調虧灌溉技術在葡萄種植中的應用

呂名禮，孟祥偵，李鳴，朱登平，左光燕，李銀華

（1. 上海華維節水灌溉股份有限公司，上海金山 201505；2. 安徽省合肥市農業科學研究院，合肥 230000）

調虧灌溉技術在葡萄種植中的應用

呂名禮1，孟祥偵2，李鳴1，朱登平1，左光燕1，李銀華1

（1. 上海華維節水灌溉股份有限公司，上海金山 201505；2. 安徽省合肥市農業科學研究院，合肥 230000）

本文以調節葡萄植株生理需水特性為基礎，介紹調虧灌溉在葡萄栽培中的應用，包括根系分區灌溉時合理選擇滴灌灌水器、調虧灌溉時機的確定和灌水量的計算方法。建議使用常規充分灌溉時的葡萄需水量作為調虧滴灌系統工程設計最大需水量的計算依據，得出經濟合理的滴灌工程規模為33.3～100 hm2。針對葡萄調虧灌溉與水肥一體化相結合的特點，進行葡萄滴灌利用水溶肥時間的節點。

調虧灌溉；根系分區交替灌溉；葡萄；滴灌；需水量

目前葡萄種植技術創新有了很大進展，出現了葡萄根域限制栽培技術、避雨栽培技術和調虧灌溉技術（Regulated Def i cit Irrigation）。近幾年來，根域限制技術和避雨栽培技術已在我國葡萄栽培區域得到深入研究[1-2]，并在生產上廣泛應用，取得了良好的效果，對推動我國葡萄產業的發展發揮了重要作用。調虧灌溉在上世紀70年代由澳大利亞科學家首次提出，并認為調虧灌溉有益于提高作物產量和品質，是一種高效節水的灌溉方法[3]。調虧灌溉與非充分灌溉有所不同，它是人為對作物施加一定程度的水分脅迫，以影響作物生長、開花結果及成熟的過程，通過缺水讓作物根系在干旱條件下進行水分調節，以提高種植作物的品質和水分利用率。

就葡萄種植而言，通過控制灌溉水量，形成根系水分脅迫，促使葡萄植株內發生應急反應和生長機理變化，通過控制葡萄根系吸收水分來提高水分利用率，降低枝條生長量，減少修剪量，達到增加果實品質的目的。

國內首例報告調虧灌溉技術的研究是由曾德超與澳大利亞科學家合作進行的[4]，此后在各種作物中開展了研究。李華等[5]的研究表明，節水灌溉可以提高葡萄及葡萄酒的質量。Loveys等[6]的研究指出，葡萄調虧灌溉處理后對水分利用效率比普通滴灌提高59.0%，并減少46.0%的灌溉用水量，且葡萄和葡萄酒品質大大改善。王開榮等[7]針對藤稔葡萄的試驗總結出，在萌芽期至始花期，調虧灌溉處理有利于提高果實品質，讓果實可溶性固體物、總糖和維生素C含量升高，同時果酸含量和糖酸比下降；特別是在果實著色期，調虧灌溉處理有利于果實外觀品質提高，果皮花青素含量顯著高于未進行調虧灌溉處理的果實。

幾十年來，美國加州部分葡萄種植園在采用溝畦灌溉時，實行部分根區干旱（Partial Rootzone Drying）的灌溉方法，就是每次灌溉時只對一半的溝或畦進行灌水，即只潤濕葡萄藤蔓下根系的一側，這樣只用一半的灌溉時間就可以完成整個葡萄園區的灌水。通過讓一邊根系缺水，一邊根系充分濕潤的方式，不僅節約了大量的水資源，對提高葡萄特別是釀酒葡萄的品質也產生了積極的影響，對加州缺水地區有很重要的戰略意義。這種對葡萄進行交替灌溉就是根系限域灌溉的雛形，也是一種調虧灌溉方式。

傳統的溝畦灌是濕潤土壤全部體積的灌溉方法，這很難完全精準地實現調虧灌溉，因為它無法控制水的虧缺程度，因而無法調整控制植物的干旱脅迫數值。溝畦頻繁灌溉，植物感受不到干旱脅迫，因為一次灌水使整個根區土壤全部濕潤，甚至部分超過田間持水量，也就是說在通氣良好的土壤上用溝畦灌溉后，干旱脅迫壓力完全消失。

