果樹調(diào)虧灌溉技術(shù)研究動態(tài)及其應(yīng)用

李 茜，劉松濤

(1.寧夏大學(xué) 環(huán)境工程研究院，銀川 750021；2.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院，銀川 750021)

中國是世界農(nóng)業(yè)大國，其特有的自然條件很適宜果樹的生長，種植果樹一直占據(jù)著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要地位[1]。隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，果樹的種植面積已達(dá)到12萬hm2。但我國果園多數(shù)分布在高海拔、降雨少的西北干旱半干旱地區(qū)，需要人工補(bǔ)充灌溉才能保證果樹的正常生長。截至目前，大部分農(nóng)民依然采用地面漫灌的方式，導(dǎo)致水分利用效率低下，極大的浪費了有限的水資源。尤其在引黃灌區(qū)，由于大水漫灌，不僅造成了田間土壤養(yǎng)分和肥料的淋洗，而且還加重了土壤次生鹽堿化的危害。因此，針對西北干旱半干旱地區(qū)果樹種植中水資源匱乏及科學(xué)合理利用的問題，研究缺水條件下果樹調(diào)虧灌溉的機(jī)理，探索先進(jìn)的節(jié)水灌溉理論和綜合實施技術(shù)，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水資源的有效利用率，對于保證該地區(qū)果業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)都具有重要意義。

1 調(diào)虧灌溉的概念

調(diào)虧灌溉(Regulated Deficit Irrigation, RDI),是由澳大利亞維多利亞州持續(xù)農(nóng)業(yè)灌溉研究所(Institute of Sustainable Irrigated Agriculture)Tatur中心的科學(xué)家在20世紀(jì)70年代中期研究提高密植桃樹生產(chǎn)率的過程中首次提出并實踐驗證的一種新型節(jié)水灌溉技術(shù)。調(diào)虧灌溉能夠運用于生產(chǎn)實踐的生物學(xué)基礎(chǔ)，是在植物的不同生長發(fā)育階段人為施加一定程度的水分虧缺脅迫，通過影響植物光合產(chǎn)物向不同組織器官的分配量，舍棄生物產(chǎn)量總量(營養(yǎng)生長)，從而提高植物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(果實或者籽粒)，同時又能提高水分利用率。調(diào)虧灌溉是主動利用水分脅迫對植物(作物)的生長產(chǎn)生正面影響的一種新型節(jié)水技術(shù)，其既有明顯的經(jīng)濟(jì)效益，又有良好的生態(tài)效益，尤其是對水資源短缺的干旱和半干旱地區(qū)更有意義。

2 果樹調(diào)虧灌溉技術(shù)的研究進(jìn)展

(1)調(diào)虧灌溉對果樹生長生理生態(tài)指標(biāo)的影響研究。調(diào)虧灌溉技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于多種密植的果樹栽培中，比如桃、梨、蘋果、橙子、橘子、葡萄、香蕉等品種。在調(diào)虧灌溉下，果樹的營養(yǎng)生長明顯受到抑制，果樹生長過程中的需水量也大大減小，剪枝量也相應(yīng)減少，然而對果實的生長發(fā)育影響很小[2,3]。Chalmers和Vandenende[4]試驗結(jié)果表明，水分虧缺對果樹的營養(yǎng)生長有較大影響，而對果實生長影響卻很小。Costa等[5]研究發(fā)現(xiàn)，對于密植果樹栽種而言，適度的調(diào)虧灌溉可以減小果樹樹體冠層的郁閉度，提高整個樹體的透光性，增加植物的光合作用。大量研究顯示，果樹的光合特性明顯受到水分虧缺脅迫的影響。Ebel等[6]對蘋果調(diào)虧灌溉的試驗表明: 在實施調(diào)虧灌溉期間, 蘋果葉片的氣孔導(dǎo)度、枝條的水勢都達(dá)到最小值, 且均低于對照。房玉林等[7]對葡萄調(diào)虧灌溉的結(jié)果表明，隨著虧水脅迫時間的延長，葡萄葉片的凈光合速率(Pnet)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)和胞間CO2濃度(Ci)均有明顯下降的趨勢。還有研究表明，水分虧缺條件下會顯著提高葉片水平的水分利用效率[8-11]，說明果樹可以通過氣孔調(diào)節(jié)來適應(yīng)一定的虧水環(huán)境。也有研究表明，果樹經(jīng)過一定時期的水分虧缺后, 其過旺的營養(yǎng)生長明顯得到抑制, 當(dāng)水分脅迫解除后，對于果實生長則更加有利，從而能夠收獲體積更大的果實[12,13]。在果樹的營養(yǎng)生長期內(nèi)實施調(diào)虧灌溉，果樹枝條的生長量會降低，而且與水分虧缺度成一定的比例；當(dāng)進(jìn)行復(fù)水處理后，則明顯提高了果實的生長，并顯著增加下一季的開花率[14]。

