自動化灌溉施肥技術調控贛南紐荷爾臍橙春梢生長

柳嘉程，婁 偉，牛王翠，張麗艷，肖亞卿，楊月華，嚴 翔

（贛州市柑桔科學研究所，江西 贛州 341000）

臍橙芽具有早熟性，只要環(huán)境和營養(yǎng)條件合適，即可萌發(fā)抽梢，一年可抽發(fā)3～6 次甚至更多新梢，按照抽生時期又可將臍橙枝梢分為春、夏、秋、冬梢。其中，春梢抽發(fā)多且整齊、節(jié)間較短，其上還可以繼續(xù)萌發(fā)夏、秋梢，也可以直接作為翌年的結果母枝，是一年中最重要的一批枝梢［1］。在贛南地區(qū)，臍橙春梢生長期一般為2—4 月，該階段需要從土壤中吸收一定的養(yǎng)分，尤其是氮、鉀等大量元素，以供給新梢抽發(fā)與生長，而施肥是補充養(yǎng)分、提高樹勢的最主要手段。果農施肥主要憑經驗，大量施用化肥，施肥方法以撒施為主，結合有機肥開溝施入［2］。由于長期施肥不當或施肥過量，浪費了大量肥料，還造成土壤肥力不高、化肥的主要成分無法被充分吸收等問題，且殘留肥料可能引起土壤結構破壞以及地下水資源污染［3］。

水肥一體化系統(tǒng)自動化灌溉施肥在贛南臍橙園中應用廣泛，該技術將水肥同時準確地送往作物根部，在顯著提升肥效的前提下，不但可以有效控制灌溉水量和化肥用量，提高水肥利用效率，還可以提高生產效率和降低環(huán)境污染，在勞動力日益緊缺的情況下替代人工施肥，降低生產成本。如何在大量促發(fā)優(yōu)質春梢的同時，最大限度地減少肥料成本和勞動力成本，研究臍橙春梢生長期自動化灌溉施肥相關的技術參數(shù)，探索灌溉施肥對新梢及葉片生長發(fā)育的具體效果，實現(xiàn)精準施肥變得至關重要。以5年生枳砧紐荷爾臍橙（Citrus sinensisOsbeck‘Newhall’）樹為材料，利用水肥一體化自動控制系統(tǒng)，探索不同的灌溉施肥處理對春梢生長的影響，旨在為研發(fā)省力高效的臍橙枝梢生長精準化調控技術體系提供有力支持。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2022 年2—4 月在贛州市柑桔科學研究所基地寬行窄株模式的標準化臍橙園進行，試驗場所位于東經114°85′，北緯25°78′，海拔117 m，屬亞熱帶濕潤季風氣候，年平均氣溫18.9 ℃，極端高溫40.4 ℃，極端低溫-7 ℃，年平均降水量1 586 mm，年平均無霜期約287 d，年日照時數(shù)約1 813 h。

1.2 試驗材料與設計

1.2.1 試驗材料 供試植物為5 年生枳砧紐荷爾臍橙樹。供試肥料：尿素由枝江三寧化工有限公司生產（氮含量≥46.4%），硫酸鉀由河北先正農業(yè)有限公司生產（K2O 含量≥52%）。

1.2.2 試驗設計選擇4 行南北走向、大小和長勢相近的枳砧紐荷爾臍橙樹，種植密度為1.5 m×4.5 m。種植土壤為黃壤，pH 4.10，堿解氮35.89 mg/kg，有效磷187.38 mg/kg，速效鉀208.43 mg/kg。試驗前先安裝好水肥一體化系統(tǒng)，由一套水肥一體化智能控制設備（圖1a）管控，在每行樹中間放置1條直徑20 mm的PE 水管。試驗共設置4 個處理，各1 行，分別為：流量為22.00 L/（h·株）的微噴灌施肥（處理1），流量為11.00 L/（h·株）的微噴灌施肥（處理2），流量為8.00 L/（h·株）的滴灌施肥（處理3），常規(guī)開溝施肥為對照（CK）。在處理1、處理2 和CK 所在行的PE 水管上，距離每株臍橙樹主干北側50 cm 處安裝1 個微噴灌裝置，微噴頭通過毛細管與PE 水管相連，伸入一根埋入地下的PE 軟管達到地下15～20 cm 的根域處（圖1b）；在處理3 所在行的PE 水管上，距離每株樹主干兩側50 cm 處各安裝1 個流量為4 L/h 的恒壓滴頭（圖1c）。自2 月24 日起，處理1 至處理3 每隔14 d 通過該系統(tǒng)灌溉施加1 次N∶K2O=1∶1（0.13%尿素+0.11%硫酸鉀）水溶肥，共3 次，單次灌溉施肥時長1 h，通過調節(jié)控制開關調控流量，其中處理1、處理3 控制開關開啟100%，處理2 控制開關開啟50%。CK 所在行控制開關關閉，于2 月25 日在樹冠兩側挖掘寬30 cm、深20 cm 的條狀溝，采用當?shù)爻Ｒ?guī)開溝施肥方案，單株施加100 g 尿素和85 g 硫酸鉀（N∶K2O=1∶1）。不同處理灌溉施肥參數(shù)見表1，試驗期間4 組處理的病蟲害防治等田間管理一致。

