新型灌溉技術(shù)在果樹中應(yīng)用的研究進(jìn)展

摘" 要：果樹是我國(guó)農(nóng)業(yè)中重要的支柱產(chǎn)業(yè)，而我國(guó)水資源匱乏是影響果樹生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題。近年，研究學(xué)者根據(jù)果樹的需水特性、生長(zhǎng)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(yàn)印證效果，該文將國(guó)內(nèi)外有關(guān)新型灌溉技術(shù)在果樹中的研究進(jìn)行綜合闡述，并對(duì)今后新型灌溉技術(shù)進(jìn)行展望，以期將新型灌溉技術(shù)更好地服務(wù)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(yīng)用；節(jié)水灌溉；研究進(jìn)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(guó)是果樹產(chǎn)業(yè)第一大國(guó)，果品貿(mào)易在世界果品市場(chǎng)上占有重要地位[1]。目前，我國(guó)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(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略實(shí)施的重要產(chǎn)業(yè)[2-3]。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2022年我國(guó)果園種植面積已達(dá)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(zhǎng)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(wàn)hm2，產(chǎn)量為5 595.61萬(wàn)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(wàn)畝，產(chǎn)量為3 841萬(wàn)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(dá)到1 087.6萬(wàn)畝，產(chǎn)量1 419.54萬(wàn)t[6]。

果樹生長(zhǎng)離不開水分，我國(guó)屬于典型的大陸性季風(fēng)氣候，降水時(shí)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(wèn)題。補(bǔ)充灌溉是實(shí)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(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛、果實(shí)品質(zhì)下降、水分利用效率低下[7-9]。十余年來(lái)， 研究學(xué)者們對(duì)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(jìn)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(duì)于提高果樹豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要價(jià)值和實(shí)踐意義。

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)果樹的新型灌溉技術(shù)的最新研究進(jìn)展，主要闡述了不同灌溉技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍，同時(shí)對(duì)該研究領(lǐng)域中存在的問(wèn)題和研究前景進(jìn)行了展望，為新型灌溉技術(shù)更好地服務(wù)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(diǎn)

根系分區(qū)交替灌溉是一種對(duì)植物根部交替灌溉的高效節(jié)水灌溉方式，這種方式通過(guò)改變根區(qū)剖面土壤的濕潤(rùn)方式，刺激根系吸水的補(bǔ)償效應(yīng)，調(diào)節(jié)氣孔開度，減少葉部的過(guò)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(hào)的理論基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，從而實(shí)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(yīng)用的研究

在研究應(yīng)用中，農(nóng)業(yè)研究者已開始將這項(xiàng)技術(shù)在多種果樹中進(jìn)行試驗(yàn)研究，試驗(yàn)方式以盆栽試驗(yàn)和大田試驗(yàn)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(zhǎng)發(fā)育及果實(shí)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(jì)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(xiàng)技術(shù)能顯著提升水分利用效率，相對(duì)于普通的灌溉方式實(shí)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)的飛躍。

2" 隔行交替灌溉

2.1" 隔行交替灌溉的特點(diǎn)

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(zhǎng)和水勢(shì)，達(dá)到控制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，減輕修剪量，增加營(yíng)養(yǎng)累積，促進(jìn)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(rùn)，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(duì)部分氣孔進(jìn)行誘導(dǎo)，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(shí)的無(wú)效蒸發(fā)和蒸騰[20-21]。此以，樹體經(jīng)過(guò)先干旱后補(bǔ)水的過(guò)程能極大促進(jìn)根系的補(bǔ)償生長(zhǎng)，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(xì)胞分裂素（CTK）并將CTK傳輸?shù)降厣喜糠郑行Т龠M(jìn)花芽分化[20]。

2.2" 隔行交替灌溉在果樹中應(yīng)用的研究

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)果樹隔行交替灌溉已開展相關(guān)研究，并在果實(shí)產(chǎn)量、水分利用效率、補(bǔ)償效應(yīng)和根源信號(hào)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(jìn)糖分積累，提高果實(shí)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(rùn)方式與含水量下限或生育期等對(duì)果樹生長(zhǎng)、水分利用效率，以及果實(shí)產(chǎn)量品質(zhì)等方面的影響，多采用盆栽試驗(yàn)[22]，在山西[24]、甘肅[25]、陜西[20]等地區(qū)也有大田生產(chǎn)試驗(yàn)應(yīng)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(dá)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(diǎn)

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(xué)家Chalmers等在研究桃樹和梨樹的過(guò)程中首次提出[10，26]，其原理是在作物的某一個(gè)或者某幾個(gè)生長(zhǎng)階段施加合適的水分脅迫控制植物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)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(jìn)程，進(jìn)而達(dá)到預(yù)先設(shè)定的目標(biāo)[23，27-28]，當(dāng)作物在某一個(gè)或某幾個(gè)階段處于適宜的水分脅迫范圍內(nèi)時(shí)，重新進(jìn)行灌溉后可以產(chǎn)生生理上的補(bǔ)償效應(yīng)，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(jī)制主動(dòng)節(jié)水[10]，其原理即在作物某些生長(zhǎng)時(shí)期進(jìn)行控水，抑制作物非生產(chǎn)有機(jī)物的合成，進(jìn)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(yīng)用的研究

