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　　干旱脅迫下茶園節(jié)水灌溉技術(shù)研究進(jìn)展

資料圖

茶產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)、文化等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，存在巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的生態(tài)環(huán)保效益。水分作為茶樹生命物質(zhì)，在茶樹代謝、生理生化過程中扮演重要角色，對(duì)茶樹生長發(fā)育、茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的形成有重大意義。

干旱是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要矛盾，隨著全球氣候變暖和水資源短缺，干旱對(duì)茶葉生產(chǎn)的制約作用日益凸顯。葉片蒸騰速率過高或根系吸水困難會(huì)導(dǎo)致茶樹遭受水分脅迫，因此帶來的茶葉損失高于其他非生物脅迫。

加強(qiáng)茶園土壤水分管理，發(fā)展茶樹節(jié)水灌溉技術(shù)，有效應(yīng)對(duì)茶樹干旱脅迫，對(duì)未來茶業(yè)發(fā)展至關(guān)重要，是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵組成。

本文在分析干旱脅迫下茶區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，結(jié)合茶葉生產(chǎn)現(xiàn)狀，匯總茶區(qū)節(jié)水灌溉技術(shù)原理及發(fā)展趨勢(shì)，為茶區(qū)規(guī)劃和引導(dǎo)茶葉產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1  影響機(jī)理

茶樹是一種具有高呼吸的C3植物，蒸騰耗水多，太陽輻射能量的利用率遠(yuǎn)低于其他C4植物，茶樹的生長較其他C4植物對(duì)水分要求更高。干旱引起氣孔閉合或代謝損傷，造成葉片面積減少，單位葉面積光合速率降低，進(jìn)而引起光合作用降低。

植物遭遇水分脅迫時(shí)，有限的細(xì)胞間CO2濃度使光合電子輸運(yùn)成分減少，進(jìn)而降低分子氧，導(dǎo)致活性氧（ROS）的產(chǎn)生，對(duì)光合器官造成嚴(yán)重?fù)p害。植物的反應(yīng)與干旱脅迫的嚴(yán)重程度和持續(xù)時(shí)間、物種、發(fā)展階段以及與環(huán)境因素的相互作用有關(guān)。

茶樹諸多生理指標(biāo)會(huì)因節(jié)水灌溉技術(shù)和灌溉制度的不同發(fā)生顯著變化，如葉片水勢(shì)、凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、茶多酚和游離氨基酸等。干旱對(duì)茶樹生理生態(tài)指標(biāo)的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，且植物體內(nèi)的生理反應(yīng)相互關(guān)聯(lián)、相互影響，干旱脅迫對(duì)茶樹生理和茶區(qū)生態(tài)的影響機(jī)制仍有待進(jìn)一步綜合探究。

干旱脅迫造成茶葉減產(chǎn)的現(xiàn)象在20世紀(jì)80年代后被大量報(bào)道。在大多數(shù)茶葉種植區(qū)，干旱和嚴(yán)重的霜凍造成的茶葉產(chǎn)量減少的程度都在增加。隨著全球氣候變化，干旱嚴(yán)重威脅到中國、肯尼亞、斯里蘭卡和印度等茶葉生產(chǎn)國的茶農(nóng)生計(jì)安全。

一般情況，茶樹具備犧牲光合作用來應(yīng)對(duì)水分脅迫內(nèi)在機(jī)制。如果水分脅迫時(shí)間延長，茶樹的生長和生產(chǎn)力就會(huì)大大減少，直至死亡。干旱脅迫作為影響茶葉生產(chǎn)的主要非生物因素，對(duì)產(chǎn)量的影響高達(dá)14%~33%，甚至?xí)斐?%~19%的植物死亡率。

Salardini AA發(fā)現(xiàn)伊朗茶葉的產(chǎn)量和對(duì)化肥施用的反應(yīng)根據(jù)供水情況變化很大。生長期內(nèi)，降雨數(shù)量和分布不利的情況下，灌溉在增加產(chǎn)量方面效果大于施肥。Roy S等研究表明，水分供應(yīng)充足的樹木和植物可以降低紅蜘蛛的侵害。因此，應(yīng)該注意提供適當(dāng)?shù)墓喔?，避免茶園遭受水分脅迫。

