竇青青，何青海，孫永佳，孫宜田

（250100 山東省 濟(jì)南市 山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究院）

0 引言

我國(guó)是世界上最大的蘋(píng)果生產(chǎn)國(guó)，山東省一直是全國(guó)蘋(píng)果生產(chǎn)大省。蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)是山東省具有強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的果品優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，是省內(nèi)種植地區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。但是長(zhǎng)期粗放式的傳統(tǒng)施肥灌溉模式造成了果園土壤板結(jié)酸化、養(yǎng)分比例失調(diào)、有機(jī)質(zhì)含量減少、肥力降低，對(duì)果品質(zhì)量和蘋(píng)果產(chǎn)能造成了嚴(yán)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(shù)具有節(jié)水、省肥、高效等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于溫室大棚，并推廣至大田種植。在蘋(píng)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(jìn)山東省內(nèi)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的積極措施。

1 水肥一體化技術(shù)的發(fā)展

1.1 水肥一體化技術(shù)

水肥一體化技術(shù)是灌溉、施肥等技術(shù)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(zhǔn)、均勻地注入果樹(shù)根部，根據(jù)果樹(shù)不同生長(zhǎng)周期需水需肥的特點(diǎn)適時(shí)、適量地進(jìn)行供給，確保果樹(shù)高效、快速地吸收養(yǎng)分和水分，實(shí)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(guó)水資源形勢(shì)嚴(yán)峻，淡水資源的70%應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，充分發(fā)揮水肥一體化技術(shù)優(yōu)勢(shì)，推廣普及水肥一體化節(jié)水技術(shù)，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重大意義。

1.2 水肥一體化在國(guó)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(jì)各種無(wú)土栽培技術(shù)和方法逐步開(kāi)始商業(yè)化，這是水肥一體化技術(shù)的開(kāi)始。1913 年世界上第一個(gè)滴灌工程在美國(guó)建成，1920 年德國(guó)實(shí)現(xiàn)了水從孔眼流入土壤，1934 年美國(guó)開(kāi)始進(jìn)行滴灌管試驗(yàn)，蘇聯(lián)和一些歐洲國(guó)家將此技術(shù)應(yīng)用于溫室灌溉。20 世紀(jì)50 年代開(kāi)始，塑料工業(yè)的興起使管道成本大大降低，極大促進(jìn)了水肥一體化技術(shù)的發(fā)展，此后溫室的普及帶動(dòng)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(shè)備開(kāi)始應(yīng)用于水肥一體化技術(shù)。

水肥一體化技術(shù)因其節(jié)水、節(jié)肥的優(yōu)點(diǎn)和對(duì)環(huán)境保護(hù)的積極作用，在全球多個(gè)地區(qū)廣泛普及。美國(guó)農(nóng)業(yè)中,馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的60%、玉米產(chǎn)業(yè)的25%、果樹(shù)產(chǎn)業(yè)的33%都采用水肥一體化技術(shù)，滴灌、滲灌、微噴灌等技術(shù)廣泛應(yīng)用于果樹(shù)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(shù)，20 世紀(jì)60 年代以色列全國(guó)就建成了輸水系統(tǒng)用于灌溉施肥，到了80 年代，其國(guó)內(nèi)灌溉系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、機(jī)械化，且存在多種施肥模式。

1.3 水肥一體化在國(guó)內(nèi)的發(fā)展

我國(guó)的水肥一體化技術(shù)起始于20 世紀(jì)70 年代，1980 年我國(guó)研制出了第一代成套滴灌設(shè)備，之后我國(guó)引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)工藝，灌溉設(shè)備的生產(chǎn)開(kāi)始形成規(guī)模化。20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始，以新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)為首，水肥一體化技術(shù)開(kāi)始在部分地方進(jìn)行示范推廣，并對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化。2002 年，原農(nóng)業(yè)部開(kāi)始在全國(guó)組織建立水肥一體化技術(shù)核心示范區(qū)，推動(dòng)水肥一體化技術(shù)規(guī)?；l(fā)展。從2007 年至今，國(guó)務(wù)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(shù)，強(qiáng)化技術(shù)集成和示范展示。

2 蘋(píng)果園水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛分布于果樹(shù)、蔬菜、花卉、園林、苗圃、溫室作物和大田作物產(chǎn)業(yè)。在我國(guó)西北部棉花主產(chǎn)區(qū)和南方的香蕉、柑橘等經(jīng)濟(jì)作物主產(chǎn)區(qū)，水肥一體化技術(shù)已經(jīng)形成了比較完善的應(yīng)用體系。山東省蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)約80%的蘋(píng)果種植生產(chǎn)主體是家庭個(gè)體，規(guī)模分散，組織化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化水平不足，水肥一體化技術(shù)應(yīng)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(diǎn)

以山東省為例，傳統(tǒng)果園大都使用開(kāi)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(guò)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(guò)量施肥和肥效滯后，與果樹(shù)生長(zhǎng)規(guī)律和周期不匹配，影響果樹(shù)發(fā)育。過(guò)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(yíng)養(yǎng)元素的正常吸收，造成土壤鹽漬化，影響果樹(shù)樹(shù)勢(shì)生長(zhǎng)，肥料積累向土壤深處滲透污染環(huán)境。

