新型灌溉技术在果树中应用的研究进展.pdf

2024 年 2 期智慧农业智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture新型灌溉技术在果树中应用的研究进展公勤1，2，张金枝1，吕齐1，张晓辉1（1.新疆农业职业技术学院，新疆 昌吉 831100；2.洛浦县中等职业技术学校，新疆 和田 848200）我国是果树产业第一大国，果品贸易在世界果品市场上占有重要地位1。目前，我国果树种植面积、产量和产值仅次于粮食、蔬菜，排名第三，果树产业已成为保障食物安全、生态安全、人民健康、农民增收和农业可持续发展的支柱产业，也是促进乡村振兴战略实施的重要产业2-3。据国家统计局数据显示，2022 年我国果园种植面积已达到 1.841 5 亿亩（1 亩约等于 667 m2，下同），柑橘、苹果、梨、桃、葡萄和香蕉的种植面积和产量位居前六位，其中柑橘种植产区主要分布在长江上中游、赣南-湘南-桂北、浙-闽-粤和鄂西-湘西柑橘带，截至 2021年种植面积为293.53万hm2，产量为5595.61万吨4；苹果种植区主要分布在环渤海湾和西北黄土高原，截至 2021年，种植面积为 3132.12 万亩，产量为 3841万t5；葡萄种植区主要分布在西北及黄土高原、华北及环渤海湾、秦岭和淮河以南亚热带产区，截至 2022 年，种植已达到 1 087.6 万亩，产量 1 419.54 万 t6。果树生长离不开水分，我国属于典型的大陆性季风气候，降水时空分布不均、夏季高温多雨、冬季干燥少雨，水资源紧缺已成为制约果树产业可持续发展的瓶颈问题。补充灌溉是实现果树丰产稳产的重要措施。而目前生产中，多数果园管理仍按照“丰水高产”的理论采用大水漫灌、多次灌溉，造成树冠营养生长旺盛、果实品质下降、水分利用效率低下7-9。十余年来，研究学者们对果树调亏灌溉10-12、根系分区交替灌溉7-8和果园隔行交替灌溉13等进行了广泛研究，提出了多种新型灌溉方式和技术，这些技术对于提高果树丰产稳产具有重要价值和实践意义。本文结合国内外有关果树的新型灌溉技术的最新研究进展，主要阐述了不同灌溉技术的特点和应用范围，同时对该研究领域中存在的问题和研究前景进行了展望，为新型灌溉技术更好地服务于果树生产、提高果园管理水平提供借鉴。1根系分区交替灌溉1.1根系分区交替灌溉的特点根系分区交替灌溉是一种对植物根部交替灌溉的高效节水灌溉方式，这种方式通过改变根区剖面土壤基金项目：新疆农业职业技术学院院级重点课题（XJNZYKJ202208）第一作者简介：公勤（1982-），女，博士，副教授。研究方向为果树生产技术与逆境植物生理。摘要：果树是我国农业中重要的支柱产业，而我国水资源匮乏是影响果树生产的瓶颈问题。近年，研究学者根据果树的需水特性、生长发育规律、栽培环境条件等因素，研制多种新型节水灌溉技术，并得到较好的试验印证效果，该文将国内外有关新型灌溉技术在果树中的研究进行综合阐述，并对今后新型灌溉技术进行展望，以期将新型灌溉技术更好地服务于果树生产、提高果园管理水平提供借鉴。关键词：新型灌溉技术；果树生产；技术应用；节水灌溉；研究进展中图分类号院S66-3文献标志码院A文章编号院2096-9902渊2024冤02-0006-05Abstract:Fruit trees are an important pillar industry in Chinas agriculture,and the scarcity of water resources in China is abottleneck problem affecting fruit tree production.In recent years,researchers have developed various new water-saving irrigationtechnologies based on factors such as water demand characteristics,growth