滴灌水肥一體化技術在熱帶果樹上的應用研究進展

臧小平， 朱嘉雯， 井 濤， 徐宏家， 丁哲利， 馬蔚紅*， 謝江輝

(1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院 ?？趯嶒炚?， 海南 海口 570102； 2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院 環(huán)境與植物保護研究所， 海南 海口 571101； 3.三亞南鹿實業(yè)股份有限公司， 海南 三亞 572000； 4.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院 熱帶生物技術研究所， 海南 ?？?571101)

水肥一體化技術是利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時進行灌溉和施肥，適時適量滿足農(nóng)作物對水分和養(yǎng)分的需求，實現(xiàn)水肥同步管理及高效利用的節(jié)水節(jié)肥農(nóng)業(yè)技術。具有省水、省肥、省工、減輕病蟲草害、提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量等作用，有利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實現(xiàn)標準化、自動化、規(guī)模化和集約化[1]。水肥一體化已從多年前的“高端農(nóng)業(yè)”開始向普及應用發(fā)展，當前我國已具備大力發(fā)展水肥一體化的有利條件。

農(nóng)業(yè)供給側改革的一項重要工作就是“一控兩減”，即控制農(nóng)用水總量，減少化肥、農(nóng)藥用量，而水肥一體化是實現(xiàn)水肥減量和增效的一個關鍵措施。近年來中央財政及各省均投入大量資金，通過現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展資金等項目的實施，在各市縣建立了相當規(guī)模的節(jié)水灌溉工程和設施，技術模式趨于成熟，有力地推動了節(jié)水灌溉技術的推廣應用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的提高。滴灌水肥一體化把肥料與灌溉水結合在一起，肥料養(yǎng)分直接均勻地施到作物根系層，真正實現(xiàn)水肥同步，大大提高肥料的有效利用率；同時是小范圍局部控制，微量灌溉，蒸發(fā)損失小，不產(chǎn)生地面徑流，不破壞土壤結構，水肥滲漏較少，故可節(jié)省化肥施用量，減輕污染[1]。滴灌系統(tǒng)適于株行距明顯，密度不高的作物，以及怕濕、易產(chǎn)生病害的作物。熱帶果樹大多處于高溫高濕的生長環(huán)境，容易導致病蟲害蔓延，土壤還原性增強，有害微生物大量繁殖。滴灌屬局部灌溉，除濕潤作物根部土壤外，行間等其他區(qū)域保持相對干燥，有效抑制雜草及病蟲害交叉?zhèn)魅?；可根?jù)果樹的需肥規(guī)律和土壤養(yǎng)分供給狀況，實現(xiàn)按需施肥。因此，滴灌施肥能為熱帶果樹提供最適宜的土壤水分、養(yǎng)分和通氣條件，促進果樹生長發(fā)育，從而提高果品產(chǎn)量。為滴灌水肥一體化技術的推廣應用及深入研究提供參考，現(xiàn)將其在熱帶果樹上的應用研究進展綜述如下。

1熱區(qū)水肥一體化技術的發(fā)展現(xiàn)狀

我國是一個水資源嚴重短缺的國家，為節(jié)約水資源，近年來節(jié)水灌溉工程面積逐年增加，其中低壓管灌面積也逐年擴大。根據(jù)《“十三五”新增1億畝高效節(jié)水灌溉面積實施方案》，截至2015年底，全國高效節(jié)水灌溉(噴灌、微灌、管灌)面積達到1.792×107hm2，占灌溉面積的24.9%。其中，熱區(qū)6省(區(qū))(海南、廣東、廣西、云南、福建、貴州)高效節(jié)水灌溉面積為6.920×105hm2，僅占灌溉面積的8.4%，微灌面積占高效節(jié)水灌溉面積的30.6%(表1)；灌溉用水有效利用系數(shù)為0.35～0.45，高效節(jié)水灌溉面積和灌溉用水有效利用系數(shù)均處全國之末。華南地區(qū)總體而言雨量充沛(年降雨在1 800 mm左右)，但分布并不均勻，季節(jié)性干旱(如秋冬季)和地域性干旱(如廣東雷州半島、海南島東部地區(qū)等)非常明顯。目前，大部分小農(nóng)戶果園都處于粗放管理階段，水肥管理計劃憑經(jīng)驗決定，人力投入較大，缺乏科學管理。因此，水肥一體化技術在華南果園有著廣闊的應用前景，目前在南方果園由小面積示范發(fā)展到大面積推廣應用，覆蓋廣東、海南、廣西、福建、云南、貴州等省(區(qū))，應用于香蕉、芒果、荔枝、龍眼、菠蘿、番木瓜等多種熱帶果樹。整體而言，我國南方正在逐步分區(qū)域、規(guī)?；七M大田水肥一體化技術的推廣與應用，但與北方棉花、馬鈴薯生產(chǎn)應用相比還存在較大差距。

表1截至2015年底我國熱區(qū)6省(區(qū))微灌面積情況

注：數(shù)據(jù)來源于全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報，占比指微灌占高效節(jié)水灌溉比例

Note:Data come from statistic bulletin on China water activities.The proportion means proportion of micro-irrigation area to efficient water-saving irrigation area.

