调亏灌溉技术在甜瓜栽培中应用综述

张卿亚　原保忠

摘 要：水资源的日益紧缺与农业用水需求的不断加大是人们面临的一个严重矛盾，调亏灌溉理论的提出为解决这一矛盾开辟了可用的途径。概述了在甜瓜种植中调亏灌溉技术的具体应用及调亏灌溉对甜瓜产量、品质、水分利用效率的影响，在适当的时期对甜瓜进行适宜的水分胁迫不仅能改善果实品质及维持甚至提高产量，也能提高水分利用效率。总结了目前甜瓜调亏灌溉技术中存在的主要问题及不足，并对其应用进行了展望，以期在甜瓜调亏灌溉研究中取得新的成果。

关键词：甜瓜；调亏灌溉；生育期；产量与品质；水分利用效率

中图分类号：S652.2 文献标志码：A 论文编号：2013-0560

0 引言

中国水资源短缺，总量虽大，但人均占有量少，是世界上最缺水的13个国家之一[1]。同时，中国又是一个农业大国，对于农业用水的需求量大，这使得水资源成为中国发展的紧缺资源。另外，农业用水还存在着许多问题：地域分布的不均匀，南方地区水资源丰富但耕地少，北方水资源紧缺但耕地面积多；时间分布的不平衡，季节性干旱问题突出；用水效率低，中国的灌溉用水有效利用系数仅为0.45左右，而发达国家的为0.7左右，若用水效率提高到发达国家的水平，则每年可节约水资源约900亿m3[2]；节水农业的发展规模相对来说比较滞后，以先进的灌溉技术来支撑的灌溉面积仅为1.5%[3]；水污染越来越严重进一步加剧了水资源的短缺，使农业水资源不断减少，用水比重不断下降[4]，节水灌溉已经成为全世界关注程度最高的5个研究方向之一[5]。

甜瓜是世界各国普遍栽培的瓜类作物，有浓郁的芳香味、含糖量高、营养丰富，属高档瓜果之一，深受人们喜爱。甜瓜的生长对水分十分敏感，水分过低容易造成减产，水分过高则容易造成品质的下降，水分的管理对甜瓜的经济效益至关重要。面对严峻的农业水资源问题及人们对甜瓜品质要求的不断提高，如何以有限的水资源生产出高产量、高品质的甜瓜已成为众多研究者关注的问题。国内外学者在这方面做了大量研究，取得了丰硕成果，笔者就甜瓜调亏灌溉的研究现状及进展进行综合论述。

1 调亏灌溉简介

1.1 调亏灌溉理论的提出

调控亏水度灌溉（简称调亏灌溉，regulated deficit irrigation，RDI）是一种在非充分灌溉（non-full irrigation）或限水灌溉（limited irrigation）基础上发展延伸的新型灌溉策略。20世纪70年代中期澳大利亚维多利亚州持续农业灌溉研究所Tatura中心的科学家们在研究提高密植果园（桃树）生产率过程中首次提出了条亏灌溉理论，并随后得到实际验证[6]。此后，国外将此技术广泛应用于果树栽培中[7-8]，而中国从20世纪80年代末开始研究调亏灌溉技术，并将其应用范围由果树推广到冬小麦、玉米、棉花等主要农作物及番茄、辣椒、黄瓜等大棚蔬菜[9-15]。

调亏灌溉与非充分灌溉又有所不同，其主要区别在于前者是从作物的生理角度出发，根据作物对水分亏缺的敏感程度，人为主动地施加一定程度的水分胁迫，以影响作物的生理生化过程，对作物进行抗旱锻炼，增强作物的后期抗旱能力，即通过作物自身的调整变化来实现较高的水分利用效率。而后者包括了因各种因素导致的灌溉不足，可能对作物有利，也可能对作物造成伤害。因此，调亏灌溉是一种主动利用水分胁迫正面效应，在保证作物正常生长的前提下提高水分利用效率的灌溉技术，是对传统灌溉理论的突破[16]。

