水肥一體化技術在蘋果園中的應用研究

竇青青，何青海，孫永佳，孫宜田

（250100 山東省 濟南市 山東省農(nóng)業(yè)機械科學研究院）

0 引言

我國是世界上最大的蘋果生產(chǎn)國，山東省一直是全國蘋果生產(chǎn)大省。蘋果產(chǎn)業(yè)是山東省具有強競爭力的果品優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，是省內(nèi)種植地區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)。但是長期粗放式的傳統(tǒng)施肥灌溉模式造成了果園土壤板結酸化、養(yǎng)分比例失調(diào)、有機質(zhì)含量減少、肥力降低，對果品質(zhì)量和蘋果產(chǎn)能造成了嚴重影響，改變傳統(tǒng)果園管理模式是發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)的必然要求。水肥一體化技術具有節(jié)水、省肥、高效等優(yōu)點，廣泛應用于溫室大棚，并推廣至大田種植。在蘋果園管理中選擇合適的水肥一體化模式，可增產(chǎn)增收、提高水肥利用率、改善果園生態(tài)環(huán)境，是促進山東省內(nèi)蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的積極措施。

1 水肥一體化技術的發(fā)展

1.1 水肥一體化技術

水肥一體化技術是灌溉、施肥等技術的融合，把肥料溶入灌溉水中，注入輸水管道，使肥料隨水分精準、均勻地注入果樹根部，根據(jù)果樹不同生長周期需水需肥的特點適時、適量地進行供給，確保果樹高效、快速地吸收養(yǎng)分和水分，實現(xiàn)了水肥同步管理和高效利用，具有節(jié)水、節(jié)肥、省工的顯著效果。我國水資源形勢嚴峻，淡水資源的70%應用于農(nóng)業(yè)，充分發(fā)揮水肥一體化技術優(yōu)勢，推廣普及水肥一體化節(jié)水技術，對農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重大意義。

1.2 水肥一體化在國外的發(fā)展

灌溉施肥最早出現(xiàn)在公元前400 年的雅典，19 世紀各種無土栽培技術和方法逐步開始商業(yè)化，這是水肥一體化技術的開始。1913 年世界上第一個滴灌工程在美國建成，1920 年德國實現(xiàn)了水從孔眼流入土壤，1934 年美國開始進行滴灌管試驗，蘇聯(lián)和一些歐洲國家將此技術應用于溫室灌溉。20 世紀50 年代開始，塑料工業(yè)的興起使管道成本大大降低，極大促進了水肥一體化技術的發(fā)展，此后溫室的普及帶動了液體肥料的種類和數(shù)量大幅增加，水泵和肥料混合罐等設備開始應用于水肥一體化技術。

水肥一體化技術因其節(jié)水、節(jié)肥的優(yōu)點和對環(huán)境保護的積極作用，在全球多個地區(qū)廣泛普及。美國農(nóng)業(yè)中,馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的60%、玉米產(chǎn)業(yè)的25%、果樹產(chǎn)業(yè)的33%都采用水肥一體化技術，滴灌、滲灌、微噴灌等技術廣泛應用于果樹生產(chǎn)管理；以色列的農(nóng)業(yè)灌溉90%以上使用水肥一體化技術，20 世紀60 年代以色列全國就建成了輸水系統(tǒng)用于灌溉施肥，到了80 年代，其國內(nèi)灌溉系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了自動化、機械化，且存在多種施肥模式。

1.3 水肥一體化在國內(nèi)的發(fā)展

我國的水肥一體化技術起始于20 世紀70 年代，1980 年我國研制出了第一代成套滴灌設備，之后我國引進國外先進工藝，灌溉設備的生產(chǎn)開始形成規(guī)?；?。20 世紀90 年代開始，以新疆生產(chǎn)建設兵團為首，水肥一體化技術開始在部分地方進行示范推廣，并對相關設備進行國產(chǎn)化。2002 年，原農(nóng)業(yè)部開始在全國組織建立水肥一體化技術核心示范區(qū)，推動水肥一體化技術規(guī)模化發(fā)展。從2007 年至今，國務院、原農(nóng)業(yè)部多次印發(fā)文件，將水肥一體化列為主推技術，強化技術集成和示范展示。

