國(guó)內(nèi)外果園節(jié)水灌溉技術(shù)研究進(jìn)展

化延斌，趙 軍，李六林

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，山西太谷 030801）

隨著世界水資源供需矛盾的日益增長(zhǎng)，節(jié)水成為全世界發(fā)展的共識(shí)。當(dāng)前，農(nóng)業(yè)用水已成為水資源的主要消耗方式[1]，灌溉用水占到農(nóng)業(yè)用水的95%[2]。我國(guó)北方許多區(qū)域光照充足、晝夜溫度差大等自然條件適合優(yōu)質(zhì)水果的生產(chǎn)，但大多果園水資源匱乏，而且灌溉條件落后，嚴(yán)重制約了果樹產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此提高農(nóng)業(yè)用水效率，大力開展節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本文通過分析國(guó)內(nèi)外果園節(jié)水灌溉技術(shù)概況，提出我國(guó)果園節(jié)水灌溉的發(fā)展方向和改進(jìn)措施，以促進(jìn)果園水分利用效率和果實(shí)品質(zhì)的提高。

1 國(guó)外節(jié)水灌溉技術(shù)現(xiàn)狀

部分發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)50年代到70年代，農(nóng)業(yè)用水量由于其灌溉面積的增加而逐步增長(zhǎng)。70年代后，隨著集約高效農(nóng)業(yè)的發(fā)展以及節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用，農(nóng)田用水效率顯著提高。如今，一些發(fā)達(dá)國(guó)家農(nóng)業(yè)節(jié)水采用計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行一體化管理，已實(shí)現(xiàn)精確灌水，達(dá)到時(shí)、空、量、質(zhì)上有效滿足果樹在不同生長(zhǎng)期的需水，進(jìn)行高效節(jié)水灌溉。

1.1 以色列——先進(jìn)的滴灌設(shè)備和完善的基礎(chǔ)設(shè)施體系

以色列是世界上氣候干旱、淡水資源十分缺乏的國(guó)家之一，總淡水資源量約20億m3，人均淡水資源占有量不足370 m3，僅為世界平均水平的5%[3]。在缺少耕地和水資源的艱難環(huán)境條件下，以色列卻發(fā)展出世界上先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，尤其是不斷創(chuàng)新的滴灌技術(shù)設(shè)備及其產(chǎn)業(yè)化，如世界著名的耐特費(fèi)姆（Netafim）滴灌系統(tǒng)公司[4]，采用電腦智能控制模式，根據(jù)作物的需水、需肥信息，按時(shí)按量將水、肥料直接送入作物最易吸收的根部。其次，以色列通過采用互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)風(fēng)速、風(fēng)向、濕度、氣溫、地溫、土壤含水量、蒸發(fā)量、太陽(yáng)輻射等參數(shù)來(lái)計(jì)算得出作物需水量，通過遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭農(nóng)場(chǎng)精確灌溉，滿足施肥和灌溉可控需要。在果園管理中，以色列基于其完善的基礎(chǔ)設(shè)施體系和良好的管理體系，充分利用自然降雨基礎(chǔ)上，注重開發(fā)城市污水資源、咸水資源以及海水淡化等其他水資源，通過養(yǎng)殖和種植業(yè)循環(huán)使用有限水，提高水分利用效率，再加上農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整以及各種經(jīng)濟(jì)型水果的大量種植，使以色列成為了世界著名的水果生產(chǎn)國(guó)。此外，以色列重視抗耐旱植物種質(zhì)的引進(jìn)與研究，培育新的節(jié)水抗旱新品種，結(jié)合先進(jìn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高效的節(jié)水灌溉[5]，如抗旱柑橘的培育，克服了土壤質(zhì)量、干旱氣候和缺水造成的種種限制，減少了對(duì)水分的需求，提高了產(chǎn)量。這一系列的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)使以色列有限的淡水資源得到了高效地利用，荒漠變成了綠洲和良田。

1.2 荷蘭——精細(xì)的管理控制系統(tǒng)

