果樹水肥一體化研究進(jìn)展

杜曉東，程玉豆，陳光榮，梁　瀛（.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所，河北石家莊05005；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院遺傳生理研究所，河北石家莊05005；.石家莊天業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)有限公司，河北石家莊05005）

果樹水肥一體化研究進(jìn)展

杜曉東1，程玉豆2*，陳光榮3，梁瀛3
（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息與經(jīng)濟(jì)研究所，河北石家莊050051；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院遺傳生理研究所，河北石家莊050051；3.石家莊天業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)有限公司，河北石家莊050051）

水肥一體化技術(shù)是一項(xiàng)高效節(jié)水、節(jié)肥的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)?？偨Y(jié)了目前國內(nèi)外果樹水肥一體化技術(shù)的研究現(xiàn)狀；分析了該技術(shù)在提高水肥利用率以及果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)，增加經(jīng)濟(jì)收益，改善土壤環(huán)境等方面的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；探討了水肥一體化技術(shù)存在的主要問題及解決方式；展望了水肥一體化技術(shù)未來發(fā)展的趨勢(shì)。

果樹；水肥一體化；研究現(xiàn)狀；問題；展望

我國是水資源嚴(yán)重緊缺的國家之一，農(nóng)業(yè)用水占全國用水總量的60%以上，每年農(nóng)業(yè)用水短缺嚴(yán)重制約了我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，在果樹栽培管理中，果農(nóng)普遍存在重視果實(shí)產(chǎn)量而過量施用氮磷鉀等無機(jī)肥料的現(xiàn)象，致使土壤酸化板結(jié)、水資源污染嚴(yán)重，給自然環(huán)境帶來巨大壓力，因此，急需推廣使用一套能夠合理利用資源、對(duì)環(huán)境污染小的灌溉施肥新技術(shù)。

水肥一體化又稱“灌溉施肥”或“水肥耦合”，是集成灌溉與施肥，實(shí)現(xiàn)水肥耦合的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)技術(shù)。其通過施肥裝置和灌水器，均勻、定時(shí)、定量地將肥水混合液輸送至作物根系附近，實(shí)現(xiàn)水和肥的一體化利用與管理[1]。水肥一體化可根據(jù)不同作物生長發(fā)育期的需水需肥規(guī)律進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)水分與養(yǎng)分在時(shí)空上同步，極大地提高了水肥利用效率，是目前國際公認(rèn)的最好的灌溉施肥技術(shù)。因此，水肥一體化技術(shù)是未來現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1　水肥一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

18世紀(jì)后期，英國人將植物種植在土壤提取液中（即：礦質(zhì)溶液培養(yǎng)植物），形成最早的水肥一體化栽培雛形。20世紀(jì)初，美國率先開始對(duì)地下滴灌進(jìn)行探究，并建成了世界首個(gè)滴灌工程。而水肥一體化技術(shù)的真正使用則始于20世紀(jì)中期后，20世紀(jì)60年代以色列首先開始普及水肥一體化灌溉技術(shù)?，F(xiàn)在，以色列在果樹、花卉、溫室作物、大田蔬菜和大田作物等領(lǐng)域全面應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，其中90%以上的農(nóng)作物采用灌溉系統(tǒng)施肥，應(yīng)用面積居世界首位；美國是世界上微灌面積最大的國家，約33%的果樹采用了水肥一體化技術(shù)，并在加利福尼亞建立了一套完善的水肥一體化設(shè)施體系，成為世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系的典型。目前，除了以色列和美國外，水肥一體化技術(shù)在歐洲其他國家發(fā)展也比較迅速[2]。

