調虧灌溉技術在甜瓜栽培中應用綜述

張卿亞　原保忠

摘 要：水資源的日益緊缺與農業用水需求的不斷加大是人們面臨的一個嚴重矛盾，調虧灌溉理論的提出為解決這一矛盾開辟了可用的途徑。概述了在甜瓜種植中調虧灌溉技術的具體應用及調虧灌溉對甜瓜產量、品質、水分利用效率的影響，在適當的時期對甜瓜進行適宜的水分脅迫不僅能改善果實品質及維持甚至提高產量，也能提高水分利用效率。總結了目前甜瓜調虧灌溉技術中存在的主要問題及不足，并對其應用進行了展望，以期在甜瓜調虧灌溉研究中取得新的成果。

關鍵詞：甜瓜；調虧灌溉；生育期；產量與品質；水分利用效率

中圖分類號：S652.2 文獻標志碼：A 論文編號：2013-0560

0 引言

中國水資源短缺，總量雖大，但人均占有量少，是世界上最缺水的13個國家之一[1]。同時，中國又是一個農業大國，對于農業用水的需求量大，這使得水資源成為中國發展的緊缺資源。另外，農業用水還存在著許多問題：地域分布的不均勻，南方地區水資源豐富但耕地少，北方水資源緊缺但耕地面積多；時間分布的不平衡，季節性干旱問題突出；用水效率低，中國的灌溉用水有效利用系數僅為0.45左右，而發達國家的為0.7左右，若用水效率提高到發達國家的水平，則每年可節約水資源約900億m3[2]；節水農業的發展規模相對來說比較滯后，以先進的灌溉技術來支撐的灌溉面積僅為1.5%[3]；水污染越來越嚴重進一步加劇了水資源的短缺，使農業水資源不斷減少，用水比重不斷下降[4]，節水灌溉已經成為全世界關注程度最高的5個研究方向之一[5]。

甜瓜是世界各國普遍栽培的瓜類作物，有濃郁的芳香味、含糖量高、營養豐富，屬高檔瓜果之一，深受人們喜愛。甜瓜的生長對水分十分敏感，水分過低容易造成減產，水分過高則容易造成品質的下降，水分的管理對甜瓜的經濟效益至關重要。面對嚴峻的農業水資源問題及人們對甜瓜品質要求的不斷提高，如何以有限的水資源生產出高產量、高品質的甜瓜已成為眾多研究者關注的問題。國內外學者在這方面做了大量研究，取得了豐碩成果，筆者就甜瓜調虧灌溉的研究現狀及進展進行綜合論述。

1 調虧灌溉簡介

1.1 調虧灌溉理論的提出

調控虧水度灌溉（簡稱調虧灌溉，regulated deficit irrigation，RDI）是一種在非充分灌溉（non-full irrigation）或限水灌溉（limited irrigation）基礎上發展延伸的新型灌溉策略。20世紀70年代中期澳大利亞維多利亞州持續農業灌溉研究所Tatura中心的科學家們在研究提高密植果園（桃樹）生產率過程中首次提出了條虧灌溉理論，并隨后得到實際驗證[6]。此后，國外將此技術廣泛應用于果樹栽培中[7-8]，而中國從20世紀80年代末開始研究調虧灌溉技術，并將其應用范圍由果樹推廣到冬小麥、玉米、棉花等主要農作物及番茄、辣椒、黃瓜等大棚蔬菜[9-15]。

調虧灌溉與非充分灌溉又有所不同，其主要區別在于前者是從作物的生理角度出發，根據作物對水分虧缺的敏感程度，人為主動地施加一定程度的水分脅迫，以影響作物的生理生化過程，對作物進行抗旱鍛煉，增強作物的后期抗旱能力，即通過作物自身的調整變化來實現較高的水分利用效率。而后者包括了因各種因素導致的灌溉不足，可能對作物有利，也可能對作物造成傷害。因此，調虧灌溉是一種主動利用水分脅迫正面效應，在保證作物正常生長的前提下提高水分利用效率的灌溉技術，是對傳統灌溉理論的突破[16]。

