蘋果園水分管理研究進展

劉曉偉，田 歌，王 海，李慧峰

(1.山東省果樹研究所，山東 泰安 271000；2.山東農業(yè)大學 園藝科學與工程學院，山東 泰安 271000)

我國蘋果栽培面積和產(chǎn)量分別達193.86萬hm2和3 923.34萬t，在世界蘋果生產(chǎn)和全國水果生產(chǎn)中均居第一位[1]。我國蘋果大多栽植于丘陵、山地等極易缺水的半干旱或干旱地帶，果園土壤的保肥保水能力較弱，容易遭受水分脅迫。而蘋果園的灌水模式很多還是傳統(tǒng)的大水漫灌，水分利用效率極低，造成了大量的水資源浪費，果樹根系的呼吸作用也隨之受到抑制，根系對養(yǎng)分的吸收能力遭到削弱，極易造成硝態(tài)氮等養(yǎng)分的淋失，增加生產(chǎn)成本，也降低了蘋果的產(chǎn)量和品質，在一定程度上還導致了環(huán)境污染。因此，基于我國農業(yè)水資源短缺和多數(shù)旱地果園很難實施有效灌水的現(xiàn)狀，必須大力發(fā)展節(jié)水農業(yè)，探尋干旱和半干旱果園的高效節(jié)水灌概方法，開發(fā)低耗水、抗旱、耐旱的果樹砧木潛能，有效提高農業(yè)水資源利用率，緩解我國農業(yè)用水現(xiàn)狀，實現(xiàn)我國農業(yè)水資源的可持續(xù)利用和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 蘋果園土壤水分動態(tài)變化

對土壤水分動態(tài)變化特征的深入研究，可提高灌溉利用效率，改善根區(qū)水肥狀況。崔世勇等[2]研究了土壤水分運動的時空動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)果園土壤水分具有不穩(wěn)定性和一定的波動性。表層土壤水分含量變化劇烈，深層相對穩(wěn)定。渭北地區(qū)因為氣候原因果樹的蒸騰作用較強，耗水量較大，深層土壤含水量也相對較低，進而導致果樹產(chǎn)量受影響[3]。相關研究認為，果園0～30 cm土層的土壤含水量在不斷變化而不能保持穩(wěn)定，果園30～220 cm土壤水分含量在15%左右波動，而且與土壤深度呈負相關。0～10 cm 土層范圍內的土壤水分含量受降雨影響最顯著，隨土層深度增加，降水對土壤水分含量的影響減小[4]。

2 土壤水分對蘋果生長發(fā)育的影響

2.1 根系形態(tài)

干旱脅迫能顯著降低果樹的根系活力，抑制根系生長。根系超微結構在水分脅迫條件下也發(fā)生顯著變化，如導管組織分子直徑變大，新根中柱加粗顯著，在嚴重干旱條件下甚至會變扁等，這些結構變化顯著增加了水養(yǎng)的橫向運輸空間，也增加了水養(yǎng)的運輸途徑。楊洪強等[5]研究發(fā)現(xiàn)，延長根受到干旱脅迫時，其多胺代謝的反應非常敏感，而吸收根的反應相對來說并不強烈，這是因為水分脅迫能使果樹的吸收根中柱加粗，大大降低了其活力，延長根就能夠在水分脅迫的壓力下迅速生長。另外，一些果樹(如柑橘、板栗、龍眼等)具有菌根，可顯著增加果樹根系的有效吸收面積，使果樹對干旱脅迫的適應能力提高[6]。

2.2 葉片水勢

Zhu等[7]研究表明，幼齡蘋果樹受到水分脅迫時，葉片水勢會降低；劉洪波等[8]認為土壤含水量與葡萄葉片水勢呈正相關關系，葉片水勢與土壤含水量的相關性達極顯著水平。水分脅迫下，幼嫩葉片相對于成熟葉片的反應更為敏感，干旱時，幼嫩葉片會出現(xiàn)一系列生理反應，如失水卷曲等，這是由于幼嫩葉片處于形態(tài)建造的中間階段，有一定的可塑性，適應環(huán)境的能力較強，感受到水分虧缺后，它會朝著利于自身生長發(fā)育的方向產(chǎn)生一系列變化來適應環(huán)境變化，如細胞質濃度增大，細胞纖維結構更具有彈性等。

2.3 枝干生長

干旱脅迫時，蘋果的枝干是所有營養(yǎng)器官中反應最敏感的。干旱脅迫影響蘋果枝條的生長情況，相對縱向方面，橫向對干旱脅迫更加敏感。李新建等[9]研究表明隨著干旱脅迫的緩解，果樹新梢長度在達到峰值后出現(xiàn)不同程度的下降。陳曉東等[10]研究表明葡萄的新梢生長量隨灌水量增加而增大。嘎啦蘋果幼樹的新梢長度也隨干旱脅迫的加強而降低[11]。

2.4 光合特性

光合速率是反映光合作用強烈程度的一個指標，它體現(xiàn)了果樹葉片合成光合產(chǎn)物的強弱。土壤水分減少時，石榴[12]、蘋果[13]的光合熒光參數(shù)都表現(xiàn)出顯著差異。干旱脅迫促使植株的葉面積擴大，葉綠體的化學活性降低，葉片光合速率也隨之降低[14]。當植株未遭到水分脅迫時，蒸騰作用主要由植株的生理特性和氣象因子決定，水分脅迫時，氣孔相應隨之關閉[15]，水分和CO2進入受到阻礙，植株的蒸騰作用和光合作用直接受到影響。

