两种新型灌溉制度——调控亏缺灌溉(RDI)和交替根区灌溉(APRI)在葡萄上应用的研究进展

葡萄是一种对水分十分敏感的果树,在我国大陆性季风气候下,合理的水分管理措施对葡萄产业的发展十分重要。笔者综述了在滴灌方式下,作为研究热点的2种灌溉制度——调控亏缺灌溉(PRD)和交替根区灌溉(APRI)的技术特点、对葡萄生长发育的影响以及在生产中实施的注意事项,为生产者们制定合理的灌溉制度提供了理论依据。制定合理的调控亏缺灌溉和交替根区灌溉制度可以减小植株无效的营养生长,促进根系生长,解决滴灌方式下根系上浮的问题,同时提高果实品质,维持甚至提高产量,还有利于树体营养的贮存。其中交替根区灌溉技术相对容易掌握,对产量影响不大,对生产者而言风险较小,适宜作为今后研究和应用的重点。此外,2种灌溉制度之间的系统比较也应作为今后的研究重点。

交替根区灌溉的研究进展

综述了交替根区灌溉的产生背景、理论基础、节水效应。交替根区灌溉能够产生根源信号,从而调节气孔开度,降低蒸腾速率,而对光合速率的影响较小;它能够促进根系的补偿性生长,增强根系对水分、养分的吸收与传导能力;通过减少灌溉面积,减少了土壤蒸发,降低了水分的深层渗漏损失。同时,综述了交替根区灌溉在多种大田作物、蔬菜以及果树作物上的研究与应用效果,还对今后的研究工作进行了展望。

分根区交替灌溉在农业生产中的应用研究进展

在全球水资源日益紧缺的背景下,如何提高农业用水利用效率,对于农业可持续发展具有重要意义。分根区交替灌溉作为一种具有较好前景的高效节水灌溉技术,被认为是未来最具发展潜力的灌溉技术之一。目前,各国科技工作者围绕分根区交替灌溉对作物生长、生理的影响方面开展了大量研究,并对其节水机制进行了解析,亟待总结梳理。本文回顾了分根区交替灌溉技术的发展历程,综述了分根区交替灌溉对作物生长发育、产量及品质的影响,归纳了该技术影响作物水分利用效率的生理机制,并对分根区交替灌溉在未来的研究方向进行了展望,以期为作物分根区交替灌溉节水灌溉机理研究和节水灌溉技术的革新提供参考。

不同浓度微咸水与分根区交替灌溉上下限对设施番茄生长与品质的影响

【目的】探究微咸水与分根区交替灌溉上下限在生产中对番茄光合特性、抗逆性、品质产量的影响,为微咸水贮量较大地区番茄高品质生产提供参考。【方法】以大番茄‘TY1602’为材料,在分根灌溉条件下,分别用淡水、微咸水(EC=2.5、3.3、4.1mS/cm)进行灌溉,设置两种田间最大持水量上下限,分别为A[L侧(65%~90%),R侧(35%~50%)]和B[L侧(55%~80%),R侧(25%~40%)],低于下限自动滴灌,达到上限停止滴灌。试验共设9个处理,CK:淡水,L侧(65%~90%),R侧(65%~90%);T1:淡水,A;T2:淡水,B;T3:2.5mS/cm,A;T4:2.5 mS/cm,B;T5:3.3 mS/cm,A;T6:3.3mS/cm,B;T7:4.1mS/cm,A;T8:4.1 mS/cm,B)。分析不同处理对番茄光合特性、渗透调节物质、抗氧化酶、激素含量、品质产量的影响。【结果】与对照相比,随着微咸水EC值增大,植株的光合速率也随之增加,当EC值到达4.1mS/cm时,开始出现下降趋势,T6、T8处理的碳同化酶活性变化最显著,T7、T8处理显著提高叶片中抗逆指标的含量,T5、T8处理则显著提高果实中CTK、ABA的含量,有效应对外界环境的胁迫。T7、T8处理的品质指标显著优于其他处理,风味表现良好,且水分利用率大幅提高,但产量下降较明显。【结论】处理T8的综合评价最好,在微咸水资源丰富、淡水资源短缺地区,可作为生产高品质番茄的灌水策略。

