苹果园水分管理研究进展

刘晓伟，田 歌，王 海，李慧峰

(1.山东省果树研究所，山东 泰安 271000；2.山东农业大学 园艺科学与工程学院，山东 泰安 271000)

我国苹果栽培面积和产量分别达193.86万hm2和3 923.34万t，在世界苹果生产和全国水果生产中均居第一位[1]。我国苹果大多栽植于丘陵、山地等极易缺水的半干旱或干旱地带，果园土壤的保肥保水能力较弱，容易遭受水分胁迫。而苹果园的灌水模式很多还是传统的大水漫灌，水分利用效率极低，造成了大量的水资源浪费，果树根系的呼吸作用也随之受到抑制，根系对养分的吸收能力遭到削弱，极易造成硝态氮等养分的淋失，增加生产成本，也降低了苹果的产量和品质，在一定程度上还导致了环境污染。因此，基于我国农业水资源短缺和多数旱地果园很难实施有效灌水的现状，必须大力发展节水农业，探寻干旱和半干旱果园的高效节水灌概方法，开发低耗水、抗旱、耐旱的果树砧木潜能，有效提高农业水资源利用率，缓解我国农业用水现状，实现我国农业水资源的可持续利用和农业可持续发展。

1 苹果园土壤水分动态变化

对土壤水分动态变化特征的深入研究，可提高灌溉利用效率，改善根区水肥状况。崔世勇等[2]研究了土壤水分运动的时空动态变化，发现果园土壤水分具有不稳定性和一定的波动性。表层土壤水分含量变化剧烈，深层相对稳定。渭北地区因为气候原因果树的蒸腾作用较强，耗水量较大，深层土壤含水量也相对较低，进而导致果树产量受影响[3]。相关研究认为，果园0～30 cm土层的土壤含水量在不断变化而不能保持稳定，果园30～220 cm土壤水分含量在15%左右波动，而且与土壤深度呈负相关。0～10 cm 土层范围内的土壤水分含量受降雨影响最显著，随土层深度增加，降水对土壤水分含量的影响减小[4]。

2 土壤水分对苹果生长发育的影响

2.1 根系形态

干旱胁迫能显著降低果树的根系活力，抑制根系生长。根系超微结构在水分胁迫条件下也发生显著变化，如导管组织分子直径变大，新根中柱加粗显著，在严重干旱条件下甚至会变扁等，这些结构变化显著增加了水养的横向运输空间，也增加了水养的运输途径。杨洪强等[5]研究发现，延长根受到干旱胁迫时，其多胺代谢的反应非常敏感，而吸收根的反应相对来说并不强烈，这是因为水分胁迫能使果树的吸收根中柱加粗，大大降低了其活力，延长根就能够在水分胁迫的压力下迅速生长。另外，一些果树(如柑橘、板栗、龙眼等)具有菌根，可显著增加果树根系的有效吸收面积，使果树对干旱胁迫的适应能力提高[6]。

2.2 叶片水势

Zhu等[7]研究表明，幼龄苹果树受到水分胁迫时，叶片水势会降低；刘洪波等[8]认为土壤含水量与葡萄叶片水势呈正相关关系，叶片水势与土壤含水量的相关性达极显著水平。水分胁迫下，幼嫩叶片相对于成熟叶片的反应更为敏感，干旱时，幼嫩叶片会出现一系列生理反应，如失水卷曲等，这是由于幼嫩叶片处于形态建造的中间阶段，有一定的可塑性，适应环境的能力较强，感受到水分亏缺后，它会朝着利于自身生长发育的方向产生一系列变化来适应环境变化，如细胞质浓度增大，细胞纤维结构更具有弹性等。

2.3 枝干生长

干旱胁迫时，苹果的枝干是所有营养器官中反应最敏感的。干旱胁迫影响苹果枝条的生长情况，相对纵向方面，横向对干旱胁迫更加敏感。李新建等[9]研究表明随着干旱胁迫的缓解，果树新梢长度在达到峰值后出现不同程度的下降。陈晓东等[10]研究表明葡萄的新梢生长量随灌水量增加而增大。嘎啦苹果幼树的新梢长度也随干旱胁迫的加强而降低[11]。

2.4 光合特性

光合速率是反映光合作用强烈程度的一个指标，它体现了果树叶片合成光合产物的强弱。土壤水分减少时，石榴[12]、苹果[13]的光合荧光参数都表现出显著差异。干旱胁迫促使植株的叶面积扩大，叶绿体的化学活性降低，叶片光合速率也随之降低[14]。当植株未遭到水分胁迫时，蒸腾作用主要由植株的生理特性和气象因子决定，水分胁迫时，气孔相应随之关闭[15]，水分和CO2进入受到阻碍，植株的蒸腾作用和光合作用直接受到影响。

