干旱胁迫下茶园节水灌溉技术研究进展

资料图

茶产业在经济、文化等领域发挥重要作用，存在巨大的经济效益和良好的生态环保效益。水分作为茶树生命物质，在茶树代谢、生理生化过程中扮演重要角色，对茶树生长发育、茶叶产量和品质的形成有重大意义。

干旱是影响农业生产的主要矛盾，随着全球气候变暖和水资源短缺，干旱对茶叶生产的制约作用日益凸显。叶片蒸腾速率过高或根系吸水困难会导致茶树遭受水分胁迫，因此带来的茶叶损失高于其他非生物胁迫。

加强茶园土壤水分管理，发展茶树节水灌溉技术，有效应对茶树干旱胁迫，对未来茶业发展至关重要，是农业可持续发展的关键组成。

本文在分析干旱胁迫下茶区节水灌溉技术应用现状的基础上，结合茶叶生产现状，汇总茶区节水灌溉技术原理及发展趋势，为茶区规划和引导茶叶产业持续发展提供技术支持和理论依据。

1  影响机理

茶树是一种具有高呼吸的C3植物，蒸腾耗水多，太阳辐射能量的利用率远低于其他C4植物，茶树的生长较其他C4植物对水分要求更高。干旱引起气孔闭合或代谢损伤，造成叶片面积减少，单位叶面积光合速率降低，进而引起光合作用降低。

植物遭遇水分胁迫时，有限的细胞间CO2浓度使光合电子输运成分减少，进而降低分子氧，导致活性氧（ROS）的产生，对光合器官造成严重损害。植物的反应与干旱胁迫的严重程度和持续时间、物种、发展阶段以及与环境因素的相互作用有关。

茶树诸多生理指标会因节水灌溉技术和灌溉制度的不同发生显著变化，如叶片水势、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、茶多酚和游离氨基酸等。干旱对茶树生理生态指标的影响错综复杂，且植物体内的生理反应相互关联、相互影响，干旱胁迫对茶树生理和茶区生态的影响机制仍有待进一步综合探究。

干旱胁迫造成茶叶减产的现象在20世纪80年代后被大量报道。在大多数茶叶种植区，干旱和严重的霜冻造成的茶叶产量减少的程度都在增加。随着全球气候变化，干旱严重威胁到中国、肯尼亚、斯里兰卡和印度等茶叶生产国的茶农生计安全。

一般情况，茶树具备牺牲光合作用来应对水分胁迫内在机制。如果水分胁迫时间延长，茶树的生长和生产力就会大大减少，直至死亡。干旱胁迫作为影响茶叶生产的主要非生物因素，对产量的影响高达14%~33%，甚至会造成6%~19%的植物死亡率。

Salardini AA发现伊朗茶叶的产量和对化肥施用的反应根据供水情况变化很大。生长期内，降雨数量和分布不利的情况下，灌溉在增加产量方面效果大于施肥。Roy S等研究表明，水分供应充足的树木和植物可以降低红蜘蛛的侵害。因此，应该注意提供适当的灌溉，避免茶园遭受水分胁迫。

干旱胁迫下茶树节水栽培的根本途径是选育、推广耐旱品种。Gupta S等研究表明cDNA-AFLP技术能够识别抗旱基因或转录物，实现抗旱性状的表达。

郭春芳鉴定出铁观音、玉龙、和毛蟹等15个节水高产茶树品种。水分利用效率（WUE）是植物抗旱能力的重要指标，指的是植物消耗单位数量的水分所同化的CO₂数量，植物WUE不仅与自身的遗传基础密切相关，也受众多外界因素的影响，通过节水灌溉技术措施实现茶树高WUE，是抵御水分胁迫的关键，也是茶区节水抗旱理论研究的重点。

茶园水分散失的主要途径有植物蒸腾、棵间蒸发和深层渗流等。棵间蒸发和深层渗流属于无效耗水，在干旱已成为制约茶叶生产的主要气象影响因子的当下，实现茶园高效节水保水，应采取科学的节水灌溉技术，减少茶区无效耗水，提高茶树的水分利用率。

实施茶农负担得起的高WUE的高效灌溉系统，才能有效应对气候变化和水资源短缺带来的挑战。目前茶树节水抗旱技术主要集中于工程措施、农艺措施、抑蒸集水和管理节水等方面，其他一些智能化、现代化新技术的渗入揭开了茶区高效节水灌溉的新篇章，成为现代化节水茶区建设的发展方向。

2  研究现状

2.1  基于工程措施的节水灌溉技术

1974年，节水灌溉技术从墨西哥引入中国，在各省、市和自治区迅速推广应用，对农作物、蔬菜、果树、花卉和草坪等植物的节水效果显著，对现代化生态农业园区建设发挥了重要作用。20世纪90年代起，节水灌溉技术在茶树上得以推广，在浙、湘、闽、豫等地区茶园应用广泛。

高效节水灌溉包含了对除土渠输水和地表漫灌之外所有输、灌水方式。输水方式从渠道输水发展至管道输水，输水过程的水利用系数从0.3提高到0.95。灌水方式从地表漫灌发展为喷灌、微灌直至地下滴灌，水的利用系数从0.3提高到0.98。节水灌溉方式的选择应因地制宜，充分考虑气候、环境等综合因素，以增效适用为原则。

滴灌、喷灌和微喷灌是常用的茶园节水灌溉方式。陈瑞明通过对乌龙茶节水灌溉综合技术的研究表明，从整体角度考虑，喷灌效果好，从节水角度考虑，滴灌效果最好。

缪子梅等通过对白茶根区地下40 cm处土壤相对含水量下限进行65%、75%和85%的控制灌溉，研究表明，喷灌能明显增加产量，增产幅度达18.18%~54.55%，相对含水量85%的处理增产效果最佳。微灌能很好控制灌水量，做到适时适量供水，特别是在保水性差的茶园节水效果更为明显。