控制葡萄根部水分的灌溉只能通過滴灌系統，人為減少對葡萄一側根部的灌水量，同時交換灌水的根部區域以便讓葡萄需水要求在不同的根區分時得到滿足。文中論述葡萄在兩側根系交替滴灌模式下的應用，涉及根域局部灌溉的滴頭選擇，調虧灌溉的灌水時機確定、滴灌系統設計、需水量計算、經濟合理的滴灌工程規模，通過探討實施創新灌溉方式來達到葡萄增產優產和增收的目的。

1 調控灌水時機

葡萄調虧灌溉對葡萄的品質提高有積極的作用，同時也有不利的一面，不適當地減少對葡萄的灌水量，可能會影響葡萄的正常生長甚至導致減產，說明葡萄的調虧灌水時機把握十分重要。

葡萄植株對水分需求最多的時期是從生長初期到開花前期。開花期間需水量少，以后又逐漸增多，在漿果成熟初期達到高峰，以后又降低。

葡萄調虧灌溉的時機應根據葡萄的需水規律確定。葡萄在生長過程中對水分要求很高。葡萄生長前期，可進行輕度的虧水灌溉處理，在保證葡萄正常開花坐果的條件下，減少葡萄植株不必要的營養生長。許多試驗證明，在葡萄生長季早期實施水分虧缺，不僅可以減少植株的長勢，促進同化物合理分配，改善冠層和葉片的微環境，減少病蟲害的發生，而且也提高了果實的品質[8-9]。果實膨大期則需給予充足的水分以利于葡萄果實的膨大生長，這對鮮食葡萄來說是適用的，但對于釀酒葡萄，較小的漿果含有更多的色素和多酚物質，因此在澳大利亞的葡萄園經常在坐果后立即實施水分虧缺[10]。果實生長后期，也就是從果實著色期到成熟期，是執行調虧灌溉的最佳時機。在此期進行水分虧缺處理，則能增加葡萄果實內不同酚類化合物的濃度和單寧聚合度水平，但其對營養生長的控制影響不大[11]。而在葡萄收獲后水分脅迫則減少根的生長，從而降低了枝條中營養物質的儲備，不利于枝條的成熟，對來年的葡萄生長造成不利影響。

2 調虧灌溉葡萄需水量

調整灌溉的水量多少與葡萄園當地每年的天氣條件有關，這主要取決于葡萄的樹冠層、土壤條件和生長季節的氣候，以及上一年冬季氣候條件。實際生產管理中必須掌握葡萄各生育階段的水分和養分需求，結合實時的土壤墑情、田間持水量、降水情況、空氣溫濕度、葡萄樹長勢等安排執行調虧灌溉用水量。注意不要讓葡萄過度缺水，導致植株萎蔫，嚴重時會引起落葉和果實曬傷，最終導致葡萄品質下降。

調虧灌溉必要條件之一是葡萄園要安裝節水灌溉工程設施，最合適的灌溉方式應該是滴灌，并配套建設自動灌溉控制系統，以實現調控葡萄灌水量的目的。對于實施調虧灌溉的用水量對葡萄的脅迫程度很難有具體的數據，常見的灌水調虧幅度在20%～40%之間。調虧程度必須與調虧時期進行結合，并且需要經過實際實驗驗證后才能夠確定。

圖1是美國加州某釀酒葡萄某年度4月到11月，每月1～15日典型調控水量的過程[12]。圖1中沒有統計并繪出天然降水因子的數據。只是從灌溉系統設計角度出發，根據普通的需水量要求及其對水分虧缺的敏感度反應，人為地對其施加一定程度的水分脅迫。調虧灌溉用水量的計算是一個復雜的、綜合的系統工程，僅依靠人工計算，已經不能夠滿足實時調虧灌溉的需要，必須采用先進的計算機自動控制灌溉方式才能夠實現，比如采用具備專家決策系統功能的“農抬頭智慧農業云平臺”，而無需灌溉項目實施方或種植戶去掌握其復雜的理論模型。

調虧灌溉時滴灌系統實際流量是其在執行預先設計的調虧灌溉制度，與灌溉系統工程設計流量參數的關系不大。在設計階段只要滿足充分灌溉時系統最大流量要求，所設計的灌溉系統的流量必然會滿足調虧灌溉處理對系統總流量的要求。

