滴灌下根区交替灌溉在葡萄上的应用研究进展

杨依凡 涂攀峰 邓兰生 陈煜林 冯紫荟 阎舒琳 李中华

摘 要：该文综述了滴灌条件下根区交替灌溉对葡萄生长、水分利用等的影响，分析了该技术在葡萄生产应用中存在的问题，并对其应用前景进行了展望。

关键词：根区交替灌溉;葡萄;品质，根系生长;滴灌

中图分类号 S275.6;S663.1 文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）20-0052-03

Research Progress of Alternate Partial Root-zone Irrigation on Grape under Drip Irrigation

YANG Yifan1，4 et al.

（1College of Natural Resources and Environment， South China Agricultural University， Guangzhou 510642， China;

4Dongguan Yixiang Liquid Fertilizer Co.， Ltd， Dongguan 523135， China）

Abstract：According to the literature，the application history of drip irrigation in grape and the technology of partial root-zone irrigation in grape，also the domestic and international trends and some research results were summarized.In this paper，the possible problems of this technique in grape production were analyzed. Application prospect are put forward for the further popularization of the technology of partial root-zone Irrigation in grape.

Key words：Partial root-zone;Grapes;Quality;Root growth;Drip irrigation;Partial root-zone;Grapes

葡萄是我国重要的栽培水果之一，具有较高的经济价值。近年来，随着葡萄种植面积的快速扩大和水资源的日益紧张，葡萄生产中迫切需要更加节水高效的灌溉施肥模式。滴灌技术起源于19世纪60年代的欧洲，由森彻?布拉斯博士提出[1]。1960 年，滴灌技术最早在美国圣地亚哥地区实现农业利用;1971年，美国圣华金河山谷首次将滴灌技术应用到葡萄种植方面，滴灌可将肥料均匀、集中地分配到葡萄根系[2]。从20世纪70年代起，滴灌技术以其节能、节水和增产等多重优势逐渐受到各国青睐，并在全球范围内得到迅速的推广。目前，该项技术已被广泛应用在葡萄园的水肥管理方面，对于葡萄与葡萄酒的产量和品质都起到了关键性的作用[3]。

近些年来，国内外开始对局部根区灌溉展開了一系列的研究。局部根区灌溉的概念源于1968年由Grimes等在棉花灌溉上的应用，Sepaskhah等在大豆滴灌的应用，之后澳大利亚等地针对葡萄上应用局部根区灌溉技术进行了大量的研究[4]。局部根区灌溉包括交替根区灌溉和固定部分根区灌溉[5-6]。固定部分根区灌溉（Fixed Partial Root-zone Irrigation，FPRI）是对一部分根区进行灌溉，而另一部分根区长期处于干旱状态。交替根区灌溉（Alternate Partial Root-zone Irrigation or Drying）则是先让一部分根区（如东侧）接受灌溉，另一部分根区（如西侧）处于干旱状态;接着让之前接受灌溉的根区（如东侧）保持干旱，让另一部分之前保持干旱的根区（如西侧）接受灌溉，如此循环往复。在实践中，交替根区灌溉可以采用不同的方式，例如交替隔沟灌溉、交替滴灌、交替渗灌等。在葡萄的种植上，常采用交替滴灌的方式[7]。国内外大量研究表明，根区交替滴灌灌溉比常规滴灌灌溉在葡萄上具有明显的优势，但也会存在一些问题。

1 根区交替滴灌对葡萄生长的影响

1.1 对葡萄根系生长的影响 土壤中水分含量和氧气含量的变化影响着根系的生长。固定根区灌溉也可以通过水分的适当亏缺达到提高土壤的透气性，从而促进根系生长的作用。根区交替滴灌比起固定根区灌溉，还能让根系在水分亏缺和湿润之间来回适应，从而激发生理上的机制来调控根系的生长。研究表明，交替滴灌条件下根系的根长、密度较常规灌溉和固定一侧灌溉的湿润根区的根长、密度大[8]。在室内进行分根区交替灌溉的盆栽试验，结果表明：控制性交替灌溉方式通过对根系的湿润和干燥交替锻炼能够促进根系生长，使根系在土壤中均匀分布[9-10]。

1.2 对葡萄枝叶生长的影响 交替滴灌可提高叶片的光合作用速率，研究发现，交替滴灌各处理叶片叶绿素含量均大于常规灌溉[11]。分区交替滴灌技术可以使酿酒葡萄叶片气孔开度显著减小，能够降低叶片蒸腾速率和气孔导度。试验表明，该时期内根区交替灌溉处理能够显著降低酿酒葡萄叶片的日平均羧化效率[12]。在新梢生长期根系分区交替滴灌处理可降低葡萄新梢长度，减少了整个生育期的修剪量，防止新梢的过旺生长[13]。研究表明，部分根区灌溉（Partial Rootzone Drying，简称PRD）因减少了灌水量，使葡萄的营养生长受到了抑制[14-15]。而另外也有研究发现，在同样减少灌水量情况下，交替滴灌处理的葡萄根部交替受到一定程度的水分胁迫，根系合成ABA向地上部运送并调控植物地上部的生长和物质分配，可减少生长冗余，调整营养生长与生殖生长的比例，从而大大减少田间修剪整枝的工作量[16]，这让有限的肥料养分和合成的干物质的分配更加合理高效。