2滴灌水肥一體化技術的作物效應

2.1促進果樹生長

采用滴灌水肥一體化技術對果樹生長有明顯的促進作用。在香蕉上，采用滴灌水肥一體化技術會增加一級根數(shù)量和二級根表面積，其中，一級根數(shù)、根直徑、干重分別較對照(澆灌)增加20.0%～55.2%、8.0%～12.87%和2.0%；二級根表面積、根直徑、根長、干重分別增加15%、8%、5%和14%；株高、假莖圍及抽蕾期有效葉片數(shù)、葉寬均顯著高于對照，假莖干重、球莖干重、葉片干重、果軸干重和果梳干重均較對照顯著增加，植株總干重較對照增加33.5%[2-3]。葉片葉綠素含量(SPAD)是反映植株生長狀況的參考指標，采用滴灌施肥可顯著提高香蕉葉片SPAD，定植后5～7個月較對照(噴水帶)增加11%～15%[4]。在荔枝上，采用滴灌水肥一體化技術可顯著提高葉片SPAD、百葉厚和百葉干重，促進樹體生長[5]；6 a滴灌施肥后土體中的根干重、根長、根表面積分別為非滴灌區(qū)的2.29倍、2.17倍和2.25倍，滴灌施肥更有利于荔枝根系向土壤深層生長分布[6]。侯延杰[7]對龍眼“石硤”研究表明，滴灌施肥龍眼的葉片SPAD較對照增加37.5%，葉面積、百葉厚、百葉重分別增加23.35%、14.47%和10.27%；梢長、梢粗分別增加42.6%和20.3%。對龍眼樹葉綠素熒光參數(shù)分析表明，滴灌施肥處理的實際熒光產(chǎn)量、PSII原初光能轉化效率(Fv/Fm)、潛在光合作用活力(Fv/Fo)顯著提高，初始熒光(Fo)、光化學猝滅系數(shù)(qP)值顯著降低，表明滴灌施肥條件下原始光能轉化效率提高，在PSII反應中心的潛在活性增強，吸收光能中用于光合電子傳遞的光能部分增多。在菠蘿上滴灌施肥處理的青葉數(shù)、葉長、葉寬和株高較常規(guī)施肥顯著增加[8]。在番石榴上，與對照(澆施)比較，滴灌施肥顯著增加樹冠、冠徑、干徑、葉片鮮重、干重和厚度[9]。滴灌施肥處理黃皮的株高、冠幅及分枝數(shù)均顯著高于傳統(tǒng)灌溉施肥[10]。此外，滴灌水肥一體化技術能加快根系吸收速度，有利于果樹在惡劣的氣候條件下保持旺盛生長，促進提早結果。滴灌施肥的香蕉抽蕾及收獲時間比常規(guī)澆灌提早15～30 d[3，11-12]。