20世紀(jì)70年代，我國首次從墨西哥引進(jìn)滴灌設(shè)備，并在山西大寨、河北遵化和北京密云水庫下屬果園開始使用，自此拉開了水肥一體化技術(shù)研究與推廣示范的序幕。20世紀(jì)80年代，我國自主研制生產(chǎn)了第1代滴灌設(shè)備，經(jīng)過產(chǎn)品改進(jìn)、試驗(yàn)研究和推廣示范，逐步形成了規(guī)?；a(chǎn)。此后，該技術(shù)得到了長足發(fā)展，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，目前在我國中、西部半干旱地區(qū)，果園水肥一體化技術(shù)發(fā)展較快并取得了良好效果，主要應(yīng)用在蘋果、梨、桃、葡萄、櫻桃、獼猴桃和枇杷等果園，采用的灌溉形式主要是滴灌和微噴[3]。然而，與世界發(fā)達(dá)國家相比，我國水肥一體化技術(shù)在果樹上的應(yīng)用仍然十分有限，使用面積僅占總灌溉面積的1.25%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于以色列和美國等發(fā)達(dá)國家[4]，迫切需要進(jìn)一步大力推廣示范。

2　水肥一體化技術(shù)的灌溉與施肥方式

2.1灌溉方式

根據(jù)灌溉設(shè)備的不同，水肥一體化技術(shù)主要分為噴灌和微灌2種方式[5]。噴灌是利用噴頭等專用設(shè)備把有壓水噴灑到空中形成水霧，均勻?yàn)⒙涞酵寥篮椭参锉砻嬉怨┙o植物所需水分的灌溉方式，具有節(jié)水效果顯著、增產(chǎn)明顯、省工省力、保土保肥、投資較低、受地形條件限制小、易于推廣等優(yōu)點(diǎn)，但在大田應(yīng)用時(shí)易受風(fēng)力的影響，且蒸發(fā)量大、土壤潤濕不夠充分。微灌是根據(jù)植物生長發(fā)育的需水規(guī)律和特點(diǎn)，將水分持續(xù)、均勻地輸送到植物根系附近土壤的一種灌溉技術(shù)，目前已逐漸發(fā)展出地表滴灌、地下滴灌、微噴灌、涌流灌（又名小管出流灌溉）等多種方式[6]。與噴灌相比，微灌技術(shù)耗能更低、用水量更少，但前期投入成本高，對(duì)水質(zhì)和肥料的可溶性要求較高，后期維護(hù)和修理繁瑣。

2.2施肥方式

目前，水肥一體化技術(shù)施肥方式主要有壓差式施肥、重力自壓式施肥法、文丘里施肥器、注入式施肥法等[3，5]，但每種施肥方式均有利弊，不同的地區(qū)可根據(jù)自身?xiàng)l件選擇最適宜的施肥方式。適用于水肥一體化的肥料必須為水溶肥，其是一種可以完全溶于水的多元復(fù)合肥料，具有高溶解性、養(yǎng)分全面、利用率高，施用經(jīng)濟(jì)、方便、安全等特點(diǎn)[7]。根據(jù)組成成分的不同，水溶性肥料可分為大量元素水溶肥、中量元素水溶肥、微量元素水溶肥、含氨基酸水溶肥、含腐植酸水溶肥、有機(jī)水溶肥等。水溶性肥料在形態(tài)上表現(xiàn)為固體和液體2種，其中，液體肥料因生產(chǎn)簡單、易于調(diào)配、利用率高、生產(chǎn)過程中無污染而被譽(yù)為環(huán)保型綠色肥料，是實(shí)現(xiàn)水肥一體化的最優(yōu)選擇[8]。

3　水肥一體化技術(shù)在果樹上的應(yīng)用效果

3.1改善樹體營養(yǎng)

水肥協(xié)同管理能夠顯著改善果樹的生理和營養(yǎng)狀況。研究表明，水肥一體化可明顯改善富士蘋果幼樹的營養(yǎng)狀況，有效促進(jìn)新梢生長，增大短枝葉面積和幼果橫徑，提高葉綠素含量、光合速率和蒸騰速率，有利于提早開花結(jié)實(shí)[9，10]。在黃冠梨上的水肥耦合研究表明，全量肥處理可提高果實(shí)成熟期土層的有效磷和速效鉀含量；半量肥處理則顯著提高果樹花期土層的全氮和全磷含量，以及果實(shí)成熟期土層的堿解氮含量；半量肥處理可提高梨果實(shí)的可溶性糖和可滴定酸含量[11]。在葡萄上的研究顯示，干濕交替灌水可明顯降低葡萄的枝葉量，增加樹體光照密度，改善紅色品種的外觀色澤[12，13]。