2 蘋果園水肥一體化技術的應用優(yōu)勢

水肥一體化技術的應用領域廣泛分布于果樹、蔬菜、花卉、園林、苗圃、溫室作物和大田作物產(chǎn)業(yè)。在我國西北部棉花主產(chǎn)區(qū)和南方的香蕉、柑橘等經(jīng)濟作物主產(chǎn)區(qū)，水肥一體化技術已經(jīng)形成了比較完善的應用體系。山東省蘋果產(chǎn)業(yè)約80%的蘋果種植生產(chǎn)主體是家庭個體，規(guī)模分散，組織化、標準化、機械化水平不足，水肥一體化技術應用還處在小區(qū)域示范階段，仍需大力推廣和普及。

2.1 傳統(tǒng)灌溉施肥方式的缺點

以山東省為例，傳統(tǒng)果園大都使用開溝施肥、大水漫灌，需要施肥3 000～4 500 kg/hm2，肥料施入土壤后經(jīng)過揮發(fā)、淋溶、地表徑流的沖洗、礦化等，最終能被根系吸收很少，肥料利用率不高。這不僅增加了水、肥料和人工成本，還容易造成過量施肥和肥效滯后，與果樹生長規(guī)律和周期不匹配，影響果樹發(fā)育。過量肥料殘留于土壤中，日積月累使土壤養(yǎng)分不平衡影響營養(yǎng)元素的正常吸收，造成土壤鹽漬化，影響果樹樹勢生長，肥料積累向土壤深處滲透污染環(huán)境。

2.2 蘋果園水肥一體化技術的優(yōu)點

水肥一體化技術不僅節(jié)水效果明顯，還將肥料和水直接施入果樹根系，使其更快更直接地吸收利用，減少了揮發(fā)和淋溶，提高了肥料利用率。山東省內(nèi)各地區(qū)土壤的供肥能力因土壤成土母質(zhì)和成土過程的不同而差異較大，蘋果樹在不同品種、不同樹齡、不同生長時期的需水量、需肥量、需肥種類等均有不同。根據(jù)果樹生長規(guī)律，結合當?shù)赝寥罈l件和氣候條件，水肥一體化技術可以精確掌握施肥時間、肥料種類和施肥量，有針對性地調(diào)整肥料種類、比例和用量，實行科學合理施肥。再結合土壤診斷、葉片分析和果實品質(zhì)分析，水肥一體化技術可以實現(xiàn)果樹營養(yǎng)配餐制的補充。

水肥一體化技術可實現(xiàn)水分和養(yǎng)分協(xié)同供給，以肥調(diào)水，以水促肥，達到時間同步和空間耦合，避免傳統(tǒng)方式下水肥供應不平衡和耦合負效應，顯著提高水肥利用率，減少養(yǎng)分流失[1-2]。應用水肥一體化技術可使水分利用效率達到90%，節(jié)肥幅度達到30%～50%，甚至80%[3-4]。水肥一體化技術可快速便捷地控制水肥供應比例，在改善蘋果光合特性、提高果實品質(zhì)、促進幼樹新梢生長和提早開花結實等方面具有重要作用[5-6]。應用水肥一體化技術可以在一定程度上影響蘋果光合速率、氣孔導度、蒸騰速率等光合特性，提高蘋果果實中礦質(zhì)養(yǎng)分的含量，改善果實形狀、硬度和大小等果形指數(shù)[7]。

例如牟平蘋果試驗示范區(qū)，實施水肥一體化技術后，相較于常規(guī)灌溉施肥，每公頃果園可節(jié)肥33.2%，節(jié)水25.6%，平均增產(chǎn)8.5%，節(jié)省勞力30-45 人，并提高了蘋果果實的品質(zhì)[8]。采用水肥一體化技術，陜西省渭北旱塬區(qū)果園蘋果增產(chǎn)13.0%，果實商品率提高9.3%，硬度提高10.6%，糖酸比提高19.1%；在關中平原區(qū)果園，當肥料用量減少50%并未降低蘋果產(chǎn)量，反而增產(chǎn)26.2%[9]。山東威海華峰現(xiàn)代蘋果示范園采用矮砧集約栽培模式、水肥一體化和機耕作業(yè)，每公頃地能種2 400-3 150 棵樹，盛果期提前兩年，產(chǎn)量達到7.5 萬kg/hm2，與傳統(tǒng)果園相比，年均省工60%，節(jié)肥65%，節(jié)水50%，蘋果平均單果重提高15%，優(yōu)質(zhì)果率提高30%，每公頃平均節(jié)約成本15 000 多元。

另外，水肥一體化相較于常規(guī)灌溉施肥，在蘋果樹根系集中分布的土層硝態(tài)氮含量顯著增加，這說明利用水肥一體化可明顯降低土壤的氮素淋溶損失，提高氮肥利用率，保持土壤肥力，減少污染[10]。

