度調(diào)虧對核桃生育期葉片細胞損傷最小，能夠抑制新梢生長和落花落果；趙經(jīng)華等[12]認為調(diào)虧灌溉一定程度上會抑制滴灌核桃的新梢生長和葉面積指數(shù)增長，在開花坐果期調(diào)虧反而能夠增加果實縱橫徑和單果重；武陽等[29]研究表明對成齡香梨果樹細胞分裂期和果實緩慢膨大期進行調(diào)虧灌溉（灌水量為美國A級蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的40%～60%），能夠抑制樹體營養(yǎng)生長，提高果實產(chǎn)量和灌溉水利用效率。

4" 其他新型灌溉方式

隨著我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，高效、集約、精準的果園灌溉方式已成為未來果樹節(jié)水的重要發(fā)展趨勢。研究學者們將果樹需水規(guī)律、土壤水分特性、果園管理成本、節(jié)水技術(shù)簡單高效等因素進行綜合考慮，研制出了一批適用于我國林果業(yè)發(fā)展、價格低廉、簡便實用的灌溉制度，如地下穴灌、地下穴貯滴灌、根區(qū)滴灌、容器微灌和節(jié)水包滴灌等（表2），這些灌溉技術(shù)已在田間開展試驗，并取得較好的實效。

5" 果樹灌溉技術(shù)研究展望

5.1" 進一步完善技術(shù)核心環(huán)節(jié)

新型灌溉技術(shù)各有特點，各有不同，每項技術(shù)都存在核心技術(shù)環(huán)節(jié)，研究學者們還應進行大量的田間試驗，完善核心技術(shù)環(huán)節(jié)，將灌溉技術(shù)制定成一套技術(shù)操作規(guī)程，簡單明了、清晰易學、經(jīng)濟實用，能夠滿足當?shù)毓麡渖a(chǎn)的要求。并對核心技術(shù)環(huán)節(jié)進行知識產(chǎn)權(quán)保護，有生產(chǎn)核心技術(shù)設(shè)備的合作企業(yè)，防止設(shè)備劣質(zhì)影響節(jié)水技術(shù)的實施效果，進而提高果樹產(chǎn)業(yè)灌溉管理水平，為推進標準化果園管理奠定技術(shù)支撐。

5.2" 構(gòu)建適合當?shù)氐母咝Ч?jié)水灌溉制度

進一步細化灌溉技術(shù)的灌溉量、灌溉時期等技術(shù)指標，進一步核算灌溉成本、灌溉效益等經(jīng)濟指標，提升灌溉技術(shù)的精細化和標準化水平，實現(xiàn)有章可循、有據(jù)可依、有理可查，做到科學研究與生產(chǎn)時間的無縫融合，使技術(shù)推廣者明其理，讓新型灌溉技術(shù)更加契合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

5.3" 加強新型灌溉技術(shù)的示范和推廣

目前，新型灌溉技術(shù)層出不窮，研究學者們根據(jù)當?shù)赝寥捞匦?、氣候條件、果樹生物學特性等規(guī)律，開展了大量的研究和試驗，試驗方式也從盆栽試驗向田間試驗轉(zhuǎn)變，其目的就是為驗證新型灌溉節(jié)水技術(shù)對果樹生長的促進效應，研究學者們也得到了滿意的試驗效果。而研究的學術(shù)價值在與指導生產(chǎn)實踐，讓更多果農(nóng)掌握技術(shù)，降低管理成本，提高經(jīng)濟效益。因此，新型果樹灌溉技術(shù)今后的發(fā)展方向應該是擴大示范技術(shù)范圍，對果農(nóng)進行培訓和推廣，只有讓果農(nóng)得到實惠，受到認可，才能真正實現(xiàn)科學研究的價值。

綜上所述，節(jié)水灌溉是果園表轉(zhuǎn)化、科學化管理的發(fā)展趨勢，2019年國家發(fā)展改革委、水利部聯(lián)合印發(fā)《國家節(jié)水行動方案》，指出“強化科技支撐，推廣先進適用節(jié)水技術(shù)與工藝，大力培育節(jié)水產(chǎn)業(yè)”“開展農(nóng)業(yè)用水精細化管理，科學合理確定灌溉定額……推廣噴灌、微灌、滴灌、低壓管道輸水灌溉、集雨補灌、水肥一體化和覆蓋保墑等技術(shù)”。因此，加強研制適合當?shù)靥攸c的節(jié)水灌溉技術(shù)，提升果實品質(zhì)、促進農(nóng)民增收致富，推動果樹產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展提供技術(shù)支撐是科研工作者的光榮使命和艱巨責任。

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基金項目：新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學院院級重點課題（XJNZYKJ202208）

第一作者簡介：公勤（1982-），女，博士，副教授。研究方向為果樹生產(chǎn)技術(shù)與逆境植物生理。