优化核桃灌溉：基于 IRRIFRAME 水平衡模型的关键突破

为优化意大利艾米利亚 - 罗马涅地区核桃灌溉管理，研究人员评估不同灌溉水平影响，发现 50% 和 75% ETc可节水且不影响产量与品质。

　　

一、研究背景

在意大利艾米利亚 - 罗马涅地区，核桃种植近年来发展迅速，已然成为当地农业的重要组成部分。然而，气候变化给这片土地带来了巨大挑战，夏季降水频率显著降低，水资源愈发稀缺，灌溉用水价格也不断攀升。这使得原本依赖传统灌溉方式的核桃种植面临困境，如何在水资源有限的情况下，实现核桃的高产优质，成为亟待解决的问题。

以往，该地区核桃种植的灌溉管理存在诸多不足。一方面，许多种植者仅凭经验进行灌溉，缺乏科学依据；另一方面，现有的灌溉研究大多参考加州或阿根廷的参数和指标，没有充分考虑当地的气候、土壤等实际情况。这就导致了在水资源利用上的不合理，要么灌溉不足影响产量和品质，要么过度灌溉造成水资源浪费 。在此背景下，开展针对该地区核桃灌溉需求的研究迫在眉睫，旨在通过科学的方法优化灌溉管理，提高水资源利用效率，保障核桃产业的可持续发展。

二、研究概况

为解决上述问题，博洛尼亚大学（University of Bologna）、艾米利亚 - 罗马涅运河二级灌溉联盟（Consorzio di Bonifica di II grado per il Canale Emiliano Romagnolo – CER）以及卡塔赫纳理工大学（Technical University of Cartagena）等机构的研究人员，开展了一项极具意义的研究。他们利用 IRRIFRAME 决策支持系统（DSS），评估了不同灌溉水平（100% ET_c、75%ET_c和 50% ET_c）对核桃树生理（茎水势 Ψ_w、叶片光合作用 A 和气孔导度 g_s ）、产量（坚果重量、去壳产量、果仁颜色）和水分利用效率（WUE）的影响，旨在建立一个更适合艾米利亚 - 罗马涅地区核桃生产的优化水平衡模型。该研究成果发表在《Irrigation Science》上，为当地核桃种植的灌溉管理提供了重要的理论依据和实践指导。

研究人员采用了一系列先进的技术方法。在实验设计方面，他们设置了 4 个区组，每个区组包含不同灌溉水平的地块，采用完全随机区组设计，对比了 3 种灌溉水平（50% ET_c、75%ET_c和 100% ET_c），每个处理 16 棵树，选取中间 2 棵树进行数据采集 。在灌溉管理上，借助 IRRIFRAME 决策支持系统，依据 Hargreaves - Samani 方程确定 ET_c ，并考虑土壤、气象等多种因素进行灌溉调度。在测量植物指标时，使用 Scholander 压力室测定茎水势 Ψ_w，用开路式红外气体交换分析仪测量叶片光合作用 A 和气孔导度 g_s ，还对产量、坚果品质等指标进行了详细测定。最后，运用 R 软件进行统计分析，以确定不同处理间的差异。

三、研究结果

1. 气象与灌溉情况：研究期间，四年的气温和参考作物蒸散量（ETo）相似，但年降水量差异较大，且灌溉季节的降雨量也有所不同。基于 100% ET_c的灌溉量在不同年份有所变化，降雨量对 ET_c的贡献比例也各年不同。
2. 植物水分状况：在部分月份，100% ET_c灌溉（CTRL）的核桃树茎水势 Ψ_w显著高于 75% ET_c（DI75）和 50% ET_c（DI50）处理。但总体来看，核桃树对干旱胁迫的敏感性较低，随着时间推移，植株似乎适应了土壤水分的减少。
3. 光合作用与气孔导度：灌溉处理对叶片光合作用 A 和气孔导度 g_s的影响较小，仅在部分年份的特定月份出现差异。这表明核桃树在应对灌溉量变化时，能在一定程度上维持光合作用和气孔导度的稳定。
4. 产量与坚果品质：灌溉处理仅在 2018 年和 2019 年对干产量（带壳坚果）产生显著影响，2018 年 DI50 产量明显低于 DI75 和 CTRL，2019 年 DI50 产量依然最低 。在坚果品质方面，除了 2018 年 DI50 处理的干瘪果仁百分比增加以及 CTRL 处理的果仁湿度增加外，其他年份各处理间坚果品质参数差异不明显。
5. 水分利用效率：灌溉处理对水分利用效率（WUE）影响显著，DI50 和 CTRL 分别表现出最高和最低的 WUE 值，DI75 的 WUE 介于两者之间。这说明在亏缺灌溉条件下，DI50 和 DI75 处理能更好地利用土壤水分储备。

四、研究结论与意义

研究表明，在艾米利亚 - 罗马涅地区的核桃种植中，采用亏缺灌溉率（50% 和 75% 的 ET_c）连续四年对成年核桃园进行灌溉，不会对核桃的生理性能、坚果品质参数和产量产生严重影响。虽然 50% ET_c灌溉处理在最初两年使植物生理性能和产量有所下降，但总体而言，50% 和 75% 的 ET_c灌溉提高了树木的水分利用效率。这意味着在该地区的土壤气候条件下，核桃根系能够从更深的土壤层汲取水分，灌溉量可减少至 75% 甚至 50% ET_c，而不会导致植物遭受严重的水分胁迫。

该研究成果具有重要的实践意义。一方面，IRRIFRAME 水平衡模型相较于传统的灌溉管理方式，能够实现大量的水资源节约，同时不降低树木的生产力和坚果品质；另一方面，研究为进一步优化 IRRIFRAME 模型提供了方向，通过在整个生长季节评估植物生理参数、监测深层土壤湿度和调整作物系数（K_c），可以更精确地制定核桃灌溉计划，避免高估灌溉需求，为核桃种植的可持续发展提供有力支持。