(2)調(diào)虧灌溉對果樹產(chǎn)量和品質(zhì)的影響研究。調(diào)虧灌溉不僅能夠控制果樹的營養(yǎng)生長, 還能控制果實的坐果率、單果的重量以及果實的數(shù)量來實現(xiàn)果樹經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的增加。在果樹生長季的早期實施調(diào)虧灌溉，果實的品質(zhì)不但不會損害，而且對某些品種果實的品質(zhì)還有一定的改善功效[15]。Girona等[16]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷中度虧水的桃樹復(fù)水后其最終果實產(chǎn)量與對照持平。劉洪光等[17]研究表明，在葡萄的花期進(jìn)行調(diào)虧灌溉，可以起到疏花的作用。馬福生[9]認(rèn)為，在棗樹成熟期進(jìn)行重度調(diào)虧灌溉，在不顯著減產(chǎn)的前提下，棗的有機(jī)酸含量和可溶性固形物含量有所提高，改善了棗的品質(zhì), 表明該時期是實施調(diào)虧灌溉的最佳階段。Motilva等[18]與Gu等[19]的研究結(jié)果都表明調(diào)虧灌溉能使水果的成熟期提前。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn):對鴨梨果實生長的前中期進(jìn)行調(diào)虧灌溉處理, 使成熟期果實的果形指數(shù)明顯降低,在結(jié)束水分虧缺后復(fù)水階段,果實生長有明顯加快的趨勢。前期控水處理階段,果實的干物質(zhì)含量高于對照,但果實的生長發(fā)育和最終果實的大小并未受到抑制,并且果樹的產(chǎn)量、果實的品質(zhì)及儲藏期都有提高的趨勢[20]。

(3)調(diào)虧灌溉對果樹水分利用效率的影響研究。李光永[21]等研究了密植桃樹在調(diào)虧灌溉處理下的耗水規(guī)律:認(rèn)為在果實生長的緩慢期內(nèi)實施調(diào)虧灌溉，對產(chǎn)量并無顯著影響，和充分灌溉相比較,節(jié)約用水達(dá)到了32%, 水分利用率明顯提高，并有效抑制了其枝條的生長。Chalmers[22]研究認(rèn)為：用12.5%的標(biāo)準(zhǔn)水量(Eps)為桃樹的調(diào)虧水量，復(fù)水期使用130%的標(biāo)準(zhǔn)水量，其果實產(chǎn)量比對照增加15%, 節(jié)約灌溉用水約30%左右。黃興法[23]對蘋果調(diào)虧灌溉試驗發(fā)現(xiàn): 進(jìn)行調(diào)虧灌溉處理的蘋果，基本不會影響其產(chǎn)量，但是灌水量與充分灌溉相比卻減少了17%～20%, 而耗水量也減少了10.2%～11.2%。Torrecillas研究結(jié)果表明, 調(diào)虧灌溉對于檸檬的總產(chǎn)量沒有影響，然而灌水量卻能節(jié)省近30%左右，大大提高了水分利用效率[24]。北京市林業(yè)果樹研究所對晚熟桃樹果園進(jìn)行了微灌系統(tǒng)下的調(diào)虧處理和充分灌溉處理的對比試驗，結(jié)果表明：調(diào)虧灌溉的灌水量只占充分灌溉的24.6%。從水分利用率來看，微灌節(jié)水比大水漫灌方式節(jié)水80%左右，而調(diào)虧灌溉又比充分微灌節(jié)水70%左右。和傳統(tǒng)的大水漫灌方式相比較，調(diào)虧灌溉節(jié)水達(dá)95%以上[25]。由此可見，適時的調(diào)虧灌溉，可大大提高果樹的水分利用率，大幅節(jié)省果園的灌溉用水量。

3 調(diào)虧灌溉技術(shù)在果樹栽培上的應(yīng)用

目前，調(diào)虧灌溉技術(shù)已在國內(nèi)外果樹栽培上廣泛應(yīng)用，可能原因是果樹屬于無限生長的植物，其根系生長較為發(fā)達(dá)，水分虧缺后復(fù)水補(bǔ)償能力較強(qiáng)，故調(diào)虧灌溉效果顯著。

