Comparative Effects of Partial Rootzone Drying and Deficit Irrigation on Water Use Efficiency, Economic Water Productivity, and Productive Traits of Mature Apricot Trees in a Semi-Arid Region

技术摘要：部分根区干燥与亏缺灌溉对成熟杏树的影响比较

问题陈述
在像伊朗乌尔米亚地区这样的半干旱地区，水资源短缺是农业生产的一个关键制约因素，加剧了乌尔米亚湖的生态退化。虽然杏（Prunus armeniaca L.）是该地区的主要作物，但其生产高度依赖灌溉。传统的亏缺灌溉（DI）策略旨在节水，但往往会导致产量显著下降。部分根区干燥（PRD）是一种改良的亏缺灌溉技术，已在其他果树（如葡萄、梨、石榴）中表现出通过提高水分生产率而不严重损害产量的潜力。然而，关于 PRD 在成熟杏园中的应用研究较少，特别是针对其生理影响、经济可行性以及在不同水分胁迫水平下相对于传统 DI 的表现。

研究方法
本研究于 2015–2016 年生长季在伊朗乌尔米亚的 Kahriz 农业研究站进行。实验采用随机区组设计，选用 30 棵均匀的 12 年生杏树（品种为 'Asgar-Abad'）。研究应用了五种灌溉处理方式：

1. 100%WW： 全根区灌溉，水量为 100% 的蒸腾量 (ET)。
2. 75%DI： 全根区灌溉，水量为 75% 的 ET。
3. 75%PRD： 交替灌溉两个半圆形的根区，水量为 75% 的 ET。
4. 50%DI： 全根区灌溉，水量为 50% 的 ET。
5. 50%PRD： 交替灌溉两个半圆形的根区，水量为 50% 的 ET。

在 PRD 处理中，灌溉池被分为两个相等的区域，并在两者之间交替灌溉。测定的关键参数包括营养生长特征（叶片长度、宽度、面积、相对含水量）、生产特征（产量、果实重量、大小）、果实品质（滴定酸度、总可溶性固形物、pH 值）以及经济指标。

研究引入了一个称为经济亏缺灌溉 (EDI) 的排名系统，该系统基于四个指数：施用水量 (W)、水分利用效率 (WUE)、毛利润 (GM) 和经济水分生产率 (EWP)。GM 和 EWP 的计算纳入了水、电和人工（特别是在 PRD 处理中移动喷灌机的劳动力）的可变成本，并结合了三种产量价格情景。

主要结果

• 营养与生理特征： 干旱胁迫显著降低了叶片相对含水量 (RWC)、叶面积和尺寸。100%WW 处理始终显示出最高的 RWC（约 60–63%），而 50%PRD 显示出最低的 RWC（约 43–46%）。虽然 RWC 与产量和叶面积呈正相关，但研究发现，在相同的水分亏缺水平下，PRD 与 DI 处理之间的叶片特征没有显著差异，这表明 PRD 并未像传统 DI 那样显著改变营养生长。
• 产量与果实品质： 全灌溉 (100%WW) 产生了最高的产量（2015 年和 2016 年分别为 16.17 和 16.80 Mg ha⁻¹）和最高的毛利润（$11,890 ha⁻¹）。DI 和 PRD 策略均导致产量较全灌溉有所下降。值得注意的是，在严重胁迫（50% ET）下，第二年 PRD 方法 (50%PRD) 导致的产量明显低于 DI 方法 (50%DI)，导致其毛利润（$6,529 ha⁻¹）在所有处理中最低。关于品质，水分胁迫增加了总可溶性固形物 (TSS) 和 TSS/TA 比值，但减小了果实大小。与在其他作物中的发现不同，PRD 处理的 TSS 值低于 DI 处理，表明在此特定背景下 PRD 未能改善果实品质。
• 水分利用效率 (WUE)： 随着施水量减少，WUE 随之增加。50%PRD 处理实现了最高的 WUE（2016 年为 4.03 kg m⁻³）。在轻度胁迫（75% ET）下，PRD (75%PRD) 表现出比 DI (75%DI) 更高的 WUE，且在第一年没有显著的产量损失。然而，在严重胁迫（50% ET）下，PRD 并没有提高相对于 DI 的 WUE，反而对产量产生了负面影响。
• 经济分析： EDI 排名系统显示，50%PRD 获得了最高综合排名（第 1 名），其次是 50%DI 和 75%PRD，而 75%DI 排名最低。尽管 50%PRD 凭借其卓越的水分效率获得了最高的经济水分生产率 (EWP) 和顶级的 EDI 排名，但其产生的毛利润（$6,529 ha⁻¹）低于全灌溉处理（$11,890 ha⁻¹）。分析表明，虽然 50%PRD 提供了最佳的经济水分生产率，但其在总利润方面的可行性取决于水和电的成本；按当前市场价格计算，全灌溉处理 (100%WW) 的毛利润最高。

意义与主张
本文声称通过证明 PRD 特别是在轻度到中度水分胁迫（75% ET）条件下可以提高水分利用效率和经济水分生产率，为半干旱地区的灌溉管理者提供了具有操作性的指导。研究结论认为，虽然 PRD 在 75% ET 水平下比 DI 更有效，但在严重胁迫（50% ET）下的应用可能会适得其反，导致产量下降且无法获得相对于 DI 的效率提升。

作者引入了 经济亏缺灌溉 (EDI) 指数作为一个新颖的工具，用于通过平衡农学表现与经济回报来选择最优灌溉策略。研究谨慎地总结道，虽然建议使用 DI 和 PRD 来提高水资源匮乏地区的 WUE，但农民不应期望在这些亏缺模式下获得高质量的果实（就大小和含糖量而言）。该研究强调，PRD 的有效性取决于水分胁迫的严重程度以及成熟杏树的具体生理反应，由于脱落酸 (ABA) 信号传导和气孔调节的差异，这种反应可能与其他果树不同。