2.2提高果樹產(chǎn)量和質(zhì)量

滴灌施肥實現(xiàn)了水肥同時供應，可發(fā)揮二者的協(xié)同作用，實現(xiàn)“以肥調(diào)水、以水促肥”的效應；同時滴灌施肥持續(xù)時間長，為根系生長提供相對穩(wěn)定的水肥環(huán)境，從而實現(xiàn)水肥耦合條件下的作物增產(chǎn)效應。在香蕉上，滴灌施肥比傳統(tǒng)澆灌增產(chǎn)9.6%～15.6%[4，11]，還原性Vc、可溶性糖和可溶性固形物含量提高，果實內(nèi)在品質(zhì)提升[13-14]。如香蕉滴灌施肥比噴水帶撒肥增產(chǎn)8.96%[15]，比常規(guī)灌溉施肥增產(chǎn)29.37%，且果指長、果指圍均顯著增加[3]。在斯里蘭卡也有研究表明，滴灌條件下香蕉可獲得最高產(chǎn)量，較地表常規(guī)澆灌增產(chǎn)31%[12]；以色列采用滴灌施肥技術使香蕉產(chǎn)量30年間提高了1倍[16]；香蕉采用滴灌施肥較肥料土施增產(chǎn)24%～46%[17]。與常規(guī)澆灌相比，采用滴灌施肥可以使荔枝產(chǎn)量提高7.99%，果實商品率提高13%～16%[18]；微灌水肥一體化處理的26年生“Rose Scented”荔枝產(chǎn)量(191 kg/株)增產(chǎn)70%[19]。在廣西，與常規(guī)土施比，滴灌水肥一體化技術使雞嘴荔增產(chǎn)23.9%～40.5%，欽州紅荔增產(chǎn)15.8%～36.0%；同時果實可溶性糖、可溶性固形物、Vc提高，可滴定酸含量降低[20]，改善了果實風味。在龍眼上，采用滴灌水肥一體化技術較對照(澆灌撒肥)增產(chǎn)10.4%～17.9%，且果實橫徑、果實可食率、可溶性固形物和可溶性糖含量顯著提高[7，21-22]。在“巴厘”菠蘿上應用滴灌施肥技術，較常規(guī)施肥增產(chǎn)39.04%，果實商品率達95.73%，提高11.51%[23]；滴灌施肥條件下，“神灣”菠蘿果實的果長、果徑、單果鮮質(zhì)量及單產(chǎn)較對照均顯著增加，果實可溶性固形物、蔗糖、可滴定酸質(zhì)量分數(shù)顯著提高[8]。在芒果上，滴灌施肥較傳統(tǒng)澆灌施肥增產(chǎn)23.5%～31.6%，果實可食率、可溶性固形物含量較對照分別提高6.6%和4.6%，有機酸含量降低49.9%，果實品質(zhì)得到顯著提升[24]。在番木瓜上，滴灌施肥能顯著改善番木瓜的生長和生理特性，獲得更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，較傳統(tǒng)灌溉增產(chǎn)43%[25-26]。番石榴滴灌處理的產(chǎn)量是常規(guī)灌溉處理的164%[27]。紅毛丹應用滴灌水肥一體化技術較常規(guī)施肥增產(chǎn)24.84%[28]。滴灌施肥為作物生長提供了良好的水、肥、氣、熱等環(huán)境條件，植株根系發(fā)達，生長快、發(fā)育早，較常規(guī)灌溉施肥具有顯著的增產(chǎn)效應。

3滴灌水肥一體化技術的水分效應

滴灌水肥一體化是目前世界上公認的水分利用率最高的一項灌溉技術，水分利用率可達90%以上[29]。在廣東，采用滴灌水肥一體化技術，香蕉周年生長中灌水量為2 207.5 m3/hm2，分別為傳統(tǒng)澆灌、噴水帶灌水量的27%和37%；灌溉水生產(chǎn)效率為21.49 kg/m3，較傳統(tǒng)澆灌、噴水帶處理分別增加323.61%和225.00%[11]。在海南，采用滴灌施肥處理香蕉生長季灌水量為8 210.2 m3/hm2，比噴水帶處理節(jié)水40.7%；灌溉水生產(chǎn)效率為5.86 kg/m3，較噴水帶處理增加88.42%[30]。鄧蘭生等[3]研究表明，滴灌施肥處理香蕉的灌水量為3 003.0 m3/hm2，較噴水帶、常規(guī)灌溉分別節(jié)水15.8%和28.7%；灌溉水生產(chǎn)效率為10.38 kg/m3，較噴水帶、常規(guī)灌溉處理分別增加81.47%和87.36%。在菠蘿上，采用滴灌水肥一體化技術，灌溉水利用效率為43.82 kg/m3。在滴灌條件下，施肥使灌溉水利用效率提高5.88 kg/m3，增幅達15.5%，表明水肥耦合灌溉施肥能提高灌溉水利用效率[31]。SHARMA等[32]對番石榴研究表明，利用滴灌水肥一體化技術能有效提高果樹的水肥利用效率，并且節(jié)水效果明顯。滴灌條件下，大田水利用率可達90%，相對于噴灌節(jié)水30～40百分點，較之于溝灌、漫灌、畦灌等方式，節(jié)水效果更為顯著[33]。滴灌屬全管道輸水和局部微量灌溉，同時做到適時供應作物根區(qū)所需的水分，實現(xiàn)作物的精準和定時、定量灌溉，不存在外圍水分的損失，避免了傳統(tǒng)溝、渠灌造成水大量滲漏、蒸發(fā)損失，也不會因大水漫灌后形成土壤板結，利于保持田間土壤的空間結構，使作物根系始終在疏松透氣的土壤環(huán)境中生長，有效提高水分的利用效率。