(1)調(diào)虧灌溉技術(shù)在葡萄上的應(yīng)用。葡萄在世界范圍內(nèi)廣泛種植，但是超過55%的種植區(qū)分布在歐洲。葡萄對歐洲南部地中海氣候有很好的適應(yīng)性。然而，該地區(qū)夏季的干旱、高溫以及高蒸發(fā)量，已嚴(yán)重制約了葡萄的產(chǎn)量和葡萄酒的品質(zhì)。近年來我國葡萄酒業(yè)的發(fā)展迅猛，釀酒葡萄的種植面積也隨之?dāng)U大，因特殊的氣候、土壤及地理方面的特點，我國西部的干旱、半干旱地區(qū)已成為釀酒葡萄的主要栽培種植區(qū)域。但是隨著水資源短缺的問題日益加重，絕大多數(shù)葡萄園都將會面臨著嚴(yán)重的干旱威脅。因此，調(diào)虧灌溉作為一種新型的節(jié)水灌溉模式已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代葡萄的栽培中。很多實踐證明，水分虧缺處理在葡萄生長季的早期實施, 植株的營養(yǎng)生長明顯減少、同化物得到合理分配、植株冠層和葉片間的微環(huán)境得到有效改善的同時大大減少了植株病蟲害的發(fā)生，并且漿果的品質(zhì)有顯著提高[26-29]。澳大利亞的葡萄園通常是在坐果后立即實施水分虧缺，對于釀酒葡萄品種來說，調(diào)虧灌溉雖然使葡萄產(chǎn)量有所降低,但葡萄漿果的花青素、甜度(糖分含量)和多酚物質(zhì)卻能顯著增加，致使葡萄漿果的品質(zhì)大幅提高，葡萄酒產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益顯著增強(qiáng)。

(2)調(diào)虧灌溉技術(shù)在常綠果樹上的應(yīng)用。在地中海盆地地區(qū)，大部分種植區(qū)已由傳統(tǒng)的“雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)”向“灌溉農(nóng)業(yè)”轉(zhuǎn)變，而調(diào)虧灌溉技術(shù)已在很多常綠果樹的種植上大面積應(yīng)用推廣[30]。實踐表明：調(diào)虧灌溉下橄欖(Olea europea L.)的產(chǎn)量比對照高出35%，且橄欖的果實和橄欖油的質(zhì)量都大大提高，原因是在調(diào)虧灌溉條件下，使得橄欖果實中總的苯酚含量降低，從而提高了橄欖油的品質(zhì)[31]。在7-8月間對枳橙(Citrus sinensis Osb x Poncirus trifoliata)進(jìn)行調(diào)虧灌溉，比充分灌溉要節(jié)水6%～22%，且對果實的產(chǎn)量和品質(zhì)基本沒有影響[32]。在芒果的種植中也用到調(diào)虧灌溉技術(shù)，比充分灌溉節(jié)水20%～25%的同時限制了植物的營養(yǎng)生長，而和對照相比其產(chǎn)量并沒有差異[33]。Verreynne等[34]研究報道，調(diào)虧灌溉能使小柑橘的有機(jī)酸含量增加11%～13%，可溶性固形物(TSS) 提高2%～10%，而果實直徑僅減小10%左右。

(3)調(diào)虧灌溉技術(shù)在落葉果樹上的應(yīng)用。調(diào)虧灌溉運用于桃樹和梨樹時，一般在開花后的4～6周到果實收獲前的4～6周。這段時期果樹的營養(yǎng)生長(枝條)較快，而果實生長相對較慢。在果實收獲前的4～6周，植株營養(yǎng)生長基本停止，而果實進(jìn)入迅速膨大期，在此生長期進(jìn)行充分灌溉，能夠使果實吸收充足的水分和養(yǎng)分，最終提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)[35]。Girona[36]等研究結(jié)果表明，經(jīng)歷中度水分虧缺的桃樹，在復(fù)水處理后其樹體水分迅速得到恢復(fù)，最終的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和對照保持水平，虧水度大于 65%也能達(dá)到相同水平。同時，單階段虧水處理節(jié)水達(dá)13%～24%，而復(fù)階段虧水處理節(jié)水達(dá)23%～35%，在提高產(chǎn)量水平的同時水分利用效率(WUEy)也大大提高。程福厚等[37]對鴨梨調(diào)虧灌溉研究表明：在萌芽期和開花期進(jìn)行調(diào)虧灌溉后，會顯著抑制鴨梨樹體的營養(yǎng)生長，和對照相比，新梢長度降低15%～25%，修剪量下降18%～33%，葉面積減小，樹體通透性增大，各虧水處理的花朵座果率均大于85%，但是對果實發(fā)育的影響甚小。馬福生等[9]對日光溫室的梨棗樹開展不同生育期的虧水處理研究發(fā)現(xiàn)，在果實成熟期未灌水的處理，梨棗的平均單果質(zhì)量、Vc 含量和可溶性蛋白產(chǎn)生的負(fù)面影響很小，但是能夠提高果實的有機(jī)酸含量與可溶性固形物(TSS)，總體上梨棗的品質(zhì)有所改善。因此成熟期是梨棗實施調(diào)虧灌溉的最佳階段。

