《Irrigation Science》：Sustainable management of olive trees under saline irrigation and soil conditions using micro-irrigation systems and remote sensing
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为探究埃及干旱地区沙质土壤下橄榄树在盐分灌溉条件下的可持续水管理方案，研究人员比较了七种微灌系统对橄榄产量、油分含量、灌溉水生产率及土壤水盐分布的影响。研究发现，在线滴灌（inline dripper）系统在产量（13.78吨/公顷）和水生产率（31.60公斤/立方米）方面表现最优，而在线PC滴灌（inline PC dripper）则实现了最高的净农场收入（38,664.35美元/年）。该研究为在盐渍化土壤和水资源稀缺地区优化橄榄种植的水管理策略提供了重要的实践依据。
全球水资源危机，尤其是干旱和人口密集地区的水资源短缺和盐碱化问题，正严重威胁着农业的可持续发展和粮食安全。在埃及埃尔贝海拉省雷格瓦地区这样典型干旱、水资源有限且土壤盐分高的区域，这一问题尤为突出。橄榄作为当地一种关键经济作物，其生长和产油量极易受到灌溉水盐分和土壤盐渍化的负面影响。因此，寻找高效、可持续的灌溉管理方法，在节约用水的同时保障橄榄产量和品质，并实现经济收益最大化，成为当地农业生产者面临的严峻挑战。
本研究聚焦于在沙质土壤和高盐分条件下，为橄榄树种植探索可持续的灌溉水管理方案。研究人员连续两个生长季（2022–2023年和2023–2024年）在同一橄榄园进行了田间试验，对比了七种不同的微灌系统：微型喷灌（micro-sprinklers）、T型带GR滴头（T-tape GR drippers）、根区灌溉系统（Root Zone Watering System, RZWS）、在线滴灌（inline drippers）、在线PC滴灌（inline PC drippers）、迷雾喷雾器（mist sprayers）和起泡器（bubblers）。研究旨在评估这些系统对橄榄产量、油分含量、灌溉水生产率、土壤水盐分布模式以及最终经济效益的综合影响，并利用哨兵二号（Sentinel-2）卫星遥感数据监测植被指数，以期为制定最优灌溉策略提供科学依据。
关键技术方法概述
研究团队在埃及埃尔贝海拉省雷格瓦地区一片种植七年生“皮夸尔”（Picual）品种的橄榄园内进行了田间实验。他们基于FAO-56标准计算作物蒸散量，制定了精准的灌溉计划。通过测量并绘制土壤水分和盐分在根区的二维分布图，系统评估了不同微灌系统的水盐运移效应。在作物层面，研究人员测量了包括叶片面积、叶绿素含量（SPAD值）、开花密度、果实物理性状、产量以及果实油分、多酚、脂肪酸等在内的一系列生长和品质指标。此外，研究还引入了遥感技术，利用哨兵二号卫星数据计算了包括归一化差异植被指数（NDVI）、土壤调节植被指数（SAVI）和盐分指数（SI）在内的多个植被指数，以监测作物健康状况。最后，通过详细的成本效益分析，计算了每种灌溉系统的净农场收入，以评估其经济效益。
研究结果
灌溉水应用与灌溉水生产率
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产量对比：在第一个生长季（2022-2023），在线滴灌系统获得了最高的橄榄产量（13.78 吨/公顷），在线PC滴灌（13.20 吨/公顷）和微型喷灌（12.45 吨/公顷）次之，而迷雾喷雾器的产量最低（7.61 吨/公顷）。
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油分含量：在第二个生长季，起泡器和在线PC滴灌系统下的橄榄果实油分含量达到最高，分别为40.0%和39.87%。