and development patterns,and cultivation environmentalconditions of fruit trees,and have achieved good experimental results.This paper comprehensively elaborates on the research on newirrigation technologies in fruit trees at home and abroad,and predicts new irrigation technologies in the future,with the aim ofbetter 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 progressDOI：10.20028/j.zhnydk.2024.02.0026-2024 年 2 期智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture智慧农业的湿润方式，刺激根系吸水的补偿效应，调节气孔开度，减少叶部的过多蒸腾，提高水分利用效率14。根系分区交替灌溉技术是建立在节水灌溉技术原理与植物感知缺水根源信号的理论基础上产生的，从而实现节水、丰产、优质、高效的灌溉目的15。1.2根系分区交替灌溉在果树中应用的研究在研究应用中，农业研究者已开始将这项技术在多种果树中进行试验研究，试验方式以盆栽试验和大田试验为主，研究发现分区交替灌溉在苹果15、梨9、葡萄7等果树的生长发育及果实品质等方面起到了积极作用7，9，15（表 1），并在果园管理成本、经济效益等方面表现突出，尤其是干旱和半干旱果树生产区，如新疆、陕西、山西等地，这项技术能显著提升水分利用效率，相对于普通的灌溉方式实现了一个质的飞跃。树种及品种 灌溉方式 较全灌 溉节水 生长生理影响 参考文献 苹果（皇家嘎啦）1/4交替灌溉 75%开花率、花序数量、坐果率增加，但新梢、叶片生长速度下降，影响枝类组成 15 2/4交替灌溉 50%根系活力提高，根冠比增加，木质化根系数量增加，光合速率降低，蒸腾速率降低 3/4交替灌溉 25%能够满足整个生育期蓄水量，植物生长生理指标变化与全根系灌水相比变化不显著 苹果（宁冠）1/2交替灌溉 50%抑制新梢、叶面积生长，叶绿素含量、干物质含量增加，叶片水势变化不显著 16 苹果（红富士）1/2交替灌溉 50%气孔导度和蒸腾速率明显降低,水分利用效率显著提高 17 苹果（长富2号）3/4、1/2和1/4交替灌溉/3/4交替灌溉的平均根系活力最高；1/2交替灌溉的产量比常规畦灌降低了7.10%,但糖酸比却最高；研究表明1/2根系分区交替灌溉可以作为片麻岩山地果园的有效节水灌溉方式。18 根系交替灌溉/可溶性固形物含量和果实干物质含量显著增加，果实含酸量降低，硬度增加，品质明显改善 8 梨（黄冠梨）1/2交替灌溉 40%蒸腾速率降低，水分利用效率显著增加，光合速率变化不显著 17 1/2和1/3交替灌溉/1/2分区交替灌溉光合速率稍有降低，气孔导度和蒸腾速率显著降低，水分利用效率显著提高，枝条生长量高于1/3交替灌溉 19 葡萄（里扎玛特）1/2交替灌溉 50%产量未有显著下降,浆果维生素c含量显著提高,果酸含量降低,可溶性固形物含量显著提高,成熟度明显改善，水分利用效率较常规滴灌提高了37.36%20 葡萄（赤霞珠）根区交替滴灌/促进根系下扎，根系分布均匀，根系生理特性增强 7 表 1根系分区灌溉在果树中应用研究的相关文献2隔行交替灌溉2.1隔行交替灌溉的特点隔行交替灌溉是植物根部分区灌溉的一种方式，这种方式能够调控植株根系及地上部分的生长和水势，达到控制营养生长，减轻修剪量，增加营养累积，促进花芽分化的作用13。