3 合適的灌水模式

葡萄在我國種植非常普遍，從南到北、從東到西都有種植。目前主要以傳統的漫灌、溝灌、穴灌等形式為主，極易形成地面徑流和深層滲漏，真正被葡萄吸收的水肥比例很低，通常不到30%。不僅浪費大量的水肥，造成土壤板結，還容易滋生雜草和病害，造成面源污染。

圖1 調虧灌溉過程[5]

目前，滴灌系統的節水作用已得到廣泛認可，并在生產中普遍應用。由于葡萄根系相對分布區域較寬，可采用沿種植行向單壟鋪設雙行滴灌帶或滴灌管，將水肥一起精準地輸送至葡萄根區四周土壤，在根系生長區域形成與土壤融合的條狀濕潤帶，利用根系的向水性，誘導根系在植株兩側均衡分布。并通過交替關閉一側滴灌帶的方式，實現根系分區交替灌溉。如果投資受限，也可采用單壟單行滴灌帶，但很難實現調虧灌溉，因為受水區域狹長而導致兩側根系生長受限，葡萄產量和品質將會降低。

杜太生等[13]的研究證明，應用根系分區交替灌溉技術時只要相鄰滴頭間距以及流量適當，即可實現交替灌溉的目的，可使部分根系區域干燥，部分根系區域濕潤，讓根系兩側區域分別經受缺水的鍛煉。根系分區交替滴灌起到節水的目的，同時使葡萄葉片和果實的水分利用效率明顯增加，較常規滴灌的水分利用率提高37.36%；同時可顯著提高果實中的維生素C含量，使果酸含量降低，可溶性固形物含量顯著提高。該模式特別適用于葡萄間距較大的葡萄園，可根據葡萄的實際定植情況，靈活調整滴頭安裝位置。

4 工程規模

葡萄灌溉工程規劃階段應該根據《微灌工程技術規范》（GB/T 50485-2009）[14]要求進行水土平衡分析以便確定合理的工程規模。水源提供的水量有限時，應根據可供流量確定最大可能的灌溉面積。水源為流量不限的江河、塘、水渠時，應同時考慮水源水量、輸水管（渠）道建造費用等因素確定灌區面積。經過多年的工程實踐表明，采用地表水為水源的滴灌工程，經濟合理的單項灌溉工程面積控制在33.3～100 hm2比較合適，不宜超過200 hm2。

葡萄灌溉工程規劃設計要對水源的水量、水位、水質進行全面評估，確定設計項目水源的供水能力。對采用已建水源供水的工程，其供水能力根據原來工程設計和運行情況來確定。對于新建的水源工程，供水能力即要根據水源勘察資料來確定。

5 結論

葡萄調虧灌溉技術是以葡萄植株生理需水特性為基礎的一種人工施加水分脅迫的高效節水灌溉方法，常常需要采用管道輸水灌溉設備，并借助自動控制系統來實現。研究結果也表明，調虧灌溉不僅能夠有效提高水分利用率，可以在保證葡萄品質、產量的前提下，降低用水量，減少修剪量，并且達到精準灌溉和施肥的目的。

目前大多數調虧灌溉項目都是建立在滴灌設施基礎之上，利用滴灌節水工程實現作物養分綜合調配的水肥一體化技術，而且這一技術得到了政府部門的高度認可。目前，國內采用滴灌水肥一體化的葡萄種植面積正在迅速擴大，并取得了顯著的經濟效益、環境效益和社會效益。

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[2] 張國軍, 王曉玥, 任建成, 等。限制供水對北京地區避雨栽培葡萄生長結果的影響[J]. 中外葡萄與葡萄酒, 2015(4): 45-47.

[3] 牛帥科, 楊麗麗, 孫聰偉, 等. 葡萄調虧灌溉研究進展[J]. 中外葡萄與葡萄酒, 2016(5): 128-130.

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[5] 李華, 張振文. 節水灌溉與葡萄及葡萄酒的品質[J]. 葡萄酒學院年報, 2000: 56-65.

[6] LOVEYS B R, DRY P R, Stoll M, et al. Using plant physiology to improve the water use efficiency of horticultural crops[J]. Acta Horticulturae, 2000, 537(1): 187-197.

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[14] 中華人民共和國國家標準. 微灌工程技術規范: GB/T 50485-2009[S]. 北京: 中國計劃出版社, 2009.

10.13414/j.cnki.zwpp.2017.04.019

2017-06-09

呂名禮，男，上海華維節水灌溉股份有限公司董事長。E-mail: irrigation@foxmail.com