1.2 調虧灌溉的作用機理

調虧灌溉的原理是主動利用植物本身的生理特性，根據植物在不同時期對水分的需求及敏感程度的不同，在節水灌溉的基礎上進一步減少灌溉用水，對植物造成一定的水分脅迫，調節植物的生理生化反應，使植物自身適應這樣的環境并維持植物的正常生長。植物的根和冠既相互依賴又相互競爭，在一定的環境條件下，植物的遺傳因素決定了根冠比是一個相對穩定的數值，當環境條件發生變化時，根和冠處于競爭地位，植物能夠把所獲得的營養自動分配給最能緩解資源脅迫的器官，使其所受傷害降到最低，以避免物種的滅絕。另外，葉水勢可調節氣孔開度，即水分虧缺通過根系間接控制作物的氣孔導度，從而控制植株的蒸騰作用，達到既控制植株生長、提高果實品質和產量、減少果樹夏剪工作量和勞動成本，又節省灌溉用水的目的[17]。

調虧灌溉不僅可減少作物蒸騰還可減少土壤棵間蒸發。許多研究指出：脫落酸（ABA）是控制氣孔開度的主要傳輸信號，當調虧時期土壤水分含量降低時，木質部攜帶的ABA信號向葉片輸送，使葉片ABA濃度增加，氣孔開度降低、阻力增大，蒸騰速率下降，作物的生理耗水減少，葉片水分利用效率提高[16]。另外，調虧灌溉使土壤水分含量降低，而表層土壤蒸發和根系吸水使表層土壤含水量通常維持在毛管斷裂含水量以下，因此下層土壤水分僅能以水汽擴散的方式通過上層干燥土壤向大氣散失，導致水汽通量減少，抑制了蒸發，從而減少了土壤表層的棵間蒸發[18]，達到節水的效果。

2 甜瓜調虧灌溉研究進展

2.1 甜瓜調虧時期及虧缺度的確定

2.1.1 甜瓜生育期 甜瓜可分為厚皮甜瓜和薄皮甜瓜2種，厚皮甜瓜的整個生育期110～120天，而薄皮甜瓜整個生育期80～100天，其生長都要經歷發芽期、幼苗期、營養生長期、結果期4個階段。甜瓜從播種到第1片真葉顯露為發芽期；從1片真葉顯露（露心）到4～5片真葉（團棵）為幼苗期；從團棵到結瓜花開放為營養生長期；從雌花開放到果實成熟為結果期，又可分為坐果期、果實膨大期、果實成熟期。

2.1.2 調虧灌溉中主要時期及虧缺度 甜瓜在不同生育期對水分的需求不同，針對不同的需水量進行適度的調虧灌溉才可能起到積極的效果。甜瓜一般需水規律為：前期少中期多后期減少，即苗期需水較少；開花坐果期是甜瓜的關鍵時期，要注意灌水和施肥；果實膨大期需水量大，是果實增長的高峰時期；果實成熟期需水量減少。

桑艷朋[19-20]在膜下滴灌條件下甜瓜田間需水規律的研究結果表明，‘8601甜瓜各生育階段的蒸散量（需水量）為：苗期0.75 mm/d、膨瓜期4.56 mm/d、成熟期1.73 mm/d；‘新密19甜瓜苗期0.39 mm/d、膨瓜期2.29 mm/d、成熟期0.69 mm/d。甜瓜全生育土壤含水量維持在田間持水量的70%～80%甜瓜果實產量最高、品質最好。蔡煥杰等[21]采用20 cm蒸發皿的日水面蒸發量為灌溉水量控制指標，表明在蒸發量系數為0.6時有利于甜瓜在獲得較高產量的前提下降低灌溉用水量。王志偉[22]研究表明，日光溫室甜瓜苗期在灌溉土壤水分下限為60%（占田間持水量的百分比）的條件下，最適灌溉土壤水分上限為90%，此時壯苗指數、根系活力凈光合速率較高；定植至拉秧在灌溉土壤水分下限為75%的條件下，最適灌溉土壤水分上限為95%，此時溫室甜瓜產量高、水分利用效率高、品質好。王加蓬等[23]研究表明，甜瓜在膨大期需水量最大，對水分的敏感性依次為膨瓜期>開花坐果期>成熟期>開花前期。建議在日光溫室膜下滴灌甜瓜生產中可以按開花前期55%、開花坐果65%、膨大期75%、成熟期65%的灌水下限進行水分管理。而王洪源[24]的研究表明，伸蔓期對水分的敏感性強于果實膨大期，適宜的灌水下限為苗期65%、伸蔓和開花坐果期60%、果實膨大期80%、成熟期55%。李毅杰等[25]以雌花開放為分界點將整個生育期分為營養生長期和生殖生長期，在營養生長期甜瓜的株高、莖粗、葉面積和地上部干重均隨著土壤水分下限的降低而減小；生殖生長期加大灌水量后，株高和莖粗的增長表現出明顯的補償生長效應，75%田間持水量的產量和平均單果重最高，65%田間持水量的灌溉水分利用效率最高。