首先，荷蘭大田農(nóng)業(yè)工程化，通過管道和渠道輸水來(lái)提高灌水效率，采用新型輪作休閑技術(shù)和覆蓋化學(xué)試劑保墑技術(shù)等實(shí)現(xiàn)高效的增墑保水，在解決農(nóng)田排水、低洼鹽堿地治理、農(nóng)田土地資源管理規(guī)劃和農(nóng)田排灌工程有關(guān)的大型機(jī)械及工程裝備開發(fā)研制方面較為突出，其主要糧食作物的單產(chǎn)具有很高水平。目前大田農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究已轉(zhuǎn)向機(jī)電一體化和人機(jī)工程等高新技術(shù)應(yīng)用研究領(lǐng)域。利用全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和遙感技術(shù)（RS）等信息高新技術(shù)于大田作物生產(chǎn)，使之形成精細(xì)管理的現(xiàn)代“精細(xì)農(nóng)作”技術(shù)體系[4]。其次，精確的控制系統(tǒng)可針對(duì)不同樹種，研究適合其生長(zhǎng)的管理模型，不但可以根據(jù)樹體不同生長(zhǎng)時(shí)期調(diào)整灌水量，而且可以在一天當(dāng)中，根據(jù)太陽(yáng)輻射情況及時(shí)調(diào)整供水量，以保證在滿足樹體生長(zhǎng)需求的同時(shí)，避免過度澆灌造成浪費(fèi)，同時(shí)采用雨水收集系統(tǒng)以及雨水注入系統(tǒng)，高效地避免了地下水的過度開采。再次，荷蘭在其農(nóng)業(yè)中采用無(wú)土栽培技術(shù)和封閉的灌溉系統(tǒng)，減少水分損耗，提高水分利用效率。

1.3 澳大利亞——健全的節(jié)水體系

澳大利亞全國(guó)具有灌溉條件的耕地面積僅占總耕地面積的15%，其余均為旱作農(nóng)業(yè)區(qū)。為了充分利用土壤水分以及提高土壤對(duì)降水的利用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提高，澳大利亞探索出了農(nóng)機(jī)固定道作業(yè)技術(shù)體系[6]。如昆士蘭大學(xué)發(fā)明了一套固定道機(jī)械作業(yè)模式，該項(xiàng)技術(shù)主要依據(jù)農(nóng)田中機(jī)械作業(yè)幅寬及所種植作物的行距等，建立定寬度的機(jī)組作業(yè)固定道，實(shí)現(xiàn)田間作業(yè)的機(jī)組動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輪和機(jī)具承載輪都在固定道上行走，這樣提高了機(jī)械作業(yè)效率，增加了田間土壤的蓄水能力，減少地表徑流，同時(shí)增加了單位面積產(chǎn)量，這項(xiàng)技術(shù)在澳洲果園管理生產(chǎn)中得到有效利用。目前，昆士蘭大學(xué)與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、山西省壽陽(yáng)縣在此方面進(jìn)行了技術(shù)合作，并在山西省壽陽(yáng)縣建立了示范區(qū)，取得了預(yù)期效果。此外，澳大利亞還重視秸稈還田覆蓋技術(shù)體系，提高土壤蓄水能力，防止徑流和蒸發(fā)損失，使有限的天然降水能夠充分有效地用于植物生長(zhǎng)。

2 國(guó)內(nèi)推廣的節(jié)水灌溉技術(shù)

在我國(guó)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水資源供需矛盾日益突出，全國(guó)年缺水量約400×108m3，其中灌區(qū)缺水約300×108m3[7]。尤其在北方地區(qū)果園出現(xiàn)了持續(xù)干旱缺水，北方地區(qū)的水資源遠(yuǎn)不能可持續(xù)地滿足水果生產(chǎn)的需要，水源不足已成為影響我國(guó)果園生產(chǎn)發(fā)展的主要瓶頸問題。因此，節(jié)水灌溉技術(shù)在我國(guó)果園管理中勢(shì)在必行。

目前在我國(guó)果園中應(yīng)用的節(jié)水灌溉技術(shù)主要包括：工程節(jié)水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)和節(jié)水管理技術(shù)三個(gè)方面。

2.1 工程節(jié)水技術(shù)