紫花苜蓿根系主要功能性状对分根区交替灌溉的响应

分根区交替灌溉是一种具有节水潜力的灌溉方式,为了揭示紫花苜蓿(Medicago sativa L.)根系对分根区交替灌溉的响应,在甘肃武威绿洲农业高效用水国家野外科学观测研究站设置3种占田间持水量(Field capacity,FC)不同比例的灌水梯度(T1:80%~100%FC,T2:60%~80%FC,T3:40%~60%FC)去开展分根区交替灌溉与不分根区灌溉的对比试验。结果表明:分根区交替灌溉在80%~100%FC灌水量时,根颈直径小于不分根区灌溉,60%~80%FC和40%~60%FC灌水量时,根颈直径大于不分根区灌溉。分根区交替灌溉的根系分支多于不分根区灌溉,但根平均直径小于不分根区灌溉。两种灌溉方式下紫花苜蓿地上部和地下部的生物量均随着灌水量梯度的下降而下降。同一灌水梯度下,不分根区灌溉的地下和地上生物量均高于分根区交替灌溉。上述结果说明紫花苜蓿采用分根区交替灌溉方式对根系生长发育具有重要影响。

交替根区灌溉对葡萄幼树生长及干物质分配的影响

为探究分根交替灌溉对葡萄幼树生长和干物质分配的影响,在避雨栽培下,以2年生盆栽葡萄幼树为试材,设置了3种灌溉模式:根区均匀灌溉(CI),单侧根区固定滴灌、1/2灌水量(FDI),双侧根区交替滴灌、1/2灌水量(ADI),研究了不同根区灌溉模式对葡萄幼树生长、干物质分配及叶片光合生理的影响。结果表明:与CI相比,FDI和ADI处理降低了葡萄幼树新梢生长量,ADI处理提高了新梢粗度,叶面积未显著降低。ADI和FDI处理葡萄树修剪量较CI显著降低15.8%和12.2%。叶片净光合速率(Pn)在果实膨大期以ADI处理略高于CI,在着色期略低于CI,FDI处理Pn显著低于ADI和CI,ADI和FDI处理的蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)显著低于CI,叶片水分瞬间利用效率(WUE)以ADI处理最高,其中在果实着色期,ADI的叶片WUE比CI提高64.9%。不同灌水模式下葡萄幼树的干物质量表现为ADI>CI>FDI,ADI处理总须根和果实干物质量显著高于CI处理,显著提高了根冠比。综上所述,交替根区滴灌处理在减少约50%灌水量的条件下降低了树体冗余生长量,维持了葡萄叶片的净光合速率,提高了叶片水分利用率,增加了干物质向须根和果实的分配量。

分根区交替灌溉对马铃薯水氮利用效率的影响

分根区交替灌溉已被证实是一种有效节水灌溉技术同时保持作物产量,但有关分根区交替灌溉提高作物氮素利用效率、降低对水土环境的影响机理还不是很清楚。为了探明地下滴灌条件下充分灌溉及分根区交替灌溉(APRI)对马铃薯水氮利用效率的影响,通过田间小区试验,对各处理马铃薯全生育期灌水量、植株体氮素残留、土壤氮素残留及水氮利用效率进行了比较分析。研究结果表明:收获后,APRI处理(E、I、K)与充分灌水处理产量(F、J、L)差异不大,但APRI处理灌溉水利用效率显著高于充分灌水处理(p=0.05);充分灌水处理不同土层(0～30cm和30～60cm)土壤中残留硝态氮、矿物质氮较APRI处理高;APRI处理(I、K)作物氮利用效率及农田氮利用效率显著高于充分灌水处理(J、L)(p=0.05)。因此,APRI处理不仅能够显著提高作物的水分利用效率,而且还能显著提高土壤矿质氮的活性,有利于作物对土壤氮素的吸收利用。

