節水灌溉技術在核桃上的應用

任哲斌，程 濱，趙瑞芬，滑小贊，王 森，王 釗，劉曉娟

（1.山西大學生物工程學院，山西太原030006；2.山西省農業科學院果樹研究所，山西太原030031；3.山西省農業科學院農業環境與資源研究所，山西太原030031）

核桃（Juglans regia）屬于堅果類經濟樹種，是我國廣泛栽培的主要經濟林樹種之一。核桃在生長季節，通常會受到干旱脅迫，使生長與產量受到較大影響。相關研究表明[1-3]，核桃對干旱氣候有較強的耐性，對土壤溫度有較高的敏感度，核桃豐產優質的關鍵限制因子是水分，核桃的立地土壤水分供應狀況直接決定核桃的產量與品質。適宜的土壤水分管理是緩解干旱脅迫、促進生長、提高產量及水分利用效率的有效措施。

節水灌溉是依據作物需水規律和當地供水情況，盡可能利用自然降水和灌溉水，以獲取較好的經濟效益和生態效益等而采取措施的總稱[4]。目的是通過水利、農業等方面的節水措施，盡可能減少水資源在輸水、配水、灌水以及作物耗水過程中的損失，提高水資源的利用率，最終實現農作物高產高效[5]。田間灌水節水措施包含節水灌水技術措施和節水灌溉制度措施，前者包括節水地面灌溉技術（畦灌、溝灌、間歇灌、膜上灌）、噴灌技術、微灌技術（滴灌、微噴灌、地下滲灌、小管出流）等；后者包括確定合理的作物灌溉定額、將有限水資源在作物生育期內進行最優分配等內容[6]。目前，我國的核桃園采用傳統的溝灌或畦灌灌溉方式較多，這不僅造成嚴重的水分深層滲漏，大量的肥料也隨灌溉水滲漏流失，而且有可能會污染地下水資源[7-10]。而且傳統灌溉方式難以對水肥進行精確的控制，導致核桃品質差、商品率低，嚴重阻礙了核桃產業的可持續發展。因此，在核桃上采用新型節水灌溉技術勢在必行[11-12]。

1 節水灌溉技術對核桃的影響

果樹是多年生植物，生命周期較長、樹體高大、單株面積較大，其灌溉技術與大田作物不同。微灌特別適合果樹灌溉，它可以保持果樹行間地面干燥，方便進行噴藥、修剪和采果等果園管理工作，并且不會對土壤結構造成破壞[13]。有關滴灌在果樹上的研究較多，與其他灌溉方式相比，其不僅能夠顯著提高果樹的產量和促進果樹生長發育，改善果實品質，提高水肥利用效率[14-15]，而且能夠抑制土壤退化[16]，保證土壤微生物活性處于較高的水平[17]，從根本上解決在丘陵、坡地栽培中的水肥運輸問題[18-20]。

1.1 節水灌溉技術對核桃生理指標的影響

趙經華等[21]研究了干旱區滴灌和畦灌方式下核桃根系總根長、有效根系的空間分布規律，結果表明，滴灌處理的核桃根系在水平方向上距樹45～120 cm 的范圍內有較多分布，并且分布比較均勻，該范圍內，滴灌的總根長比畦灌的長6 278.9 cm，有利于對遠處養分的吸收；在垂直方向上距地面0～100 cm 的范圍內滴灌處理的核桃根系分布較多，而畦灌處理的核桃根系在此范圍內明顯少于滴灌。王磊等[11]研究了干旱區滴灌方式下核桃根系的總根長、根質量、有效吸收根的空間分布規律，結果表明，總根長主要分布在水平方向上120 cm 以內、垂直方向上0～90 cm 區域內；有效吸收根主要分布在水平距離60 cm 以內，地表以下0～60 cm 區域內。趙付勇等[22]在新疆阿克蘇地區的研究表明，滴灌方式灌水土壤水的分布比涌泉灌灌水方式能更好地吻合核桃主根區的分布；滴灌的核桃樹干莖流速率比涌泉灌大11.91%。李和兵等[23]研究表明，滴灌與低壓軟管灌水分主要分布在利于核桃吸收的毛根區。趙經華等[24]研究認為，在30 mm 灌水定額下，滴灌的核桃樹葉片葉面積比涌泉灌要大。

