根系分区交替灌溉研究进展

和 阳，刘秀春，吕春晶

（辽宁省果树科学研究所，辽宁营口 115009）

干旱是全球热点问题，有 80 多个国家和地区以及40%的人口面临缺水问题[1]。我国人均水量仅占世界平均值的 1/4[2]，是典型的贫水国，且各地区降水分 布极不均衡，干旱 半干旱地区占国土总面积的 1/3以上 ，目前农业灌溉用水的利用系数仅为0.3～0.4，与发达国家的0.8～0.9 相比，存在很大的差距[3]。随着水资源不足对农业和生态环境不利影响的加剧，发展节水灌溉成为农业可持续发展和解决水资源短缺问题的有效途径。国外学者在 20 世纪 60～70 年代开始采用隔行灌溉和隔沟灌溉技术对作物水分利用效率、蒸发特性进行了系统研究[4]。近年来我国学者提出了作物根系分区交替灌溉技术，通过改变供水方式，减小奢侈耗水，在一定程度上挖掘作物本身的节水潜力，具有投资少、易掌握、易管理等特点，在农业生产上具有广阔的应用潜力[5]。基于此，笔者对根系分区交替灌溉的效果、田间应用现状和操作模式等方面进行了综述，分析了交替灌溉的发展前景以及需要进一步研究的问题，以期为同类研究提供借鉴。

1 交替灌溉的应用效果

1.1 交替灌溉对根系和土壤结构的影响

土壤环境能在很大程度 上影响植物根系的生理 生长，如根系的时空分布、体积、表面积和根系活力等。土壤- 根系生理代谢过程是以水为媒介，与多种环境因素相互作用的动态系统[6]。根系分区交替灌溉能诱发根系土壤结构的变化 ，刺激根系产生 补偿效 应，促 进根际微生物的繁殖，提高根系对水分和养分的利用率。

1.1.1产生根系补偿生长效应。在干旱条件下，植物根系生长 与分布能够产生 适应性 反应。中度水分胁迫 会促进根系在湿润区 域生长 ，水分 胁迫解除后，作物会有一个短暂的快速生长 阶段 ，可部 分补偿 胁迫造成的 损失 ，即补偿生长，包括增加根密度、刺激次生根的形成等。周青云等[7]研究表明，葡萄在交替灌 水过程 中，根 密度比常规灌溉和固定灌溉条件下大，湿润区的新生根量明显大于干燥区的新根量。交替灌溉的苹果根系分布更加均匀，根系活力和根系生物量增加[8]。水稻干湿交替灌溉可减少多余的营养生长，促进根生长，增加产量，提高水和磷肥的利用率[9]。

1.1.2促进根际微生物繁殖，提高肥料和水份利用率。根系交替灌 溉使 土壤孔隙具有良好 的通 气条件，提供根系生命活动所需水分的同时 ，使土 壤生 态系统的优化，为微生物提 供了有益的生存 条件，促进土 壤微生物的繁殖，提高肥料和水份利用率。程福厚等[10]研究表明，梨树的交替灌溉能减 少地 表水分蒸发和肥料 的淋 溶，提高水肥利用率。西红柿的交替灌溉可使微生物活力增大，提高微生物基质利用 率，增进土壤氮 的净矿化，并 促进西红柿的含氮量增加[11]。在马铃薯的种植中，干物质量不受灌溉方式影响，但交替灌溉明显 提高 了水分利用率及作 物氮含量，提高了土壤中氮的有效性[12]。

1.2 交替灌溉对蒸腾速率和光合速率的影响

Alexandros 等[13]试验表明，由于根系分区交替灌溉仅对一半根系进行灌溉，另一半处于干燥土壤环境中的根系产生根源化学信号（ABA、CTK 等），并将其传递到冠层部分，调节叶片气孔的关闭程度，使其关闭程度既能有效限制植物的蒸腾，同时又能不显著地影响叶片的光合速率，在不影响作物产量的前提下提高了水分利用效率。杨启良 等[14]研 究表明 ，苹 果幼苗的交 替灌溉能降低蒸 腾速率，提高根系干重、叶水势和净光合速率。葡萄的交替滴灌能提高叶片水分利用效率、蒸腾速率、光合速率和气孔导度[15]。交替灌溉的桃树有较高的蒸腾效率，光合速率和蒸腾速率低于常规灌溉[16]。