4滴灌水肥一體化技術的養(yǎng)分效應

4.1促進養(yǎng)分吸收

通過滴灌技術，可以在根系周圍形成一個水肥資源豐富的橢球體區(qū)域，利于根系對水肥的快速吸收，促進果樹的正常生長發(fā)育[34]。在滴灌施肥條件下，較之于澆灌和噴水帶處理，香蕉整個生長期葉片的鉀含量最高；生長中后期，葉片的氮和鈣含量最高；滴灌處理的香蕉各養(yǎng)分吸收量都顯著大于噴水帶處理；滴灌施肥方式葉片的氮、鉀含量波動最小，特別是鉀，始終維持在三者之中的最高水平，表明滴灌施肥有利于養(yǎng)分的均衡供給[3-4]。廣西滴灌蕉園植株養(yǎng)分累積量二代蕉比一代蕉大幅增加，其中，一代蕉園植株氮、磷、鉀、鈣、鎂吸收累積量分別為336.1 kg/hm2、38.0 kg/hm2、1 033.4 kg/hm2、78.1 kg/hm2和31.1 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.11∶3.07；宿根蕉園相當于一代蕉園的氮1.31倍、磷1.34倍、鉀1.69倍、鈣1.35倍和鎂1.81倍[35]。滴灌條件下，番木瓜植株氮、磷、鉀累積量分別為134.0 kg/hm2、28.7 kg/hm2、796.4 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.21∶5.94，其中，果實養(yǎng)分累積量最大，100 t果實中氮、磷、鉀累積量分別為130.0 kg、28.5 kg和891.0 kg，是常規(guī)灌溉施肥的1.2倍、2.9倍和5.0倍[36]。

有研究表明，與溝灌比，滴灌施肥可以改善土壤中磷的低效和氮、鉀的虧缺狀況，促進作物對養(yǎng)分的吸收[37]。滴灌方式下香蕉園土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量較微噴灌明顯提高，養(yǎng)分對作物的有效性也得到提高[38]。與傳統(tǒng)施肥相比，滴灌施肥提高中等活性有機磷和Fe-P的含量，降低土壤磷吸附指數(shù)，增加磷的生物有效性，促進香蕉對磷的吸收。滴灌施肥條件下香蕉根際土壤溶液中Cl—、SO42—、NO3—比傳統(tǒng)施肥條件下減少52.49%～106.99%，陰離子含量的降低增加了香蕉根系表面吸附位點對磷酸根的吸附，提高香蕉對磷的吸收[39]。彭智平等[14]研究表明，在氮、磷、鉀減量灌溉施肥條件下，香蕉葉片含量與施肥量較高的習慣施肥處理相當，表明灌溉施肥有提高香蕉對養(yǎng)分吸收能力的作用。通過滴灌施用氮、鉀肥后，菠蘿植株葉綠素含量提高，光合能力增強，施氮后葉綠素a(chl a)的響應時間為30～60 d，葉綠素b(chl b)為45～70 d，施鉀后葉綠素的響應時間為30～60 d[40]。滴灌施肥菠蘿植株氮的吸收量為553.79 kg/hm2，較單施肥、純灌水處理分別增加47.51%和37.65%；植株鉀吸收量為2 502.86 kg/hm2，較單施肥、純灌水處理分別增加67.23%和18.49%；植株磷吸收量為114.35 kg/hm2，較單施肥處理增加37.54%[31]。滴灌施肥“珍珠”番石榴植株葉片氮、鉀含量較對照顯著提高，表明滴灌肥水耦合可有效提高樹體對氮、鉀的吸收[9]。采用滴灌水肥一體化技術，可克服傳統(tǒng)溝灌撒施易造成土壤板結的弊病，使土壤疏松，保持良好的團粒結構和通透性，有利于作物根系的生長發(fā)育，增強根系活力，促進養(yǎng)分的吸收。

4.2提高養(yǎng)分利用效率

滴灌水肥一體化技術把定量的溶解態(tài)肥料直接送到果樹根部，使土壤溶液的養(yǎng)分特別是硝態(tài)氮和無機態(tài)氮維持適當水平的穩(wěn)定狀態(tài)，利于提高根系活性和吸收能力，減少水分和養(yǎng)分的深層滲透，養(yǎng)分消耗量和養(yǎng)分流失負荷顯著降低，肥料利用效率得到提高[41-42]。有研究表明，香蕉園采用滴灌施肥較肥料撒施可節(jié)約氮肥60%，且利用率提高1倍[43]；滴灌施肥下香蕉施用75%的推薦施肥量就能獲得良好的增產(chǎn)效果[44]；香蕉園應用水肥一體化技術，可較常規(guī)施肥節(jié)省肥料20%～50%[12]；在較對照(肥料土施)減少40%肥料的情況下，滴灌水肥一體化處理香蕉增產(chǎn)19%[17]；與農(nóng)戶習慣施肥比較，在香蕉產(chǎn)量相當?shù)那闆r下，滴灌施肥節(jié)省N 36.6%、P2O540.6%和K2O 10.2%，節(jié)省肥料成本31.1%[13]。在海南研究表明，滴灌施肥與噴水帶撒施比較，在減少N、K2O各20%的前提下香蕉增產(chǎn)9.9%；在減少N 51.8%、K2O60.7%的前提下增產(chǎn)14.3%，節(jié)本增效12 514～14 688元/hm2 [30]。在廣西試驗表明，滴灌施肥肥料用量為噴水帶撒肥的53.5%，肥料成本僅為噴水帶撒肥的59.2%，用水量為噴水帶處理的46.4%，香蕉產(chǎn)量增加4 019 kg/hm2，比噴水帶處理節(jié)本增效20 916.9元/hm2 [15]；滴灌條件下新植“威廉斯B6”香蕉氮磷鉀投入量分別為370.0 kg/hm2、202.7 kg/hm2和1 778.2 kg/hm2，較常規(guī)管理平均節(jié)約肥料約1 400 kg/hm2，提高了養(yǎng)分利用率，肥料偏生產(chǎn)力為17.76 kg/kg[45]。JOSHI等[46]研究表明，滴灌施肥條件下肥料用量較最大推薦施肥量減少25%，5～6齡荔枝園可獲得最高產(chǎn)量(40.4 kg/株)。