干旱脅迫下茶樹節(jié)水栽培的根本途徑是選育、推廣耐旱品種。Gupta S等研究表明cDNA-AFLP技術(shù)能夠識(shí)別抗旱基因或轉(zhuǎn)錄物，實(shí)現(xiàn)抗旱性狀的表達(dá)。

郭春芳鑒定出鐵觀音、玉龍、和毛蟹等15個(gè)節(jié)水高產(chǎn)茶樹品種。水分利用效率（WUE）是植物抗旱能力的重要指標(biāo)，指的是植物消耗單位數(shù)量的水分所同化的CO₂數(shù)量，植物WUE不僅與自身的遺傳基礎(chǔ)密切相關(guān)，也受眾多外界因素的影響，通過節(jié)水灌溉技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)茶樹高WUE，是抵御水分脅迫的關(guān)鍵，也是茶區(qū)節(jié)水抗旱理論研究的重點(diǎn)。

茶園水分散失的主要途徑有植物蒸騰、棵間蒸發(fā)和深層滲流等?？瞄g蒸發(fā)和深層滲流屬于無效耗水，在干旱已成為制約茶葉生產(chǎn)的主要?dú)庀笥绊懸蜃拥漠?dāng)下，實(shí)現(xiàn)茶園高效節(jié)水保水，應(yīng)采取科學(xué)的節(jié)水灌溉技術(shù)，減少茶區(qū)無效耗水，提高茶樹的水分利用率。

實(shí)施茶農(nóng)負(fù)擔(dān)得起的高WUE的高效灌溉系統(tǒng)，才能有效應(yīng)對(duì)氣候變化和水資源短缺帶來的挑戰(zhàn)。目前茶樹節(jié)水抗旱技術(shù)主要集中于工程措施、農(nóng)藝措施、抑蒸集水和管理節(jié)水等方面，其他一些智能化、現(xiàn)代化新技術(shù)的滲入揭開了茶區(qū)高效節(jié)水灌溉的新篇章，成為現(xiàn)代化節(jié)水茶區(qū)建設(shè)的發(fā)展方向。

2  研究現(xiàn)狀

2.1  基于工程措施的節(jié)水灌溉技術(shù)

1974年，節(jié)水灌溉技術(shù)從墨西哥引入中國，在各省、市和自治區(qū)迅速推廣應(yīng)用，對(duì)農(nóng)作物、蔬菜、果樹、花卉和草坪等植物的節(jié)水效果顯著，對(duì)現(xiàn)代化生態(tài)農(nóng)業(yè)園區(qū)建設(shè)發(fā)揮了重要作用。20世紀(jì)90年代起，節(jié)水灌溉技術(shù)在茶樹上得以推廣，在浙、湘、閩、豫等地區(qū)茶園應(yīng)用廣泛。

高效節(jié)水灌溉包含了對(duì)除土渠輸水和地表漫灌之外所有輸、灌水方式。輸水方式從渠道輸水發(fā)展至管道輸水，輸水過程的水利用系數(shù)從0.3提高到0.95。灌水方式從地表漫灌發(fā)展為噴灌、微灌直至地下滴灌，水的利用系數(shù)從0.3提高到0.98。節(jié)水灌溉方式的選擇應(yīng)因地制宜，充分考慮氣候、環(huán)境等綜合因素，以增效適用為原則。

滴灌、噴灌和微噴灌是常用的茶園節(jié)水灌溉方式。陳瑞明通過對(duì)烏龍茶節(jié)水灌溉綜合技術(shù)的研究表明，從整體角度考慮，噴灌效果好，從節(jié)水角度考慮，滴灌效果最好。