1.2 调亏灌溉的作用机理

调亏灌溉的原理是主动利用植物本身的生理特性，根据植物在不同时期对水分的需求及敏感程度的不同，在节水灌溉的基础上进一步减少灌溉用水，对植物造成一定的水分胁迫，调节植物的生理生化反应，使植物自身适应这样的环境并维持植物的正常生长。植物的根和冠既相互依赖又相互竞争，在一定的环境条件下，植物的遗传因素决定了根冠比是一个相对稳定的数值，当环境条件发生变化时，根和冠处于竞争地位，植物能够把所获得的营养自动分配给最能缓解资源胁迫的器官，使其所受伤害降到最低，以避免物种的灭绝。另外，叶水势可调节气孔开度，即水分亏缺通过根系间接控制作物的气孔导度，从而控制植株的蒸腾作用，达到既控制植株生长、提高果实品质和产量、减少果树夏剪工作量和劳动成本，又节省灌溉用水的目的[17]。

调亏灌溉不仅可减少作物蒸腾还可减少土壤棵间蒸发。许多研究指出：脱落酸（ABA）是控制气孔开度的主要传输信号，当调亏时期土壤水分含量降低时，木质部携带的ABA信号向叶片输送，使叶片ABA浓度增加，气孔开度降低、阻力增大，蒸腾速率下降，作物的生理耗水减少，叶片水分利用效率提高[16]。另外，调亏灌溉使土壤水分含量降低，而表层土壤蒸发和根系吸水使表层土壤含水量通常维持在毛管断裂含水量以下，因此下层土壤水分仅能以水汽扩散的方式通过上层干燥土壤向大气散失，导致水汽通量减少，抑制了蒸发，从而减少了土壤表层的棵间蒸发[18]，达到节水的效果。

2 甜瓜调亏灌溉研究进展

2.1 甜瓜调亏时期及亏缺度的确定

2.1.1 甜瓜生育期 甜瓜可分为厚皮甜瓜和薄皮甜瓜2种，厚皮甜瓜的整个生育期110～120天，而薄皮甜瓜整个生育期80～100天，其生长都要经历发芽期、幼苗期、营养生长期、结果期4个阶段。甜瓜从播种到第1片真叶显露为发芽期；从1片真叶显露（露心）到4～5片真叶（团棵）为幼苗期；从团棵到结瓜花开放为营养生长期；从雌花开放到果实成熟为结果期，又可分为坐果期、果实膨大期、果实成熟期。

2.1.2 调亏灌溉中主要时期及亏缺度 甜瓜在不同生育期对水分的需求不同，针对不同的需水量进行适度的调亏灌溉才可能起到积极的效果。甜瓜一般需水规律为：前期少中期多后期减少，即苗期需水较少；开花坐果期是甜瓜的关键时期，要注意灌水和施肥；果实膨大期需水量大，是果实增长的高峰时期；果实成熟期需水量减少。

桑艳朋[19-20]在膜下滴灌条件下甜瓜田间需水规律的研究结果表明，‘8601甜瓜各生育阶段的蒸散量（需水量）为：苗期0.75 mm/d、膨瓜期4.56 mm/d、成熟期1.73 mm/d；‘新密19甜瓜苗期0.39 mm/d、膨瓜期2.29 mm/d、成熟期0.69 mm/d。甜瓜全生育土壤含水量维持在田间持水量的70%～80%甜瓜果实产量最高、品质最好。蔡焕杰等[21]采用20 cm蒸发皿的日水面蒸发量为灌溉水量控制指标，表明在蒸发量系数为0.6时有利于甜瓜在获得较高产量的前提下降低灌溉用水量。王志伟[22]研究表明，日光温室甜瓜苗期在灌溉土壤水分下限为60%（占田间持水量的百分比）的条件下，最适灌溉土壤水分上限为90%，此时壮苗指数、根系活力净光合速率较高；定植至拉秧在灌溉土壤水分下限为75%的条件下，最适灌溉土壤水分上限为95%，此时温室甜瓜产量高、水分利用效率高、品质好。王加蓬等[23]研究表明，甜瓜在膨大期需水量最大，对水分的敏感性依次为膨瓜期>开花坐果期>成熟期>开花前期。建议在日光温室膜下滴灌甜瓜生产中可以按开花前期55%、开花坐果65%、膨大期75%、成熟期65%的灌水下限进行水分管理。而王洪源[24]的研究表明，伸蔓期对水分的敏感性强于果实膨大期，适宜的灌水下限为苗期65%、伸蔓和开花坐果期60%、果实膨大期80%、成熟期55%。李毅杰等[25]以雌花开放为分界点将整个生育期分为营养生长期和生殖生长期，在营养生长期甜瓜的株高、茎粗、叶面积和地上部干重均随着土壤水分下限的降低而减小；生殖生长期加大灌水量后，株高和茎粗的增长表现出明显的补偿生长效应，75%田间持水量的产量和平均单果重最高，65%田间持水量的灌溉水分利用效率最高。

