向日葵調虧灌溉研究進展

陳謝田，張恒嘉，雷 聯，展英國

(1.甘肅農業大學水利水電工程學院，甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅省民樂縣洪水河管理處，甘肅 民樂 734500)

0 引言

作為世界第4大油料作物，向日葵在世界各地均有廣泛種植[1]。向日葵籽粒含油量35%～50%，主要由不飽和脂肪酸組成，是人類食用的理想選擇[2]。2018年，全世界向日葵總產量接近5 000萬t，其中超過85%的向日葵來自歐盟國家、俄羅斯、阿根廷、烏克蘭和中國[3]。目前，我國向日葵種植區主要分布在內蒙古、吉林、河北、新疆和甘肅等省區，其他地區有零星種植[4]。研究表明，向日葵全生育期總耗水量相對較高，每生產1 g干物質所需水量470～570 g，向日葵是一種種植面積廣且需水量高的油料作物[5]。然而，由于降水時空分布不均，在干旱和半干旱地區種植向日葵經常出現季節性缺水，從而影響向日葵正常生理活動，造成其產量降低。

調虧灌溉作為一項高效節水灌溉技術，在農業生產中被廣泛應用。調虧灌溉的原理是在作物生長發育的某一時期人為施加一定的水分虧缺，從而影響其光合產物向不同組織器官的重新分配，在提高經濟產量的同時避免營養器官的生長冗余，進而達到農業節水、穩產、優質和可持續發展的目的[6-7]。目前，調虧灌溉理論和技術已在小麥、夏玉米、馬鈴薯、番茄、辣椒、洋蔥、西瓜和菘藍等作物的試驗研究中取得顯著成果，并在部分地區得以推廣[8-15]。針對調虧灌溉在農業生產中的應用，部分學者對向日葵的調虧灌溉機制也進行了研究，但相比其他作物，當前國內外對向日葵進行調虧灌溉的研究相對較少，向日葵調虧灌溉理論體系尚不完善[16-18]。本文在國內外相關研究的基礎上，歸納和總結了水分虧缺對向日葵生長指標、光合生理特性、耗水規律、水分利用效率及產量和品質的影響，分析了目前向日葵水分調虧技術推廣應用面臨的問題，并提出了解決方案，研究成果可為今后向日葵調虧灌溉研究提供理論依據。

1 生長發育

適宜的水分虧缺可以調控作物的生長發育，使其根、莖、葉不產生過量生長，控制作物各部分保持在最優生長量，從而避免生長冗余并提高水分利用效率[19]。云文麗等[16]研究表明，在向日葵苗期進行水分調虧會顯著降低向日葵株高、葉面積和生物量，并在后期進行充分灌水之后，雖然復水補償效應顯著，但在所有處理中各個觀測指標仍處于最低。研究表明，向日葵整個生育期適宜水分為幼苗期和成熟期保持在田間持水量的55%～70%，其余生育期保持在70%～90%。李建軍[20]在河套灌區對向日葵進行了不同灌水量的試驗，研究發現，在不同灌水量條件下，向日葵在全生育期的生物積累量呈現出“緩慢-迅速-緩慢-迅速”的趨勢。此外，張麗等[5]研究了不同時期水分脅迫對向日葵形態特征的影響，結果表明，向日葵在現蕾期和開花期對于水分虧缺最為敏感，在這兩個生育期進行水分調虧將會降低向日葵的株高、莖粗、葉面積和生物量，不利于向日葵的生長。

2 光合特性

光合作用作為植物生長過程中必不可少的生理活動，時常受到水分脅迫的抑制，研究表明，植物在受到水分脅迫時光合作用會顯著降低[21]。宋殿秀等[22]研究表明，向日葵開花期水分虧缺會降低葉片的凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，且隨著調虧時間的增加，下降幅度逐漸變大，但開花期的水分脅迫對胞間CO2濃度的影響并不顯著。云文麗等[23]認為，隨著土壤水分的增加，最大凈光合速率隨之增大，而表觀量子效率的最大值則出現在水分虧缺的情況下。同時研究得出，不同程度的水分虧缺對光補償點和光飽和點具有不同的影響，光補償點隨著土壤含水率的增加而減少，而光飽和點則相反。這表明，水分虧缺會對向日葵可利用光的范圍產生影響，而合理的調虧處理能夠增加光的可利用范圍，更有利于生物量的積累。王璐等[17]在河西綠洲膜下水分調虧試驗中得出，向日葵苗期重度和成熟期中度的水分調虧將顯著降低凈光合速率、氣孔導度和蒸騰速率，并指出適宜的灌溉方案是在其他生育期充分灌水的條件下，進行苗期輕度和成熟期中度調虧。