繆子梅等通過對(duì)白茶根區(qū)地下40 cm處土壤相對(duì)含水量下限進(jìn)行65%、75%和85%的控制灌溉，研究表明，噴灌能明顯增加產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度達(dá)18.18%~54.55%，相對(duì)含水量85%的處理增產(chǎn)效果最佳。微灌能很好控制灌水量，做到適時(shí)適量供水，特別是在保水性差的茶園節(jié)水效果更為明顯。

相同的農(nóng)藝栽培技術(shù)措施情況下，大棚茶樹應(yīng)用微灌系統(tǒng)適時(shí)適量灌水后，更能提高光合作用效率，使萌芽提前，產(chǎn)量顯著提高。微噴灌可以實(shí)現(xiàn)茶樹表面和地面水分噴灑均勻，有效地減輕干熱對(duì)茶樹的危害，有利于茶樹的生長發(fā)育和產(chǎn)量提高。

Yang L J等研究表明滴灌可以在根區(qū)保持良好的土壤水分狀況，從而提高植物吸收的磷利用率。Liu R等通過對(duì)丹江口水庫茶區(qū)的研究表明，滴灌不僅能降低總氮總磷的損失，還能保持產(chǎn)量，是一種很好的灌溉方式。

廣東名優(yōu)茶園采用微噴灌、滴灌等灌溉方法，顯著提高茶樹根系周圍的土壤含水量，實(shí)現(xiàn)茶葉增產(chǎn)，可節(jié)水30％以上，且滴灌的灌溉水利用率達(dá)到微噴灌的1.5倍。

2.2  基于農(nóng)藝措施的節(jié)水灌溉措施

土壤水分是茶樹生理生態(tài)需水的主要來源，對(duì)茶樹的生長發(fā)育和產(chǎn)量有著直接的影響。地面覆蓋能顯著改善土壤水分狀況，提高土壤肥力，減少土壤養(yǎng)分流失，提高茶苗的成活率，促進(jìn)茶苗的生長。

地面鋪草處理可在茶園0~20 cm的土壤層內(nèi)提高8.3%~12.6%土壤含水量，增加0.25%有機(jī)質(zhì)。綜合考慮茶樹生長、茶葉產(chǎn)量、水分和養(yǎng)分利用率、環(huán)境安全和經(jīng)濟(jì)效益等因素，秸稈覆蓋是夏季茶園地面覆蓋的可行措施。在江北茶區(qū)，尤其是山東半島地區(qū)，由于春秋短暫，冬夏較長，夏季成為促成幼齡茶樹成園最為關(guān)鍵的時(shí)期。

另外，增施有機(jī)肥料，不僅能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，還能促進(jìn)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，增加毛管水含量，減少蒸發(fā)。在防止斷根的基礎(chǔ)上采取深耕中耕等方式。一方面可以增加土壤蓄水容量，改善作物根系生長環(huán)境，提高土壤水的利用率；另一方面可減少棵間蒸發(fā)，促進(jìn)灌溉水及降雨貯存和利用，節(jié)水增產(chǎn)效果顯著。

2.3  抑蒸集水栽培

解決山地茶園季節(jié)性干旱缺水，應(yīng)充分利用自然降水。園地選擇在生態(tài)條件良好，土層深厚、土質(zhì)疏松和排水保水性能良好平地、丘陵和低山建成節(jié)水保水型茶園，在水源不足的山坡地茶園上采取雨水富集與利用技術(shù)。山地茶園建園時(shí)可以在每0.67~1.33 hm²的茶園下方建立供茶園施肥、噴藥和灌溉之用的蓄水池。進(jìn)水口處挖積沙坑，以免池內(nèi)淤積泥沙。

2.4  茶區(qū)其他管理節(jié)水

虧缺灌溉是在某個(gè)灌溉定額的基礎(chǔ)上取得最大的經(jīng)濟(jì)效益，在茶樹種植中可以起到節(jié)水的目的。良好的虧缺灌溉體系，會(huì)給茶樹生長造成少許壓力，可以通過節(jié)水達(dá)到提高茶葉品質(zhì)的目的。