1.3 交替灌溉对营养生长和生殖生长的影响

交替灌溉技术能够调控植物生长及同化物运输 ，抑制 徒长 ，促进成花和果实发育 ，促进糖分向果实运转 ，提高口味和品质 ，大量节水的同 时保持产量同等水 平或 略有下降[17]。杜太生 等[18]研究 表明，交替灌溉能显著提 高干旱荒漠绿洲区葡萄的 VC和可溶性固形物含量，降低果实含酸量，明显改善果实成熟度。隔沟交替灌溉可提高蛇龙株葡萄的糖酸比和酒的单宁、花色苷和总酚含量[19]。富士苹果的交替灌溉对产量和果尺寸没有明显影响，对可滴定酸的影响不一致，果实硬度和固形物含量增高[20]。交替灌溉可抑制油桃的新梢生长，使果实成熟期提前，硬度降低，与常规灌溉相比 ，可溶性固形物含量增高，单果略重，产量未受影响[21]。Pérez-Pastor等[22-23]试验表 明，交 替灌溉 可以作为有限水资源的半 干旱 地区杏树的灌溉方 式，也是干旱绿洲地 区棉 花种植的有 效灌溉 方式。对于大麦和水稻种 植，交替灌溉 可减少用水投入而 没有 明显的产量降低[24-25]。

2 根系分区交替灌溉的田间应用

徐晓峰等[26]试验证明，对于粮食作物、经济作物、蔬菜和果树等 均可 采用交替灌溉，在不显 著影响产量的情况下，提高灌溉水利用效率，且投资少，易于接受和掌握。在实际应用中，交替灌溉应因地制宜的采用适当模式。对于宽行距种植的 果树 ，可采 用隔沟交替灌溉系 统、交替微喷灌系统、交替 穴灌系统、田间移动式控 制性 交替滴灌系统等方式[27]。对于均匀种植的大田作物，可采用大水量灌与小水量 灌交替进 行的供水模 式[28]。随 着大田试 验研究 的深入，新的根系分区交 替灌 溉大田实现模式不 断涌现，如水肥 异区 交替灌溉，大水漫灌极 易引 起水溶性肥料向深层渗漏损失，施肥与灌水在 不同 的沟中进行 ，可以有效减少肥料淋溶。

以上 几种 灌水技术各有优缺 点，其中 隔沟交替灌溉系统可大量节约用水，是目前果园最 具推广潜力的方法 。对于山坡、丘陵地区，可采用分区交替穴灌或沟灌系统。经济条件较好的地区可以采用分区交替滴灌、渗灌或微喷系统。

3 前景与发展建议

对于交替灌溉的研究，已取得了大量成果，但多集中于对各种作物生理、产量、品质 等情况的试验研究，交替灌溉技术仍未大规模推广，今后应在以下方面展开相关研究与实践。

3.1 开发相应的配套设备

从技术的可操作性分析，目前生产中还缺乏与根系分区交替灌溉配套设备，同时需要与农机、施肥、植保、良种等其他现代农业科技相配套的综合措施。设计结构简单、造价低廉、适合田间使用的灌溉设备，提高生产率和灌溉水利用效率，加速该技术的推广

3.2 扩大研究领域

通过 营造 根区的水分环 境梯 度差异，交替灌溉在一定程度上 挖掘 了作物本身的节水 潜力 。目 前有关交替灌溉的生理生长 、产品产量、品质影响等 方面的研究较多，将来应扩大该技 术研 究范围。例如该技术是 否会 影响作物的生育进程，能否用于调控花卉等作物开花时期。作物在生命周期的 不同 时期，对水分 的需求特性 差异 较大，最佳调亏生育阶段和历时等方面有所不同[29]。根系分区交替灌溉技术的深入研究 ，应 结合土壤物理 、农业气象、农田水利等多学科 知识，使此 项技术的研究更 加系统化和定量化，为其可操作性提供理论依据。