2.2 調虧灌溉信息監測控制

有效的調虧灌溉不僅需要選擇適宜的階段還要配合適當的虧水程度才能真正符合作物需水生理特性，充分發揮調虧灌溉的作用，實現高產、節水、優質的目標。而長期以來對于虧缺灌溉的參照標準并沒有一個固定的指標。對于甜瓜的調虧灌溉，目前主要采用的調虧監測方法有土壤相對含水量法、蒸發皿法、控制灌溉頻率等，以甜瓜自身生長狀況為指標的灌溉模式并不多見。

土壤含水量是指單位體積或單位重量土壤中的水分。它以變化顯著、測定簡便、直觀性強等優點作為作物灌溉決策的診斷指標，在生產中發揮著重要作用。其測量方法主要有稱重法、張力計法、電阻法、中子法、駐波比法、光學測量法、時域反射法（TDR）等。特別是TDR，由于其測量速度快、操作簡便、精確度高、可連續測量，在當前研究中被廣泛使用[26]。桑艷朋[20]在新疆的氣候條件下，以土壤含水量為灌溉水量的控制指標，發現土壤含水量維持在田間持水量70%～80%的處理甜瓜品質表現較好。王志偉[22]采用相同的方法，發現日光溫室甜瓜苗期在灌溉土壤水分下限為60%的條件下，最適灌溉土壤水分上限為90%，此時壯苗指數、根系活力凈光合速率較高；定植至拉秧在灌溉土壤水分下限為75%的條件下，最適灌溉土壤水分上限為95%，此時溫室甜瓜產量高、水分利用效率高、品質好。錢衛鵬[27]、李毅杰[25]、高慧娟[28]、王軍[29]等也采用了土壤含水量作為灌溉水量的控制指標，在不同的條件下均得出了有效的結論。

在日光溫室或塑料大棚內，作物的灌水主要依靠人工灌水，而水分的流失也相對大田中較為單一，因此，作物的灌溉水量、需水量及蒸發量之間存在著較為穩定的關系。有學者研究表明，在使用滴灌技術的日光溫室內對作物進行灌溉時，可以以日光溫室內作物冠層的水面蒸發量作為灌溉指標，還可以根據室外氣象站提供的水面蒸發量的1/2指導灌溉[30]。張魯魯[31]以‘一品天下208甜瓜為試驗品種，在日光溫室內進行了灌溉試驗，采用20 cm蒸發皿的日水面蒸發量為灌溉水量控制指標，設置了不同蒸發量系數（Kp=0.45、0.60、0.75、0.9）的供水處理。王加蓬[23]、王偉娟[32]、曾春芝[33]等也以此作為指導調虧灌溉的指標，并得到了與以土壤含水量為指標的灌溉相一致的結論。

此外，王韜[34]在溫室條件下采用槽式沙培方式栽培，以滴灌方式灌溉，發現在灌溉總量相同條件下，增加灌溉頻率能促進甜瓜的生長發育，提高其果實品質。

2.3 調虧灌溉對甜瓜果實形態及產量的影響

調虧灌溉并不僅僅是為了節水，而是以不顯著降低甜瓜產量為前提的。許多研究也表明，調虧灌溉不但不會降低甜瓜的產量，甚至可以提高甜瓜的產量，改善甜瓜的果實品質，達到一箭雙雕的效果。由于細胞膨大對水分虧缺較為敏感，光合產物的運輸對水分虧缺的敏感性則次之，這就使得在適當水分虧缺條件下營養生長受到限制的同時果實的生長不受或很少受到影響。

王軍[29]指出在甜瓜開花期、膨果期對甜瓜進行輕度水分虧缺均不會降低甜瓜的產量，成熟期進行輕度水分虧缺反而使產量增加了5.9%。桑艷朋[20]在新疆的氣候條件下，研究指出田間持水量70%～80%的處理，甜瓜品質表現較好，小區產量高于其他處理。王志偉[22]以土壤相對含水量為灌溉水量的控制指標，在日光溫室條件下，甜瓜在定植至拉秧灌溉土壤水分下限為75%、水分上限為95%時，溫室甜瓜產量高、水分利用效率高、品質好。李毅杰[25]研究了甜瓜營養生長期不同土壤含水量灌溉條件下甜瓜果實形態及產量，指出土壤相對含水量為75%的果實橫徑、皮厚和肉厚均最大，果形指數最小且產量和平均單果重最高；65%的果實縱徑最大。曾春芝[33]以蒸發皿水面蒸發量（E）為灌溉指標，設置了1.2E、1.0E、0.8E、0.6E（分別代表1.2、1.0、0.8、0.6倍蒸發皿水面蒸發量）4個試驗處理，指出單果重和果徑均為1.2E>1.0E>0.8E>0.6E，其中單果重在處理0.8E開始下降顯著，果徑在處理1.0E開始下降顯著。

