茶園滴灌與水肥一體化技術(shù)研究

楊清霖，楊向德，石元值，馬立鋒*

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所/農(nóng)業(yè)部茶樹生物學(xué)與資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310008；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院，北京 100081)

茶樹[Camelliasinensis(L.) O. Kuntze]是我國(guó)重要經(jīng)濟(jì)作物之一，以葉片為收獲對(duì)象，新梢中氮、磷、鉀的含量分別可達(dá)到4%～7%、0.3%～1%、2%～3%，因此對(duì)養(yǎng)分的需求較大，尤其是氮[1]。茶樹具有喜濕怕澇的習(xí)性，多生長(zhǎng)在山區(qū)和半山區(qū)，同時(shí)我國(guó)茶園分布廣泛(西至東經(jīng)94°的西藏米林，東至東經(jīng)122°的臺(tái)灣東海岸，南起北緯18°的海南榆林，北至北緯37°的山東榮成)[1]，區(qū)域間降水差別大、年降水不均，尤其在旱季時(shí)會(huì)影響到茶樹的正常生長(zhǎng)[2]，缺水和交通的不便限制了對(duì)茶樹的人工灌溉與施肥。其它經(jīng)濟(jì)作物可以采用漫灌和溝灌等方式進(jìn)行[3,4]，而茶園只能采用滴灌方式。

滴灌是一種局部微灌溉技術(shù)，能夠通過管道輸送，直接將水輸送到植物的根系附近，借助現(xiàn)代精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、安裝和管理技術(shù)，緩流和低壓能夠?qū)⒐喔人睦眯侍嵘?0%以上[5]。滴灌最早產(chǎn)生于國(guó)外，是以色列等缺水國(guó)家的常用農(nóng)業(yè)技術(shù)，隨后在美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)施栽培上得到了廣泛應(yīng)用[3,6]，由于滴灌比微噴灌更節(jié)水[7]，已經(jīng)逐漸成為西方國(guó)家主流的田間灌溉技術(shù)。

滴灌作為一種先進(jìn)的滴灌方式，必須將滴灌與施肥融為一體，才能發(fā)揮其優(yōu)越性。它能夠減少縱向滲透和地表徑流帶來的養(yǎng)分損失，從而提高植物對(duì)養(yǎng)分的利用效率[8,9]，因此茶園開展滴灌施肥技術(shù)的研究，能夠精準(zhǔn)的控制水、肥，顯著提高水、肥的利用效率[10]，這對(duì)于改善茶園土壤酸化和貧瘠化，以及減少施大量化肥而引起環(huán)境污染具有極大的促進(jìn)作用[11]。

滴灌在20世紀(jì)70年代從墨西哥引進(jìn)到中國(guó)后，已經(jīng)在果蔬、糧食作物等進(jìn)行了應(yīng)用，效果明顯[12-17]。在茶樹上的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)90年代，直至目前茶園滴灌施肥技術(shù)仍處于初始階段，尤其是相關(guān)技術(shù)參數(shù)尚不明確。本文就茶園滴灌、及滴灌結(jié)合水肥一體化等方面的研究進(jìn)行了綜述，對(duì)于優(yōu)化相關(guān)技術(shù)參數(shù)，指導(dǎo)開展茶園滴灌及其水肥一體化技術(shù)具有借鑒作用。

1 茶園滴灌技術(shù)研究

1.1 滴灌系統(tǒng)組成

滴灌系統(tǒng)主要由供水裝置、控制樞紐、輸水管路和滴頭組成[18-22]。

1.1.1 供水裝置 供水裝置主要包括：水源、蓄水罐、壓力罐等設(shè)施。

水源多采用符合農(nóng)藝灌溉的流水，將收集的灌溉水儲(chǔ)存于蓄水罐中。為保障管道中的水能夠進(jìn)行運(yùn)輸，滴灌管道中的水必須有一定的壓力(一般要達(dá)到0.1～0.2 Mpa)，因此蓄水罐的相對(duì)高度在10 m以上，或者在蓄水罐旁設(shè)置壓力罐，將水加壓到0.2～0.5 MPa[19,21]。