1.2 節水灌溉技術對核桃產量及品質的影響

趙付勇等[22]研究認為，滴灌灌水方式核桃總產量要比涌泉灌多35.82%，滴灌的核桃脂肪含量比涌泉灌高2.10%。李和兵等[23]研究表明，滴灌全生育期產量最高；相對于漫灌，滴灌可增產7.1%，溝灌可增產8.4%，低壓軟管灌可增產4.5%。趙經華等[24]的研究表明，在30 mm 灌水定額下，滴灌核桃產量比涌泉灌高48.14%，滴灌的蛋白質含量（19.8%）比涌泉灌略低，而脂肪質量分數比涌泉灌大。胡瓊娟等[25]研究了滴灌和微噴2 種微灌技術對核桃產量及果實品質的影響，結果表明，滴灌和微噴這2 種灌溉方式對產量的影響不大，滴灌的出仁率、蛋白質含量比微噴均高18%，滴灌和微噴的粗脂肪含量無顯著差異。張懷生[26]研究了滴灌、噴灌和漫灌3 種灌溉方式對核桃堅果中全N、全P、全K、Ca、Mg 等5 種礦質元素含量的影響，結果表明，在相同耗水量的滴灌條件下，4 個核桃堅果品種的5 種礦質元素含量的積累均好于其他2 種灌溉方式。

1.3 節水灌溉技術對核桃水分利用效率的影響

趙經華等[21-24]研究表明，核桃各生育期耗水量變化趨勢為先增大后減小，核桃樹耗水量最大的生育期是油脂轉化期，同時硬核期與油脂轉化期占到全生育期耗水量耗水模數總和的60%以上；在30 mm灌水定額下，滴灌耗水量比涌泉灌高6.22%。趙付勇等[22]研究表明，滴灌水分利用率相對涌泉灌提高了35.71%。李和兵等[23]研究表明，滴灌全生育期灌水量最低；相對于漫灌，滴灌可節水54.3%，溝灌可節水35.0%，低壓軟管灌可節水54.3%。胡瓊娟等[25]研究結果表明，在相同的灌溉制度下，核桃樹微噴與滴灌的耗水規律略有不同，微噴灌水條件下核桃果實膨大期及成熟期耗水量稍大，二者的累積耗水量相同。滴灌和微噴這2 種灌溉方式對水分利用效率的影響不大。趙經華等[27]研究了不同灌水技術下成齡核桃的耗水規律，結果表明，微灌各處理累積耗水量較漫灌處理減少15.4%～41.0%；水分生產效率2 管滴灌處理最高，環灌處理次之，微灌各處理水分生產效率較漫灌增長3.5%～28.6%。綜合考慮產量與水分生產效率，成齡核桃樹微灌用環灌和3 管滴灌布置較好。

2 核桃節水灌溉制度研究

在水分供給不足的條件下，作物的灌溉制度是對有限的可供水量在作物全生育期內進行灌水時間和灌水定額的最優分配[28]。近年來，國內有許多學者對核桃進行了不同灌水量和不同灌水時期的研究，并綜合考慮核桃生理生長狀況、果實產量和品質等多方面因素，得出了合理的灌溉制度[29]。