工程節(jié)水技術(shù)的措施主要有滴灌、渠道防滲、管道輸水和地下痕量灌溉等灌溉技術(shù)，可有效減少蒸發(fā)、滲漏和徑流損失[8]。滴灌在很大程度上減少了水分蒸發(fā)，從而降低樹體耗水和提高土壤溫度，提高水分利用效率，改善果樹生長(zhǎng)環(huán)境，便于噴藥、修剪或采果等果園管理工作。李巧珍等[9]以滴灌方式對(duì)蘋果園土壤水分動(dòng)態(tài)、耗水量和產(chǎn)量影響的研究表明，滴灌技術(shù)能夠更好地控制蘋果樹枝條的生長(zhǎng)，減少剪枝工作量，使果實(shí)產(chǎn)量和水分利用效率都達(dá)到最高水平。渠道防滲和管道輸水這兩項(xiàng)工程技術(shù)是提高輸水效率的有效措施，采用渠道襯砌可減少滲漏損失，管道輸水有地下埋設(shè)固定管道及地面活動(dòng)軟管兩種，其中地面活動(dòng)軟管已經(jīng)在華北平原旱區(qū)得到大面積推廣，可減少用水量30%左右，是簡(jiǎn)易可行的節(jié)水有效措施。痕量灌溉[10]是近年來(lái)我國(guó)自主研發(fā)的專利技術(shù)，利用土壤毛細(xì)管和作物—土壤—灌水器水分平均原理，實(shí)現(xiàn)作物的主動(dòng)式灌溉，以極其微小的速度，均勻持續(xù)地將水分直接運(yùn)輸?shù)街参锔蹈浇耐寥乐校瑥亩岣咚掷寐屎捅３滞寥浪址€(wěn)定。張紅軍等[11]研究表明痕量灌溉系統(tǒng)可使土壤水分含量維持在60%～80%，并維持穩(wěn)定的土壤水分環(huán)境，可充分滿足越橘生長(zhǎng)結(jié)果對(duì)土壤水分的需求，能最大限度減少雜草滋生，從而降低水肥浪費(fèi)和管理成本。

2.2 農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)

農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)的有效措施主要有田間覆蓋保水技術(shù)、農(nóng)田水肥耦合技術(shù)以及抗旱增產(chǎn)新品種選育與應(yīng)用。首先，重視農(nóng)田覆蓋，如秸稈覆蓋、地膜覆蓋和生草覆蓋等田間覆蓋保水技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，通過人工調(diào)控土壤與作物間水分條件，降低農(nóng)田水分無(wú)效蒸發(fā)，同時(shí)保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)，從而提高用水效率，韓翔等[12]采用覆蓋麥秸和透明地膜措施對(duì)盆栽梨樹土壤理化性質(zhì)的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明覆蓋麥秸和透明地膜均能有效提高土壤保水性能，麥秸覆蓋保水效果最好，透明地膜覆蓋增溫效果最明顯。郝淑英等[13]在黃土高原區(qū)蘋果園內(nèi)采用生草覆蓋方式研究對(duì)土壤理化性狀影響，結(jié)果表明生草覆蓋后，土壤水分蒸發(fā)減緩，容水能力增加，并且有良好的保墑作用，使下層土壤水分向上層移動(dòng)從而供給果樹根系集中分布層的水分需求，促進(jìn)果樹根系發(fā)育，提高果園保水保墑及抗旱性能。其次，充分發(fā)揮水肥協(xié)同作用，如水肥耦合技術(shù)在果樹栽培上得到有效應(yīng)用，通過合理灌溉和施肥，提高果樹水肥利用效率和果實(shí)品質(zhì)，安華明[14]采用水肥耦合技術(shù)對(duì)柑橘產(chǎn)量的影響進(jìn)行了研究，結(jié)果表明水肥耦合較肥料干施顯著提高了柑橘產(chǎn)量，說明肥水協(xié)調(diào)作用可顯著增加柑橘樹體對(duì)肥料的吸收利用效率。王進(jìn)鑫[15]等研究結(jié)果表明，在渭北旱塬南緣，采取合理的水肥組合與管理措施，可以顯著改善矮化紅富士幼樹的營(yíng)養(yǎng)狀況，促進(jìn)新梢生長(zhǎng)和提早開花結(jié)實(shí)。再次，合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，利用生物技術(shù)及基因工程技術(shù)培育果樹高產(chǎn)品種，尤其是培育抗旱增產(chǎn)新品種是提高農(nóng)業(yè)用水效率的重要措施，如利用特異性蘋果屬資源和現(xiàn)有的矮化砧木進(jìn)行雜交，選育適合我國(guó)不同立地條件的抗旱、抗病和無(wú)融合生殖特性的優(yōu)良矮化砧木品種[16]。