1.1.2 控制樞紐 控制樞紐包括：水泵、流量壓力調(diào)節(jié)器、過濾裝置、肥料混合設(shè)備等。

控制樞紐是連接水源和灌溉茶園的關(guān)鍵組成，直接影響到使用效果。水泵將蓄水池中經(jīng)過過濾裝置的水通過管道系統(tǒng)輸送到茶園。如果需要滴灌施肥，可以通過肥料混合設(shè)備調(diào)節(jié)水肥，其中在控制樞紐中，可以通過人工或自動(dòng)化的方式控制水壓、水流量和進(jìn)水量等相關(guān)參數(shù)[21]。

1.1.3 輸水管路 輸水管路包括：主干管、支管、毛管等。

主干管是連接蓄水池到茶園的主要管道系統(tǒng)，常用的材料有PVC(聚氯乙烯)、PP(聚丙烯)和PE(聚乙烯)等，內(nèi)徑30～150 mm，實(shí)際選用可根據(jù)流量而定。通常將主干管埋在0.8 m以下土層，以防止人為損壞[21, 22]。

支管是分布在茶園周圍的二級(jí)管線系統(tǒng)，一般選用PE(聚乙烯)的黑色管路，以防止管內(nèi)生長(zhǎng)綠苔等堵塞管道，內(nèi)徑30～60 mm，實(shí)際選用可根據(jù)流量而定，可將其放置于地表或埋置于地下[22]。

毛管是連接支管和滴頭的管線，一般放置于地表，采用PE(聚乙烯)材料，常用規(guī)格有內(nèi)徑16、20、25、32、40 mm等，通常在毛管上左右兩側(cè)布置滴頭。規(guī)格為0.5～0.7 mm滴頭，滴頭間距通常在25 cm[21]，實(shí)際滴頭距離需根據(jù)土壤類型確定，如果滲水性比較好的砂性土壤可以適當(dāng)縮小滴頭間距，而滲水性較差的黏性土壤可以適當(dāng)擴(kuò)大滴頭間距[22]，保證水分的供應(yīng)不會(huì)過多也不會(huì)過少[3, 7, 23, 24]。管線之間的連接可采用三通進(jìn)行連接，在支管和毛管的連接處也可以附加過濾裝置，防止水中產(chǎn)生沉淀堵塞毛管[22]。

1.1.4 滴頭 滴頭通常布置在毛管上左右兩側(cè)，規(guī)格為0.5～0.7 mm，滴頭間距通常在25 cm[21]，實(shí)際滴頭距離需根據(jù)土壤類型確定，如果滲水性比較好的砂性土壤可以適當(dāng)縮小滴頭間距，而滲水性較差的黏性土壤可以適當(dāng)擴(kuò)大滴頭間距[22]，保證水分的供應(yīng)不會(huì)過多也不會(huì)過少[3, 7, 23, 24]。滴頭朝上，防止沉淀堵塞滴頭。

1.2 茶園滴灌技術(shù)

通過滴灌系統(tǒng)將水均勻的運(yùn)輸?shù)讲铇涞母抵車?，由于滴灌速度小于水分在土壤中的滲透速度，因此能有效地防止地表徑流的形成，使水分均勻地分布于根際土壤，提高水分的利用率。這一技術(shù)在干旱地區(qū)和發(fā)達(dá)國(guó)家的設(shè)施栽培上已廣泛應(yīng)用[25, 26, 27]。

表1總結(jié)了茶園滴灌用水技術(shù)的相關(guān)參數(shù)、使用效果。

1.2.1 滴灌用水量 根據(jù)不同地區(qū)的實(shí)際情況，每次滴灌用水量為122～525 m3·hm-2不等，比傳統(tǒng)的灌溉節(jié)水30%～60%，在實(shí)際使用時(shí)可結(jié)合生產(chǎn)情況、氣候條件、地理環(huán)境等調(diào)整用量[2,7,18,28]。