3 耗水特性

不同時期水分虧缺對作物耗水規律有不同的影響[24-25]。趙經華等[26]以JN361為供試材料，在阿爾泰地區研究不同灌溉定額對向日葵耗水規律的影響時發現，隨著灌溉水量的增加，向日葵的耗水量、耗水強度和耗水模數逐漸增大，其中全生育期耗水量變化范圍在260.3～340.1 mm，耗水強度的變化范圍在2.29～2.98 mm/d。結論得出，在保證開花期和成熟期充分灌水的條件下，向日葵最適宜的灌水定額為52.5 mm(輕度水分虧缺)。田德龍等[27]在內蒙古河套灌區以美葵909為試驗材料，探究不同埋深下不同水分梯度對向日葵生長的影響，得到的研究結果與上述結果相似，向日葵全生育期耗水量隨著水分虧缺程度的加重呈現出增加的趨勢，耗水量值264.5～340.9 mm，其中輕度水分虧缺在保證產量的同時提高了水分利用效率，更有利于向日葵的節水增產。

4 產量和品質及水分利用效率

研究表明，在作物某一生育期進行合理的水分調虧能夠達到優質穩產和提高水分利用效率的目的[28-29]。王璐等[17]研究表明，苗期中度和成熟期輕度水分調虧的產量與全生育期充分灌溉相比無明顯降低，產量可達4 145 kg/hm2，同時品質處于最優，粗脂肪和粗蛋白含量均比其余處理要高，達到了節水、穩產和調質的作用。PETCU E等[30]研究發現，水分脅迫會降低向日葵籽粒產量，但對于品質而言，只有油酸的含量顯著減少，其他含量未發生明顯變化。同樣的，EBRAHIMIAN E等[18]在研究水分脅迫對油料作物產量和品質的影響時發現，水分脅迫會導致向日葵產量的下降，但輕度水分脅迫不會影響向日葵的含油率，只有重度水分虧缺會導致其含油率顯著下滑。此外，單玉芬等[31]和賈騰月等[32]研究結果均表明，向日葵產量隨著灌水量的增大而增加，但輕度水分脅迫能夠提高水分利用效率，使向日葵的綜合效益達到最優。綜上可知，合理的水分調虧會對向日葵的產量、品質及水分利用效率產生有利影響，但土壤水分并不是影響向日葵產量和品質的唯一因素，因此不同地區不同向日葵品種的試驗研究結果存在一定差異。

5 存在的問題與解決方案

調虧灌溉是爭取在改善作物品質的基礎上，實現節水不減產的目標。但這一目標的實現受到很多因素的制約。

首先，開展調虧灌溉需要確定作物水分虧缺程度，可用于確定水分虧缺程度指標有土壤含水量、葉水勢和水分脅迫指數等，但目前獲取這些指標主要是通過實驗室分析和人工田間測量，這種方法收集的數據時效性和準確性差，同時很難采集大尺度數據。針對這一情況可以將衛星遙感技術、地面監測及GIS等現代信息技術應用到水分虧缺程度信息的獲取，這也是研究高效化調虧灌溉機制的必然趨勢。

其次，調虧灌溉涉及到很多對象和因素，靠單一的學科理論去研究水分虧缺對作物生理生化特性的影響存在局限性。所以為制定更加高效的調虧灌溉方案，需將多門學科知識結合起來綜合分析，從宏觀和微觀的角度同時出發，探索作物在受到水分脅迫時其內在的適應力和反應的驅動力，并根據不同作物的生理生化特點，分析不同作物對水分脅迫的響應機制，以便為調虧灌溉制度的制定提供理論依據。

最后，調虧灌溉理論體系已日趨成熟，但單一的灌溉模式遠不能滿足農業生產的需求，所以還需結合其他高效栽培技術進行綜合研究，如調虧灌溉與肥料利用的耦合研究、與農藝措施的配套研究等，需不斷探索一種可行性強、易操作且易推廣的高效組合節水灌溉模式。

6 結束語

調虧灌溉作為非充分灌溉的一種重要形式，可以在保證作物產量和品質的同時，實現對水資源的高效利用。水分脅迫對向日葵生理生化特性有重要影響，但對不同地區和不同向日葵品種的水分虧缺程度很難有統一的衡量標準。自然環境、土壤性質、栽培模式和自身品種都是影響向日葵水分虧缺程度的因素。因此，在今后的試驗研究中要因地制宜，探究不同地區、不同向日葵品種對水分調虧的響應機制，尋求不同地區最優調虧灌溉方案，促進調虧灌溉技術在農業生產中的推廣與應用。

此外，隨著衛星通信技術、遙感影像技術和地理信息系統等對地觀測技術的迅速發展，調虧灌溉試驗研究中手動獲取數據信息的手段必將落伍。因此，今后的試驗研究可以利用衛星遙感技術、人工智能技術、地面監測技術和GIS等現代信息技術與區域模型相結合，對土壤信息、作物生長狀況和作物生長環境等實現實時多維監測，以此推動未來農業信息化的發展。