在菠蘿上，與常規(guī)施肥比較，滴灌施肥在節(jié)省N 42.84%、P2O552.67%的前提下增產(chǎn)39.04%。滴灌水肥一體化處理較常規(guī)施肥的肥料貢獻率增加16.31%，農(nóng)學效率增加18.05 kg/kg，N、P、K吸收效率較常規(guī)施肥處理分別增加47.51%、36.40%和67.21%[23，31]。PRAKASH等[47]研究表明，在滴灌減量施肥條件下，N、P、K用量為120 g/(株·a)、75 g/(株·a)和100 g/(株·a)，較最大推薦施肥量減少25%，4年生“Alphonso”芒果可獲得最高產(chǎn)量。在廣東，與常規(guī)施肥比較，滴灌施肥在節(jié)省氮、鉀用量30%的前提下芒果增產(chǎn)31.6%[24]。在海南，在N、P2O5、K2O投入量較常規(guī)施肥分別減少23.47%、43.73%和37.05%的前提下，微灌施肥處理芒果氮、磷、鉀肥農(nóng)學效率及肥料偏生產(chǎn)力較常規(guī)施肥分別提高64.50%、123.69%、58.88%和73.44%，較常規(guī)施肥節(jié)本增效10 650元/hm2 [48]。滴灌施肥紅毛丹肥料養(yǎng)分N、P2O5、K2O投入量較常規(guī)施肥分別減少44.57%、21.89%和9.63%，氮、磷、鉀肥農(nóng)學效率、肥料偏生產(chǎn)力分別為33.86 kg/kg、48.06 kg/kg、27.69 kg/kg和19.31 kg/kg，較常規(guī)施肥分別提高170.23%、91.70%、65.71%和73.03%，實現(xiàn)增產(chǎn)24.84%[49]。在滴灌施肥減量施肥條件下，黃皮的養(yǎng)分投入量僅為傳統(tǒng)灌溉施肥的50%～60%，生長顯著優(yōu)于傳統(tǒng)施肥處理[10]。在滴灌減量施肥條件下，在較傳統(tǒng)灌溉施肥處理減少氮20%的條件下，番木瓜產(chǎn)量增加14%[26]；番石榴養(yǎng)分投入量較最大推薦施肥量減少50%，肥料利用率最高(101.97 kg/hm2)[50]；在最高施肥量減少20%的條件下，番石榴“Lalit”的單果重(96.91 g)、單株結果數(shù)(77.70個)及果實產(chǎn)量(33.75 t/hm2)均為最高[51]。滴灌水肥一體化技術實現(xiàn)集中施肥與平衡施肥相結合，減少了肥料的揮發(fā)與流失，肥料和水的結合，擴大了作物吸收養(yǎng)分和水分的空間，從而提高肥料利用率。

5滴灌水肥一體化技術的環(huán)境效應

5.1降低 N2O排放

N2O是與全氣溫變化有關的主要溫室氣體，NO、N2O是酸雨的成分之一，導致土壤酸化，危害陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)土壤尤其是熱帶地區(qū)土壤是全球最主要的N2O排放源，貢獻率高達70%～90%，其中投入的氮肥是農(nóng)業(yè)土壤N2O的最大來源。滴灌的土壤孔隙含水率顯著低于溝灌，會產(chǎn)生抑制反硝化反應的環(huán)境，同時滴灌影響水分的配送方式，會產(chǎn)生更高濃度的NH4+-N和NO3--N，相比于溝灌處理其環(huán)境更能抵制反硝化反應，使排放的N2O更少[52]。在施用化學肥料條件下，與溝灌相比，滴灌降低N2O和NO的排放量，降幅分別為70%和33%，這可能是由于低的灌水量和不同的土壤濕潤形式而引起[53]。香蕉生長過程中大量氮肥投入及頻繁灌溉是土壤N2O及NO產(chǎn)生的有利條件。