1.2.2 滴灌時(shí)期和次數(shù) 滴灌時(shí)期需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件和茶樹的生長(zhǎng)情況進(jìn)行判斷，一般在茶園旱季(中國(guó)南方一般為春、秋兩季)進(jìn)行滴灌，通常需要在雨季結(jié)束后的5～7天開始滴灌，保證茶園土壤中的水分含量在25%左右，以利于茶樹的正常生長(zhǎng)[6, 28, 29]?？刹捎猛寥缽埩τ?jì)進(jìn)行判斷，表土層下20 cm土層中的土壤張力高于-20 kpa時(shí)，就開始進(jìn)行滴灌，如果土壤張力一直維持在-20 kpa以下的時(shí)候，就需要減少水分的施入[11]。

從表1可見，滴灌的次數(shù)周期隨意性較大，從每年滴灌2次到多次不等。一般認(rèn)為，在雨水偏少的季節(jié)，每隔4～5天進(jìn)行一次滴灌，無論是在砂性土壤或者黏性土壤，當(dāng)水分施入后不再有水分補(bǔ)充的5～7天后，土壤中的水分含量會(huì)下降到20%左右，此時(shí)的土壤含水量就不能滿足茶樹的正常生長(zhǎng)[7, 9]。

每次滴灌持續(xù)的時(shí)間、水流量也是相差較大。一般認(rèn)為，毛管的水流量應(yīng)當(dāng)控制在2～2.5 L·h-1之間(滴頭間距在25～75 cm之間)，持續(xù)4 h對(duì)于茶園中水分的均勻分布和徑向運(yùn)動(dòng)最為有效，能夠保證水分的滲透形成一個(gè)徑向28～50 cm，深度30～40 cm的水漬濕潤(rùn)帶，以保證土壤水分含量22.35%～27.83%[6,7,28,29]。

1.2.3 應(yīng)用效果 從表1可見，滴灌用水可節(jié)水30%～67%，增產(chǎn)6.7%～44%，對(duì)茶農(nóng)具有增收作用，同時(shí)生態(tài)效益明顯。滴灌用水技術(shù)是多種因素共同影響的，需要根據(jù)土壤類型、氣候條件、茶樹的生長(zhǎng)狀況等多種因素進(jìn)行考慮[30, 31]。

表 1 滴灌用水技術(shù)相關(guān)參數(shù)及應(yīng)用效果

2 茶園滴灌施肥技術(shù)研究

滴灌技術(shù)與肥料融為一體，才能更好地發(fā)揮其優(yōu)越性。滴灌可以將水、肥有機(jī)結(jié)合，均勻地供給茶樹，更好的吸收肥料，提高肥料的利用效率[35]。茶園中滴灌施肥研究的并不多，表2中顯示了滴灌技術(shù)結(jié)合水肥一體化研究的相關(guān)肥料種類、參數(shù)及使用效果。

一般地，滴灌施肥的肥料需有較好的水溶性，應(yīng)為易溶于水的固態(tài)或者液態(tài)肥料，使用較多的有：沼液肥、尿素、硫銨、硝銨磷酸一銨、磷酸二銨、硝酸鉀、硫酸銨、植物營(yíng)養(yǎng)劑(有機(jī)液態(tài)肥料)等[9,36,37]。

2.1 無機(jī)肥、植物營(yíng)養(yǎng)劑的滴灌施肥技術(shù)

2.1.1 肥料用量 年施氮肥用量300～450 kg·hm-2[8]，是傳統(tǒng)肥料用量的30%～40%[11]；如果是植物營(yíng)養(yǎng)劑，一般為營(yíng)養(yǎng)劑20倍(即營(yíng)養(yǎng)劑∶清水=1∶20)[9]。

(1)以構(gòu)建的項(xiàng)目施工實(shí)際安全保障水平評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)矩陣為基礎(chǔ)，確定了建筑工程項(xiàng)目施工的實(shí)際安全保障水平的度量方法。

2.1.2 肥料滴灌濃度 1∶5的肥水比將氮肥溶解，施肥器的肥水比例設(shè)定為4%[8]。從滴灌濃度分析，營(yíng)養(yǎng)劑使用濃度的20～80倍[9]。

2.1.3 用水量 每次滴灌用水量30.45 m3·hm-2[8]，每次滴灌2 mm水量[39]。

2.1.4 滴灌時(shí)期和次數(shù) 從表2可見，滴灌施肥時(shí)期全年都可進(jìn)行，從施肥次數(shù)分析，每隔5～6天滴灌1次[9]；按月份(5月28日～12月5日)滴灌14次[38]；按茶季(春茶、夏茶、秋茶各2次)6次[8]。