表1 不同處理的灌溉施肥流量、時長與肥水用量等參數(shù)

1.3 指標測量及方法

各處理隨機選取6 株，2 株為一個小區(qū)，重復3次，調查指標如下。

1.3.1 春梢生長指標測定 春梢新梢老熟后（4 月15 日）統(tǒng)計單株春梢數(shù)量，用直尺測量自春梢基部鱗痕處至梢頂?shù)拈L度作為春梢長度，數(shù)顯游標卡尺測量春梢基部鱗痕處以上1 cm 位置的直徑作為春梢粗度，分別取平均值，計算各處理中長度≤5 cm、5～10 cm、10～15 cm、15～20 cm、＞20 cm，以及粗度≤2 mm、2～3 mm、3～4 mm、＞4 mm 的春梢所占比率。

1.3.2 春梢葉片葉綠素含量（SPAD）和氮含量的測定 4 月17 日15 時，用手持便攜式植物營養(yǎng)測定儀（浙江托普云農股份有限公司）測量各處理春梢葉片中的葉綠素SPAD 和氮含量。測量前先用柔毛刷除去葉片表面的泥沙及灰塵，并對儀器進行標準白板校正，隨后每株從樹冠的東、西、南、北、中5 個方位各隨機選擇2 條春梢，即每個小區(qū)30 條春梢，測量自梢頂端向下第3 片葉的SPAD 和氮含量，所選葉片結構要完整且無病蟲害，測定時避開葉脈，在葉片主脈兩側各測定1 個點，取其平均值作為單片葉葉綠素SPAD 和氮含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 軟件對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，SAS 9.4 軟件以鄧肯氏新復極差法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉施肥處理對紐荷爾臍橙春梢生長的影響

由表2 可知，與CK 相比，處理1 和處理2 均促進了春梢新梢的抽發(fā)、伸長與增粗生長，其中處理1 顯著提升了單株春梢數(shù)量，單株抽發(fā)春梢101.50 條，促梢效果達53.79%，處理3 一定程度上抑制了春梢抽發(fā)，但顯著促進了春梢的伸長與增粗，且提升春梢長度、粗度的效果較處理1、處理2 更為明顯，處理2 同樣具有促進春梢增粗的效果，且效果顯著。

表2 不同處理對紐荷爾臍橙春梢生長的影響

進一步分析不同長度和粗度的春梢新梢所占比例（表3），結果表明，長度＞20 cm 春梢所占比例，處理1 高于其他處理；長度≤5 cm 春梢所占比例，處理3 明顯低于其他處理；長度＞15 cm 春梢所占比例，處理3 高于其他處理；但長度≤5 cm、≤10 cm 以及≤15 cm 的春梢所占比例，處理3 均低于其他處理，而處理3 中約67.78%春梢長度集中分布在5～15 cm，新梢長度較其他處理更為均勻。不同處理對紐荷爾臍橙春梢粗度分布的影響見表4。與CK 相比，處理1 至處理3，粗度＞4 mm、＞3 mm 的強壯春梢所占比例均有增加；其中處理3 中粗度＞4 mm、＞3 mm 以及＞2 mm 的春梢所占比例分別為10.00%、48.89%、95.56%，均高于處理1、處理2 和CK，而粗度≤2 mm的春梢占比低于處理1、處理2 和CK。