3 果樹水分虧缺診斷

果園精準灌概中最有應用前景的幾種水分虧缺診斷指標為葉片光合參數(shù)、莖液流通量及葉片水勢等。光合參數(shù)中的氣孔導度和胞間CO2濃度均與水分虧缺顯著相關。氣孔是植物與外界間的水氣通道，干旱脅迫可使氣孔擴散阻力增大，進而大幅降低凈光合速率和蒸騰速率。水分脅迫下，葉片胞間CO2濃度降低，光合作用的原料CO2供應不足，光合電子傳遞鏈被破壞，光合器官葉綠體形態(tài)和結構、類囊體的膜結構發(fā)生改變，葉片光合色素含量減少，光合酶活性下降。但基于光合參數(shù)的水分虧缺診斷對儀器要求比較高。

莖流通量常被用來對果樹水分狀況進行診斷[16]，其測定方法有熱擴散探針法、熱脈沖法、熱平衡法等，其中熱脈沖法最受歡迎，它有著高自動化、高時間分辨率且操作簡單等諸多優(yōu)點，被廣泛應用于具有現(xiàn)代化智能灌溉系統(tǒng)的果園。李煥波等[17]采用熱脈沖法對紅富士蘋果樹干的液流通量進行了測定，發(fā)現(xiàn)同一棵樹的不同邊材位置的液流速率隨著時間的變化表現(xiàn)為單峰曲線，晴天多為單峰曲線或雙峰曲線，而陰天則多為多峰曲線。還有學者研究發(fā)現(xiàn)紅富士蘋果樹在開花期的晴天為單峰曲線，而在新梢生長期的晴天則呈現(xiàn)出雙峰曲線[18]。

果樹莖葉水勢與土壤水分含量高度相關，因而葉片水勢成為果樹水分虧缺診斷的重要指標，在葡萄、蘋果等果樹上廣泛應用，但以水勢代表水分虧缺程度仍有一些不足。因高等植物歷經(jīng)多年進化，早已形成各自獨特的相應機制應對水分脅迫，單憑水勢的變化不足以準確反映果樹水分虧缺的程度。目前測定水勢的主要方法有小液流法、壓力室法、熱電耦法，這幾種測定方法不同程度上存在精度不高、測定條件要求嚴苛等不足。

4 蘋果需水特性與水分管理

4.1 蘋果需水量及需水特性

丘陵山區(qū)蘋果樹滴灌日均補水強度在不同生長期表現(xiàn)不同，其中開花期是2.23 mm,坐果期到果實膨大期達2.14 mm,果實成熟期是1.31 mm[19]。蘋果樹年耗水量 433.5～478.5 mm，最佳灌水時期是在萌芽期、新梢旺長期、果實迅速膨大期以及封凍前[20]。渭北高原紅富士蘋果樹，在果實膨大期需水量高達約310 mm。山東省濟寧市嘉祥縣的紅富士蘋果樹，在果實膨大期需水量高達約315 mm。也有研究表明，蘋果果實膨大期到采收期需水量占生育期總需水量比例最高，為 86.9%。

4.2 灌溉方式與節(jié)水保水技術

傳統(tǒng)農業(yè)灌溉方式水分利用效率低，對果樹生長尤其是根系生長起到抑制作用。因此前人對于不同灌溉方式、滴灌的不同位置、滴灌滲灌對比以及水肥一體化對蘋果生長、產(chǎn)量品質、養(yǎng)分吸收等方面進行了大量研究。調虧灌溉(減量40%)對蘋果產(chǎn)量的影響不顯著，且有效抑制了營養(yǎng)生長；蘋果根區(qū)進行交替灌溉對蘋果營養(yǎng)生長起到促進作用；前人在灌水量梯度、灌水的定位方式等方面進行了大量研究。結果表明限水灌溉、局部灌溉和調虧灌溉等方法，有效提高了果樹水分利用效率?！翱刂菩宰魑锔捣謪^(qū)交替灌溉”的方法，更是拓展了農業(yè)節(jié)水灌溉的新思路。

5 展 望

在蘋果生產(chǎn)中，通過精準有效的灌溉，既可以滿足樹體生長發(fā)育對水分的需求，又能夠提高果實品質和節(jié)約水資源，這對蘋果產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。然而現(xiàn)在我國蘋果主產(chǎn)區(qū)水資源可用量持續(xù)減少，尤其如黃土高原等產(chǎn)區(qū)，雖然擁有得天獨厚的光和熱，但是年降水量較少，且分布不均，已經(jīng)極大地限制了當?shù)靥O果產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。構建蘋果產(chǎn)業(yè)節(jié)水技術體系迫在眉睫。隨著我國農業(yè)節(jié)水技術的不斷發(fā)展，與其他發(fā)達國家相比差距逐漸縮小。下一步應根據(jù)各個蘋果產(chǎn)區(qū)的自然資源現(xiàn)狀，結合當?shù)靥O果栽培模式和立地條件，研發(fā)區(qū)域性和針對性強的現(xiàn)代果樹水分高效管理技術，實現(xiàn)果園水分精準管理。