3 蘋果園水肥一體化技術的模式選擇

研究表明，水肥一體化對作物增產(chǎn)效應存在一個閾值，在閾值范圍內(nèi)增加水肥投入增產(chǎn)顯著，高于閾值后，增加水肥投入增產(chǎn)不明顯[11-13]。除了供水供肥，不同地區(qū)的氣候特征、土壤類型、生態(tài)環(huán)境、果園管理水平等因素也會影響蘋果產(chǎn)量和品質(zhì)。應用水肥一體化技術時要結合種植地區(qū)的實際情況進行，充分考慮當?shù)赝寥婪柿凸麡涞男璺室?guī)律，合理設定施肥時間和施肥量，以達到最優(yōu)增產(chǎn)增收的效果。同時，根據(jù)果園面積、水源、動力以及前期設備投入和后續(xù)維護的經(jīng)濟成本，合理選用水肥一體化技術模式。參照蘋果園水肥一體化技術規(guī)范[14]，重力自壓式簡易灌溉施肥系統(tǒng)、加壓追肥槍注射施肥系統(tǒng)適用于家庭個體經(jīng)營的小果園，小型簡易動力滴灌施肥系統(tǒng)、大型自動化滴灌施肥系統(tǒng)等水肥一體化模式則適用于規(guī)?；拇笮凸麍@。不同水肥一體化模式下蘋果園的灌溉施肥量如表1 所示。

表1 不同水肥一體化模式下蘋果園的灌溉施肥量[14]Tab.1 The amount of irrigation and fertilization in apple orchard under different water and fertilizer integration modes

山東省蘋果種植產(chǎn)區(qū)中，多數(shù)家庭經(jīng)營中小規(guī)模果園分布在丘陵山地，滴灌、滲灌、微噴灌等水肥一體化模式對水源、輸水管網(wǎng)系統(tǒng)、前期投資、后期維護成本等要求較高，短期內(nèi)很難大面積推廣。簡易水肥一體化系統(tǒng)投資少、適用廣、維護簡單，目前使用范圍較廣。

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展，整合中小生產(chǎn)規(guī)模，建立標準化、機械化的生產(chǎn)體系是所有種植行業(yè)的趨勢。隨著山東省蘋果產(chǎn)業(yè)集約化、規(guī)?；臄U大，政策扶持、財政補貼、技術指導服務等各種有利措施的實施，中大型自動化水肥一體化系統(tǒng)也必將會有更加廣泛的應用。

4 蘋果園水肥一體化系統(tǒng)的維護

蘋果園水肥一體化系統(tǒng)要求穩(wěn)定性高、使用壽命長，日常維護非常重要。山東省冬季氣溫較低，要注意輸水管路的防凍，冬季排空要徹底，確保管內(nèi)無積水；其次是防堵，要定期清理過濾設備和輸水管網(wǎng)，清除沉淀物、泥沙、侵入根系等。

除了設備的日常維護保養(yǎng)，還需謹慎選擇和使用水溶肥。不同肥料不能隨意摻和，防止發(fā)生化學反應產(chǎn)生沉淀物，或產(chǎn)生大量熱量導致肥效降低。施肥時注意水肥耦合，根據(jù)不同水分條件，合理調(diào)配施水施肥的時間、比例和方式，防止水量過大造成養(yǎng)分淋失或水量過小造成燒苗。盡量按照“四肥一調(diào)理”合理施肥，即“施足有機肥，搭配生物肥，平衡無機肥，配合礦質(zhì)肥，重視土壤調(diào)理劑”。

4 結語

水肥一體化技術在滿足果樹水肥需求的同時，減少了水分和養(yǎng)分在土壤中的遷移，提高了果樹對養(yǎng)分的吸收效果，能有效降低水肥藥使用量，達到了水肥同步高效的目的。

近年來，山東省正加快蘋果生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型升級，推動蘋果產(chǎn)業(yè)綠色高效高質(zhì)發(fā)展。蘋果園正采用多種措施從傳統(tǒng)模式轉(zhuǎn)向現(xiàn)代模式，例如采用標準化種植模式，提高整形修剪等樹上管理技術，加強果園的基礎設施建設。推廣果園水肥一體化新技術、新設備，對助力產(chǎn)業(yè)標準化、現(xiàn)代化、集約化、可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)降本增效、增產(chǎn)增收，促進果業(yè)良性發(fā)展、規(guī)模化經(jīng)營具有積極作用。