旱季來臨前不適合中耕除草，因?yàn)殡s草作為天然屏障，可以減少太陽對(duì)茶樹和土壤的輻射。旱季前2~3個(gè)月，修剪茶樹，減少蒸騰，降低茶樹水分消耗，提高茶樹耐旱能力。

噴灌、溝灌等全面灌溉不宜在中午進(jìn)行，應(yīng)選擇清晨、傍晚。防止中午天氣悶熱，地溫高，澆灌時(shí)迅速蒸發(fā)的水汽，“燙死”茶樹。茶園鋪草、地膜覆蓋、遮蔭、適當(dāng)施肥和淺耕培土等方式可以綜合應(yīng)用達(dá)到節(jié)水的目的。

3  現(xiàn)代化節(jié)水灌溉系統(tǒng)應(yīng)用

隨著先進(jìn)的科技向農(nóng)業(yè)的不斷滲透和廣泛推廣應(yīng)用，節(jié)水灌溉技術(shù)正朝著綜合化、系統(tǒng)化、智能化和精準(zhǔn)化方向發(fā)展，現(xiàn)代化節(jié)水灌溉系統(tǒng)發(fā)展日新月異。

日照地區(qū)部分茶園采用微噴灌自動(dòng)化技術(shù)以濕度指標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)化控制，集成了以智能、預(yù)置、隨機(jī)和控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，適時(shí)適量供水，嚴(yán)格控制灌水量，節(jié)水3 150 m³/hm²，較一般微噴灌節(jié)水540 m³/hm²。

何華興等利用風(fēng)能將水揚(yáng)提到山頂蓄水池，不僅為山地果茶園提供灌溉水源，而且采用太陽能蓄電池供電的灌溉自動(dòng)化控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)茶園灌溉的節(jié)能化和網(wǎng)格化。

另外，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、PLC技術(shù)開發(fā)的智能化茶園噴灌系統(tǒng)，在精確采集和監(jiān)測(cè)茶樹需水信息和土壤、氣象相關(guān)信息的基礎(chǔ)上，自動(dòng)生成灌溉方案，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)精確灌溉。

4  存在問題及展望

茶樹受干旱脅迫的影響程度受茶樹品種、地理環(huán)境、氣象條件和管理方式等多種因素影響，各種影響因子之間存在著相互影響、錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。針對(duì)不同地區(qū)節(jié)水灌溉方式的選擇、灌溉技術(shù)參數(shù)的確定仍有待于進(jìn)一步完善，節(jié)水灌溉對(duì)茶樹各生育期各項(xiàng)生理指標(biāo)影響機(jī)制極其復(fù)雜，已有的研究未能形成較完備的理論體系，節(jié)水灌溉條件下不同環(huán)境下茶樹生理生化過程、產(chǎn)量、品質(zhì)的研究亟待深入。另外，現(xiàn)有的理論在實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)一定的偏差，難以從全面的角度指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)。

茶園節(jié)水灌溉研究應(yīng)完善不同區(qū)域環(huán)境下茶園氣象要素、環(huán)境要素、生長指標(biāo)和品質(zhì)指標(biāo)等要素的采集，加強(qiáng)對(duì)各要素變化分析，建立基于節(jié)水灌溉條件下茶樹不同生育階段生長、品質(zhì)等生理生化指標(biāo)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型，因地制宜的對(duì)不同灌溉條件下茶葉品質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的茶園節(jié)水灌溉制度。

未來茶園種植管理應(yīng)該兼顧節(jié)約成本的基礎(chǔ)上，融合信息化、自動(dòng)化等先進(jìn)科技，實(shí)現(xiàn)節(jié)水灌溉綜合化、系統(tǒng)化、智能化和精準(zhǔn)化，高效應(yīng)對(duì)干旱脅迫。

來源：2018年9期《農(nóng)業(yè)工程》（中國科技核心期刊）

作者：杜守建  劉泉汝  王娟  

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