水肥一體化技術(shù)在核桃產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

黃雅麗 ，馬風(fēng)云，杜振宇，馬海林 ，田 琪 ，劉方春 ，劉幸紅 ，馬丙堯 *

（1．山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，山東 泰安 271018；2．山東省林業(yè)科學(xué)研究院，山東省森林植被生態(tài)修復(fù)工程技術(shù)研究中心 濟(jì)南 250014）

核桃(Juglans regia)，又稱(chēng)胡桃，羌桃，為胡桃科植物，是世界著名的干果之一[1]。喜石灰性土壤，常見(jiàn)于山區(qū)河谷兩旁土層深厚的地方。作為我國(guó)重要經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種，主要分布在黑龍江、山東、安徽、甘肅、新疆及西藏等省區(qū)，山坡及丘陵土層深厚的地區(qū)常見(jiàn)栽培[2-5]。其自身品種、水肥供應(yīng)狀況、種植密度等因素不同，核桃的品質(zhì)和產(chǎn)量也存在差異[6]。改革開(kāi)放的以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活水平不斷提高，對(duì)核桃的需求量也越來(lái)越大，傳統(tǒng)的水肥管理方式已經(jīng)不再不適宜核桃種植栽培，成為制約產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的重要因素。因此，建立切實(shí)可行的核桃科學(xué)水肥一體化技術(shù)體系，進(jìn)行兼顧農(nóng)林業(yè)高產(chǎn)、高效及可持續(xù)發(fā)展已成為現(xiàn)代農(nóng)林業(yè)資源林管理研究的熱點(diǎn)。當(dāng)前，水肥一體化技術(shù)已不再是局部試驗(yàn)、示范發(fā)展，而是逐步推廣應(yīng)用與大面積農(nóng)林業(yè)，但在推廣應(yīng)用中所處的地理環(huán)境、技術(shù)服務(wù)、管理水平等仍是制約水肥一體化發(fā)展的重要因素[7]。為此，本文對(duì)水肥一體化技術(shù)在核桃栽培應(yīng)用作一簡(jiǎn)要綜述。以期為建設(shè)在核桃栽培應(yīng)用中節(jié)水節(jié)肥高產(chǎn)的技術(shù)體系提供理論支持。

1 水肥一體化技術(shù)研究

1.1 應(yīng)用原理

水肥一體化技術(shù)又稱(chēng)隨水施肥、水肥耦合、滴灌施肥等，是將肥料融于水中，通過(guò)灌水進(jìn)行施肥的一種高新水肥管理措施，其根據(jù)作物的需肥規(guī)律將液體肥料或者可溶性的固體肥料按照一定比例與水融合配制成肥液，并借助設(shè)備及時(shí)、均勻、定量的施入作物根區(qū)，將水與肥定時(shí)定量的供給作物，以滿足作物生長(zhǎng)需要。在應(yīng)用中能夠省肥節(jié)水、降低濕度、減輕病害、增產(chǎn)高效、省工省力等[8-9]。在傳統(tǒng)的栽培管理下，灌溉和施肥兩項(xiàng)操作是單獨(dú)進(jìn)行的。這種施肥技術(shù)不僅占用勞動(dòng)力多，水肥管理工序復(fù)雜，工作時(shí)間長(zhǎng)，工作量大，并且水肥消耗大，管理費(fèi)用高，水肥利用率較低。不能很好的實(shí)現(xiàn)作物不同時(shí)期水肥定量精準(zhǔn)的供給。而水肥一體化技術(shù)操作簡(jiǎn)單，工程量小，滴灌過(guò)程中不僅能夠減少水的蒸發(fā)和流失，節(jié)約用水量，提高對(duì)水的利用率，還能夠通過(guò)灌水及時(shí)有效的輸送肥液，避免了肥液分布不均、揮發(fā)流失等優(yōu)點(diǎn)[10-11]。李婷等[12]等研究中表明，實(shí)施水肥一體化技術(shù)不僅節(jié)水 、省肥達(dá)到40%以上，反季節(jié)苦瓜的產(chǎn)量也顯著增加，增幅達(dá)30%以上。李茂權(quán)等[13]研究發(fā)現(xiàn)較傳統(tǒng)的灌溉施肥而言，水肥一體化施肥技術(shù)可以提高植物對(duì)的水肥利用。黃就才等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在辣椒實(shí)驗(yàn)中，水肥一體化灌溉較常規(guī)灌溉施肥節(jié)水47%以上，仍能達(dá)到增產(chǎn)、增收的效果，增幅達(dá)25%左右。石玫莉等[15]研究表明，水肥一體化技術(shù)在提高水分、養(yǎng)分利用率的同時(shí)，馬鈴薯的產(chǎn)量增加了 2.2%～4.4%，單位收入比常規(guī)方式增加了4 071.3～9 923.4元 /hm2。