1.3 對葡萄果实产量和品质的影响 相关研究表示，根区交替灌溉可显著提高维生素C含量，使果酸含量降低、可溶性固形物含量显著提高[17]，显著提高了葡萄的品质和口感。局部根系干旱灌溉技术较调亏灌溉（RDI）更能促使葡萄浆果表皮花青素和酚类物质含量的增加[18-19]，这对于促进葡萄的成熟和色度也将有着明显的效果。采用部分根区干燥技术后葡萄的产量不受影响而且口感、颜色有所改善，葡萄的色度和芳香化合物浓度提高了30%[20-21]。根区交替灌溉比起常规滴灌，通过水分的间断性胁迫，从而可以达到显著提高葡萄品质和干物质含量的效果。根区交替灌溉对于果实产量的影响：一方面，应用交替灌溉技术可以促进糖分向果实运移，保证果实生长，提高口味和品质。钱卫鹏等通过试验得出交替滴灌各处理的甜瓜果实的可溶性固形物含量较对照有所增加，而单果重则较对照有所降低，因此在提高口味和品质的同时产量会保持同等水平或略有下降[22-24]。另一方面，在灌溉量相同的条件下，交替根区灌溉的作物产量高于亏缺灌溉（DI）的作物，使得水果生产效率更高，甚至果实品质更好[25]。因此，根区交替灌溉对于葡萄产量的增长与灌水量也有着密切关系。

2 交替根区滴灌对水分利用的影响

近年来，康绍忠等在传统灌溉原理和方法的基础上，提出了根区交替灌溉技术，并证明了其具有显著的节水效果[25]。周青云等研究表明，在滴灌基础上发展起来的根系分区交替灌溉技术，较常规滴灌的用水量减少50%，水分利用效率提高33%左右[26]。根区交替滴灌技术使作物部分根系区域交替干燥和湿润，达到不显著影响其水分状况而有效调控气孔运动，从而起到大量节水的目的，使单叶水平的水分利用效率和产量水平的水分利用效率均明显增加[26]。CLAUDIA 等[27]、綦伟等[28]研究表明，根区交替灌溉可显著降低气孔开度，降低无效蒸腾，提高水分利用效率。根区交替滴灌在灌溉节水的基础上，还从生理的角度进一步提高了叶片的水分利用效率，对于我国西北缺水地区的应用有着重要意义。

3 根区交替滴灌技术在葡萄生产应用中的问题

根区交替滴灌技术能节约水资源，但同时也会因为减少水分投入而带来减产的风险。因此，应通过试验给出量化的参考指标，使得在合理节水量范围内，既提高葡萄的品质又不降低葡萄的产量，从而有助于这项技术在实际生产中的推广应用。如一味考虑节水而导致水分亏缺引起减产，将会影响根区交替滴灌技术在葡萄上的广泛应用。

很多的试验都是在水分亏缺（减少灌溉用水）的同时，应用交替根区滴灌技术，以证明在葡萄成熟期能促进糖分向果实运移;研究表明，水分亏缺也能加速果实中糖的积累;也有很多的研究表明，只要是调亏灌溉（适当控水）就能提升葡萄的品质[29]。要想让更多葡萄种植户接受并应用交替根区滴灌技术，还应该在不减少灌溉水量的前提下，去验证交替根区滴灌技术对葡萄各个生育期的影响。

虽然交替根区滴灌技术在一定程度上能提高葡萄的品质，但通过人工去交替根区滴灌也因增加了人工成本，从而在推广过程中受到了一定的阻力。因此，如何让这项技术的应用更节省人工，带来更高的经济效益，是广大科技工作者和葡萄种植人员需要深入探索研究的问题。

4 展望

综上所述，交替根区灌溉技术对于葡萄节水、提高品质、降低水分消耗以及减少冗余生长等方面具有重要的意义[26]。在我国一些干旱的葡萄产区特别是我国西北地区水资源匮乏，交替根区灌溉技术在这些区域的大面积推广将带来巨大的节水效益和增产增收的潜力，具有广泛的应用前景。

毕彦勇等研究发现，根系分区交替灌溉处理可抑制油桃新梢生长，果实成熟期均较常规灌溉提前[30]。而市场上往往早熟的葡萄价格好、卖得快，效益也高。那么在葡萄成熟期，在不减少灌水总量的情况下（排除水分调亏的因素影响），仅设置单一变量，将交替根区滴灌和常规滴灌两种灌溉方式进行对比，是否交替根区灌溉对于促进葡萄成熟和提前上市时间方面有显著影响？若影响显著，那么因提早上市时间而带来的经济效益的驱动下，以及田间应用的可操作性，交替根区滴灌的方式会在葡萄成熟期得到广泛应用。

随着物联网技术和水肥一体化技术在葡萄种植上的普及与应用，未来葡萄的水肥管理过程一定是朝着自动化和智能化的方向发展。可以通过试验将田间每条滴灌管（带）的控制阀门换成太阳能电磁阀，并通过物联网技术用手机远程操控电磁阀门的开关，这将在不增加人力的前提下，实现自动根区交替灌溉施肥。

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（责编：张宏民）