分根区交替灌溉对盆栽甜玉米水分及氮素利用的影响

分根区交替灌溉(APR I)是高效节水新技术,该文通过盆栽试验,研究了不同水肥条件下,3种不同灌溉方式对甜玉米干物质积累、水分和氮素利用的影响。结果表明:在施肥和充分供水条件下,与常规灌溉(C I)相比,分根区交替灌溉节水29.1%,总干物质量和冠干物质量仅分别减少6.3%和5.6%,而水分利用效率和氮肥表观利用率分别提高24.3%和16.4%,这表明分根区交替灌溉的节水节肥效应要与合理施肥和适宜的灌水量相结合才能发挥更好的作用。而部分根干燥灌溉(PRD)由于总干物质量下降太多,水分利用效率和氮肥表观利用率都没有得到提高。

不同生育时期分根区交替灌溉对烤烟生长和氮钾含量的影响

通过盆栽试验研究了在2种施肥条件下,不同生育时期分根区交替灌溉(APRI)对烤烟生长、干物质积累与分配以及烟叶氮(N)、钾(K)含量的影响。结果表明,伸根期和成熟期APRI不但对烤烟植株有明显的增高作用,而且能显著提高烟叶中N、K含量。与常规灌溉(CI)相比,低肥时伸根期和成熟期APRI的株高、烟叶N含量、K含量分别提高5.19%、9.16%、6.42%和14.02%、28.03%、28.13%;高肥时分别提高9.11%、23.71%、18.75%和16.55%、38.57%、50.84%。可见在较高肥条件下,烤烟伸根期和成熟期进行分根区交替灌溉是烟叶适产优质生产中一种较好的水分调控方式。

烤烟不同生育时期分根区交替灌溉的节水调质效应

为寻找烟田节水调质灌溉方式的理论依据,本文通过盆栽试验研究了两种施肥条件下,不同生育时期分根区交替灌溉(APRI)对烤烟生理特性、水分利用以及主要品质指标的影响。结果表明,APRI能有效地调节气孔开度,降低气孔导度和蒸腾速率,减少其奢侈蒸腾耗水,达到节约灌水量和提高水分利用效率(WUE)的目的。与常规灌溉(CI)相比,不同生育期APRI处理低肥时平均节水10.6%,高肥时平均节水6.1%,低肥时烟叶WUE平均提高2.3%。APRI还可以明显提高烟叶K、还原糖和粗蛋白含量,改善烟叶的内在品质。与CI相比,APRI处理烟叶K和粗蛋白含量,低肥时平均提高19.9%和7.1%;高肥时平均提高29.5%和15.1%,低肥伸根期APRI还原糖含量提高17.6%,烟碱含量降低25.7%。本研究结果表明,低肥时在烤烟伸根期进行分根区交替灌溉是烟叶生产中一种较好的节水调质的烟田灌溉方式。

分根区交替灌溉对玉米水分利用和土壤微生物量碳的影响

分根区交替灌溉由于创造了一个土壤水分分布不均匀的环境,从而影响土壤中微生物活性,作物水分和养分利用。为探明这种影响,该文通过盆栽试验,研究了在2种灌水水平(正常灌水W1,70%～80%田间持水率;轻度缺水W2,60%～70%田间持水率)和2种有机无机氮比例(100%无机氮,70%无机氮+30%有机氮)条件下,常规灌溉和不同生育期分根区交替灌溉(分别在苗期～灌浆初期、苗期～拔节期以及拔节期～抽雄期进行分根区交替灌溉(AI),即AI1、AI2和AI3)对玉米干物质积累、水分利用以及拔节期、抽雄期和灌浆初期土壤微生物量碳(MBC),可溶性碳(DOC)含量以及基础呼吸和诱导呼吸CO2释放量等的影响。结果表明,与常规灌溉相比,轻度缺水时,拔节期～抽雄期分根区交替灌溉总干物质质量增加23.2%～27.4%,水分利用效率提高23.3%～26.7%;相同施肥和灌水水平条件下,抽雄期时拔节期～抽雄期分根区交替灌溉土壤MBC增加,但是土壤诱导呼吸CO2释放量降低。与单施无机氮相比,有机、无机氮配施增加玉米干物质质量,在某些水分条件下(W1CI、W1AI1和W1AI2)还提高灌浆初期基础呼吸和诱导呼吸CO2释放量。因此,轻度缺水时拔节期～抽雄期进行分根区交替灌溉可以提高玉米总干物质质量、水分利用效率和微生物量碳。