1.2 施肥模式

目前，微灌在我國(guó)水肥一體化技術(shù)中得到較快的發(fā)展，根據(jù)灌溉方式的不同，微灌主要分為滴管式水肥一體化、滲灌式水肥一體化、微噴灌式水肥一體化、涌泉灌式水肥一體化4種模式，不同地區(qū)根據(jù)自身?xiàng)l件可選擇最適宜的施肥方式[18]。

1.2.1 滴管式水肥一體化

滴管式水肥一體化主要是根據(jù)植物需水需肥規(guī)律，將水與肥按一定的比例混合成肥液，通過(guò)施肥機(jī)以微小液滴的形式慢慢滲入植物根際土壤的節(jié)水施肥方法。該方法由于灌溉的時(shí)間長(zhǎng)，水流緩慢，水分能夠較均勻滲入土壤，較少水分蒸發(fā)、土壤沖蝕、徑流等現(xiàn)象的產(chǎn)生，形成有利于植物生長(zhǎng)所需要的環(huán)境條件[19]。雖然形成的灌溉管道系統(tǒng)成本偏高，但相比灌溉施肥節(jié)肥達(dá)30%—50%，同時(shí)該系統(tǒng)使用年限長(zhǎng)、操作簡(jiǎn)單、管理方便，較大程度的降低了人工管理成本。主要運(yùn)用在一些經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較高的作物上。

1.2.2 滲灌式水肥一體化

滲灌式水肥一體化是將灌溉管道沿樹(shù)行布設(shè)于果樹(shù)兩側(cè)的地表下，肥液由灌水器小孔緩慢滲入土壤，并利用重力作用向下滲透，隨灌水量增加，最終在果樹(shù)兩側(cè)形成一條濕潤(rùn)帶。由于該系統(tǒng)灌水器均埋設(shè)于地表以下，容易造成滴頭堵塞，不易發(fā)現(xiàn)修理，投資成本較大。同時(shí)，固定的灌水點(diǎn)導(dǎo)致水分滲入不均，引導(dǎo)植物根系向外部擴(kuò)展，降低與植物根系的耦合性[20]，但相比傳統(tǒng)灌溉而言仍達(dá)到節(jié)水省肥的效果。因此，目前滲灌式水肥一體化應(yīng)用較少，有待技術(shù)成熟穩(wěn)定后再行推廣。

1.2.3 微噴灌式水肥一體化

微噴灌技術(shù)是一種局部的灌溉設(shè)施，該施肥方法是借助于高壓系統(tǒng)將配比好的肥液利用微噴噴頭均勻噴灑到植物根際土壤的一種灌溉施肥技術(shù)，該技術(shù)使用過(guò)程中容易受到田間雜草及風(fēng)力的影響，引起水分的損失[20]。但與傳統(tǒng)灌溉相比仍具有節(jié)水節(jié)肥、省工省力、增產(chǎn)明顯、投資較低、受地形條件限制小等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)通過(guò)壓力水噴灑可以保持樹(shù)體周?chē)諝鉂穸?，溫度適宜，形成促進(jìn)在植物生長(zhǎng)小氣候。因此，在實(shí)際生活中更易被推廣和應(yīng)用。

