向日葵调亏灌溉研究进展

陈谢田，张恒嘉，雷 联，展英国

(1.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃 兰州 730070； 2.甘肃省民乐县洪水河管理处，甘肃 民乐 734500)

0 引言

作为世界第4大油料作物，向日葵在世界各地均有广泛种植[1]。向日葵籽粒含油量35%～50%，主要由不饱和脂肪酸组成，是人类食用的理想选择[2]。2018年，全世界向日葵总产量接近5 000万t，其中超过85%的向日葵来自欧盟国家、俄罗斯、阿根廷、乌克兰和中国[3]。目前，我国向日葵种植区主要分布在内蒙古、吉林、河北、新疆和甘肃等省区，其他地区有零星种植[4]。研究表明，向日葵全生育期总耗水量相对较高，每生产1 g干物质所需水量470～570 g，向日葵是一种种植面积广且需水量高的油料作物[5]。然而，由于降水时空分布不均，在干旱和半干旱地区种植向日葵经常出现季节性缺水，从而影响向日葵正常生理活动，造成其产量降低。

调亏灌溉作为一项高效节水灌溉技术，在农业生产中被广泛应用。调亏灌溉的原理是在作物生长发育的某一时期人为施加一定的水分亏缺，从而影响其光合产物向不同组织器官的重新分配，在提高经济产量的同时避免营养器官的生长冗余，进而达到农业节水、稳产、优质和可持续发展的目的[6-7]。目前，调亏灌溉理论和技术已在小麦、夏玉米、马铃薯、番茄、辣椒、洋葱、西瓜和菘蓝等作物的试验研究中取得显著成果，并在部分地区得以推广[8-15]。针对调亏灌溉在农业生产中的应用，部分学者对向日葵的调亏灌溉机制也进行了研究，但相比其他作物，当前国内外对向日葵进行调亏灌溉的研究相对较少，向日葵调亏灌溉理论体系尚不完善[16-18]。本文在国内外相关研究的基础上，归纳和总结了水分亏缺对向日葵生长指标、光合生理特性、耗水规律、水分利用效率及产量和品质的影响，分析了目前向日葵水分调亏技术推广应用面临的问题，并提出了解决方案，研究成果可为今后向日葵调亏灌溉研究提供理论依据。

1 生长发育

适宜的水分亏缺可以调控作物的生长发育，使其根、茎、叶不产生过量生长，控制作物各部分保持在最优生长量，从而避免生长冗余并提高水分利用效率[19]。云文丽等[16]研究表明，在向日葵苗期进行水分调亏会显著降低向日葵株高、叶面积和生物量，并在后期进行充分灌水之后，虽然复水补偿效应显著，但在所有处理中各个观测指标仍处于最低。研究表明，向日葵整个生育期适宜水分为幼苗期和成熟期保持在田间持水量的55%～70%，其余生育期保持在70%～90%。李建军[20]在河套灌区对向日葵进行了不同灌水量的试验，研究发现，在不同灌水量条件下，向日葵在全生育期的生物积累量呈现出“缓慢-迅速-缓慢-迅速”的趋势。此外，张丽等[5]研究了不同时期水分胁迫对向日葵形态特征的影响，结果表明，向日葵在现蕾期和开花期对于水分亏缺最为敏感，在这两个生育期进行水分调亏将会降低向日葵的株高、茎粗、叶面积和生物量，不利于向日葵的生长。

2 光合特性

光合作用作为植物生长过程中必不可少的生理活动，时常受到水分胁迫的抑制，研究表明，植物在受到水分胁迫时光合作用会显著降低[21]。宋殿秀等[22]研究表明，向日葵开花期水分亏缺会降低叶片的净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，且随着调亏时间的增加，下降幅度逐渐变大，但开花期的水分胁迫对胞间CO2浓度的影响并不显著。云文丽等[23]认为，随着土壤水分的增加，最大净光合速率随之增大，而表观量子效率的最大值则出现在水分亏缺的情况下。同时研究得出，不同程度的水分亏缺对光补偿点和光饱和点具有不同的影响，光补偿点随着土壤含水率的增加而减少，而光饱和点则相反。这表明，水分亏缺会对向日葵可利用光的范围产生影响，而合理的调亏处理能够增加光的可利用范围，更有利于生物量的积累。王璐等[17]在河西绿洲膜下水分调亏试验中得出，向日葵苗期重度和成熟期中度的水分调亏将显著降低净光合速率、气孔导度和蒸腾速率，并指出适宜的灌溉方案是在其他生育期充分灌水的条件下，进行苗期轻度和成熟期中度调亏。