2.3 節(jié)水管理技術(shù)

改進(jìn)灌溉制度，確保果樹生長(zhǎng)關(guān)鍵期灌水。如在果樹盛果期，應(yīng)做好灌溉工作，合理灌水。在需水非關(guān)鍵期進(jìn)行儲(chǔ)水灌溉，控制樹體過旺生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)矮化密植，緩解春季用水高峰期供需矛盾，既改善了果實(shí)品質(zhì)，又提高了水肥利用效率。同時(shí)灌區(qū)要完善基礎(chǔ)設(shè)施體系以及加強(qiáng)維修管理制度，防止渠道決口。改進(jìn)耕作措施，改良土壤條件，保證土壤中水分和空氣的協(xié)調(diào)存在，如平整土地、中耕、松土及耙磨保墑等，提高蓄水和保水能力。此外，現(xiàn)代節(jié)水管理體系在硬件設(shè)備和軟件設(shè)備的集成方面得到有效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了灌溉水資源的合理配置和灌溉系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度，農(nóng)田水分得到高效利用。如通過對(duì)農(nóng)田信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)作物需水規(guī)律、缺水診斷指標(biāo)及灌溉控制指標(biāo)進(jìn)行水分調(diào)控，確保灌溉的適時(shí)適量，尤其是紅外遙感技術(shù)的應(yīng)用，使得在土壤水分動(dòng)態(tài)、氣象動(dòng)態(tài)、作物水分狀況等方面的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和采集得到長(zhǎng)足發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)用水最佳效益[17]。

3 展望

科學(xué)的節(jié)水灌溉技術(shù)對(duì)于緩解水資源供需矛盾、改善果園生態(tài)環(huán)境以及促進(jìn)果樹生長(zhǎng)發(fā)育至關(guān)重要。互聯(lián)網(wǎng)智能控制等先進(jìn)技術(shù)在國(guó)外果園節(jié)水灌溉中得到有效應(yīng)用，再加上精細(xì)的管理系統(tǒng)和健全的節(jié)水體系，實(shí)現(xiàn)了精確和高效節(jié)水灌溉，有效滿足果樹在不同生長(zhǎng)期的需水。我國(guó)果園節(jié)水灌溉采用傳統(tǒng)節(jié)水灌溉技術(shù)和現(xiàn)代新型節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合的方式調(diào)控果樹自身節(jié)水，從而達(dá)到提高水分、養(yǎng)分有效利用率的目的，實(shí)現(xiàn)果樹優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。我國(guó)雖在工程節(jié)水技術(shù)、農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)和節(jié)水管理技術(shù)方面取得了一定效果，但是總體缺水形勢(shì)仍未得到緩解，很多地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺，而農(nóng)業(yè)用水占總用水量比重加大，水分利用效率依然很低。借鑒國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家先進(jìn)節(jié)水灌溉經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)節(jié)水灌溉應(yīng)針對(duì)不同地域以及種植不同類型水果的果園，提出合理系統(tǒng)的節(jié)水灌溉方案；加強(qiáng)法律監(jiān)督監(jiān)管力度和市場(chǎng)調(diào)控機(jī)制，促使農(nóng)田節(jié)水工作產(chǎn)業(yè)化；促進(jìn)科學(xué)節(jié)水技術(shù)研究創(chuàng)新，提升國(guó)際間的科技交流與合作，積極借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，有效推進(jìn)我國(guó)果園節(jié)水灌溉技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

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