交替灌溉将整体根系的不同部分始终交替处于水分胁迫的状态，而另一部分则得到水分的充分浸润，该方法既保证果树植株水分供给充足，还能使根系生成一定浓度的根源信使根源逆境信使脱落酸（ABA）对部分气孔进行诱导，关闭气孔，稳定积累光合产物，大幅削减树体大量的蒸腾失水，显著降低大水漫灌时的无效蒸发和蒸腾20-21。此以，树体经过先干旱后补水的过程能极大促进根系的补偿生长，刺激树体发生更多新根，新生的根系能够生成一定数量的细胞分裂素（CTK）并将 CTK 传输到地上部分，有效促进花芽分化20。2.2隔行交替灌溉在果树中应用的研究目前，国内外学者对果树隔行交替灌溉已开展相关研究，并在果实产量、水分利用效率、补偿效应和根源信号等方面取得了令人满意的效果，表明这种灌溉模式可以提高苹果树体的水分利用效率，促进糖分积累，提高果实产量和品质22-23。但这些研究主要集中在改变植物根区土壤湿润方式与含水量下限或生育期等对果树生长、水分利用效率，以及果实产量品质等方面的影响，多采用盆栽试验22，在山西24、甘肃25、陕西20等地区也有大田生产试验应用研究。李向玺13研究表明隔行交替灌溉与常规畦灌相比，节水量达到 50%，梨树的吸收根数量增加，蒸腾速率增加，果园管理成本下降 50%。3调控亏缺灌溉3.1调控亏缺灌溉的特点调控亏缺灌溉（RDI）技术由澳大利亚一家持续农业研究所的科学家 Chalmers 等在研究桃树和梨树的过程中首次提出10，26，其原理是在作物的某一个或者某几个生长阶段施加合适的水分胁迫控制植物营养生长和生殖生长的速率，调节光合产物的流向，影响作物体内7-2024 年 2 期智慧农业智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture化合物合成的进程，进而达到预先设定的目标23，27-28，当作物在某一个或某几个阶段处于适宜的水分胁迫范围内时，重新进行灌溉后可以产生生理上的补偿效应，所以采用调亏灌溉技术能够维持甚至提高产量26，28。调亏灌溉可以利用作物生理调节机制主动节水10，其原理即在作物某些生长时期进行控水，抑制作物非生产有机物的合成，进而提高产量和品质26。3.2调控亏缺灌溉在果树中应用的研究调控亏缺灌溉在果树中应用较多，研究学者主要根据果树的需水特性、生长发育规律、环境条件等因素进行调控，因此，调控时期和水分亏缺度是调控亏缺灌溉技术研究及应用的核心问题27-28。在研究中，调控亏缺灌溉在葡萄中研究较多。温越等10发现无核白葡萄浆果成熟期调亏灌溉的土壤含水量达到 65%90%时，新梢长度、茎粗及产量虽然无显著性变化，但可溶性固形物含量和还原性糖含量较充分灌溉分别提高 7.80%和 5.61%，可滴定酸含量降低22.19%。赵霞等26研究发现，在单个生育期对荒漠绿洲区葡萄进行水分亏缺灌溉时，植株高度、新梢生长长度、新梢生长粗度和果实品质等无显著性变化，但在果实膨大期进行亏缺处理，产量降低 40.2%，抽蔓期进行亏水处理，产量能够增加 10.3%；房玉林等23认为在大田条件下，水分亏缺（灌水量 60%80%）可以抑制酿酒葡萄副梢生长量，提高水分利用效率，增加可溶性固形物含量和还原糖含量，糖酸比增加，轻度水分亏缺（灌水量 80%）有利于葡萄皮中酚类物质含量的积累；刘洪光等27研究表明，在葡萄萌芽期、抽穗期控制灌水下限为田间持水率的 40%时，产量最高，花期和果实膨大期控水量在田间持水量的 40%50%时，产量最低。刘钧庆等11研究表明滴灌条件下，75%的轻度调亏对核桃生育期叶片细胞损伤最小，能够抑制新梢生长和落花落果；赵经华等12认为调亏灌溉一定程度上会抑制滴灌核桃的新梢生长和叶面积指数增长，在开花坐果期调亏反而能够增加果实纵横径和单果重；武阳等29研究表明对成龄香梨果树细胞分裂期和果实缓慢膨大期进行调亏灌溉（灌水量为美国 A 级蒸发皿蒸发量的40%60%），能够抑制树体营养生长，提高果实产量和灌溉水利用效率。4其他新型灌溉方式随着我国农业结构的调整，高效、集约、精准的果园灌溉方式已成为未来果树节水的重要发展趋势。