調(diào)控虧缺灌溉在果樹中應(yīng)用較多，研究學(xué)者主要根據(jù)果樹的需水特性、生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律、環(huán)境條件等因素進(jìn)行調(diào)控，因此，調(diào)控時(shí)期和水分虧缺度是調(diào)控虧缺灌溉技術(shù)研究及應(yīng)用的核心問(wèn)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(wú)核白葡萄漿果成熟期調(diào)虧灌溉的土壤含水量達(dá)到65%～90%時(shí)，新梢長(zhǎng)度、莖粗及產(chǎn)量雖然無(wú)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(gè)生育期對(duì)荒漠綠洲區(qū)葡萄進(jìn)行水分虧缺灌溉時(shí)，植株高度、新梢生長(zhǎng)長(zhǎng)度、新梢生長(zhǎng)粗度和果實(shí)品質(zhì)等無(wú)顯著性變化，但在果實(shí)膨大期進(jìn)行虧缺處理，產(chǎn)量降低40.2%，抽蔓期進(jìn)行虧水處理，產(chǎn)量能夠增加10.3%；房玉林等[23]認(rèn)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(zhǎng)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(shí)，產(chǎn)量最高，花期和果實(shí)膨大期控水量在田間持水量的40%～50%時(shí)，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(duì)核桃生育期葉片細(xì)胞損傷最小，能夠抑制新梢生長(zhǎng)和落花落果；趙經(jīng)華等[12]認(rèn)為調(diào)虧灌溉一定程度上會(huì)抑制滴灌核桃的新梢生長(zhǎng)和葉面積指數(shù)增長(zhǎng)，在開花坐果期調(diào)虧反而能夠增加果實(shí)縱橫徑和單果重；武陽(yáng)等[29]研究表明對(duì)成齡香梨果樹細(xì)胞分裂期和果實(shí)緩慢膨大期進(jìn)行調(diào)虧灌溉（灌水量為美國(guó)A級(jí)蒸發(fā)皿蒸發(fā)量的40%～60%），能夠抑制樹體營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，提高果實(shí)產(chǎn)量和灌溉水利用效率。

4" 其他新型灌溉方式

隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，高效、集約、精準(zhǔn)的果園灌溉方式已成為未來(lái)果樹節(jié)水的重要發(fā)展趨勢(shì)。研究學(xué)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(jiǎn)單高效等因素進(jìn)行綜合考慮，研制出了一批適用于我國(guó)林果業(yè)發(fā)展、價(jià)格低廉、簡(jiǎn)便實(shí)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(yàn)，并取得較好的實(shí)效。

5" 果樹灌溉技術(shù)研究展望

5.1" 進(jìn)一步完善技術(shù)核心環(huán)節(jié)

新型灌溉技術(shù)各有特點(diǎn)，各有不同，每項(xiàng)技術(shù)都存在核心技術(shù)環(huán)節(jié)，研究學(xué)者們還應(yīng)進(jìn)行大量的田間試驗(yàn)，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(jiǎn)單明了、清晰易學(xué)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，能夠滿足當(dāng)?shù)毓麡渖a(chǎn)的要求。并對(duì)核心技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)，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(shí)施效果，進(jìn)而提高果樹產(chǎn)業(yè)灌溉管理水平，為推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化果園管理奠定技術(shù)支撐。

5.2" 構(gòu)建適合當(dāng)?shù)氐母咝Ч?jié)水灌溉制度

進(jìn)一步細(xì)化灌溉技術(shù)的灌溉量、灌溉時(shí)期等技術(shù)指標(biāo)，進(jìn)一步核算灌溉成本、灌溉效益等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，提升灌溉技術(shù)的精細(xì)化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，實(shí)現(xiàn)有章可循、有據(jù)可依、有理可查，做到科學(xué)研究與生產(chǎn)時(shí)間的無(wú)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(qiáng)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(xué)者們根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥捞匦浴夂驐l件、果樹生物學(xué)特性等規(guī)律，開展了大量的研究和試驗(yàn)，試驗(yàn)方式也從盆栽試驗(yàn)向田間試驗(yàn)轉(zhuǎn)變，其目的就是為驗(yàn)證新型灌溉節(jié)水技術(shù)對(duì)果樹生長(zhǎng)的促進(jìn)效應(yīng)，研究學(xué)者們也得到了滿意的試驗(yàn)效果。而研究的學(xué)術(shù)價(jià)值在與指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐，讓更多果農(nóng)掌握技術(shù)，降低管理成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，新型果樹灌溉技術(shù)今后的發(fā)展方向應(yīng)該是擴(kuò)大示范技術(shù)范圍，對(duì)果農(nóng)進(jìn)行培訓(xùn)和推廣，只有讓果農(nóng)得到實(shí)惠，受到認(rèn)可，才能真正實(shí)現(xiàn)科學(xué)研究的價(jià)值。

綜上所述，節(jié)水灌溉是果園表轉(zhuǎn)化、科學(xué)化管理的發(fā)展趨勢(shì)，2019年國(guó)家發(fā)展改革委、水利部聯(lián)合印發(fā)《國(guó)家節(jié)水行動(dòng)方案》，指出“強(qiáng)化科技支撐，推廣先進(jìn)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(xì)化管理，科學(xué)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(bǔ)灌、水肥一體化和覆蓋保墑等技術(shù)”。因此，加強(qiáng)研制適合當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，提升果實(shí)品質(zhì)、促進(jìn)農(nóng)民增收致富，推動(dòng)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(zé)任。

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基金項(xiàng)目：新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)重點(diǎn)課題（XJNZYKJ202208）

第一作者簡(jiǎn)介：公勤（1982-），女，博士，副教授。研究方向?yàn)楣麡渖a(chǎn)技術(shù)與逆境植物生理。