氮肥大量施用和利用率低直接或間接對環(huán)境施加了較大壓力，尤其是大氣環(huán)境和水環(huán)境。據(jù)報道，香蕉生長季中不同施氮量土壤N2O的累積排放量為23.05～46.26 μg/(m2·h)，其中，在生長后期(孕蕾期-果實期)N2O排放量最高為105.24 μg/(m2·h)，最低為41.37 μg/(m2·h)[54]。在傳統(tǒng)栽培管理下，一個生長周期內(nèi)一株香蕉施化肥氮在750～920 g，每株香蕉平均吸收140 g[55]。以此計算，香蕉氮素利用率為15.2%～18.7%，遠低于我國氮肥30%～35%的平均利用率。有研究表明，滴灌施肥較肥料撒施氮肥利用率提高1倍[43]。在其他條件不變的情況下，當?shù)世寐视?0%提高到60%，土壤N2O的排放降低38.5%[56]。滴灌施肥技術不僅能提高水、肥利用效率達到110%和80%[57-58]，而且在相同施氮量下，比常規(guī)漫灌施氮減少30%～40%的N2O累積排放量[59]。張亞捷等[60]研究表明，較之于溝灌-沖施肥系統(tǒng)，滴灌水肥一體化系統(tǒng)可減少N2O年均排放量18.24 kg/(hm2·a)，約為溝灌系統(tǒng)排放量的61.1%。滴灌系統(tǒng)可以有效減少土壤N2O的排放損失，是一種更具N2O減排潛力的灌溉方式。

5.2減少養(yǎng)分淋溶

氮素徑流損失是造成地表水體富營養(yǎng)化的一個重要因素，進入土壤的過量氮以NO3-、NH4+等離子形式隨水淋洗到深層甚至地下水中，可能導致地下水體污染，影響飲用水質(zhì)量。NO3-過量攝入可能導致高鐵血紅蛋白血癥，有致癌危險。土壤氮淋失與灌溉量和施肥前土壤氮含量及形態(tài)有關。有研究表明，熱帶地區(qū)降雨量豐富，土壤中氮素淋溶平均為25.5%，淋溶出來的氮大部分以NO3--N形式存在，NH4+-N只占很小比例[61]。滴灌施肥NO3--N在距離滴頭一定范圍內(nèi)呈均勻分布，在濕潤邊界上硝態(tài)氮產(chǎn)生累積[62]。滴灌條件下砂質(zhì)土壤上氮素的淋溶明顯高于粘質(zhì)土壤，硝態(tài)氮淋失率分別為30.4%和9.6%，酰銨態(tài)氮淋失率分別為25.0%和9.4%，銨態(tài)氮淋失率分別為16.2%和5.7%[63]。采用滴灌水肥一體化技術可以使果園單位產(chǎn)量的總氮流失量較常規(guī)施肥減少45.2%～56.4%[64]。灌溉施肥條件下，銨態(tài)氮和尿素態(tài)氮都易隨灌溉水向下移動，若灌水過量，氮素會隨灌溉水在到達根系土壤深層后繼續(xù)向下移動而產(chǎn)生淋失。滴灌施肥能有效將尿素轉換成NH4+，使其吸附于土壤粘土礦物質(zhì)，提高氮肥的利用效率。

滴灌施肥因其灌水量小，不產(chǎn)生地表徑流；易于控制灌溉的頻率和數(shù)量，掌握精確的施水深度，較其他灌溉方式更有效調(diào)控水分和養(yǎng)分的供給，降低NO3--N在土壤中的殘留時間。因其產(chǎn)生的濕潤體很小，有效控制了水分向深層滲透而阻止NO3--N淋溶損失，減少環(huán)境風險[65-66]。DASBERG等[67]研究表明，控制氮量為160 kg/hm2，沙質(zhì)土壤0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm土層，滴灌施肥土壤溶液中NO3--N分別為39 mg/kg、4 mg/kg、0 mg/kg和0 mg/kg，肥料撒施條件下為28 mg/kg、27 mg/kg、21 mg/kg和11 mg/kg，說明滴灌施肥減少了NO3--N淋失對環(huán)境的危害。滴灌水肥一體化技術具生態(tài)友好特性，因其避免了肥料的滲漏，在一定程度上減少化肥面源污染[68]。有研究表明，滴灌使作物根區(qū)磷的流動性、肥料利用效率均高于溝灌；土壤中速效鉀、全鉀含量均高于溝灌與微噴灌，滴灌因灌水量小而使鉀流失量降低[38]。調(diào)整N、P、K比例并減少其用量的滴灌配方施肥能顯著降低硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀在土壤中的過量累積，降低土壤鹽分累積[69-70]。因此，適宜的滴灌施肥措施是減少養(yǎng)分淋洗、提高肥料利用效率的重要途徑。

