节水灌溉策略下红花水分利用、产量及根系生长特征：地表与地下滴灌系统的比较研究

本研究针对干旱半干旱地区水资源短缺问题，系统评估了不同灌溉策略（全灌溉FI、局部根区干燥PRD和常规亏水灌溉DI）、滴灌带间距（20 cm、40 cm、60 cm）及滴灌方式（地表SD与地下SSD）对红花水分利用效率、产量和根系生长的影响。结果表明，PRD和DI在节水25%的同时仅造成9.4%和13.6%的产量损失，SSD系统通过减少蒸发显著提升水分生产率。窄间距（20 cm）配合PRD策略可实现水分节约与产量稳定的最优平衡，为旱区农业节水生产提供了重要技术支撑。

　　

在全球水资源日益紧缺的背景下，发展节水农业技术已成为干旱半干旱地区农业可持续发展的关键。伊朗作为典型的半干旱国家，面临着地下水资源过度开发与灌溉效率低下的双重压力。红花（Carthamus tinctorius L.）作为一种耐旱油料作物，因其较强的抗旱性和生物柴油生产潜力而受到广泛关注。然而，传统的灌溉方式往往导致大量水分浪费，如何通过创新灌溉技术提高水分利用效率成为亟待解决的问题。

以往研究表明，滴灌系统能够有效减少水分损失，但不同滴灌方式（地表滴灌SD与地下滴灌SSD）及灌溉策略（全灌溉FI、局部根区干燥PRD和亏水灌溉DI）对红花生长的影响尚不明确。此外，滴灌带间距的优化设计对水分分布和作物根系发育具有重要影响，但相关研究仍较为缺乏。为此，伊朗设拉子大学的研究团队在《Agricultural Water Management》上发表了一项为期两年的田间试验，系统探讨了这些因素对红花水分利用、产量及根系特性的综合效应。

研究人员采用了裂-裂区试验设计，主要技术方法包括：基于Penman-Monteith方程的作物需水量计算、中子仪土壤水分监测、微蒸渗仪测定土壤蒸发量、根系采样与形态分析（根长密度RLD、根质量密度RMD、比根长SRL），以及水分生产率（WP_CET、WP_CT、WP_irrig等）的量化评估。试验在2018和2019年两个生长季进行，共设置3种灌溉策略、3种滴灌带间距和2种滴灌系统，重复3次。

3.1 灌溉与作物水分利用

结果显示，PRD和DI处理较FI节水25%，实际蒸散量（ET_{c act}）降低15-19%。SSD系统因减少土壤表面蒸发，使蒸散量较SD进一步降低5%。土壤水分亏缺（SWD）在宽间距（60 cm）和节水灌溉处理中更为显著，表明水分分布不均加剧了作物胁迫。

3.3 种子产量、干物质与收获指数

FI结合20 cm间距获得最高产量（2.61-3.08 Mg ha^-1），而DI与60 cm间距组合产量最低（1.72-1.95 Mg ha^-1）。PRD的产量损失（9.4%）显著低于DI（13.6%），表明交替灌溉能更好地维持产量。干物质生产与产量趋势一致，而收获指数在宽间距和DI处理中升高，反映胁迫条件下同化物向籽粒的转移增强。

3.4 水分生产率

所有水分生产率指标均在PRD与窄间距（20 cm）组合下达到最高（WP_irrig可达1.0 kg m^-3）。SSD较SD提升WP_irrig约8%，凸显其节水优势。窄间距（20 cm）的WP_CET较宽间距（60 cm）提高16-27%，证实均匀水分分布对效率提升的关键作用。

3.5 水分-产量关系与响应因子

产量与蒸腾量呈显著线性相关（R²=0.82）。产量响应因子（K_y）在20 cm间距下为0.61-0.66（<1.0），表明红花对水分胁迫具有较强耐受性；而60 cm间距的K_y超过1.0，提示宽间距加剧胁迫敏感性。

3.6 产量敏感指数

Jensen模型显示红花对水分胁迫最敏感的时期为开花期（λ₄=0.27-0.83）和籽粒灌浆期（λ₅=0.14-0.60），强调这两个阶段保证供水的重要性。

3.7 根系特性与产量关联

根长密度（RLD）和根质量密度（RMD）与产量呈正相关（R²>0.75），FI与窄间距处理拥有最高根系指标。节水处理（PRD/DI）的比根长（SRL）更高，反映根系在胁迫下向细长形态适应以增强水分获取能力。SSD系统促进根系深层分布，根冠比较SD提高17.5%。

研究结论强调，地下滴灌（SSD）结合40 cm间距与PRD策略是实现节水与产量平衡的最优方案。该配置在节水25%的同时仅造成9.4%产量损失，水分生产率显著提升。红花的根系适应性（如SRL增加）和开花期水分敏感性是调控的关键靶点。成果为旱区作物节水灌溉提供了理论依据和技术范式，对保障粮食安全与水资源可持续利用具有重要实践意义。