山地果園分根氣霧栽培改造
——以麗水市蓮都區(qū)雨傘崗為例

徐 倩，張建新，徐偉忠，夏更壽

（1.麗水學院生態(tài)學院，浙江麗水323000；2.麗水職業(yè)技術學院林業(yè)科技學院，浙江麗水323000；3.麗水市農(nóng)林科學研究院，浙江麗水323000）

園藝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、信息化程度的普及與應用，促使園藝產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)轉型。對于多年生果樹來說，提升果樹的生產(chǎn)效率和提高經(jīng)營效益尤為迫切，同時也一直是研究人員關注的熱點。從單一生產(chǎn)型轉變?yōu)榻Y合采摘體驗的休閑觀光型果業(yè)，從勞動力投放密集型轉變?yōu)槭×a(chǎn)，從產(chǎn)量為導向的粗放管理型向精品化發(fā)展，從大量施用農(nóng)藥化肥到減量或者免農(nóng)藥化肥的生產(chǎn)，從而構建一個全新的果業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營模式，實現(xiàn)果業(yè)生產(chǎn)者有利可圖，滿足人們對美好生活向往的多功能需求與高品質消費的要求。果業(yè)生產(chǎn)模式與經(jīng)營方式的轉型升級是在鄉(xiāng)村振興、產(chǎn)業(yè)興旺的新時代大背景下進行的，其意義深遠，對水果產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有巨大的推動作用。同時，實現(xiàn)果園的智能化管理，也將是果園生產(chǎn)管理創(chuàng)新的重要切入點與創(chuàng)新點。為了實施果園的智能化、省力化、減藥化、精準化生產(chǎn)必須對現(xiàn)有的果園進行設施的改良與改造，以適應新型生產(chǎn)方式的普及應用。

1 相關研究背景與問題

目前，麗水市蓮都區(qū)的果樹栽培大多仍采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，技術手段落后，其已成為阻礙果業(yè)轉型與信息化進程的主要因素。麗水市的山地資源豐富，約占到全市總面積的90%，如何充分地利用這些山地資源是發(fā)展當?shù)亟?jīng)濟的一個重要因素。山地生態(tài)環(huán)境相對脆弱，在開發(fā)過程中極易引起生態(tài)環(huán)境問題。例如在坡地開發(fā)果園，雖有一定的經(jīng)濟效益，但也存在水土保持等問題，造成不同程度的水土流失與土壤退化[1]。絕大多數(shù)對山地改造的措施為增施基肥、配方施肥、截水蓄水、高接換種和加密補植等[2-3]，其中施用肥料會產(chǎn)生面源污染等問題。無土栽培方式可以有效地解決土壤的各類問題，尤其是近年來出現(xiàn)的氣霧栽培技術，該技術是將植物根系完全置于氣霧環(huán)境下生長的一種新型無土栽培模式，克服了基質栽培不利于觀測根系、水培溶解氧有限等缺點，使植物根系可以自由伸展，并且氧氣、水分和礦物質營養(yǎng)等供應充足，是植物快速生長的最佳栽培模式之一[4-6]。氣霧栽培模式的應用領域正在不斷地延展，對于一些特殊地況類型也能適用，例如平原、山地、沙漠等地域[6]。

目前氣霧栽培在蔬菜種植中的應用已較普遍并獲得較好的效果。馬鈴薯脫毒小薯在氣霧栽培下形成的匍匐莖數(shù)量和成薯數(shù)分別是常規(guī)無土栽培的6.5倍和13.32倍[7]。除了產(chǎn)量上的增加，霧培對農(nóng)產(chǎn)品品質的提升也有一定的作用，如氣霧栽培的香菜、生菜、大白菜的維生素C含量比基質栽培的有顯著提高[8]。在藥用植物、果樹上精準氣霧栽培也正在興起，并有廣闊的應用前景[6，9]。氣霧栽培在果樹上已經(jīng)有成功的案例，例如桃樹、葡萄等[10]，而如何將氣霧栽培技術與山地果樹原地改造相結合目前還未見相關報道。因此，本研究結合山地特點，對果園進行分根霧培改造，改變當前果園的耕作制度，以實現(xiàn)水氣根與陸根的共存、肥水的精準自動化供應，從而提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)量品質，為果樹的產(chǎn)業(yè)轉型提供創(chuàng)新發(fā)展的動能。