6滴灌水肥一體化技術的土壤生物學效應

6.1土壤微生物

土壤微生物是土壤的重要組分之一，與土壤肥力關系密切。大水漫灌條件下造成土壤容重增加，肥料利用率降低，從而導致土壤中空氣通透性差、營養(yǎng)物質(zhì)固化貧乏，不利于有益微生物的生長。滴灌是將水流以點滴的形式滴入土壤，蒸發(fā)量小，保持土壤濕度的時間較長，利于土壤微生物的旺盛生長；滴灌條件下土壤相對頻繁的干濕交替能夠增強養(yǎng)分活化，保持良好的水、肥、氣、熱條件，有利于根系的生長，表現(xiàn)為根毛豐富、活性好，根毛分泌物加劇微生物的繁衍，促進耕作層細菌、放線菌和真菌生長，從而提高酶活性[71]。與溝灌相比，滴灌土壤的保濕性好，未改變微生物群落結構，能顯著提高革蘭氏陽性細菌和真菌數(shù)量[72]。劉朝輝[38]研究不同灌溉方式對蕉園土壤細菌、放線菌、真菌的影響，結果表明，在香蕉各生育期中，滴灌處理土壤中真菌數(shù)量為1.85×104～2.44×104個/g，高于溝灌處理；放線菌數(shù)量為2.27×105～2.78×105個/g，高于微噴灌處理；細菌數(shù)量為1.86×104～2.42×104個/g，與微噴灌相近。

滴灌處理的土壤通氣狀況良好，在水分適中及有機質(zhì)含量充足的情況下，為真菌等好氧微生物提供了良好的活動環(huán)境。潘寧[39]研究表明，滴灌施肥香蕉根際微生物量碳(MBC)比傳統(tǒng)溝灌施肥提高8.43%～35.80%，微生物量氮(MBN)提高9.52%～151.23%，香蕉根系活力比傳統(tǒng)施肥高25.45%～67.87%。這是由于滴灌單次灌水量小，灌水周期較溝灌短，淋洗出的可溶性有機碳(DOC)和可溶性有機氮(DON)含量高，而適宜的土壤水分有利于微生物生長，使得微生物量碳和微生物量氮含量增加[73]。此外由于滴灌沒有地面灌溉時對土壤的沖刷和對土體結構的明顯破壞，使土壤保持相對疏松，改善了根際土壤物理性狀，提高了根系活力[74]。

6.2土壤酶

土壤酶是由微生物、動植物活體分泌物及動植物殘骸產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)，在土壤物質(zhì)轉化和能量轉化過程中起主要作用，可作為土壤肥力、土壤質(zhì)量及土壤健康的重要指標。滴灌施肥有利于微生物生物量的增加，促進其活性和代謝，改進土壤中的微生物比例，提高土壤中的酶活性，促進土壤中養(yǎng)分循環(huán)、養(yǎng)分有效態(tài)轉化以及植物生長發(fā)育所需養(yǎng)分供給過程[75]。滴灌處理香蕉各生育期土壤脲酶活性為2.64～3.80，從孕蕾期-果實成熟期土壤脲酶活性較溝灌顯著升高，這是由于滴灌提高了水溶性有機碳含量，而水溶性有機碳是土壤微生物可直接利用的碳源，因而隨著土壤微生物總量及土壤中底物濃度增加，提高了土壤脲酶活性；土壤酸性磷酸酶活性為63.34～140.69，在生長周期中呈逐漸增高趨勢；香蕉根際酸性磷酸酶活性在不同土層之間的大小表現(xiàn)為0～8 cm土層高于8～16 cm和16～24 cm土層；在酸性土壤上，土壤真菌是酸性磷酸酶的主要來源，滴灌處理良好的通氣狀況及充足的有機質(zhì)含量利于真菌數(shù)量增長，蕉園土壤適宜的pH范圍(4～6)及土壤含N量為酸性磷酸酶活性的提高創(chuàng)造良好條件[38，67]。侯樂等[76]研究表明，滴灌條件下土壤磷酸酶、過氧化氫酶、轉化酶、脲酶活性均明顯大于溝灌，滴灌處理對土壤肥力為有利影響。