番茄果实及茎秆微变化对分根区交替灌溉的响应

研究日光温室番茄果实直径以及茎秆直径微变化在不同天气状况的变化规律以及其与分根区交替灌溉(alternate partial rootzone irrigation,APRI)以及固定部分根区滴灌(fixed root-zone drip irrigation,FDI)条件下不同根区土壤含水量的关系,可为根据茎秆直径和果实直径微变化指导部分根区灌溉决策提供理论依据。该研究利用LPS-05MD植物生理监测系统对日光温室APRI和FDI处理下盛果期的果实直径与茎秆直径的微变化进行了连续观测。结果表明:晴天番茄果实直径以及茎秆直径微变化幅度较阴天显著(P<0.05)。在盛果期,番茄果实直径日增长量(maximum daily increase of fruit diameter,MDIFD)与土壤水分含量关系不密切(R2=0.30,P=0.164),然而MDIFD随着日平均太阳辐射强度的增加而显著增大(R2=0.64,P=0.018);盛果期APRI和FDI处理下茎秆直径日最大收缩量(maximum daily stem shrinkage,MDS)与参考作物蒸发蒸腾量(ET0)存在显著线性正相关(R2=0.38,P<0.0001);APRI处理MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着根区平均土壤含水量的增加而线性增加,并且MDS/ET0与干燥侧(R2=0.59,P<0.01)以及湿润侧土壤含水量(R2=0.88,P<0.001)均呈现极显著线性相关关系(P<0.01),且以湿润侧的关系极显著(P<0.001);FDI处理下,MDS与ET0比值(MDS/ET0)随着湿润侧根区平均土壤含水量的增加而显著线性增加(R2=0.61,P<0.001),而MDS/ET0与干燥侧土壤含水量无显著线性相关关系(R2=0.02,P=0.64)。该研究揭示了APRI以及FDI处理下日光温室条件下果实直径和茎秆直径微变化的机制,可为该灌溉方式下科学灌溉制度的建立提供依据。

再生水根区交替灌溉对马铃薯中重金属累积和分布的影响

通过田间小区试验,研究了再生水根区交替灌溉对马铃薯重金属累积及分布的影响。结果表明,不同的灌溉条件处理下,4种重金属在马铃薯内积累趋势表现为:Zn>Cu>Pb>Cd;Cd在马铃薯内的分布趋势为茎>叶、根果实;Pb在马铃薯内的分布趋势为叶>根茎、果实;Cu在马铃薯内的分布趋势为茎>叶>根>果实;Zn在马铃薯内的分布趋势为茎>果实>根、叶。根据食品中重金属限量国家标准,不同灌溉条件处理的马铃薯果实中4种重金属含量均未超标。因此,利用再生水结合高效节水灌溉技术对马铃薯灌溉是可行的。