2 山地分根氣霧栽培的特點

將氣霧栽培技術融入種植業(yè)中，可以實現(xiàn)肥水的自動化管理及雜草的免耕利用。對于山地果園來說，交通運輸和園地管理大多依賴體力勞動的支撐，因此削減體力勞動、降低果園管理的成本是技術創(chuàng)新的關鍵；另外，從生態(tài)貢獻角度來說，果園的建設雖有較高的碳轉換，創(chuàng)造類似林地的生態(tài)效果，但山地果園的梯田化耕作，加劇了水土流失，而施肥打藥進一步地造成面源污染。霧培技術的融入以及構建肥水零外排的管理體系，不僅節(jié)省了肥料投入，還極大地降低了土壤改良用工與肥料滲漏或蒸發(fā)造成的土壤地下水及大氣污染。霧培技術應用到山地果園的改造，可實現(xiàn)雜草免耕，有利于果園生態(tài)系統(tǒng)重構，實現(xiàn)果樹與雜草的共生互作，利用生物之間的相生相克機理，實現(xiàn)病蟲的生態(tài)控制，達到減少病蟲害的目的。智能化打藥系統(tǒng)的融入，減少了人工打藥的勞力支出及其帶來的安全隱患。實現(xiàn)果樹產(chǎn)業(yè)轉型，讓果業(yè)生產(chǎn)成為省力化、精準化、信息化、智慧化的新型產(chǎn)業(yè)。

3 分根氣霧栽培技術

3.1 原生地氣霧栽培系統(tǒng)

果樹氣霧栽培的改造，可以從幼苗開始，但考慮到果樹的童期較長，因此在現(xiàn)有成年的投產(chǎn)樹或是幼樹的果園基礎上進行氣霧分根栽培改造，不但成活率高、省時省工，同時還可實現(xiàn)智能化精準化控制。選擇一塊原生土壤耕作的果園，在植株冠層范圍內(nèi)的邊側打洞，挖埋圓柱形的塑料桶或者其他容器，如果是山地果園，可以在樹體的下坡處定點打洞（使用機械化打洞機操作），對于密植的平地果園可以采用邊側開溝的方式進行霧培根的誘導改造。打洞挖溝后，會暴露出一部分果樹的根系，將這些根系放入到溝或桶里，在溝或桶里配套安裝營養(yǎng)液供應管道及彌霧噴頭用于霧培根的誘導，如圖1所示。若是埋設桶，可在桶底安裝回液管，如果是密植果園的開溝模式，可以于溝尾端統(tǒng)一安裝回液管。采用地下埋設的方式有利于根溫的穩(wěn)定，地上式安裝桶或霧培誘導管同樣也可以誘導氣生根根系的產(chǎn)生。

圖1 分根霧培地下部分示意圖

應根據(jù)果樹種類、地形狀況、土壤性質等實際情況選擇開洞工具、埋設方式、氣霧桶的規(guī)格等。氣霧栽培裝置核心的營養(yǎng)液供應系統(tǒng)主要由營養(yǎng)液殺菌器、水泵、供液管、過濾器、強磁處理、根霧室或溝、彌霧噴頭、集液管道、自動化控制等組成（如圖1、圖2所示），易實現(xiàn)標準化安裝，是一類適合生產(chǎn)和推廣的高效快速改造技術體系。

圖2 氣霧栽培培養(yǎng)液首部組成與安裝

3.2 智能化系統(tǒng)