3 果树水分亏缺诊断

果园精准灌概中最有应用前景的几种水分亏缺诊断指标为叶片光合参数、茎液流通量及叶片水势等。光合参数中的气孔导度和胞间CO2浓度均与水分亏缺显著相关。气孔是植物与外界间的水气通道，干旱胁迫可使气孔扩散阻力增大，进而大幅降低净光合速率和蒸腾速率。水分胁迫下，叶片胞间CO2浓度降低，光合作用的原料CO2供应不足，光合电子传递链被破坏，光合器官叶绿体形态和结构、类囊体的膜结构发生改变，叶片光合色素含量减少，光合酶活性下降。但基于光合参数的水分亏缺诊断对仪器要求比较高。

茎流通量常被用来对果树水分状况进行诊断[16]，其测定方法有热扩散探针法、热脉冲法、热平衡法等，其中热脉冲法最受欢迎，它有着高自动化、高时间分辨率且操作简单等诸多优点，被广泛应用于具有现代化智能灌溉系统的果园。李焕波等[17]采用热脉冲法对红富士苹果树干的液流通量进行了测定，发现同一棵树的不同边材位置的液流速率随着时间的变化表现为单峰曲线，晴天多为单峰曲线或双峰曲线，而阴天则多为多峰曲线。还有学者研究发现红富士苹果树在开花期的晴天为单峰曲线，而在新梢生长期的晴天则呈现出双峰曲线[18]。

果树茎叶水势与土壤水分含量高度相关，因而叶片水势成为果树水分亏缺诊断的重要指标，在葡萄、苹果等果树上广泛应用，但以水势代表水分亏缺程度仍有一些不足。因高等植物历经多年进化，早已形成各自独特的相应机制应对水分胁迫，单凭水势的变化不足以准确反映果树水分亏缺的程度。目前测定水势的主要方法有小液流法、压力室法、热电耦法，这几种测定方法不同程度上存在精度不高、测定条件要求严苛等不足。

4 苹果需水特性与水分管理

4.1 苹果需水量及需水特性

丘陵山区苹果树滴灌日均补水强度在不同生长期表现不同，其中开花期是2.23 mm,坐果期到果实膨大期达2.14 mm,果实成熟期是1.31 mm[19]。苹果树年耗水量 433.5～478.5 mm，最佳灌水时期是在萌芽期、新梢旺长期、果实迅速膨大期以及封冻前[20]。渭北高原红富士苹果树，在果实膨大期需水量高达约310 mm。山东省济宁市嘉祥县的红富士苹果树，在果实膨大期需水量高达约315 mm。也有研究表明，苹果果实膨大期到采收期需水量占生育期总需水量比例最高，为 86.9%。

4.2 灌溉方式与节水保水技术

传统农业灌溉方式水分利用效率低，对果树生长尤其是根系生长起到抑制作用。因此前人对于不同灌溉方式、滴灌的不同位置、滴灌渗灌对比以及水肥一体化对苹果生长、产量品质、养分吸收等方面进行了大量研究。调亏灌溉(减量40%)对苹果产量的影响不显著，且有效抑制了营养生长；苹果根区进行交替灌溉对苹果营养生长起到促进作用；前人在灌水量梯度、灌水的定位方式等方面进行了大量研究。结果表明限水灌溉、局部灌溉和调亏灌溉等方法，有效提高了果树水分利用效率。“控制性作物根系分区交替灌溉”的方法，更是拓展了农业节水灌溉的新思路。

5 展 望

在苹果生产中，通过精准有效的灌溉，既可以满足树体生长发育对水分的需求，又能够提高果实品质和节约水资源，这对苹果产业可持续发展具有重要意义。然而现在我国苹果主产区水资源可用量持续减少，尤其如黄土高原等产区，虽然拥有得天独厚的光和热，但是年降水量较少，且分布不均，已经极大地限制了当地苹果产业的进一步发展。构建苹果产业节水技术体系迫在眉睫。随着我国农业节水技术的不断发展，与其他发达国家相比差距逐渐缩小。下一步应根据各个苹果产区的自然资源现状，结合当地苹果栽培模式和立地条件，研发区域性和针对性强的现代果树水分高效管理技术，实现果园水分精准管理。