3.2提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)

應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，可加快果樹根系對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收速度，有利于樹體健康、旺盛生長；同時(shí)，還可大幅度減少水分和肥料的施用量，降低土壤板結(jié)和酸化的風(fēng)險(xiǎn)，解決土壤的水氣矛盾，進(jìn)而影響樹體根系分布，利于果樹生長和高產(chǎn)[14]。在臍橙上應(yīng)用使用水肥一體化技術(shù)，果實(shí)個(gè)頭增大，產(chǎn)量提高17.7%，裂果率減少3.8%[15]。適宜的水氮耦合滴灌處理可顯著提高紅富士蘋果的果實(shí)重量，促進(jìn)果皮著色，增大果肉硬度，促進(jìn)果實(shí)內(nèi)含物和糖分的積累[16]。在番石榴上應(yīng)用水肥一體化技術(shù)也具有增產(chǎn)提質(zhì)的結(jié)果，可使番石榴增產(chǎn)11.9%以上，果實(shí)還原糖和可溶性固形物含量顯著提高[17]。

3.3提高水肥利用率

水分與肥料相互影響，相互協(xié)同。適宜的水分有利于加快養(yǎng)分的釋放與轉(zhuǎn)化，水分過多則會(huì)使土壤養(yǎng)分濃度過低，不利于肥料的吸收。合理施肥可提高地面覆蓋率，降低地表水分蒸發(fā)量，增加植株產(chǎn)量，提高植株對(duì)水分的利用效率；同時(shí)還可促進(jìn)植物根系發(fā)育，提高根系的吸水能力。與傳統(tǒng)的大水漫灌形式相比，水肥一體化技術(shù)是通過管道準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、定量、直接向果樹根部供水，因此能大幅度減少水分蒸發(fā)，解決水分浪費(fèi)的問題，進(jìn)而明顯提高水分利用率。同時(shí)，水肥一體化技術(shù)將溶解后的肥料近乎等量地輸送到果樹根系附近土壤區(qū)域，保證了根系對(duì)營養(yǎng)成分的迅速吸收，實(shí)現(xiàn)了肥料的高效利用，因此能夠極大地減少肥料的施用量。研究顯示，環(huán)繞滴灌施肥技術(shù)具有很大的節(jié)水增產(chǎn)潛力，其中，在蘋果上應(yīng)用，較畦灌對(duì)照節(jié)約灌水37%、節(jié)約純養(yǎng)分7%耀15%的條件下，水分利用效率增加1.2耀1.5 kg/m3，產(chǎn)量提高34.1%耀45.1%[18]；在梨樹上應(yīng)用，可節(jié)水30.0%、節(jié)肥10.0%[19]，單位產(chǎn)量的氮肥消耗量僅為11.1 g/kg，削減率達(dá)到29.7%[20]；在柑橘上應(yīng)用，較傳統(tǒng)常規(guī)施肥可降低化肥施用成本55.04%[21]。

3.4增加經(jīng)濟(jì)收益

水肥一體化技術(shù)主要是機(jī)械化操作，可免去人工開溝灌水、挖穴施肥、回填等用工時(shí)間，極大地降低了勞動(dòng)力的成本投入。路永莉等[22]研究發(fā)現(xiàn)，在肥料施用量相同的條件下，采用水肥一體化技術(shù)可極顯著地增加蘋果產(chǎn)量，大幅度提高果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益；即使肥料施用量減半，采用水肥一體化技術(shù)也能在一定程度上提高蘋果產(chǎn)量，顯著降低果樹管理的投入成本，最終明顯提升果農(nóng)的經(jīng)濟(jì)收益。