2.1 節水灌溉條件下不同灌水量對核桃的影響

2.1.1 不同灌水量對核桃生長生理指標的影響唐忠建等[30]在新疆阿克蘇地區研究不同滴灌量下核桃生長發育狀況和水分蒸發的變化規律，結果表明，不同滴灌量下的蒸騰量從大到小的排序為每666.7 m2滴灌量50，40，45，30，35 m3。趙付勇等[31]研究表明，在不同灌水定額處理條件下莖流速率日平均值大小排序為灌水定額45 mm＞灌水定額30 mm＞灌水定額15 mm；不同灌水定額間核桃莖流速率具有顯著相關性。馬華冰等[32-33]以小管出流為灌溉方式，設置5 個水平灌水量（0，15，30，45，60 kg/（株·次）），對照為常規管理灌水量600 kg/（株·次），研究了不同處理的核桃枝葉生長狀況、葉綠素熒光特性、樹干液流，結果表明，土壤含水量和新梢生長量隨著灌水量的增加顯著增大；隨著灌水量的減少，核桃葉片初始熒光（Fo）逐漸增大，最大熒光（Fm）、PSⅡ最大光化學效率（Fv/Fm）和PSⅡ電子傳遞量子產量（ΦPSⅡ） 顯著或極顯著降低；60 kg/（株·次）或對照處理的樹干瞬時最大液流速率和日平均液流速率最大；在一定范圍內，隨著土壤水分含量的增大樹干液流增大，超過臨界值液流速率又會降低；葉片水勢日變化趨勢與土壤含水量顯著相關，過低的土壤水分含量會導致葉片水勢日變化由“V”型曲線變為“W”型曲線。李丹等[34-37]研究表明，滴灌條件下，不同灌溉定額的核桃樹在油脂轉化期葉面積指數差異不顯著；在相同灌水定額下，滴灌的葉面積指數明顯大于涌泉灌的葉面積指數；同時對比了以7，8 年生核桃灌水定額為150，300，450 m3/hm2的冠層參數、截獲輻射能，結果表明，灌水定額為300 m3/hm2的葉面積指數、截獲輻射能均為最大，更有利于核桃的生長發育；不同灌水定額對葉面積指數的變化影響均表現為300 m3/hm2＞450 m3/hm2＞150 m3/hm2；影響核桃干產量的關鍵性因素是葉面積指數和灌水定額，葉面積指數作用大于灌水定額；灌水定額不同會顯著影響植株冠層截獲的輻射能，較大的灌水定額在一定灌水定額范圍內不能顯著地提升截獲輻射量；核桃樹各生育期葉面積指數與截獲輻射能呈極顯著正相關，灌水定額為300 m3/hm2時，接近農業灌水效率最大、產量最大的目標。馬華冰等[38]以小管出流的灌水方式，設置30，40，50，60，70 kg/（株·次）5 個水平的灌水處理，研究核桃適宜的灌水方法和灌水量，結果表明，適度的水分脅迫能提高核桃葉片的水分利用效率；各處理的葉片水分利用率隨著灌水量的增大表現出先增加后減小的趨勢；各處理中葉片的凈光合速率、氣孔導度最大均為50 kg/（株·次）處理，蒸騰速率最大為50 kg/（株·次）處理。趙經華等[24]等研究了不同灌水處理，滴灌（灌水定額為15，30，45 mm）、涌泉灌（灌水定額為30 mm）對核桃樹生理的影響，結果表明，各處理間葉綠素最大值時及最終葉面積的大小關系表現為滴灌30 mm 處理＞滴灌45 mm 處理＞涌泉灌30 mm 處理＞滴灌15 mm 處理，各處理間差異顯著；張雪梅等[1]探討了不同灌溉水量對核桃生長的影響，結果表明，在一定灌水量范圍內，光合速率、葉面積指數隨灌水量增大而增大，但超出該范圍后，光合速率、葉面積指數反而減小。