實現(xiàn)果園管理系統(tǒng)的智能化可以使生產(chǎn)過程更加精準，同時可以節(jié)省勞動力。智能化系統(tǒng)主要包括計算機控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)。傳感器主要是針對果樹本身生長狀況、環(huán)境條件變化、營養(yǎng)液情況等方面的感應和監(jiān)測，具體包括葉片溫度、葉片水膜（用于藥量判斷）、空氣濕度、光照強度、營養(yǎng)液溫度、營養(yǎng)液pH值、營養(yǎng)液水位等，這些信息通過無線網(wǎng)絡傳送到終端（電腦或是智能手機），在終端上可以下達指令進行遠程管理。相比于一年生的蔬菜，果樹的生長更為復雜且對果實品質形成的調(diào)控十分關鍵，智能決策系統(tǒng)需要結合不同果樹的特點進行改良。例如多年生的果樹若遭受病蟲害時，可以加設打藥噴霧設備、藥量傳感器等，以便為智能化、省力化、精準化果園的管理提供技術保障。

3.3 階段性培養(yǎng)液系統(tǒng)

營養(yǎng)液是決定氣霧栽培植物生長狀態(tài)的重要因素之一。營養(yǎng)液的配方、微量元素的種類和比例、pH值、電導率值（EC）等都會影響植物的生長。在對不同營養(yǎng)液水培種植萬壽菊的研究中發(fā)現(xiàn)霍格蘭營養(yǎng)液對萬壽菊株高、莖粗的增長有較好的促進效果并提高了葉片中的葉綠素含量，而日本園試營養(yǎng)液對萬壽菊根系生長較有利[11]。對馬鈴薯、生菜等的研究結果表明，在一定范圍內(nèi)電導率上升可加快植物生長，提高產(chǎn)量和品質，但電導率值過高或者過低均會對植株的生長造成不同程度的傷害[12-13]。營養(yǎng)元素的濃度對于植物的影響也不相同，在桃樹上葉面噴施鈣元素，當CaCl2濃度為1.0%時，SSC、果實大小和果肉硬度達到最大值[14]。果樹的生長經(jīng)過幼樹、成年樹的營養(yǎng)生長期、開花期、掛果期、休眠期等階段，不同階段樹體的營養(yǎng)需求也各不相同，如桃樹在新梢生長期噴施鈣肥對枝葉補充鈣元素效果最佳，果實對鈣的吸收主要集中在幼果階段[15]。又如葡萄中鉀元素在果實中的含量高于葉片，說明在葡萄生殖生長期增加鉀肥的施用量有利于提升果實的品質[16]。氣霧栽培充分利用了分根技術的優(yōu)勢，可以對不同階段的果樹進行階段性專用配方的精準調(diào)配以及對肥水進行精準化供應，以形成高品質、高產(chǎn)化生產(chǎn)的配方調(diào)控。營養(yǎng)液在反復供給-回流過程中可能會發(fā)生細菌的滋生，因此在進入供液管道時須通過過濾的方式提高滅菌效果，同時防止植物對營養(yǎng)元素吸收的不均等而引起的營養(yǎng)液的改變，同時結合營養(yǎng)液成分N、P、K濃度的在線檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)營養(yǎng)液自動化控制。

4 桃果園分根霧培改造的實施與效益

位于麗水市蓮都區(qū)巖泉街道的雨傘崗村，四周環(huán)山，是一個典型的小山村，村民主要以種植桃樹、葡萄等果樹為收入來源，目前依托霧耕農(nóng)業(yè)科技有限公司正在打造集現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、休閑旅游、田園社區(qū)為一體的田園綜合體模式生產(chǎn)基地。結合當?shù)氐膶嶋H情況，氣霧栽培的推廣是推動該村美麗鄉(xiāng)村建設，實現(xiàn)鄉(xiāng)村綜合發(fā)展的重要途徑。當?shù)囟酁樯降毓麍@，加之南方春季多雨，極易出現(xiàn)肥料等隨水土而流失的現(xiàn)象，對當?shù)毓麍@進行氣霧栽培的改造可以有效地緩解資源的浪費。