根区交替灌溉下减施氮肥对葡萄生长、产量及品质的影响

为了探讨根区交替灌溉与减施氮肥对葡萄产量和品质的影响,以4年生辽峰葡萄为试材,设置常规灌溉(CI)和根区交替灌溉(AI)2种灌溉方式,不施氮(NN,0 kg/hm^2纯N)、推荐施氮量(RN,100 kg/hm^2纯N)和习惯施氮量(FN,200 kg/hm^2纯N)3个氮素水平,分析不同水氮耦合方式对葡萄新梢生长、树体冗余生长量、光合特性以及果实产量、品质的影响。结果表明,灌溉方式与施氮量存在显著的互作效应,以CIFN处理新梢长度最大,分别比AIRN和AIFN处理提高11.9%和6.8%。同一灌溉方式下,施氮处理新梢修剪量高于不施氮肥处理(P<0.01),与CI处理相比,AI处理灌溉方式树体新梢修剪量降低21.1%。与CI处理相比,AI处理叶片净光合速率(氮素处理均值)升高,蒸腾速率降低,叶片瞬时水分利用效率显著提高,且AI与RN耦合后叶片瞬时水分利用率最高,分别比CIRN和CIFN处理提高17.6%和34.0%(P<0.05);AI灌溉方式提高了果实产量、可溶性糖含量和维生素C含量,且与RN耦合糖酸比显著提高。综合考虑不同水氮耦合处理,根区交替灌溉与推荐施氮互作可以调控树体生长,创造良好的光合性状,提高叶片水分利用效率,实现节水减肥,有利于葡萄果实产量和品质的提高。

分根区交替灌溉条件下水肥供应对番茄可溶性糖含量的影响

【目的】研究分根区交替灌溉条件下水肥供应对番茄可溶性糖含量的影响。【方法】采用五元二次正交旋转组合设计,通过盆栽试验,研究根系分区交替灌溉条件下,灌水量及氮、磷、钾肥和有机肥用量对番茄果实中可溶性糖含量的影响。通过回归分析,建立了番茄果实可溶性糖含量与水肥因子的数学模型,并对各单一因素及两两因素的耦合效应进行了分析。【结果】在供试条件下,当其他因子为中间水平时,番茄果实可溶性糖含量与灌水量、施磷量和有机肥用量呈线性正相关关系;随着施钾量的增加,可溶性糖含量呈开口向下的抛物线型变化,但其不受施氮量的明显影响。5个因素对番茄可溶性糖含量的交互效应表现为:施氮量与施磷量、施钾量,施钾量与有机肥用量间呈负交互作用;施氮量与有机肥用量、施磷量与施钾量间呈正交互作用。表明灌水量及氮、磷、钾和有机肥用量,通过单因素本身或与其他因素之间的交互作用,对番茄果实可溶性糖含量产生显著影响。【结论】根系分区交替灌水条件下,适当增大灌水量,氮肥与有机肥、磷肥与钾肥以及高量有机肥与少量钾肥配施,均可以明显提高番茄果实中的可溶性糖含量。

分根区交替灌溉对百合鲜切花生理变化和质量的影响

研究了分根区交替灌溉(APRI)和施用钾肥对亚洲型百合鲜切花质量及其瓶插期间生理变化的影响。结果表明,采收时APRI处理的切花形态指标与常规均匀灌溉(CI)之间差异不明显,但一般优于部分根干燥灌溉(PRD)。此外,APRI处理的切花寿命比CI处理延长1～1.5d。切花当天和瓶插期间APRI处理的切花百合叶片和花被片中淀粉和可溶性糖含量高于CI和PRD处理,且APRI可减缓瓶插期间鲜切花叶片中可溶性糖、淀粉含量的下降。此外,施用适量钾肥提高百合叶面积、叶片数、株高以及延长切花寿命1～1.5d;且能增加采收时鲜切花叶片和花被片中可溶性糖和淀粉含量,但降低花被片中丙二醛(MDA)含量,还可减缓瓶插期间鲜切花叶片和花被片中可溶性糖、淀粉含量的下降和MDA含量的升高。上述结果表明,分根区交替灌溉和施用钾肥有利于糖的积累,并在一定程度上减缓丙二醛的积累,这将可能延缓亚洲型黄百合切花的衰老和提高切花的品质。