4 存在問題與展望

調(diào)虧灌溉技術(shù)是一種新型有效的節(jié)水灌溉策略，自20世紀(jì)70年代提出并實踐以來，已發(fā)揮了巨大的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益，顯示出了潛在的利用價值，具有廣闊的應(yīng)用前景。研究我國干旱半干旱地區(qū)缺水條件下調(diào)虧灌溉的機(jī)理和植物生長生理指標(biāo)，對于合理利用水資源，充分發(fā)揮節(jié)水灌溉在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的作用，以及提高果實產(chǎn)量和品質(zhì)，改善生態(tài)環(huán)境，都具有重要的意義。盡管調(diào)虧灌溉技術(shù)操作簡單，是目前節(jié)水灌溉中重要的節(jié)水技術(shù)之一，但是不同果樹生長發(fā)育具有特異性，而現(xiàn)有的研究成果并不適用于所有果樹品種節(jié)水灌溉的應(yīng)用。且我國對于調(diào)虧灌溉技術(shù)的研究起步相對較晚，尚缺乏系統(tǒng)性和深入性，因而存在一些需要進(jìn)一步研究的問題。

(1)我國果園大部分分布在西北干旱半干旱地區(qū)，該面積存在不同程度的水資源短缺問題。而隨著人民生活水平的不斷提高和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，對水果的需求量逐年增大，同時對果品種類要求也相應(yīng)增加，但是目前調(diào)虧灌溉技術(shù)只應(yīng)用于有限的幾種常規(guī)果樹品種(蘋果，桃，梨，葡萄等)，而對于一些經(jīng)濟(jì)價值和營養(yǎng)價值較高的樹種的耗水規(guī)律沒有做深入細(xì)致的研究(如枸杞、獼猴桃等)。為了發(fā)揮調(diào)虧灌溉的在果樹栽培中的巨大潛力，應(yīng)加大果樹調(diào)虧灌溉的研究對象，同時加深不同果樹品種調(diào)虧灌溉技術(shù)的節(jié)水效應(yīng)研究。

(2)針對不同植物的生長發(fā)育特性和耗水規(guī)律，開展與其高產(chǎn)栽培的綜合配套技術(shù)的研究。比如調(diào)虧灌溉下的合理密植，調(diào)虧灌溉與果樹養(yǎng)分、水分利用的耦合關(guān)系，不同營養(yǎng)元素的配方施肥技術(shù)，以提高經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的同時提高“水-肥”利用效率，達(dá)到“節(jié)水-節(jié)肥”的效果。

(3)加大調(diào)虧灌溉綜合指標(biāo)的研究。在植物調(diào)虧灌溉實施的過程中，應(yīng)將影響植物生長的生理生態(tài)指標(biāo)以及土壤水分、養(yǎng)分等指標(biāo)作為調(diào)虧灌溉的重要依據(jù)，為調(diào)虧灌溉技術(shù)的大面積應(yīng)用提供堅實的理論基礎(chǔ)。同時應(yīng)用先進(jìn)的信息技術(shù)監(jiān)測調(diào)虧灌溉，按照植物需水信號與精準(zhǔn)灌溉相結(jié)合的原則，根據(jù)不同植物的不同生長期，提出操作性強(qiáng)、易于推廣的新型高效調(diào)虧灌溉技術(shù)體系，加大其可實踐性和有效性，最終實現(xiàn)干旱半干旱地區(qū)果樹栽培的節(jié)水、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的目的。

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