大多數的研究指出，適度的虧缺灌溉不僅沒有降低產量，反而促進了果實的發育、增加了甜瓜的產量。但是，虧缺灌溉并不是隨意的，必須要掌握好調虧灌溉的時期和虧缺程度，否則必會帶來負面的效果。王偉娟[32]在甜瓜果實膨大期進行輕度水分虧缺，對甜瓜的產量并無顯著影響。王軍[29]在甜瓜開花期進行中度水分虧缺使甜瓜的產量下降12.6%，膨果期進行中度水分虧缺使甜瓜產量下降6.6%。

2.4 調虧灌溉對甜瓜品質的影響

提高果實的品質是調虧灌溉的一個重要目的，水分的虧缺影響果實的生長、新陳代謝和最終成分的含量。王軍[29]研究表明，開花坐果期的虧缺處理（45%FC， 田間持水量）使甜瓜的TSS（可溶性固形物）和Vc含量分別提高7.9%和113.2%；膨果期的輕度水分虧缺（60%FC）使甜瓜的TSS和Vc含量分別提高7.7%和207.7%，中度水分虧缺（50%FC）使甜瓜的TSS和Vc含量分別提高4.8%和128.4%；成熟期的輕度水分虧缺（55%FC）使甜瓜TSS含量提高17.1%，中度水分虧缺（45%FC）TSS和Vc含量分別提高14.4%和25.8%。桑艷朋[20]在新疆的氣候條件下，以田間持水量70%～80%的甜瓜品質表現較好，‘8601和‘新密19可溶性固形物含量達到13.69%和16.75%，Vc含量分別達到8.05、12.55 mg/kg。李毅杰[25]研究了甜瓜在營養生長期不同水分虧缺對果實品質的影響，以相對含水量為灌溉指標表明，可溶性固形物含量為：65%>55%>75%>45%；可溶性糖含量為：55%>65%>45%>75%；Vc含量為：55%>65%>75%>45%；可溶性蛋白質含量為：55%>65%>45%>75%；游離氨基酸總量為：45%>65%>55%>75%。王偉娟[32]指出在甜瓜果實膨大期進行輕度水分虧缺，果實中特征香氣物質含量顯著提高。曾春芝[33]以蒸發皿水面蒸發量（E）為灌溉指標，指出甜瓜果實的可溶性固形物含量和可溶性糖含量均為0.8E>0.6E>1.0E>1.2E，其中處理1.2E下降達顯著水平；游離氨基酸的含量為1.2E>1.0E>0.8E>0.6E，各處理間差異不顯著。

2.5 調虧灌溉對水分利用效率的影響

調虧灌溉最重要的任務就是提高作物水分利用效率，達到低水量投入、零產量下降，甚至增產、提質的作用。關于調虧灌溉的節水機制，從調虧灌溉本身說，其屬于虧水灌溉的范疇，即在作物生育期給予少于作物所需的灌溉水量，在不影響作物正常生長的前提下對作物進行抗旱鍛煉，以增強作物后期的耐旱性；從作物方面講，作物的補償效應使其在某一生育階段受旱復水之后，增加了作物本身的滲透調節能力，產生的滲透調節物質的積累又使細胞組織維持了一定的膨壓，加強了作物對不利環境的適應性，并且能夠在光合、生長、物質運輸等生理過程中產生有效的補償機制，從而實現有限水分的高效利用[35]。作物受旱復水后植株的補償生長存在于整個生育期，補償的程度因水分虧缺發生的時間、持續時間、虧缺強度、相臨階段的關聯和敏感性而異[36-37]。另外，調虧灌溉是一種人為主動的虧水灌溉，依據作物的生長特點，不同生育期對水分的需求量及耐旱程度而進行的，不僅是一種灌溉方式，而是作為一種作物生長的調控手段來管理作物的生長。