表3 不同處理對紐荷爾臍橙春梢長度分布的影響

表4 不同處理對紐荷爾臍橙春梢粗度分布的影響

2.2 不同灌溉施肥處理對紐荷爾臍橙春梢葉片葉綠素SPAD 和氮含量的影響

由表5 可知，與CK 處理（常規(guī)開溝施肥）相比，處理1 至處理3（灌溉施肥）均不同程度地提升了春梢葉片中的葉綠素SPAD 和氮含量。其中，處理2 的2 項指標分別為81.28、24.96 g/kg，均顯著高于其他處理，較CK 分別提升了14.69%和14.81%，處理3 同樣提高了春梢葉片葉綠素SPAD，且效果顯著。

表5 不同處理對紐荷爾臍橙春梢葉片葉綠素SPAD 和氮含量的影響

3 小結與討論

水肥一體化技術是借助灌溉系統(tǒng)實現(xiàn)的，可以在作物生長發(fā)育的關鍵期按比例定時、定量補充作物所需營養(yǎng)，是農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必由之路。果樹生產中常采用微噴灌和滴灌技術［4］，二者均具有提高肥水利用率、便于自動化控制的特點。謝利華等［5］的研究表明，微噴灌可以起到一定的調節(jié)小氣候的作用，而滴灌卻不能，還發(fā)現(xiàn)相同灌溉時間下，微噴灌的灌溉范圍更大，保持田間有效持水量時間更長。本研究中，春梢抽發(fā)量與單位時間內肥水的流量成正比，且2 組微噴灌處理對與滴灌處理相比春梢抽發(fā)量顯著增加，可能與微噴灌保水效果更強有關，也可能與微噴灌提高了空氣濕度、改善了小氣候有關，有待進一步對環(huán)境因子的變化和田間水分狀況進行監(jiān)測。

李彩［6］的研究表明，SPAD 是葉綠素相對含量，在柑橘中與葉綠素a、葉綠素b 和總葉綠素含量均具有顯著正相關性。而氮元素是葉綠素的重要組成部分，葉片氮元素含量與葉綠素含量呈正相關［7］，其在一定范圍內對枝條充實、果實生長具有重要意義。本研究中，處理2 與處理1 相比，雖然肥水用量減半，但春梢葉片中葉綠素SPAD 和氮含量均顯著提高，表明處理2 更有利于春梢葉片光合效能的提升和葉片氮元素的積累，對促進貯藏營養(yǎng)積累、增強樹勢、提高樹體抗性具有重要意義。

目前大量研究證實，利用水肥一體化技術實現(xiàn)自動化灌溉施肥，具有操作簡便、施肥均勻、供肥及時、提高營養(yǎng)利用率等優(yōu)勢，與常規(guī)施肥技術相比可在增產的同時節(jié)省化肥用量30%～50%，其便于自動化控制的特點還可以減少人工開溝、撒肥等一系列過程，明顯節(jié)省施肥勞力［8-10］。本研究中，按照1.5 m×4.5 m 的種植密度折算，處理1、處理2、處理3 和CK的每公頃肥料成本分別為994.20 元、502.65 元、365.55 元和1 139.40 元；常規(guī)開溝施肥每公頃需要19.05 d/人，按照贛州市當?shù)?0 元/（人·d）的用工標準，整個春梢期每公頃臍橙園施肥用工成本為1 714.50 元，而采用自動化灌溉施肥的處理1、處理2與處理3 不消耗人工成本。與CK 相比，處理2 紐荷爾臍橙春梢的抽發(fā)與伸長生長未受到抑制，而春梢粗度、葉片葉綠素SPAD 和葉片氮含量均顯著提升，整個春梢生長期內節(jié)約化肥用量達57.19%，每公頃減少人工成本1 714.50 元、肥料成本636.75 元，實現(xiàn)了降本增效。

本研究將春梢生長調控技術與自動化灌溉施肥相結合，取得了一定效果。但要做到更加精準且高效的調控，還應進一步探索智能化控制相關技術，如利用埋在地下的濕度傳感器傳回土壤濕度信息從而有針對性地調節(jié)灌溉水量和灌溉次數(shù)，抑或是利用傳感系統(tǒng)和圖像系統(tǒng)等監(jiān)測枝梢的長度、粗度變化來決定灌溉間隔等，使得臍橙樹體生長調控向智慧化、信息化方向發(fā)展。