2.1.2 不同灌水量對核桃產量及品質的影響 唐忠建等[30]研究表明，在675 m3/hm2的滴灌量下，果實生長速度最快，橫縱徑最大。馬華冰等[32-33]研究認為，單株產量、出仁率和土壤含水量存在極顯著正相關關系，核仁脂肪含量和土壤含水量有顯著相關關系，保證95%最高產量對應的土壤含水量為20.01%～23.91%。馬華冰等[38]對涌泉灌的研究表明，單株產量最大為50 kg/（株·次）灌水處理，極顯著高于30 kg/（株·次）處理，顯著高于40 kg/（株·次）處理，50，60，70 kg/（株·次）處理的單株產量間無顯著差異；隨著灌水量的增大出仁率逐漸增加，殼厚和縫合線高度逐漸減小。趙經華等[24]研究表明，各處理間核桃橫縱徑和體積大小關系均表現為滴灌30 mm 處理＞滴灌45 mm 處理＞涌泉灌30 mm 處理＞滴灌15 mm 處理；滴灌灌水方式下核桃蛋白質隨著灌水定額變大而增大，滴灌45 mm 處理灌水定額比滴灌15 mm 處理高200%，而蛋白質只相對增多了4.08%。鄭冰[39]研究結果表明，不同灌水處理果實橫、縱徑及新梢生長量總體隨灌水量的增大而增大；在一定范圍內核桃產量會隨灌水量的增加而增加，灌水量超出此范圍，核桃產量反而降低，兼顧產量與灌溉水利用效率，推薦600 m3/hm2為最優處理。

2.2 核桃各生育期水分最優分配研究

張娜等[40]研究了滴灌灌溉制度對核桃產量及品質的影響，結果表明，土壤水分下限在果實膨大期對核桃產量影響最大，硬核期其次，開花期最小；土壤水分下限在開花期對核桃蛋白質含量影響最大，硬核期其次，果實膨大期最小；土壤水分下限對核桃硬核期脂肪含量影響最大，果實膨大期其次，開花期最小。胡瓊娟等[41]對核桃滴灌灌溉制度的研究表明，不同水分下限處理耗水總量最大處理為814.38 mm，耗水總量最小處理為711.77 mm，其他各處理介于二者之間；從不同處理各月的日耗水強度來看，4 月日耗水強度最低，在3.57～4.18 mm/d，5 月日耗水強度達到3.78～4.87 mm/d；6—7 月日耗水強度最大，為5.9～7.35 mm/d，8 月以后日耗水強度降低；對產量影響最大的是果實膨大期，開花期的影響次之，硬核期的影響最小，核桃產量最高的各生育期土壤水分下限為60%，60%，50%時，對蛋白質和出仁率的影響最大的是開花期，對脂肪的影響最大的是果實膨大期，硬核期對蛋白質的影響相對較大；50%水分下限的蛋白質、脂肪含量在果實膨大期及硬核期都最高，說明一定的水分脅迫有利于蛋白質和脂肪的積累。綜合考慮產量、果實品質和水分利用效率，土壤水分下限指標在開花期、果實膨大期及硬核期分別為60%，60%和50%。

3 節水灌溉條件下的核桃水肥耦合效應研究

與傳統的施肥灌溉方式相比，水肥一體化基于滴灌技術，可將水肥按照作物的需水需肥規律直接供應到作物根系附近，減少了運輸過程中的水肥損耗，提高了水肥利用效率[42]。這種水肥一體化的方式在肥料的利用率上要強于撒施方式，能充分發揮水肥之間的耦合作用[43-44]。對果樹來說，水肥一體化技術可以在結合土壤養分狀況和果樹需肥特性的基礎上進行精準施肥，從而改善果樹生長發育，提高果實品質[45-47]。