不少研究也證實了這一點，李毅杰[25]指出，65%FC的灌溉處理水分利用效率最高，達到291.64 kg/（hm2·mm），相比溝灌對照提高76.4%，可節水58.1%，而平均單果重僅比對照下降3.2%。王偉娟[32]在果實膨大期進行輕度水分虧缺處理，節水5.86%。曾春芝[33]研究表明，在甜瓜的整個生育期內，灌溉水分利用效率隨灌水量的減少而逐漸增大。

3 存在的問題

盡管甜瓜調虧灌溉技術已有了多年研究，在節水灌溉及增產優質方面起著越來越重要的作用。但是，在具體實踐中仍然存在一些亟待解決的問題。

3.1 甜瓜調虧灌溉綜合體系的研究

調虧灌溉應該是一套系統的技術體系，包括灌溉方式、調虧時期、虧缺程度、虧缺時間、甜瓜水分狀態監控等。目前的研究還未能將這些方面統籌起來，形成一個全面的操作體系。另外，針對不同地區的不同甜瓜品種，應建立與之相適應的調虧灌溉體系，而不能一概而論。

3.2 調虧灌溉與肥料供給相結合

甜瓜的生長不僅需要一定的水分，養分對甜瓜的生長也是至關重要。由于研究者們的局限性，目前在調虧灌溉與養分利用這方面的研究還比較少。水分利用和養分利用之間相輔相成，存在著緊密的聯系，肥能調水，水也能促肥。進一步研究甜瓜種植中調虧灌溉與肥料高效利用之間的內在關系，有助于節水節肥，更好地促進甜瓜的生長及品質改善，是甜瓜高效生產中重要的環節。

3.3 調虧灌溉與咸水灌溉相結合

面臨淡水資源的匱乏、農林灌溉用水需求量的日益增大，人們逐步將眼光投向儲量豐富但尚未開發利用的咸水資源，開展咸水灌溉研究并推廣應用。有關研究指出，適宜的咸水處理對甜瓜的產量無顯著影響，甚至在生長后期進行適當處理能提高甜瓜果實的品質[38-39]。在這方面上與調虧灌溉有異曲同工的作用，如將調虧灌溉的理論與咸水灌溉相結合，探索在不同生育期的咸水灌溉，不僅可以減少咸水對甜瓜的脅迫效應，促進甜瓜的生長，而且有望解決咸水利用的問題，為作物灌溉做出重大貢獻。

3.4 甜瓜調虧灌溉與病蟲害之間的關系

在造成甜瓜產量減少、品質下降的各種因素中，病蟲害是一個十分重要的因素，而病蟲害發生的一個關鍵條件就是空氣濕度，在較高空氣濕度環境條件下，病害更容易發生，對甜瓜造成嚴重損傷[40]。尤其在日光溫室及塑料大棚中，空氣流動相對較少，空氣濕度相對較大，一旦發病很快蔓延開來。調虧灌溉即在適當的生育期對甜瓜進行虧水灌溉，在一定程度上可以減少土壤表面水分蒸發，降低空氣濕度，進而抑制病害的發生，這也不失為一種防止病蟲害的有效手段。

3.5 調虧灌溉與現代先進技術的有效結合

將現代高科技技術（如遙感技術、地理信息技術、熱脈沖技術、全球定位監測技術等）與甜瓜水分管理結合起來，做到對甜瓜水分及生理狀況的實時監控將更有利于提高管理效率、水分利用效率及經濟效益。

4 展望

中國西瓜甜瓜的產量和面積在世界十大水果中僅次于葡萄、香蕉、柑桔、蘋果，居第5位。西瓜甜瓜又是中國傳統的夏令水果，其富含糖、淀粉，還有少量蛋白質、礦物質及其他維生素，占夏季上市水果總量的70%以上。另外，其栽培周期短、經濟效益高，對增加農民收入效果顯著[41]。然而隨著水資源的日益短缺及水污染問題的不斷惡化，可利用的水資源越來越少，尤其是農業用水顯得更是寶貴，如何高效利用水資源來穩定、提高作物的產量及品質顯得日趨重要[42]。

在長期的探索研究中，調虧灌溉為解決這一難題提供了有效途徑。調虧灌溉技術使水分得到了高效利用，不僅可以解決水資源不足的問題，而且在一定程度上提高了甜瓜的產量和品質。隨著科學技術的不斷發展，甜瓜調虧灌溉體系將進一步向系統化、信息化、智能化方向發展，實現未來精細農業發展的目標。

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