3.5改善土壤環(huán)境

水肥一體化技術(shù)灌水均勻，在某種程度上能夠克服傳統(tǒng)灌溉施肥可能造成的土壤板結(jié)；還可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，有效保持土壤濕度，促進(jìn)土壤微生物群落的多樣性，有利于土壤有機(jī)質(zhì)的分解、植物營養(yǎng)的礦化及養(yǎng)分循環(huán)[23]。此外，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，可大幅減少肥料施用量，降低土壤次生鹽漬化發(fā)生和地下水資源污染的風(fēng)險(xiǎn)，以及養(yǎng)分隨雨水沖刷進(jìn)入水體而造成的江河湖泊富營養(yǎng)化[4]；還可保證田間干燥，控制雜草生長，減少果園病蟲害的發(fā)生，進(jìn)而降低農(nóng)藥使用量，從而提高農(nóng)產(chǎn)品的安全性，降低環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)。

4　水肥一體化技術(shù)存在的主要問題

水肥一體化技術(shù)是近年來國家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大力倡導(dǎo)推廣應(yīng)用的一項(xiàng)先進(jìn)適用技術(shù)，由于國內(nèi)研究與應(yīng)用起步較晚，致使在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中應(yīng)用時(shí)仍然存在著一些問題。

4.1技術(shù)研發(fā)滯后

應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，需要在果園里建造固定的水源并安裝灌溉施肥系統(tǒng)，前期投入成本高，對(duì)于散戶種植且收入較低的果農(nóng)來說很難接受；灌溉系統(tǒng)分流管道較細(xì)，容易堵塞，因此對(duì)過濾系統(tǒng)和肥料的水溶性要求較高，而我國目前的水溶性肥研究尚處于起步階段，肥料品種少且購買渠道窄，往往售價(jià)較高。此外，水肥一體化技術(shù)在技術(shù)管理要求方面比較嚴(yán)格，相關(guān)人員需進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)才能操作，然而近年來相關(guān)的專業(yè)人員培訓(xùn)指導(dǎo)工作并未得到足夠重視，致使專業(yè)技術(shù)人才稀缺。在有些地區(qū)長期應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)，可能會(huì)造成鹽分積累、土壤板結(jié)，不利于根系的發(fā)育。因此，要想擴(kuò)大該技術(shù)的推廣范圍，須研發(fā)高性能、低成本的成套設(shè)備；開發(fā)成本低、水溶性好的肥料，降低土壤板結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)人員的培訓(xùn)指導(dǎo)工作。

4.2配套栽培管理模式有待完善

目前，國內(nèi)的果園管理多采用清耕方式，地表裸露、無覆蓋，蓄水保墑措施較少，加上為了追求產(chǎn)量而過度注重施用氮磷鉀等無機(jī)肥、較少施用有機(jī)肥，造成土壤有機(jī)質(zhì)匱乏，果樹根系生長受到抑制，影響樹體對(duì)營養(yǎng)的吸收，致使果實(shí)品質(zhì)下降；同時(shí)，由于水肥一體化技術(shù)用水量較少，清耕方式不利于土壤表層水分的保持，果園地表易遭受干旱、高溫等極端氣候的影響，導(dǎo)致果樹抵抗能力較差，不利于果樹生長發(fā)育。因此，采用水肥一體化技術(shù)的果園，應(yīng)注重地表覆蓋草種或粉碎秸稈等有機(jī)質(zhì)。