根区交替控制灌溉条件下玉米根系吸水规律

为了阐明根区交替控制灌溉(CRDAI)条件下玉米根系吸水规律,通过田间试验,在沟灌垄植模式下采用根区交替控制灌溉研究玉米根区不同点位(沟位、坡位和垄位)的根长密度(RLD)及根系吸水动态。研究表明,根区土壤水分的干湿交替引起玉米RLD的空间动态变化,在垄位两侧不对称分布,并存在层间差异;土壤水分和RLD是根区交替控制灌溉下根系吸水速率的主要限制因素。在同一土层,根系吸水贡献率以垄位最大,沟位最低;玉米营养生长阶段,10—30 cm土层的根系吸水速率最大;玉米生殖生长阶段,20—70 cm为根系吸水速率最大的土层,根系吸水贡献率为43.21%—55.48%。研究阐明了交替控制灌溉下根系吸水与土壤水分、RLD间相互作用的动态规律,对控制灌溉下水分调控机理研究具有理论意义。

分根区交替灌溉对甘蔗生理生化性状的影响

采用常规均匀灌溉（CI）、常规滴灌（CDI）、分根区交替均匀灌溉（APRI）、分根区交替滴灌（APDI）4种灌溉方式和70%~80%θf（高水）、55%~65%θf（中水）和40%~50%θf（低水）3个灌溉水平,通过测定不同处理甘蔗的相关生理生化性状,研究和分析分根区交替灌溉技术对甘蔗生理生化的影响,以期为甘蔗的最佳灌溉方式及灌溉水平提供参考依据。结果表明,在苗期、分蘖期和成熟期,同一灌溉方式下,不同灌溉水平对SOD、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影响程度为低水〉高水〉中水,对伸长期的影响程度为低水〉中水〉高水;同一灌溉水平下,不同灌溉方式对各生育期SOD、脯氨酸、丙二醛、可溶性糖及可溶性蛋白含量的影响程度为APDI〉APRI〉CDI〉CI。

分根区交替灌溉对荔枝幼苗生长和水分利用的影响

通过盆栽试验研究不同水肥条件下，常规均匀灌溉、分根区交替灌溉、部分根干燥等3种灌溉方式对荔枝干物质积累、水分利用和生长性状的影响。结果表明，所有水肥条件下，常规灌溉处理根于重均低于分根区交替灌溉。高肥条件下，分根区交替灌溉处理叶片干重比常规均匀灌溉高9．1％，分根区交替灌溉处理耗水量减少22＇3％～24．7％。低水低肥时，部分根干燥处理比其他灌溉处理少抽一次梢，分根区交替灌溉处理有几次抽梢数量比常规均匀灌溉少，枝梢较长，复叶数较多，生长量并未减少。

分根区交替灌溉对膜下滴灌加工番茄根系特征及产量的影响

为探究分根区交替灌溉对新疆干旱区膜下滴灌加工番茄根系特征及产量的影响,利用盆栽试验研究3种灌溉方式,即分根区交替灌溉(APRI)、固定灌溉(FPRI)和常规灌溉(CDI)分别与滴灌覆膜结合,在3个灌水水平(常规灌溉5 850 m3·hm-2、中度亏水4 500 m3·hm-2和重度亏水3 150 m3·hm-2,交替灌溉和固定灌溉的灌溉定额为常规灌溉的三分之二)下加工番茄生育期末根系特征和产量变化。结果表明,加工番茄根系集中分布于表层(0~20 cm),分根区交替灌溉对加工番茄根系的影响主要表现在位于表层(0~20 cm)且直径≤2 mm的细小根系上。加工番茄根质量、根长、根表面积、根体积及平均直径受灌水方式和灌水水平交互作用的影响显著,且与产量成显著线性正相关,增大灌水量,有利于根系生长壮大。分根区交替灌溉显著提高了根系的各项特征参数值,在常规灌水水平下达到最大值,且产量最高,与常规灌溉相比,增产18.84%。分根区交替灌溉同时也提高了根系对N、P、K养分的吸收水平,且在中度亏水下根系活力最高,分别显著高于常规灌溉和固定灌溉处理6.12%、11.60%。综上,分根区交替灌溉能够有效刺激复水区根系生长的补偿效应,促进根系吸收养分、生长壮大并提高产量。本研究结果为当地加工番茄高产高效的种植模式提供了理论依据。