6.3土壤線蟲

土壤線蟲是土壤中重要的生物類群，在土壤有機質(zhì)分解、養(yǎng)分礦化、土壤微生物調(diào)節(jié)及及土壤理化性質(zhì)的改變中起關鍵作用，在土壤腐食食物網(wǎng)中占有重要地位。土壤線蟲可作為施肥和灌溉過程中土壤質(zhì)量變化的生物學指標[77]。水肥一體化設施條件下優(yōu)化施肥可提高土壤線蟲數(shù)量和食細菌線蟲的相對多度，提高土壤線蟲通路比值，形成以細菌為主的土壤食物網(wǎng)分解途徑，從而改善土壤生態(tài)環(huán)境[78]。有研究表明，滴灌施肥香蕉各生育期土壤線蟲的通道指數(shù)(NCR)均高于0.5，表明土壤食物網(wǎng)以食細菌通道為主；增加食細菌線蟲、食真菌線蟲、植物寄生線蟲和捕食/雜食線蟲的數(shù)量；土壤線蟲的結構指數(shù)(SI)和富集指數(shù)(EI)均大于50，提高水肥利用效率，使土壤養(yǎng)分維持在較好狀態(tài)，更利于促進作物生長，增加作物根系生物量和土壤微生物量，促進土壤中營養(yǎng)物質(zhì)的積累，增加細菌和真菌的種類和數(shù)量，為腐生線蟲提供充足的食物來源，腐生線蟲數(shù)量的增多進一步導致高營養(yǎng)級的捕食/雜食線蟲數(shù)量增多，進而促進植物線蟲種群數(shù)量的增長；但過量的水肥供應會增加對土壤線蟲的干擾程度，使蕉園土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低[79]。

7滴灌水肥一體化技術應用的展望

水肥一體化技術是實施“化肥零增長”的重要保障措施之一。2013年農(nóng)業(yè)部辦公廳印發(fā)了《水肥一體化技術指導意見》，提出2015年水肥一體化技術推廣總面積達到5.333×106hm2以上，新增推廣面積3.333×106hm2以上，其中果樹6.66×105hm2；到2020年推廣總面積達到1.00×107hm2。熱區(qū)6省(區(qū))“十三五”期間新增高效節(jié)水灌溉面積8.00×105hm2，其中微灌面積2.25×105hm2。實現(xiàn)節(jié)水50%，節(jié)肥30%，經(jīng)濟作物節(jié)本增收9 000元/hm2以上。目前，熱區(qū)滴灌水肥一體化技術的推廣應用迅速，但也存在一些問題：一是設施設備質(zhì)量參差不齊，節(jié)水器材生產(chǎn)標準化規(guī)范化有待提高，安裝過程中設施不配套，加之資金投入不足使滴灌工程的功能和質(zhì)量降低；二是水溶肥質(zhì)量差異大，加上施肥設備的不完善造成施肥效果不佳；三是針對不同果樹、不同目標產(chǎn)量的水肥用量與灌溉施肥規(guī)程因缺乏針對性強的基礎資料而不甚明確，水肥一體化的節(jié)水、節(jié)肥、增效作用沒有得到充分發(fā)揮；四是技術指導與相應培訓、宣傳不到位，設備使用過程中出現(xiàn)問題不能及時解決，造成工程使用管理水平下降，不能正常發(fā)揮設施水平；同時只顧節(jié)水，不顧施肥，缺少必要的指導經(jīng)費和展示示范平臺。

在研究工作上，雖然在熱帶果園生態(tài)系統(tǒng)水分、養(yǎng)分資源管理中進行了一些有益探索，但仍面臨諸多問題，如生產(chǎn)力提高和資源高效的同步協(xié)調(diào)，即在果樹高產(chǎn)或超高產(chǎn)條件下實現(xiàn)水分、養(yǎng)分資源優(yōu)化管理；區(qū)域間土壤和環(huán)境養(yǎng)分供應難于定量化等，需要加大相關應用基礎研究。從果樹-養(yǎng)分、水分-產(chǎn)量關系、水肥耦合及水鹽運動等機理研究入手，進行熱帶果樹節(jié)水增產(chǎn)灌溉制度、高產(chǎn)果園水肥耦合對果樹產(chǎn)量及養(yǎng)分利用、植株營養(yǎng)診斷與養(yǎng)分調(diào)控技術、全膜覆蓋果樹水肥耦合效應、不同滴灌施肥模式的生態(tài)環(huán)境效應、水溶性配方肥料生產(chǎn)及配套施用技術體系研究、滴灌水肥一體化條件下基于云智能傳感網(wǎng)絡的物聯(lián)網(wǎng)智能化、自動化研究，以便更全面了解水肥耦合條件下水鹽運動機理，以及養(yǎng)分高效利用的生態(tài)和生理學機理，在此基礎上確定果園適宜土壤水分下限的調(diào)控指標及土壤養(yǎng)分技術指標，集成提出調(diào)控模式，建立水肥耦合條件下熱帶果樹養(yǎng)分資源管理技術體系及水分監(jiān)測體系，制訂熱帶果樹營養(yǎng)診斷體系節(jié)水栽培技術規(guī)程及水肥高效利用技術規(guī)程，進而為集成和提升熱帶果樹高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)和環(huán)保的水分、養(yǎng)分資源管理及調(diào)控技術體系提供科學依據(jù)。在各級政府重視、支持政策有力、技術和設備進一步完善、培訓和宣傳進一步加強的有利條件下，滴灌水肥一體化技術必將被越來越多的果農(nóng)及合作社所接受并得到發(fā)展。