從施用時(shí)期分析，根據(jù)張力計(jì)讀數(shù)達(dá)到15 cm時(shí)開始灌溉，或根據(jù)土壤20 cm處的張力計(jì)讀數(shù)達(dá)到-20 kpa時(shí)開始滴灌[11,38]，旱季[9]、茶葉生產(chǎn)季節(jié)[8, 11]、茶季+基肥時(shí)期[38]，每次滴灌持續(xù)時(shí)間4 h[9, 38]。

2.1.5 水流量和滴頭間距 水流量0.62～2.28 L·h-1，滴頭間距0.2～0.5 m。

2.1.6 應(yīng)用效果 滴灌施肥可增產(chǎn)3.4%～35%，而且能夠減少肥料用量、減弱土壤酸化，增加茶農(nóng)收入，因此具有明顯的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。

2.2 沼液肥的施用技術(shù)

沼液肥是當(dāng)前在水肥一體化研究中的重要肥料種類，它是將人畜糞便和秸稈等通過在沼液池中進(jìn)行厭氧發(fā)酵，在排放出沼氣后留下的液態(tài)肥料[40]。發(fā)酵后不僅能夠保留原有營(yíng)養(yǎng)元素，還能夠形成更加易于植物吸收的形態(tài)[40-45]。研究發(fā)現(xiàn)，沼液中有機(jī)質(zhì)含量為40%～55%，氮、磷、鉀的含量為別為1.2%、0.8%、1.2%，可促進(jìn)發(fā)芽、提早采摘[40, 41, 46]，此外還含有腐殖酸等抗生性活性物質(zhì)，能夠有效的抑制病蟲害的發(fā)生，尤其是在對(duì)茶樹種植過程中的茶炭疽病和螨蟲的抑制效果最好[43]。沼液中的重金屬含量符合有機(jī)肥的限量指標(biāo)，是一種安全的有機(jī)肥[47]。

表2 滴灌施肥相關(guān)技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用效果

施用沼液能夠改善土壤性質(zhì)，防止茶園土壤的過度酸化，對(duì)于平衡施肥有著重要的作用，通過消耗沼液也能夠減少由于沼液的浪費(fèi)造成的環(huán)境二次污染[47]，茶園單施沼液肥可以達(dá)到茶葉的增產(chǎn)提質(zhì)作用，通過沼液與化肥的配合使用，可以減少茶園化肥的使用，達(dá)到茶園沼液肥的發(fā)展和平衡施肥的目的[36]。

查閱了相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，茶園中沼液肥的施用技術(shù)主要是根灌，表3總結(jié)了沼液肥施用技術(shù)研究的相關(guān)參數(shù)及應(yīng)用效果。

2.2.1 施用量 沼液肥每畝用量范圍較廣，為500～8571 kg不等。

2.2.2 施用方法 施用時(shí)期隨意性較大，基本每個(gè)月都可以施，年施1次至7次不等。施用方式上看，根灌、滴灌、葉面噴施都可以。

2.2.3 應(yīng)用效果 從表3可見，施用沼液肥有助于提高茶葉產(chǎn)量、提升茶葉品質(zhì)，對(duì)病蟲害有一定的抑制作用，增加茶農(nóng)收入。

如果茶園中進(jìn)行單施沼液肥，平均每畝沼液肥料為3000～4000 kg效果最佳[42, 43]，每次畝施500～1000 kg，按照1:1的水肥比例進(jìn)行稀釋后，每年施用3次，有利于提升茶葉品質(zhì)和對(duì)礦質(zhì)元素的吸收[48]。采用沼液+復(fù)合肥共施能夠提高茶樹營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)的速效性，同時(shí)保證茶園土壤的持續(xù)供應(yīng)[47]，每畝1/2化肥+1/2沼液肥(尿素0.15 kg+復(fù)合肥0.225 kg+沼液257 kg)更能夠促進(jìn)茶樹生長(zhǎng)，增加茶葉產(chǎn)量，保證在茶園中的肥料施用[41]。