2.2 调亏灌溉信息监测控制

有效的调亏灌溉不仅需要选择适宜的阶段还要配合适当的亏水程度才能真正符合作物需水生理特性，充分发挥调亏灌溉的作用，实现高产、节水、优质的目标。而长期以来对于亏缺灌溉的参照标准并没有一个固定的指标。对于甜瓜的调亏灌溉，目前主要采用的调亏监测方法有土壤相对含水量法、蒸发皿法、控制灌溉频率等，以甜瓜自身生长状况为指标的灌溉模式并不多见。

土壤含水量是指单位体积或单位重量土壤中的水分。它以变化显著、测定简便、直观性强等优点作为作物灌溉决策的诊断指标，在生产中发挥着重要作用。其测量方法主要有称重法、张力计法、电阻法、中子法、驻波比法、光学测量法、时域反射法（TDR）等。特别是TDR，由于其测量速度快、操作简便、精确度高、可连续测量，在当前研究中被广泛使用[26]。桑艳朋[20]在新疆的气候条件下，以土壤含水量为灌溉水量的控制指标，发现土壤含水量维持在田间持水量70%～80%的处理甜瓜品质表现较好。王志伟[22]采用相同的方法，发现日光温室甜瓜苗期在灌溉土壤水分下限为60%的条件下，最适灌溉土壤水分上限为90%，此时壮苗指数、根系活力净光合速率较高；定植至拉秧在灌溉土壤水分下限为75%的条件下，最适灌溉土壤水分上限为95%，此时温室甜瓜产量高、水分利用效率高、品质好。钱卫鹏[27]、李毅杰[25]、高慧娟[28]、王军[29]等也采用了土壤含水量作为灌溉水量的控制指标，在不同的条件下均得出了有效的结论。

在日光温室或塑料大棚内，作物的灌水主要依靠人工灌水，而水分的流失也相对大田中较为单一，因此，作物的灌溉水量、需水量及蒸发量之间存在着较为稳定的关系。有学者研究表明，在使用滴灌技术的日光温室内对作物进行灌溉时，可以以日光温室内作物冠层的水面蒸发量作为灌溉指标，还可以根据室外气象站提供的水面蒸发量的1/2指导灌溉[30]。张鲁鲁[31]以‘一品天下208甜瓜为试验品种，在日光温室内进行了灌溉试验，采用20 cm蒸发皿的日水面蒸发量为灌溉水量控制指标，设置了不同蒸发量系数（Kp=0.45、0.60、0.75、0.9）的供水处理。王加蓬[23]、王伟娟[32]、曾春芝[33]等也以此作为指导调亏灌溉的指标，并得到了与以土壤含水量为指标的灌溉相一致的结论。

此外，王韬[34]在温室条件下采用槽式沙培方式栽培，以滴灌方式灌溉，发现在灌溉总量相同条件下，增加灌溉频率能促进甜瓜的生长发育，提高其果实品质。

2.3 调亏灌溉对甜瓜果实形态及产量的影响

调亏灌溉并不仅仅是为了节水，而是以不显著降低甜瓜产量为前提的。许多研究也表明，调亏灌溉不但不会降低甜瓜的产量，甚至可以提高甜瓜的产量，改善甜瓜的果实品质，达到一箭双雕的效果。由于细胞膨大对水分亏缺较为敏感，光合产物的运输对水分亏缺的敏感性则次之，这就使得在适当水分亏缺条件下营养生长受到限制的同时果实的生长不受或很少受到影响。

王军[29]指出在甜瓜开花期、膨果期对甜瓜进行轻度水分亏缺均不会降低甜瓜的产量，成熟期进行轻度水分亏缺反而使产量增加了5.9%。桑艳朋[20]在新疆的气候条件下，研究指出田间持水量70%～80%的处理，甜瓜品质表现较好，小区产量高于其他处理。王志伟[22]以土壤相对含水量为灌溉水量的控制指标，在日光温室条件下，甜瓜在定植至拉秧灌溉土壤水分下限为75%、水分上限为95%时，温室甜瓜产量高、水分利用效率高、品质好。李毅杰[25]研究了甜瓜营养生长期不同土壤含水量灌溉条件下甜瓜果实形态及产量，指出土壤相对含水量为75%的果实横径、皮厚和肉厚均最大，果形指数最小且产量和平均单果重最高；65%的果实纵径最大。曾春芝[33]以蒸发皿水面蒸发量（E）为灌溉指标，设置了1.2E、1.0E、0.8E、0.6E（分别代表1.2、1.0、0.8、0.6倍蒸发皿水面蒸发量）4个试验处理，指出单果重和果径均为1.2E>1.0E>0.8E>0.6E，其中单果重在处理0.8E开始下降显著，果径在处理1.0E开始下降显著。