相同的农艺栽培技术措施情况下，大棚茶树应用微灌系统适时适量灌水后，更能提高光合作用效率，使萌芽提前，产量显著提高。微喷灌可以实现茶树表面和地面水分喷洒均匀，有效地减轻干热对茶树的危害，有利于茶树的生长发育和产量提高。

Yang L J等研究表明滴灌可以在根区保持良好的土壤水分状况，从而提高植物吸收的磷利用率。Liu R等通过对丹江口水库茶区的研究表明，滴灌不仅能降低总氮总磷的损失，还能保持产量，是一种很好的灌溉方式。

广东名优茶园采用微喷灌、滴灌等灌溉方法，显著提高茶树根系周围的土壤含水量，实现茶叶增产，可节水30％以上，且滴灌的灌溉水利用率达到微喷灌的1.5倍。

2.2  基于农艺措施的节水灌溉措施

土壤水分是茶树生理生态需水的主要来源，对茶树的生长发育和产量有着直接的影响。地面覆盖能显著改善土壤水分状况，提高土壤肥力，减少土壤养分流失，提高茶苗的成活率，促进茶苗的生长。

地面铺草处理可在茶园0~20 cm的土壤层内提高8.3%~12.6%土壤含水量，增加0.25%有机质。综合考虑茶树生长、茶叶产量、水分和养分利用率、环境安全和经济效益等因素，秸秆覆盖是夏季茶园地面覆盖的可行措施。在江北茶区，尤其是山东半岛地区，由于春秋短暂，冬夏较长，夏季成为促成幼龄茶树成园最为关键的时期。

另外，增施有机肥料，不仅能够提高土壤有机质含量，还能促进土壤团粒结构的形成，增加毛管水含量，减少蒸发。在防止断根的基础上采取深耕中耕等方式。一方面可以增加土壤蓄水容量，改善作物根系生长环境，提高土壤水的利用率；另一方面可减少棵间蒸发，促进灌溉水及降雨贮存和利用，节水增产效果显著。

2.3  抑蒸集水栽培

解决山地茶园季节性干旱缺水，应充分利用自然降水。园地选择在生态条件良好，土层深厚、土质疏松和排水保水性能良好平地、丘陵和低山建成节水保水型茶园，在水源不足的山坡地茶园上采取雨水富集与利用技术。山地茶园建园时可以在每0.67~1.33 hm²的茶园下方建立供茶园施肥、喷药和灌溉之用的蓄水池。进水口处挖积沙坑，以免池内淤积泥沙。

2.4  茶区其他管理节水

亏缺灌溉是在某个灌溉定额的基础上取得最大的经济效益，在茶树种植中可以起到节水的目的。良好的亏缺灌溉体系，会给茶树生长造成少许压力，可以通过节水达到提高茶叶品质的目的。

旱季来临前不适合中耕除草，因为杂草作为天然屏障，可以减少太阳对茶树和土壤的辐射。旱季前2~3个月，修剪茶树，减少蒸腾，降低茶树水分消耗，提高茶树耐旱能力。

喷灌、沟灌等全面灌溉不宜在中午进行，应选择清晨、傍晚。防止中午天气闷热，地温高，浇灌时迅速蒸发的水汽，“烫死”茶树。茶园铺草、地膜覆盖、遮荫、适当施肥和浅耕培土等方式可以综合应用达到节水的目的。

3  现代化节水灌溉系统应用

随着先进的科技向农业的不断渗透和广泛推广应用，节水灌溉技术正朝着综合化、系统化、智能化和精准化方向发展，现代化节水灌溉系统发展日新月异。

日照地区部分茶园采用微喷灌自动化技术以湿度指标进行自动化控制，集成了以智能、预置、随机和控制监测系统，适时适量供水，严格控制灌水量，节水3 150 m³/hm²，较一般微喷灌节水540 m³/hm²。

何华兴等利用风能将水扬提到山顶蓄水池，不仅为山地果茶园提供灌溉水源，而且采用太阳能蓄电池供电的灌溉自动化控制系统，实现生态茶园灌溉的节能化和网格化。

另外，结合无线传感器网络、数据库技术、PLC技术开发的智能化茶园喷灌系统，在精确采集和监测茶树需水信息和土壤、气象相关信息的基础上，自动生成灌溉方案，实现了自动精确灌溉。

4  存在问题及展望

茶树受干旱胁迫的影响程度受茶树品种、地理环境、气象条件和管理方式等多种因素影响，各种影响因子之间存在着相互影响、错综复杂的关系。针对不同地区节水灌溉方式的选择、灌溉技术参数的确定仍有待于进一步完善，节水灌溉对茶树各生育期各项生理指标影响机制极其复杂，已有的研究未能形成较完备的理论体系，节水灌溉条件下不同环境下茶树生理生化过程、产量、品质的研究亟待深入。另外，现有的理论在实际应用中可能出现一定的偏差，难以从全面的角度指导实际生产。

茶园节水灌溉研究应完善不同区域环境下茶园气象要素、环境要素、生长指标和品质指标等要素的采集，加强对各要素变化分析，建立基于节水灌溉条件下茶树不同生育阶段生长、品质等生理生化指标动态响应模型，因地制宜的对不同灌溉条件下茶叶品质进行综合评价，提出高产、优质、高效的茶园节水灌溉制度。

未来茶园种植管理应该兼顾节约成本的基础上，融合信息化、自动化等先进科技，实现节水灌溉综合化、系统化、智能化和精准化，高效应对干旱胁迫。

来源：2018年9期《农业工程》（中国科技核心期刊）

作者：杜守建  刘泉汝  王娟  

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