1.2.4 涌泉灌式水肥一體化

該施肥方法是將涌水管沿樹(shù)行埋入地下，并在每個(gè)樹(shù)盤(pán)周?chē)蕹蓤A環(huán)形集水溝，涌水管于每個(gè)樹(shù)盤(pán)處引出地面，以小股水流方式出水，在集水溝內(nèi)形成均勻積水層，利用水的重力原理均勻下滲，水分向下滲透的速度較水平滲透的快。同時(shí)該系統(tǒng)使用年限長(zhǎng)，管理方便，管道埋入地下不易受損，涌水均勻且不易堵塞，但系統(tǒng)施工用工量較大，工程投資高，主要針對(duì)經(jīng)濟(jì)條件較好的果園進(jìn)行示范推廣[19,20]。

1.3 國(guó)內(nèi)外發(fā)展

目前，水肥一體化技術(shù)作為當(dāng)今農(nóng)業(yè)的熱門(mén)技術(shù)，在以色列、約旦、美國(guó)等農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家均得到了廣泛的應(yīng)用[16]。據(jù)調(diào)查以色列超過(guò)90%的農(nóng)作物都應(yīng)用了水肥一體化技術(shù)。而我國(guó)研究水肥一體化技術(shù)較晚，多集中于花卉、苗木、蔬菜、大田經(jīng)濟(jì)作物等個(gè)方面。相比農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家而言，我國(guó)水肥一體化技術(shù)還不夠成熟，應(yīng)用范圍有限，使用范圍主要在我國(guó)中、西部半干旱地區(qū)，所占面積僅達(dá)1%左右[17]，考慮我國(guó)大部分地區(qū)水資源短缺問(wèn)題，大力推廣利用遵循節(jié)水、省肥、高產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)的水肥一體化技術(shù)對(duì)我國(guó)而言十分必要。

2 核桃水肥需求規(guī)律

近年來(lái)，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，人們生活水平的提高，核桃產(chǎn)業(yè)越來(lái)越受關(guān)注。早實(shí)、高產(chǎn)、高效及可持續(xù)性成為該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展目標(biāo)[21]。經(jīng)理論和實(shí)踐證明，植物的光合能力是生產(chǎn)力構(gòu)成的基礎(chǔ)因素，受植物所處環(huán)境的水分及養(yǎng)分含量影響較顯著。因此，在核桃的種植培養(yǎng)過(guò)程中，立地水分和養(yǎng)分的供應(yīng)狀況是影響核桃生長(zhǎng)發(fā)育、高產(chǎn)高質(zhì)的重要因素[22-24]。目前有關(guān)核桃需肥規(guī)律已有一定的研究，如氮元素是影響早實(shí)核桃產(chǎn)量的重要元素，在每株核桃施用1050 g銨態(tài)氮時(shí)，其光合作用效果最好[26]。核桃出仁率受土壤灌水量和補(bǔ)施鉀量等因素的影響較為顯著，核桃通常施用氮磷鉀的比例為5:1:5，且核桃每年的純養(yǎng)吸收量達(dá)900g左右[27]。根部滴灌的形式下，在一定范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)脑黾邮┓屎妥贩柿?，核桃的坐果率和產(chǎn)量率顯著提升[25]。

核桃屬于喜光樹(shù)種[28]，其光合作用能力是反映植物生長(zhǎng)狀況的重要因子。許多研究表明[29-31]，水對(duì)植物的光合特性起主導(dǎo)性作用，直接影響后期光合產(chǎn)物的積累和分配。不同土壤水分條件下核桃生理生態(tài)特性也存在不同。核桃在不同發(fā)育階段及物候期對(duì)水分的需求均存在一定差異，土壤含水量在果實(shí)膨大期對(duì)核桃產(chǎn)量影響最大，在硬核期和開(kāi)花期影響較小[32]。4-6月一般為核桃生長(zhǎng)過(guò)程中的關(guān)鍵需水時(shí)期，隨著植物的生長(zhǎng)，樹(shù)體的需水程度逐漸降低，抗旱性能不斷增強(qiáng)[33]。適宜的灌水量可保證植物豐產(chǎn)高效，適當(dāng)?shù)脑黾庸喔却螖?shù)和灌水量的可促進(jìn)核桃產(chǎn)量和品質(zhì)的提高。試驗(yàn)顯示，在田間栽培中灌水量達(dá)750 m3/hm2灌溉次數(shù)為2～3次時(shí)，核桃的產(chǎn)量較高。植物光合速率變化趨勢(shì)依賴(lài)于水分供應(yīng)情況，在同等肥力條件下，隨著灌水量的增加，Pn上升[34]。