5　建議與未來展望

我國國土幅員遼闊，各地區(qū)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、發(fā)展水平和水土狀況差異較大。因此，在今后推廣普及水肥一體化技術(shù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同地區(qū)的土壤類型、氣候條件、果樹需水需肥規(guī)律等，有針對(duì)性地進(jìn)行設(shè)計(jì)使用。水肥一體化技術(shù)涉及到環(huán)境氣候、農(nóng)田水利、灌溉、栽培管理和土壤營養(yǎng)等眾多學(xué)科。而國內(nèi)水肥一體化技術(shù)研究起步較晚，交叉學(xué)科研究發(fā)展更是相對(duì)落后，學(xué)科研究各自為陣，缺乏技術(shù)和學(xué)術(shù)交流，致使目前我國綜合型的專業(yè)技術(shù)人才匱乏，嚴(yán)重限制了水肥一體化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。因此，要想大面積推廣普及水肥一體化技術(shù)，相關(guān)科研單位需要加強(qiáng)各相關(guān)學(xué)科間的聯(lián)合、學(xué)習(xí)與交流，有條件時(shí)可設(shè)立專門的交叉學(xué)科研究機(jī)構(gòu)，探究不同品種果樹的生長發(fā)育規(guī)律及栽培管理中各環(huán)節(jié)的技術(shù)要領(lǐng)，集成我國果樹主要栽培品種水肥一體化技術(shù)高產(chǎn)、高效模式及相關(guān)配套產(chǎn)品，提升我國在水肥一體化技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。同時(shí)，科研單位與生產(chǎn)制造企業(yè)聯(lián)合將是未來科技發(fā)展的趨勢(shì)，在肥料研發(fā)上，各研發(fā)機(jī)構(gòu)將會(huì)注重水溶性好、成本低廉、利用率高的肥料研發(fā)；在設(shè)備研發(fā)上，注重將水肥一體化技術(shù)與“4S”技術(shù)、人工智能模擬等先進(jìn)技術(shù)結(jié)合起來，將果樹生長發(fā)育規(guī)律、環(huán)境因子、水肥、土壤墑情等有機(jī)結(jié)合，形成一套自動(dòng)化、智能化的信息管理系統(tǒng)，同時(shí)兼顧產(chǎn)品性價(jià)比高、價(jià)格低廉、經(jīng)久耐用等特點(diǎn)，使我國在水肥一體化技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域走在世界前列。同時(shí)，政府加強(qiáng)政策引導(dǎo)，加大政策優(yōu)惠、鼓勵(lì)和宣傳力度，派專業(yè)人員到基層進(jìn)行培訓(xùn)指導(dǎo)，完善農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)體系，對(duì)果樹種植戶采用的新技術(shù)提供相關(guān)保險(xiǎn)，降低果農(nóng)采用新技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，全面推動(dòng)水肥一體化技術(shù)的普及應(yīng)用工作。

2011年農(nóng)田水利問題被列入到“中央1號(hào)文件”，2013年農(nóng)業(yè)部把節(jié)水農(nóng)業(yè)作為種植業(yè)的工作重點(diǎn)之一并針對(duì)技術(shù)應(yīng)用中存在的一些問題提出了解決方法和工作重點(diǎn)，說明我國解決水資源短缺問題已迫在眉睫，同時(shí)，這也為更加先進(jìn)的水肥一體化技術(shù)的研發(fā)與推廣應(yīng)用提供了重要契機(jī)。我國水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用面積與發(fā)達(dá)國家相比存在很大差距，因此，具有更為廣闊的應(yīng)用前景。該項(xiàng)技術(shù)的合理利用，將有助于從根本上改變我國傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)用水方式，大幅度提高水資源和肥料的利用效率，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)，為提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)力提供有力保障。

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［23］鐘爽，臧小平，曾會(huì)才，金志強(qiáng).水肥耦合對(duì)香蕉園土壤線蟲群落結(jié)構(gòu)及多樣性的影響［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（23）：130-139.

Research Progress about Fertigation of Fruit Trees

DU Xiao-dong1，CHENG Yu-dou2*，CHEN Guang-rong3，LIANG Ying3
（1.Institute of Agricultural Information and Economic Research，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China；2.Institute of Genetics and Physiology，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Shijiazhuang 050051，China；3.Shijiazhuang Tianye Water Saving Irrigation Technology Co.Ltd.，Shijiazhuang 050051，China）

The technology of fertigation is modern agricultural technology which can efficiently save water and fertilizer.This study summarized the currently domestic and foreign research status of fertigation of fruit trees，analyzed the advantage of this technology on enhancing the efficiency of water and fertilizer use，increasing the fruit yield and the quality of fruit，increasing the economic benefits，and improving soil environment etc.，discussed the problems and solutions of fertigation，expected the future development trend of the fertigation technology.

Fruit tree；Fertigation；Research status；Problems；Expectation

S66

A

1008-1631（2016）02-0023-04

2015-08-10

石家莊市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃課題（141490792A）

杜曉東（1967-），女，河北趙縣人，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)期刊編輯工作。E-mail：1220591829@qq.com。

程玉豆（1981-），男，河北遷安人，副研究員，博士，主要從事果樹學(xué)研究。Tel：0311-87652008；E-mail：chengyudouyn@163.com。