表3 沼液肥使用相關(guān)技術(shù)參數(shù)及應(yīng)用效果

3 討論與結(jié)論

滴灌技術(shù)既能解決水的問題，又能解決肥的問題。從水的方面來講，滴灌技術(shù)節(jié)水作用明顯，特別對(duì)干旱地區(qū)的茶園緩解旱情有積極的作用。從肥的方面講，滴灌技術(shù)具有節(jié)省肥料、提高養(yǎng)分利用效率的作用，同時(shí)也緩解了農(nóng)村勞動(dòng)力緊張、施肥勞動(dòng)強(qiáng)度大、施肥成本高的問題，因此茶園滴灌施肥技術(shù)可成為今后茶園施肥的重要方式之一。

茶園滴灌水的技術(shù)要求并不高，只有滴灌與肥料結(jié)合形成水肥一體化技術(shù)才能發(fā)揮其應(yīng)有的作用，茶園滴灌施肥技術(shù)雖好，但在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的困難，主要原因有：

1)沒有相對(duì)統(tǒng)一的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，缺少茶園水肥一體化使用技術(shù)的相關(guān)技術(shù)規(guī)程或者標(biāo)準(zhǔn)

我國(guó)茶園滴灌施肥技術(shù)研究還處于起始階段，研究相對(duì)不足。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來看，研究比較粗放，主要集中在沼液肥的使用(以根灌的形式進(jìn)行，很少采用滴灌進(jìn)行)，肥料添加的隨意性較大，技術(shù)參數(shù)五花八門，沒有真正形成一套實(shí)用的滴灌施肥技術(shù)，如滴灌時(shí)水肥的比例、肥料用量、滴灌時(shí)期、滴灌流速、水量等參數(shù)，這些都需要在今后的研究中不斷解決，根據(jù)不同茶區(qū)的實(shí)際情況，結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣桀惡铜h(huán)境條件，研究出適合在本地進(jìn)行滴灌施肥的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

水肥一體化以其省力、高效著稱，應(yīng)該用技術(shù)規(guī)程或者標(biāo)準(zhǔn)的形式固定下來，真正能夠讓茶農(nóng)掌握的實(shí)用技術(shù)。

2)茶園滴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、布局，需要綜合考慮，不能影響機(jī)械的耕作

茶葉采摘季節(jié)，采茶工反復(fù)出入茶園，同時(shí)土壤理化性狀的惡化等因素容易造成茶園土壤板結(jié)，需要茶園耕作保持良好的土壤質(zhì)量條件，因此滴灌系統(tǒng)的鋪設(shè)，不能妨礙機(jī)械的耕作。

茶農(nóng)對(duì)滴灌施肥的顧慮之一就是害怕不能進(jìn)行機(jī)械耕作。

3)茶園滴灌系統(tǒng)的質(zhì)量問題值得注意

相對(duì)于傳統(tǒng)施肥，滴灌系統(tǒng)的安裝需要前期一次性投入，投入費(fèi)用相對(duì)較大，如果由于滴灌系統(tǒng)的材料質(zhì)量問題而導(dǎo)致的不能使用，會(huì)造成茶農(nóng)對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的反感。滴灌施肥技術(shù)本身是一項(xiàng)使用方便、施肥效率高、應(yīng)用效果好的技術(shù)，好的技術(shù)也需要配套質(zhì)量好的滴灌系統(tǒng)。

4)茶園分布的地理?xiàng)l件限制了該技術(shù)的推廣

在其他作用中，滴灌施肥應(yīng)用的相對(duì)比較好，也獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，但是在茶園中這項(xiàng)技術(shù)的使用還是相對(duì)不足，原因之一就是茶園相對(duì)于其他經(jīng)濟(jì)作物而言，存在生長(zhǎng)的地理?xiàng)l件、生態(tài)環(huán)境等的特殊性，如茶樹一般生長(zhǎng)在山區(qū)、半山區(qū)，安裝滴灌系統(tǒng)、系統(tǒng)維護(hù)等相對(duì)不便，再加上水資源相對(duì)缺乏、肥料運(yùn)輸難度大，這些現(xiàn)實(shí)條件也會(huì)限制該技術(shù)的使用。