以四年生的“中油7號”桃果園為例，以直徑31.5 cm、厚度為0.5 cm、長度1 m的聚氯乙烯管（PVC）作為氣霧室，在PVC管側面開一大兩小的圓孔，大孔用于放置根系，小孔用于安裝彌霧噴頭（如圖3 b所示）。PVC管一側密封，另一側接供應和回流營養(yǎng)液的通道。在桃樹樹冠下挖坑，氣霧室管放在坑中，同時將暴露出來的根系放入氣霧室的大孔內(nèi)，用于誘導氣生根（如圖3 a，b，c所示）。霧根與土根并存，形成功能互補，解決了單一依賴土根導致的水肥受限問題。根據(jù)山地的地勢以及果園中桃樹的分布進行氣霧管道的鋪設（如圖3 d所示）。

圖3 山地桃果園就地氣霧改造

智能控制采用單片機系統(tǒng)。在氣霧室、桃樹、果園中安裝傳感器分別監(jiān)測營養(yǎng)液、植株狀況、環(huán)境變化情況。不同的營養(yǎng)液配方可以滿足桃樹在不同的生長階段的營養(yǎng)需求，詳見表1。原生地分根系的氣霧誘導對桃樹生長的影響較小，基本上無需緩苗時間，能保持桃樹正常的生長代謝。大約15～20 d內(nèi)誘導出氣霧吸收根，其能高效地吸收水分和營養(yǎng)，避免了與雜草競爭養(yǎng)分，減少甚至免除了除草的工作。果園管理用工主要為日常的看護與巡視，季節(jié)性的疏花疏果、采收與修剪等。

表1 桃樹的階段性營養(yǎng)液（g/t）

氣霧栽培的改造成本約100元/株。氣霧栽培與傳統(tǒng)栽培下的桃果實成熟期差異不大。但在產(chǎn)量上，傳統(tǒng)栽培的桃樹約35 kg/株，平均果重170.4 g；氣霧栽培的桃樹約40 kg/株，產(chǎn)量提高了14.2%，平均果重180.0 g。從可溶性固形物上看，氣霧栽培桃果實達到了13.8%（土壤栽培平均13.2%），果實品質有所提升。除了經(jīng)濟效益的提高外，更重要的是其中所產(chǎn)生的生態(tài)和社會效益。進行分根霧培改造后，有效地解決了水土流失與化肥、農(nóng)藥的面源污染問題，并為社會提供了真正健康綠色的優(yōu)質果品。對于山地果園的開發(fā)，無需進行梯田整改，只需對開發(fā)地塊進行非破壞性定點改造種植即可；同時，果園與雜草生態(tài)共生，利用相生相克機理，極大地減少了病蟲危害，實現(xiàn)少藥與免藥生產(chǎn)，解決當前果業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)污染問題。大多數(shù)的果園在樹體衰退后，進行換茬開發(fā)時會存在連作障礙問題，而采用該模式后土根主要起固定作用，可達到同地塊的永久耕作。構建省力化霧耕改良果園，融入自動化與智能化的信息手段，可以釋放大量的體力勞動者，促進社會分工。

5 結語

綜上所述，果園分根霧培的改造技術是一項涉及設施設備及水、肥、藥科學節(jié)約管理等的一體化技術解決方案，其可作為果園提升改造的關鍵技術加以開發(fā)及應用，尤其是對山地果園或者是其他一些特殊地形的區(qū)域，通過改變傳統(tǒng)果園的生產(chǎn)方式與管理模式，可形成經(jīng)濟效益、生態(tài)效益、社會效益三效并舉的可持續(xù)發(fā)展模式，這將在未來的產(chǎn)業(yè)振興中發(fā)揮積極的作用，為生態(tài)文明的建設作出重要貢獻。