3 水肥一體化技術(shù)在核桃上的應(yīng)用

3.1 核桃水肥一體化應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在植物生長(zhǎng)過(guò)程中水分能夠促進(jìn)肥效的發(fā)揮，肥料能夠提高水分的利用，而水肥一體化是將水分和養(yǎng)分均勻融合灌溉，能夠同時(shí)促進(jìn)植物對(duì)水和肥高效利用[35]。目前，核桃產(chǎn)業(yè)的水肥一體化技術(shù)以逐步被人們接受和應(yīng)用。大量研究表明[36，37]，通過(guò)水肥一體化系統(tǒng)進(jìn)行灌溉和施肥，不僅減少肥料損失，降低水肥投入節(jié)約成本，而且促進(jìn)了核桃根系生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)果樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的吸收，明顯提升了果品生產(chǎn)效益。胡正發(fā)等[38]研究發(fā)現(xiàn)較普通灌水施肥而言，經(jīng)水肥一體化方式灌溉安徽核桃能夠節(jié)約灌水70%以上，節(jié)約肥料 50%，節(jié)約勞動(dòng)力90%以上，總體上降低成本，提升效益。李增興等[39]研究發(fā)現(xiàn)不同的水肥處理對(duì)遼西地區(qū)核桃葉水勢(shì)產(chǎn)生顯著的影響，合理水肥耦合才能夠促進(jìn)核桃的生長(zhǎng)達(dá)到豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)。王彥軍等[40]在17.3hm2核桃示范園的調(diào)查研究顯示，每年通過(guò)水肥一體栽培核桃的費(fèi)用大約為44.1萬(wàn)元，比普通灌溉施肥節(jié)省了9.525萬(wàn)元。趙經(jīng)華等[41]提出了使用微灌系統(tǒng)較傳統(tǒng)灌水系統(tǒng)作物生產(chǎn)效率提高 3.5%～28.6%。薛海榮等[42]研究發(fā)現(xiàn)核桃使用漫灌條件下的耗水量明顯大于滴灌。

3.2 核桃水肥優(yōu)化發(fā)展

在植物栽培管理過(guò)程中，合理的水肥灌溉措施能夠提高植物對(duì)水肥的利用，促進(jìn)植物高產(chǎn)，而盲目的水肥管理不僅會(huì)導(dǎo)致水肥流失引起環(huán)境污染，還會(huì)影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育[43-44]。為實(shí)現(xiàn)核桃豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效栽培，明確核桃生長(zhǎng)發(fā)育的需水需肥量及適宜的水肥管理措施至關(guān)重要。陳加利等[45]在不同水肥對(duì)核桃果實(shí)品質(zhì)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，一定范圍內(nèi)高水高肥的核桃果實(shí)的品質(zhì)和商品率均優(yōu)于其他水肥處理；張銳等[46]等試驗(yàn)結(jié)果表明：不同的水肥配比對(duì)新新2號(hào)核桃果實(shí)核桃的出仁率 ，還原糖，油脂中VE，單寧等含量有顯著影響；每公頃土壤在灌水量為6716m3、施肥量為1249.97kg的水平下的核桃生長(zhǎng)夠達(dá)到最佳效果。因此，合理水肥配比是促進(jìn)植物的生長(zhǎng)、發(fā)育的關(guān)鍵。