張銳等[48]在不同梯度的水肥耦合模式下對滴灌方式下核桃的研究表明，低水、低肥條件下核桃果實含量最低的是脂肪、還原糖、纖維素和碘價，而含量最高的是蛋白質；適度控水、增加施肥量有利于提高核桃葉片的凈光合速率，灌溉定額為3.41 m3/株、施肥水平為2.661 kg/ 株的高肥高水處理可以提高核桃完整個數和產量；水肥耦合可以降低核桃殼厚度。陳加利等[49]研究表明，在3 個施肥水平和3 個灌溉水平下，不同施肥水平核桃葉片凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度和葉片水分利用效率大小順序均為高肥＞正常＞低肥；不同灌溉水平下核桃凈光合速率和胞間CO2濃度大小順序為高水量＞正常水量＞低水量；高水平灌溉量和施肥水平下，核桃平均單株產量顯著高于正常水平和低水平（P＜0.05）；核桃在一定范圍內增加灌水量和施肥量可以提高核桃平均單株產量。王忠任等[50]設置不同的水肥正交試驗，研究水肥耦合對核桃生長指標和產量的影響，結果表明，中肥或中水處理對葉片光合作用有利，而過度施肥或灌水都對葉片進行光合作用不利；水肥耦合對核桃果實體積的影響顯著，核桃體積最大出現在中水中肥處理，繼續增加肥或水，都不利于核桃的生長；高水肥處理較中水肥處理施肥量增加一倍，但產量提升不明顯，蛋白質和脂肪的含量反而下降。張銳等[51]對滴灌方式下核桃果實品質的研究表明，施肥量和供水量的相互作用對核桃品質均有一定影響，在供水量8 955 m3/hm2、施肥量1 562.99 kg/hm2（中水中肥）時核桃的出仁率最高；在供水量11 194 m3/hm2、施肥量1 876.01 kg/hm2（高水高肥）時核桃蛋白質含量最高，單寧含量最少；在供水量6 716 m3/hm2、施肥量1 249.97 kg/hm2（低水低肥）時核桃還原糖、脂肪含量最高；核桃品質的各指標受供水量和施肥量的影響不同，適當減少供水量、施肥量可以提高果實的品質及經濟效益。綜合考慮供水量與施肥量，以供水量6 716 m3/hm2、施肥量1 249.97 kg/hm2（低水低肥）為最佳搭配處理。

4 核桃節水灌溉技術存在的問題

節水灌溉及按需供肥相結合的水肥一體化技術是我國現代農業和植物營養學科研究的熱點和重要的發展方向[52-55]，但尚存在很多需要解決的問題。如在研究核桃樹的不同灌溉技術中，對滴灌的研究較多，對其他灌溉技術的研究相對較少；研究核桃樹的耗水規律時，野外試驗監測點過少，而構建更為科學合理的影響效益模型需要設置更多檢測監測點[56]；進行野外試驗影響因素較多，需要室內試驗來輔助完成，但是目前針對室內核桃灌水的試驗不多，而且有關核桃幼樹的研究較少，缺少對不同年齡階段核桃耗水規律的研究[57]。核桃樹屬于多年生植物，1～2 年的試驗數據存在偶然性，研究核桃灌水需要持續多年[58]。目前，有關核桃滴灌灌溉制度的研究并不多，而且不少研究也只是設計不同梯度的灌水定額對核桃某些生長、生理指標及產量的影響。有些試驗灌水量的梯度設計不合理，沒有對核桃生長發育及品質產生顯著影響[59]。有些試驗梯度間的梯度較大，需要在試驗中尋找到更加精確的灌溉制度；以及如何在節水灌溉條件下尋求核桃水肥優化耦合區域，指導生產實際實現核桃高產高效；在水分脅迫下如何科學地使用肥料、提高核桃品質以及灌水和不同肥料種類對核桃生長、產量及品質的影響仍有待研究。當前，核桃的地表微灌技術與農民的耕作方式并不十分配套，核桃樹栽培模式及生產方式需要進一步研究，以適應微灌節水在核桃產業上的推廣應用[60]。

因此，在山地核桃栽培實踐中，加強核桃園水分利用及肥料平衡方面的研究，形成完整的干旱山地核桃水資源高效利用模式及水肥一體化技術體系，是今后核桃節水灌溉的發展方向。