水肥一体化技术在苹果生产中的应用研究

水肥一体化技术是指利用水压将混合溶解的水分和肥料通过输送装置直接输送到植物根部的一种 新型灌溉施肥技术。该技术可以根据不物养分需求期对水分和肥料的需求进行精准灌溉和精准施肥, 有效提高水肥利用率,促进作物生长。 苹果是我国重要的水果资源。 目前许多苹果园立地条件差,土壤物理结构不佳、保水保肥能同作力较弱,造成水肥利用率不 高和大量肥料淋失,严重影响树体生长,降低果实产 量及品质,而且果农为了丰产和大果又进一步增施化肥,形成恶性循环。 鉴于水肥一体化技术在苹果生产 中节水节肥、减氮增效的重要作用,本课题针对苹果园水肥一体化技术的应用现状、研究进展、存在问题及对策等进行综述分析,以期为进一步深化苹果园水肥一体化技术研究与推广应用提供借鉴。

水肥一体化技术在苹果生产中的应用研究

1 水肥一体化技术发展及应用情况

水肥一体化技术起源于无土栽培,随着高效灌溉 技术在国内外的广泛应用而得到发展。以色列三分之 二的国土为沙漠,极度缺水一直是影响其果业发展的 “瓶颈”问题。在经历了大水漫灌、沟灌、喷灌和滴灌几 次改革后,以色列加强了对水肥一体化的研究,并快 速发展出智能水分管理和水肥一体化系统,将水分利 用率提高 60%, 肥料利用率提高 50%。 如今以色列 90%以上的农村已经推广了水肥一体化技术,能为欧 洲提供 40%的水果和蔬菜。 荷兰国土面积小,为了在有限的土地产出更多的农产品而大力发展畜牧业和 经济价值更高的设施花卉与蔬菜产业。 20 世纪 50 年 代, 荷兰采用了封闭式水肥一体化自动灌溉系统,可 有效减少水肥渗漏的风险,浇灌后流失的营养液经过 消毒后混入一定比例的新鲜营养液能够继续使用,水 肥利用率达 90%以上。 美国是世界上滴灌范围最大、 发展速度最快的国家之一, 其 60%的马铃薯、25%的 玉米、33%的果树采用水肥一体化技术, 并开发应用 了新型化肥和农药注入控制装置等配套装备。 我国 1974 年从墨西哥引入第一台滴灌设备,1981 年开始 围绕水肥一体化进行相关试验。 20 世纪 90 年代,农 业部建立多个试验点,由科研人员开办多场水肥一体 化培训班,将理论与实践相结合,加大微喷灌的面积。 如今水肥一体化技术应用范围扩展到华北、 西北、新 疆、内蒙古等地,其中西北地区棉花膜下滴灌技术已 达国际先进水平。 总体来说,我国农业生产中微喷灌 用水比例不足农业用水的 14%, 每年农业化肥使用 量保持在 5 700 万 t 以上,但化肥利用率不高,进一步完善和实施水肥一体化技术是全面提升水肥利用率、促进农业可持续发展的必由之路。

2 水肥一体化技术主要模式

水肥一体化技术模式主要包括喷灌、微灌和渗灌 等。 喷灌施肥是将可溶性肥料溶于水形成水肥混合液,利用水泵等加压设备送到目标灌溉区,再用喷头 等喷射到空中形成水雾或小水滴,均匀喷洒在果树和 土壤上。 与普通灌溉模式相比,喷灌模式能够使果园 水分利用率提高 50%,肥料利用率提高 25%。 但风力 大于 3.5 m/s 的地区由于蒸发原因不适合使用喷灌模式。微灌施肥是通过管道系统和灌溉设备将水肥混合 液以较小的流量持续、均匀地输送到果树根系附近土 壤。 微灌模式可以根据不同果树生长的需求和特点,随时调节水分和肥料的供给量, 且受环境风力影响 小,更加高效节能。目前微灌技术发展出滴灌、微喷灌 等水分利用率比喷灌更高的灌溉方式,滴灌水分利用 率达 95%,微喷灌比大水漫灌节水 80%。 渗灌是在低 压条件下通过埋在作物根系活动层的渗灌系统直接 渗水供给作物根系。 其优势在于节水、省肥、增产、增 收和节约劳动力成本,但因为滴头容易堵塞会影响应 用效果。 渗灌与滴灌和传统撒施肥料相比,可以促进 树体叶片生长和氮素利用,并提高果实产量及品质。

3 苹果园水肥一体化技术应用研究进展

3.1 水肥一体化技术提高苹果园水肥利用率

应用水肥一体化技术可以提高苹果园水肥利用率。 张大鹏等人以 8 a 生嘎啦/八棱海棠为试材,研究常规施肥与滴灌施肥对不同物候期各土层硝态氮分 布的影响,结果表明,滴灌施肥 40~60 cm 土层硝态氮 含量显著高于常规施肥。 田歌等人通过对比撒施、渗灌、滴灌 3 种施肥方式对苹果氮素吸收利用的影响发 现,渗灌施氮更有利于树体对氮素的吸收利用。 任饴 华等人利用 15N 同位素标记,滴头位置为树干下方的 树体氮素利用率显著高于滴头位置为树冠投影 1/2 处。