4 應(yīng)用中存在的問(wèn)題

大量的研究表明[47-49]，水肥一體的灌溉施肥技術(shù)不僅提高植物對(duì)水、養(yǎng)的高效利用、促進(jìn)果樹(shù)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，而且能夠從根本上解決在丘陵、坡地栽培中的水肥運(yùn)輸問(wèn)題。因此，在葡萄、荔枝、香蕉等山區(qū)示范園中已逐步被推廣并形成相對(duì)完善的應(yīng)用體系，但該技術(shù)在核桃產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用還處于研究階段，尚有很多值得研究和解決的問(wèn)題：如目前我省核桃灌溉在灌水始點(diǎn)的控制上還不夠全面，管理上比較粗放，造成極大地水肥資源浪費(fèi)，如何科學(xué)地確定核桃灌適宜的灌水下限指標(biāo)，制定科學(xué)的灌溉制度促進(jìn)實(shí)現(xiàn)核桃水肥一體化[50]。如何根據(jù)不同生態(tài)區(qū)的土壤條件、氣象條件、周?chē)h(huán)境等因素差異，篩選并優(yōu)化出適宜不同生態(tài)區(qū)的灌溉模式[51]。如何尋求核桃水肥優(yōu)化耦合區(qū)域，指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際實(shí)現(xiàn)核桃高產(chǎn)高效[52]。如何開(kāi)發(fā)以營(yíng)養(yǎng)診斷為基礎(chǔ)的核桃專(zhuān)用水溶性肥料、灌溉施肥方式和灌溉施肥指標(biāo)。如何建立核桃優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)與肥水資源高效和環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的科學(xué)機(jī)制。如何培養(yǎng)水肥一體化運(yùn)用的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員等。

5 結(jié)論與展望

水肥一體化技術(shù)作為農(nóng)業(yè)綜合管理中節(jié)水節(jié)肥最有效的措施之一，不僅能節(jié)約水肥資源，減少肥料對(duì)環(huán)境的污染，改善生態(tài)環(huán)境；而且還能夠適時(shí)適量的給果樹(shù)供水、施肥，在保證水分及肥料高效利用的同時(shí)提高作物產(chǎn)量，是實(shí)現(xiàn)是我省核桃產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、效益提升與肥水資源高效和環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的科學(xué)性技術(shù)措施[53]。

作為地下部分最重要的器官之一，植物根系不僅可以固定和支持植株自身，而且可以通過(guò)對(duì)外界水分和養(yǎng)分的吸收為自身的生長(zhǎng)提供所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，是連接土壤與植物本身之間營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要傳遞者[54-56]。在實(shí)際生產(chǎn)中，傳統(tǒng)灌溉往往由于水肥管理不當(dāng)導(dǎo)致的水肥利用效率不高、損失率大等問(wèn)題嚴(yán)重。過(guò)度的灌水會(huì)造成土壤養(yǎng)分淋洗，阻礙根系對(duì)養(yǎng)分的吸收，降低肥料利用效率，影響植物根系的生長(zhǎng)；盲目的施肥尤其在土壤貧瘠的山地丘陵地區(qū)往往會(huì)引起發(fā)生植物燒根等現(xiàn)象，影響植物生長(zhǎng)。核桃水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用，可以針對(duì)所選擇核桃品種的水分、肥料需求特征，采取不同的灌溉方式在核桃需水、需肥關(guān)鍵時(shí)期對(duì)核桃根區(qū)進(jìn)行定量灌溉，刺激核桃根系生長(zhǎng)，提高核桃的水肥利用，達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的效果。目前對(duì)核桃水肥一體化技術(shù)的研究已有很多，但實(shí)際實(shí)施過(guò)程還需結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境條件，綜合考慮使用水肥一體化措施的適用性，制定適合當(dāng)?shù)睾颂以耘嗟淖顑?yōu)方式。因此，在山地核桃栽培實(shí)踐中，加強(qiáng)核桃園水分循環(huán)及肥料平衡方面的研究，結(jié)合集雨、灌溉系統(tǒng)的建設(shè)方式及生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)，進(jìn)一步優(yōu)化雨水—肥料一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及建設(shè)方式，形成完整的干旱山地經(jīng)濟(jì)林雨水資源高效利用及雨水—肥料一體化關(guān)鍵技術(shù)體系。通過(guò)研究核桃園施肥現(xiàn)狀及水肥互作技術(shù)，利用自動(dòng)控制灌溉系統(tǒng)向核桃同步精準(zhǔn)供給水分和養(yǎng)分，發(fā)揮水肥的正向耦合作用，結(jié)合周?chē)h(huán)境實(shí)現(xiàn)水肥的高效利用。并且確定不同生態(tài)區(qū)該技術(shù)的最佳應(yīng)用條件，形成系統(tǒng)的應(yīng)用體系，促進(jìn)我國(guó)水肥一體化技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中得到更大的應(yīng)用，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向。