大多数的研究指出，适度的亏缺灌溉不仅没有降低产量，反而促进了果实的发育、增加了甜瓜的产量。但是，亏缺灌溉并不是随意的，必须要掌握好调亏灌溉的时期和亏缺程度，否则必会带来负面的效果。王伟娟[32]在甜瓜果实膨大期进行轻度水分亏缺，对甜瓜的产量并无显著影响。王军[29]在甜瓜开花期进行中度水分亏缺使甜瓜的产量下降12.6%，膨果期进行中度水分亏缺使甜瓜产量下降6.6%。

2.4 调亏灌溉对甜瓜品质的影响

提高果实的品质是调亏灌溉的一个重要目的，水分的亏缺影响果实的生长、新陈代谢和最终成分的含量。王军[29]研究表明，开花坐果期的亏缺处理（45%FC， 田间持水量）使甜瓜的TSS（可溶性固形物）和Vc含量分别提高7.9%和113.2%；膨果期的轻度水分亏缺（60%FC）使甜瓜的TSS和Vc含量分别提高7.7%和207.7%，中度水分亏缺（50%FC）使甜瓜的TSS和Vc含量分别提高4.8%和128.4%；成熟期的轻度水分亏缺（55%FC）使甜瓜TSS含量提高17.1%，中度水分亏缺（45%FC）TSS和Vc含量分别提高14.4%和25.8%。桑艳朋[20]在新疆的气候条件下，以田间持水量70%～80%的甜瓜品质表现较好，‘8601和‘新密19可溶性固形物含量达到13.69%和16.75%，Vc含量分别达到8.05、12.55 mg/kg。李毅杰[25]研究了甜瓜在营养生长期不同水分亏缺对果实品质的影响，以相对含水量为灌溉指标表明，可溶性固形物含量为：65%>55%>75%>45%；可溶性糖含量为：55%>65%>45%>75%；Vc含量为：55%>65%>75%>45%；可溶性蛋白质含量为：55%>65%>45%>75%；游离氨基酸总量为：45%>65%>55%>75%。王伟娟[32]指出在甜瓜果实膨大期进行轻度水分亏缺，果实中特征香气物质含量显著提高。曾春芝[33]以蒸发皿水面蒸发量（E）为灌溉指标，指出甜瓜果实的可溶性固形物含量和可溶性糖含量均为0.8E>0.6E>1.0E>1.2E，其中处理1.2E下降达显著水平；游离氨基酸的含量为1.2E>1.0E>0.8E>0.6E，各处理间差异不显著。

2.5 调亏灌溉对水分利用效率的影响

调亏灌溉最重要的任务就是提高作物水分利用效率，达到低水量投入、零产量下降，甚至增产、提质的作用。关于调亏灌溉的节水机制，从调亏灌溉本身说，其属于亏水灌溉的范畴，即在作物生育期给予少于作物所需的灌溉水量，在不影响作物正常生长的前提下对作物进行抗旱锻炼，以增强作物后期的耐旱性；从作物方面讲，作物的补偿效应使其在某一生育阶段受旱复水之后，增加了作物本身的渗透调节能力，产生的渗透调节物质的积累又使细胞组织维持了一定的膨压，加强了作物对不利环境的适应性，并且能够在光合、生长、物质运输等生理过程中产生有效的补偿机制，从而实现有限水分的高效利用[35]。作物受旱复水后植株的补偿生长存在于整个生育期，补偿的程度因水分亏缺发生的时间、持续时间、亏缺强度、相临阶段的关联和敏感性而异[36-37]。另外，调亏灌溉是一种人为主动的亏水灌溉，依据作物的生长特点，不同生育期对水分的需求量及耐旱程度而进行的，不仅是一种灌溉方式，而是作为一种作物生长的调控手段来管理作物的生长。