3.2 水肥一体化技术提高苹果产量及品质

应用水肥一体化技术可以提高苹果产量及品质。 马艳萍等人以 6 a 生首红苹果为试材,研究滴灌条件 下不同覆盖物对苹果生长发育的影响, 结果表明,滴 灌条件下覆盖秸秆可显著提高果实品质。田蒙等人研究发现,渗灌条件下,埋管深度为 20 cm 时有利于增 大叶面积,提高叶绿素含量,从而提高果实产量及品 质。田歌等人研究发现,渗灌处理的苹果单果质量、产量、可溶性固形物、硬度、可溶性糖及糖酸比均显著好 于传统的撒施氮肥处理,渗灌处理可以显著提高苹果 的产量及品质。 赵佐平连续 3 a 对苹果进行水肥一化 技术研究, 发现 2 个生态区苹果均有显著增产趋势, 且能明显改善果形指数、硬度和果实商品率。

3.3 水肥一体化技术提高苹果园经济效益

以机械化操作为主的水肥一体化技术可以节约苹果园经营中的人力成本,加上精准控制的水肥供应 技术对苹果产量及品质的增效作用,可直接增加苹果 园的经济效益。 路永莉等人研究表明,在施用相同肥 料的处理中,采用水肥一体化技术可极显著地增加苹果产量,大幅度提高果园的经济效益;采用水肥一体化技术和半量施肥技术,苹果产量也在一定程度上有所提高,省肥和增产最终大幅度提高了苹果园的经济 收益。 Fatma Pinar 等人通过对比不同滴灌间隔对苹果园经济效益的影响发现,滴灌间隔 4 d 可以获得最 大经济效益。

4 苹果园水肥一体化技术应用中存在的问题

4.1 专用水溶肥市场不规范

国外 1998 年便有针对水溶肥的研究, 而国内有 水溶肥的文献报道比国外晚了将近 20 a。目前我国 水溶肥还处于起步推广阶段,市场上产品混乱,常有 以次充好的情况发生。另外,水溶肥成本相对较高,现 有产品多用于经济价值较高的蔬菜作物,针对果树生 长发育所需的水溶肥很少。 4.2 配套设施制造不精密 水肥一体化技术配套设施所用材料低廉,加工设 备简陋,工艺粗糙,制造精确度较低,在使用中常有堵 塞、爆管、漏水等问题出现,使用寿命仅为 1~2 a,淘 汰后还易造成环境污染。

4.3 技术应用研究不系统

近年来我国科研人员在滴头数量、 滴头位置、滴 灌管长度和灌溉设备抗老化性等方面进行了大量研 究,但综合应用还有待完善和推广。 我国各地苹果园 气候差异较大,管理模式不统一,情况较为复杂,水肥 一体化试验研究与实际应用之间缺乏科学有效的整 合与联系,也缺少一套完整的技术体系与应用模式。

4.4 专业推广指导不到位

苹果园水肥一体化配套设施主要有水源、 泵房 (包括水泵、压力表、过滤器、阀门)、首部枢纽(包括施 肥器、控制器)和园间设备(包括主管道、支管道、滴灌 管或毛管、滴头)。这套设备的安装运行对专业性要求 较高,但我国缺乏专业人员进行推广科普。 厂家相对 更追求利益,对果农进行技术指导的能力较弱,加上 配套售后不完善,导致水肥一体化技术的优势不能最 大化显现。

5 提升苹果园水肥一体化技术应用效果的对策

5.1 加强水溶肥产品研发推广

促进灌溉企业和水溶肥企业强强联合,研发果园 灌溉设施配套使用的高品质水溶肥,减少设备堵塞情况发生。在学习外国先进经验的同时也要进行科技创新,生产适合我国苹果园发展需要的水溶肥,并对农民进行推广宣传,科普水溶肥的重要作用和正确使用 方法,使水溶肥发挥最大肥效。

5.2 加强设备开发与技术示范

提高水肥一体化配套设施精确度, 开发性价比 高、使用年限长的环保材料,降低生产成本,提高使用的便捷性,实现农业绿色可持续发展。 加强苹果园水 肥一体化技术培训, 使农民能够合理使用该技术,充分发挥其优势,提高经济效益。 加大政策和资金支持 力度,在各地建立苹果园水肥一体化示范基地,根据 各地实际情况因地制宜地进行研究,整合各项技术参数,提高水肥一体化技术的针对性和实用性。

水肥一体化技术在改善苹果园生态环境、提高 肥利用率和促进果农增产增收方面起到重要作用。经过多年的发展,我国水肥一体化技术已经取得较大进步,今后应结合我国苹果产业实际情况,进行本土化、 精细化、智能化综合研究。

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