2.2 蘋(píng)果園水肥一體化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

水肥一體化技術(shù)不僅節(jié)水效果明顯，還將肥料和水直接施入果樹(shù)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(guò)程的不同而差異較大，蘋(píng)果樹(shù)在不同品種、不同樹(shù)齡、不同生長(zhǎng)時(shí)期的需水量、需肥量、需肥種類等均有不同。根據(jù)果樹(shù)生長(zhǎng)規(guī)律，結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥罈l件和氣候條件，水肥一體化技術(shù)可以精確掌握施肥時(shí)間、肥料種類和施肥量，有針對(duì)性地調(diào)整肥料種類、比例和用量，實(shí)行科學(xué)合理施肥。再結(jié)合土壤診斷、葉片分析和果實(shí)品質(zhì)分析，水肥一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)果樹(shù)營(yíng)養(yǎng)配餐制的補(bǔ)充。

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

例如牟平蘋(píng)果試驗(yàn)示范區(qū)，實(shí)施水肥一體化技術(shù)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(píng)果果實(shí)的品質(zhì)[8]。采用水肥一體化技術(shù)，陜西省渭北旱塬區(qū)果園蘋(píng)果增產(chǎn)13.0%，果實(shí)商品率提高9.3%，硬度提高10.6%，糖酸比提高19.1%；在關(guān)中平原區(qū)果園，當(dāng)肥料用量減少50%并未降低蘋(píng)果產(chǎn)量，反而增產(chǎn)26.2%[9]。山東威海華峰現(xiàn)代蘋(píng)果示范園采用矮砧集約栽培模式、水肥一體化和機(jī)耕作業(yè)，每公頃地能種2 400-3 150 棵樹(shù)，盛果期提前兩年，產(chǎn)量達(dá)到7.5 萬(wàn)kg/hm2，與傳統(tǒng)果園相比，年均省工60%，節(jié)肥65%，節(jié)水50%，蘋(píng)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(píng)果樹(shù)根系集中分布的土層硝態(tài)氮含量顯著增加，這說(shuō)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(píng)果園水肥一體化技術(shù)的模式選擇

研究表明，水肥一體化對(duì)作物增產(chǎn)效應(yīng)存在一個(gè)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(huì)影響蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)時(shí)要結(jié)合種植地區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行，充分考慮當(dāng)?shù)赝寥婪柿凸麡?shù)的需肥規(guī)律，合理設(shè)定施肥時(shí)間和施肥量，以達(dá)到最優(yōu)增產(chǎn)增收的效果。同時(shí)，根據(jù)果園面積、水源、動(dòng)力以及前期設(shè)備投入和后續(xù)維護(hù)的經(jīng)濟(jì)成本，合理選用水肥一體化技術(shù)模式。參照蘋(píng)果園水肥一體化技術(shù)規(guī)范[14]，重力自壓式簡(jiǎn)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(gè)體經(jīng)營(yíng)的小果園，小型簡(jiǎn)易動(dòng)力滴灌施肥系統(tǒng)、大型自動(dòng)化滴灌施肥系統(tǒng)等水肥一體化模式則適用于規(guī)模化的大型果園。不同水肥一體化模式下蘋(píng)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(píng)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(píng)果種植產(chǎn)區(qū)中，多數(shù)家庭經(jīng)營(yíng)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(duì)水源、輸水管網(wǎng)系統(tǒng)、前期投資、后期維護(hù)成本等要求較高，短期內(nèi)很難大面積推廣。簡(jiǎn)易水肥一體化系統(tǒng)投資少、適用廣、維護(hù)簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化的生產(chǎn)體系是所有種植行業(yè)的趨勢(shì)。隨著山東省蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)集約化、規(guī)?；臄U(kuò)大，政策扶持、財(cái)政補(bǔ)貼、技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)等各種有利措施的實(shí)施，中大型自動(dòng)化水肥一體化系統(tǒng)也必將會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用。

4 蘋(píng)果園水肥一體化系統(tǒng)的維護(hù)

蘋(píng)果園水肥一體化系統(tǒng)要求穩(wěn)定性高、使用壽命長(zhǎng)，日常維護(hù)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(wú)積水；其次是防堵，要定期清理過(guò)濾設(shè)備和輸水管網(wǎng)，清除沉淀物、泥沙、侵入根系等。

除了設(shè)備的日常維護(hù)保養(yǎng)，還需謹(jǐn)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(xué)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，或產(chǎn)生大量熱量導(dǎo)致肥效降低。施肥時(shí)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(shí)間、比例和方式，防止水量過(guò)大造成養(yǎng)分淋失或水量過(guò)小造成燒苗。盡量按照“四肥一調(diào)理”合理施肥，即“施足有機(jī)肥，搭配生物肥，平衡無(wú)機(jī)肥，配合礦質(zhì)肥，重視土壤調(diào)理劑”。

4 結(jié)語(yǔ)

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

近年來(lái)，山東省正加快蘋(píng)果生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)綠色高效高質(zhì)發(fā)展。蘋(píng)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(biāo)準(zhǔn)化種植模式，提高整形修剪等樹(shù)上管理技術(shù)，加強(qiáng)果園的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。推廣果園水肥一體化新技術(shù)、新設(shè)備，對(duì)助力產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、集約化、可持續(xù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)降本增效、增產(chǎn)增收，促進(jìn)果業(yè)良性發(fā)展、規(guī)模化經(jīng)營(yíng)具有積極作用。