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灌溉水生产率（IWP）：在第一个生长季，在线滴灌系统的灌溉水生产率最高（31.60 公斤/立方米），在线PC滴灌为30.28 公斤/立方米，而迷雾喷雾器在第二季的IWP最低，仅为0.74 公斤/立方米。
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净农场收入（NFI）：在线PC滴灌处理获得了最高的净农场收入（38,664.35 美元/年），其次是在线滴灌（36,010.95 美元/年）和微型喷灌（30,265.94 美元/年），迷雾喷雾器的净收入最低（17,186.49 美元/年）。
土壤水分分布模式
利用Surfer软件分析的土壤水分分布图显示，T型带GR滴头和根区灌溉系统能够实现相对均匀的土壤水分分布，并使距离树木1.5米范围内的土壤含水量达到田间持水量（20.5%）。相比之下，微型喷灌和迷雾喷雾器因水分蒸发损失较大，土壤水分含量显著较低。根区灌溉系统虽能在地下供水减少蒸发，但单个出水点导致树木另一侧土壤湿度较低，接近萎蔫点（6.8%）。所有滴灌系统都能在根区附近保持较高湿度，但湿润圈直径大小不一。
盐分分布模式
研究发现，灌溉前滴灌区域的盐分浓度最高。盐分主要积聚在土壤表层和上层，随着深度增加浓度降低。在线滴灌系统在距离树木1米、深度0.5米处，能将盐分浓度从9500 ppm显著降低至3500 ppm（减少6000 ppm），展现出最佳的洗盐效果。起泡器对盐分的淋洗效果最弱。
植被、开花和结果参数
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叶片面积（LA）和叶绿素（SPAD值）：迷雾喷雾器和根区灌溉系统在第一季获得了较大的叶片面积，而T型带GR滴头和迷雾喷雾器在第二季叶绿素含量最高。
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开花密度与坐果率：在线滴灌和在线PC滴灌在第一季开花密度最高。微型喷灌在第二季和在线滴灌在两个季节都取得了较高的最终坐果率。
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单株产量：在线滴灌在第一季单株产量最高（45.93 公斤/株），迷雾喷雾器在第二季产量最低（1.75 公斤/株）。
橄榄果实与油品质量参数
在线滴灌和T型带GR滴头处理下的果实体积最大。在线PC滴灌和根区灌溉系统下的果肉与种子比率最高。不同微灌系统对果实成熟度指数的影响不显著。在线滴灌和根区灌溉系统下的果实叶绿素含量最高。在线滴灌系统下橄榄油的总多酚含量最高。起泡器和根区灌溉系统下的游离脂肪酸含量最高，而T型带GR滴头和微型喷灌下的过氧化值较高。
结论与讨论
本研究的核心结论是，在埃及沙质土壤和高盐分灌溉水条件下，在线滴灌系统在平衡高产、高水分利用效率和经济效益方面表现最为突出。它不仅在两个生长季中都获得了最高或接近最高的产量和灌溉水生产率，其土壤盐分淋洗效果也最佳。在线PC滴灌虽然产量略低，但因其设备成本和维护费用可能更具优势，最终实现了最高的净农场收入，展示了出色的经济可行性。而迷雾喷雾器系统在各项指标上均表现不佳，产量和经济效益最低，不适用于本研究条件下的橄榄种植。
研究通过详细的土壤水盐二维分布图，直观揭示了不同微灌方式如何影响根区环境，为理解其生理效应提供了基础。例如，滴灌系统能有效将盐分推向湿润锋边缘，减少根区盐分胁迫；而喷灌类系统则因蒸发损失大，水分利用效率低下。此外，研究尝试将哨兵二号卫星遥感获取的植被指数（如NDVI、SAVI）用于监测作物长势，为未来大范围、低劳动强度的灌溉效果评估提供了新思路。
这项研究的意义在于，它通过系统的田间比较试验，为干旱盐渍化地区的橄榄种植者提供了基于实证的微灌系统选择指南。研究不仅关注农艺指标，还引入了详细的经济效益分析，将技术可行性与经济可持续性紧密结合。其结论强调了在资源有限环境下，选择正确的灌溉技术对于实现水资源节约、产量保障、品质维持和农民增收多重目标至关重要。该研究成果已发表于农学与水资源管理领域的重要期刊《Irrigation Science》。
