科学通报 | 重庆大学张荣飞团队揭示丘陵坡地AI精灌对枇杷蒸腾规律及产量的影响

随着全球气候变化持续加剧，水资源的高效利用已成为保障农业可持续发展的全球性关键议题。针对中国西南丘陵区降雨时空分布高度不均引发的经济果林季节性干旱问题，重庆大学张荣飞团队创新性地构建了基于土壤墒情闭环反馈的AI微仓智能灌溉模式（AI micro-silo intelligent irrigation, RI）。该团队以重庆特色经济林果枇杷为研究对象，通过为期一年的原位连续监测，系统评估了该模式在维持根区水热稳定、促进果树蒸腾生理及提升水分利用效率方面的显著优势。研究结果为西南丘陵区果园实现“稳产、节水、高效”协同发展提供了全新的水分管理路径与科学依据。该工作以“重庆丘陵坡地AI精灌对枇杷蒸腾规律及产量的影响”为题发表于《科学通报》“亚热带农业高质量发展”专题(辑)。

随着全球气候变化持续加剧，水资源的高效利用已成为保障农业可持续发展的全球性关键议题。中国西南丘陵地区属于典型的亚热带季风气候区，年降雨量总体充沛，但受地形起伏大、土层浅薄、保水能力弱以及降雨时空分布高度不均等因素的共同影响，区域内经济果林普遍面临显著的季节性干旱问题。这种水分供需失衡不仅制约了山地特色经济林果（如枇杷）的产量形成与品质提升，还加剧了坡地果园的水土流失风险，已成为制约区域山地农业高质量发展的重要瓶颈。传统地面漫灌易引发地表径流增强和养分淋失，而常规滴灌在丘陵坡地复杂水文条件下的按需精准供水能力不足，存在明显的时滞性，容易导致植物根区经历“水涝–干旱”的交替胁迫。

为探究适宜该地区的果园水分管理策略，突破传统周期性灌溉的时滞性与水资源浪费难题，重庆大学研究团队创新性地构建了基于土壤墒情闭环反馈的AI微仓智能灌溉模式（AI micro-silo intelligent irrigation, RI）。该系统集雨水集蓄、原位调蓄、智能决策与精准回用于一体，将根区10 cm深度的土壤体积含水率作为感知与控制目标（阈值设为20%~25%），实现了水分的精准按需补给。团队以重庆丘陵坡地广泛栽培的7年生枇杷树为研究对象，开展了为期一年的完整生长季原位连续观测，系统评估了AI智能精灌、定期定量滴灌及自然雨养三种水分管理方式对枇杷蒸腾特征、根区土壤水热、产量及水分利用效率的差异。

图1. AI微仓智能灌溉系统工作示意图

植物蒸腾作用不仅是陆地水分循环的重要组成部分，也是反映作物生长活力与水分利用状况的关键生理指标。研究发现，AI微仓智能灌溉显著提升了枇杷树的生理活性，其全年日均蒸腾量达到1.423 mm/d，显著高于定期定量滴灌与自然雨养处理。这种优势在花芽分化期和果实膨大成熟期表现得尤为突出，满足了关键物候期树体对水分的高需求。面对夏秋季的高温强光环境，AI精灌模式有效缓解了高大气拉力带来的水分胁迫，将蒸腾受抑的临界饱和水汽压差(vapor pressure defict, VPD) 由2.24 kPa显著推迟至2.52 kPa，大幅增强了植株对干热极端环境的适应与抵抗能力。

在重塑土壤微环境方面，AI精灌处理依托闭环控制，将表层土壤含水量长期稳定地维持在适宜区间内，呈现出“高频、低幅”的微波动特征。这种精准补水不仅避免了土壤水分的显著波动，还通过提高土壤含水量增强了土壤的热容量和导热性能，从而削弱了外界气温波动对浅层根区的直接影响，为根系发育提供了稳定的水热环境。此外，在试验期降雨充沛（1093.2 mm）的高湿背景下，AI精灌模式实现了较高的绝对产能，单株产量达16.13 kg，较传统滴灌提升了2.74%。更重要的是，得益于系统在源头的精准节水，其全生长季灌溉用水量较常规滴灌大幅减少了41.7%，促使灌溉水利用效率(irrigation water use efficiency, IWUE) 跃升至43.25 kg/m3，比传统滴灌显著提高了76.3%。这一结果量化了“高频微量”策略在驱动水资源高效转化上的优异表现。

总体而言，AI微仓智能精灌技术在显著降低灌溉投入的同时，实现了根区环境稳定与树体生理调控的协同优化，是西南丘陵区果园应对季节性干旱、实现“稳产、节水、高效”的有效水分管理途径。尽管该工作拓展了我们对丘陵果园精细化供水机制的认识，但仍有进一步提升的空间。例如，结合多层土壤水分协同感知与加权调控策略，依据不同生育阶段细化水分阈值，或进一步引入植物生理反馈信息等。未来这些研究将持续完善“土壤–植物–大气”连续体的智慧调控网络，为山地特色农业的可持续发展提供更坚实的保障。

重庆大学环境与生态学院及三峡库区生态环境教育部重点实验室张荣飞副研究员为本文的通讯作者，在读研究生田梦瑶为本文的第一作者，硕士生徐亮亮、杨程程及王清共同参与了相关研究工作。相关研究得到了国家自然科学基金（U24A20574, 42101036）和中央高校基本科研业务费重大资政专项（2025CDJSKZK24）的联合资助。

文章信息

田梦瑶, 徐亮亮, 杨程程, 等. 重庆丘陵坡地AI精灌对枇杷蒸腾规律及产量的影响. 科学通报, 2026. DOI: 10.1360/CSB-2026-0118.

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