研究学者们将果树需水规律、土壤水分特性、果园管理成本、节水技术简单高效等因素进行综合考虑，研制出了一批适用于我国林果业发展、价格低廉、简便实用的灌溉制度，如地下穴灌、地下穴贮滴灌、根区滴灌、容器微灌和节水包滴灌等（表 2），这些灌溉技术已在田间开展试验，并取得较好的实效。灌溉方式 特性 已开展的研究应用结果 参考文献 地下穴灌 减少地面径流和蒸发，降低灌溉水渗漏量，促进根系对养分和水分的高效利用 显著提高苹果果园叶绿素含量、光合速率及水分利用率 30 地下穴贮滴灌 低压滴灌高效节水的灌溉方式，简便实用，节水抗旱效果显著，在丘陵山区果园得到广泛应用 促进葡萄新梢增长，茎粗增加，显著提高干物质量积累，促进根系下扎、节水、提高果实产量 31 根区滴灌 针对山地果树生产灌溉水利用率不高、水资源浪费等问题，将雨水促渗管与传统滴灌相结合一项节水灌溉新技术 苹果果园 0100 cm 土层平均注水量比传统滴灌提高 5.92%6.29%，增加水分入渗补给深度，减少蒸发损失，显著提高新梢生长长度、萌芽率、坐果率，树体光合作用增强 32 容器微灌 持续、稳定地供给果树用水，提高果树成活率，节省水源和劳力 提高水分利用效率、土壤含水量，增加根系生长量和新梢生长量 33 节水包灌溉 保持原有的土壤结构状态，提高土壤含水量和水分利用效率，灌溉成本低、节水、省工、易移动，操作简单 枣树平均造林成活率提高 52.5%；土壤不板结，蒸发少，节水效果好，水利用率达 95%，滴灌 1 m3水可增产 34 kg 28，34 集雨袋贮集水 将丰雨期地表产生的径流有害水变为能产生经济效益的有用水 表层土壤湿润速度快，促进枣树根系和新梢生长 28 表 2其他新型灌溉方式在果树中应用研究的相关文献5果树灌溉技术研究展望5.1进一步完善技术核心环节新型灌溉技术各有特点，各有不同，每项技术都存在核心技术环节，研究学者们还应进行大量的田间试验，完善核心技术环节，将灌溉技术制定成一套技术操作规程，简单明了、清晰易学、经济实用，能够满足当地果树生产的要求。并对核心技术环节进行知识产权保护，有生产核心技术设备的合作企业，防止设备8-2024 年 2 期智慧农业导刊Journal of Smart Agriculture智慧农业劣质影响节水技术的实施效果，进而提高果树产业灌溉管理水平，为推进标准化果园管理奠定技术支撑。5.2构建适合当地的高效节水灌溉制度进一步细化灌溉技术的灌溉量、灌溉时期等技术指标，进一步核算灌溉成本、灌溉效益等经济指标，提升灌溉技术的精细化和标准化水平，实现有章可循、有据可依、有理可查，做到科学研究与生产时间的无缝融合，使技术推广者明其理，让新型灌溉技术更加契合农业生产。5.3加强新型灌溉技术的示范和推广目前，新型灌溉技术层出不穷，研究学者们根据当地土壤特性、气候条件、果树生物学特性等规律，开展了大量的研究和试验，试验方式也从盆栽试验向田间试验转变，其目的就是为验证新型灌溉节水技术对果树生长的促进效应，研究学者们也得到了满意的试验效果。而研究的学术价值在与指导生产实践，让更多果农掌握技术，降低管理成本，提高经济效益。因此，新型果树灌溉技术今后的发展方向应该是扩大示范技术范围，对果农进行培训和推广，只有让果农得到实惠，受到认可，才能真正实现科学研究的价值。综上所述，节水灌溉是果园表转化、科学化管理的发展趋势，2019 年国家发展改革委、水利部联合印发国家节水行动方案，指出“强化科技支撑，推广先进适用节水技术与工艺，大力培育节水产业”“开展农业用水精细化管理，科学合理确定灌溉定额推广喷灌、微灌、滴灌、低压管道输水灌溉、集雨补灌、水肥一体化和覆盖保墒等技术”。因此，加强研制适合当地特点的节水灌溉技术，提升果实品质、促进农民增收致富，推动果树产业快速发展提供技术支撑是科研工作者的光荣使命和艰巨责任。参考文献院1 邓秀新，束怀瑞，郝玉金，等.果树学科百年发展回顾J.农学学报，2018，8（1）：24-34.2 张放.2020 年上半年我国进口干鲜水果情况统计简析J.中国果业信息，2020，37（8）：34-39.3 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