3 耗水特性

不同时期水分亏缺对作物耗水规律有不同的影响[24-25]。赵经华等[26]以JN361为供试材料，在阿尔泰地区研究不同灌溉定额对向日葵耗水规律的影响时发现，随着灌溉水量的增加，向日葵的耗水量、耗水强度和耗水模数逐渐增大，其中全生育期耗水量变化范围在260.3～340.1 mm，耗水强度的变化范围在2.29～2.98 mm/d。结论得出，在保证开花期和成熟期充分灌水的条件下，向日葵最适宜的灌水定额为52.5 mm(轻度水分亏缺)。田德龙等[27]在内蒙古河套灌区以美葵909为试验材料，探究不同埋深下不同水分梯度对向日葵生长的影响，得到的研究结果与上述结果相似，向日葵全生育期耗水量随着水分亏缺程度的加重呈现出增加的趋势，耗水量值264.5～340.9 mm，其中轻度水分亏缺在保证产量的同时提高了水分利用效率，更有利于向日葵的节水增产。

4 产量和品质及水分利用效率

研究表明，在作物某一生育期进行合理的水分调亏能够达到优质稳产和提高水分利用效率的目的[28-29]。王璐等[17]研究表明，苗期中度和成熟期轻度水分调亏的产量与全生育期充分灌溉相比无明显降低，产量可达4 145 kg/hm2，同时品质处于最优，粗脂肪和粗蛋白含量均比其余处理要高，达到了节水、稳产和调质的作用。PETCU E等[30]研究发现，水分胁迫会降低向日葵籽粒产量，但对于品质而言，只有油酸的含量显著减少，其他含量未发生明显变化。同样的，EBRAHIMIAN E等[18]在研究水分胁迫对油料作物产量和品质的影响时发现，水分胁迫会导致向日葵产量的下降，但轻度水分胁迫不会影响向日葵的含油率，只有重度水分亏缺会导致其含油率显著下滑。此外，单玉芬等[31]和贾腾月等[32]研究结果均表明，向日葵产量随着灌水量的增大而增加，但轻度水分胁迫能够提高水分利用效率，使向日葵的综合效益达到最优。综上可知，合理的水分调亏会对向日葵的产量、品质及水分利用效率产生有利影响，但土壤水分并不是影响向日葵产量和品质的唯一因素，因此不同地区不同向日葵品种的试验研究结果存在一定差异。

5 存在的问题与解决方案

调亏灌溉是争取在改善作物品质的基础上，实现节水不减产的目标。但这一目标的实现受到很多因素的制约。

首先，开展调亏灌溉需要确定作物水分亏缺程度，可用于确定水分亏缺程度指标有土壤含水量、叶水势和水分胁迫指数等，但目前获取这些指标主要是通过实验室分析和人工田间测量，这种方法收集的数据时效性和准确性差，同时很难采集大尺度数据。针对这一情况可以将卫星遥感技术、地面监测及GIS等现代信息技术应用到水分亏缺程度信息的获取，这也是研究高效化调亏灌溉机制的必然趋势。

其次，调亏灌溉涉及到很多对象和因素，靠单一的学科理论去研究水分亏缺对作物生理生化特性的影响存在局限性。所以为制定更加高效的调亏灌溉方案，需将多门学科知识结合起来综合分析，从宏观和微观的角度同时出发，探索作物在受到水分胁迫时其内在的适应力和反应的驱动力，并根据不同作物的生理生化特点，分析不同作物对水分胁迫的响应机制，以便为调亏灌溉制度的制定提供理论依据。

最后，调亏灌溉理论体系已日趋成熟，但单一的灌溉模式远不能满足农业生产的需求，所以还需结合其他高效栽培技术进行综合研究，如调亏灌溉与肥料利用的耦合研究、与农艺措施的配套研究等，需不断探索一种可行性强、易操作且易推广的高效组合节水灌溉模式。

6 结束语

调亏灌溉作为非充分灌溉的一种重要形式，可以在保证作物产量和品质的同时，实现对水资源的高效利用。水分胁迫对向日葵生理生化特性有重要影响，但对不同地区和不同向日葵品种的水分亏缺程度很难有统一的衡量标准。自然环境、土壤性质、栽培模式和自身品种都是影响向日葵水分亏缺程度的因素。因此，在今后的试验研究中要因地制宜，探究不同地区、不同向日葵品种对水分调亏的响应机制，寻求不同地区最优调亏灌溉方案，促进调亏灌溉技术在农业生产中的推广与应用。

此外，随着卫星通信技术、遥感影像技术和地理信息系统等对地观测技术的迅速发展，调亏灌溉试验研究中手动获取数据信息的手段必将落伍。因此，今后的试验研究可以利用卫星遥感技术、人工智能技术、地面监测技术和GIS等现代信息技术与区域模型相结合，对土壤信息、作物生长状况和作物生长环境等实现实时多维监测，以此推动未来农业信息化的发展。