不少研究也证实了这一点，李毅杰[25]指出，65%FC的灌溉处理水分利用效率最高，达到291.64 kg/（hm2·mm），相比沟灌对照提高76.4%，可节水58.1%，而平均单果重仅比对照下降3.2%。王伟娟[32]在果实膨大期进行轻度水分亏缺处理，节水5.86%。曾春芝[33]研究表明，在甜瓜的整个生育期内，灌溉水分利用效率随灌水量的减少而逐渐增大。

3 存在的问题

尽管甜瓜调亏灌溉技术已有了多年研究，在节水灌溉及增产优质方面起着越来越重要的作用。但是，在具体实践中仍然存在一些亟待解决的问题。

3.1 甜瓜调亏灌溉综合体系的研究

调亏灌溉应该是一套系统的技术体系，包括灌溉方式、调亏时期、亏缺程度、亏缺时间、甜瓜水分状态监控等。目前的研究还未能将这些方面统筹起来，形成一个全面的操作体系。另外，针对不同地区的不同甜瓜品种，应建立与之相适应的调亏灌溉体系，而不能一概而论。

3.2 调亏灌溉与肥料供给相结合

甜瓜的生长不仅需要一定的水分，养分对甜瓜的生长也是至关重要。由于研究者们的局限性，目前在调亏灌溉与养分利用这方面的研究还比较少。水分利用和养分利用之间相辅相成，存在着紧密的联系，肥能调水，水也能促肥。进一步研究甜瓜种植中调亏灌溉与肥料高效利用之间的内在关系，有助于节水节肥，更好地促进甜瓜的生长及品质改善，是甜瓜高效生产中重要的环节。

3.3 调亏灌溉与咸水灌溉相结合

面临淡水资源的匮乏、农林灌溉用水需求量的日益增大，人们逐步将眼光投向储量丰富但尚未开发利用的咸水资源，开展咸水灌溉研究并推广应用。有关研究指出，适宜的咸水处理对甜瓜的产量无显著影响，甚至在生长后期进行适当处理能提高甜瓜果实的品质[38-39]。在这方面上与调亏灌溉有异曲同工的作用，如将调亏灌溉的理论与咸水灌溉相结合，探索在不同生育期的咸水灌溉，不仅可以减少咸水对甜瓜的胁迫效应，促进甜瓜的生长，而且有望解决咸水利用的问题，为作物灌溉做出重大贡献。

3.4 甜瓜调亏灌溉与病虫害之间的关系

在造成甜瓜产量减少、品质下降的各种因素中，病虫害是一个十分重要的因素，而病虫害发生的一个关键条件就是空气湿度，在较高空气湿度环境条件下，病害更容易发生，对甜瓜造成严重损伤[40]。尤其在日光温室及塑料大棚中，空气流动相对较少，空气湿度相对较大，一旦发病很快蔓延开来。调亏灌溉即在适当的生育期对甜瓜进行亏水灌溉，在一定程度上可以减少土壤表面水分蒸发，降低空气湿度，进而抑制病害的发生，这也不失为一种防止病虫害的有效手段。

3.5 调亏灌溉与现代先进技术的有效结合

将现代高科技技术（如遥感技术、地理信息技术、热脉冲技术、全球定位监测技术等）与甜瓜水分管理结合起来，做到对甜瓜水分及生理状况的实时监控将更有利于提高管理效率、水分利用效率及经济效益。

4 展望

中国西瓜甜瓜的产量和面积在世界十大水果中仅次于葡萄、香蕉、柑桔、苹果，居第5位。西瓜甜瓜又是中国传统的夏令水果，其富含糖、淀粉，还有少量蛋白质、矿物质及其他维生素，占夏季上市水果总量的70%以上。另外，其栽培周期短、经济效益高，对增加农民收入效果显著[41]。然而随着水资源的日益短缺及水污染问题的不断恶化，可利用的水资源越来越少，尤其是农业用水显得更是宝贵，如何高效利用水资源来稳定、提高作物的产量及品质显得日趋重要[42]。

在长期的探索研究中，调亏灌溉为解决这一难题提供了有效途径。调亏灌溉技术使水分得到了高效利用，不仅可以解决水资源不足的问题，而且在一定程度上提高了甜瓜的产量和品质。随着科学技术的不断发展，甜瓜调亏灌溉体系将进一步向系统化、信息化、智能化方向发展，实现未来精细农业发展的目标。

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