魏樹(shù)偉 王少敏

水作為生物生存不可或缺的自然資源，是人類(lèi)賴(lài)以生存的生命源泉，也是影響植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。我國(guó)幅員遼闊，但水資源十分匱乏且分布不均。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)水資源總量為2.81萬(wàn)億米3，人均水資源占有量為2 200米3，為世界平均水平的1/4，由此可見(jiàn)，我國(guó)水資源短缺相當(dāng)嚴(yán)重。近年來(lái)環(huán)境污染、水肥資源浪費(fèi)等問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重，制約了我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)果樹(shù)種植面積和水果產(chǎn)量均居世界首位。但是水肥資源匱乏很大程度上制約了水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，如何節(jié)約水肥資源、降低生產(chǎn)成本、提高水果品質(zhì)成為重要的研究方向。

常規(guī)灌溉、施肥方式破壞土壤結(jié)構(gòu)，也造成水肥資源浪費(fèi)嚴(yán)重。水肥一體化指的是將水肥混合液定時(shí)、定量地輸送到植物根部，保證植物在吸收水分的同時(shí)也吸收養(yǎng)分。研究表明，果園應(yīng)用水肥一體化技術(shù)可節(jié)約水肥資源、改善土壤結(jié)構(gòu)，從而增加果品產(chǎn)量、提高果品品質(zhì)。鑒于此筆者對(duì)水肥一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀、主要模式、應(yīng)用效果、存在問(wèn)題與建議等方面進(jìn)行綜述。

1 水肥一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

早在公元400年就有了水肥一體化的雛形，但20世紀(jì)60、70年代才開(kāi)始正式而廣泛的應(yīng)用。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，以色列為了提高水資源的利用率開(kāi)始普遍使用水肥一體化技術(shù)。20世紀(jì)70年代，美國(guó)、法國(guó)、墨西哥、新西蘭等國(guó)家滴灌和施肥技術(shù)也在迅猛發(fā)展。到目前為止，以色列在果園、花卉、溫室以及園林綠化等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，推廣面積占全國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉總面積的67.9%，居世界首位。

1974年，我國(guó)從墨西哥引進(jìn)滴灌設(shè)備，開(kāi)始了水肥一體化技術(shù)的研究與推廣。1980年我國(guó)第一代滴灌設(shè)備自主研制成功，自此開(kāi)始了規(guī)?；a(chǎn)，推廣與應(yīng)用面積迅速擴(kuò)大。目前，水肥一體化技術(shù)已經(jīng)在我國(guó)中、西部半干旱地區(qū)的葡萄、柑橘、蘋(píng)果等果園中得到了廣泛應(yīng)用，并且取得了良好的效果（圖1）。但是，相較于以色列、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)水肥一體化技術(shù)在果園中的推廣、應(yīng)用與管理仍然存在較大差距，應(yīng)用面積只占全國(guó)灌溉總面積的1.25%。

2 果園水肥一體化技術(shù)的主要模式

水肥一體化技術(shù)又稱(chēng)為“水肥耦合”，是一種利用一體化系統(tǒng)的壓力將適宜土壤墑情、作物需求、養(yǎng)分含量適中的水肥混合液定時(shí)、定量地輸送到植物根部，保證植物在吸收水分的同時(shí)也吸收養(yǎng)分，可以實(shí)現(xiàn)水分和養(yǎng)分在時(shí)間上同步、空間上耦合，從而改善果樹(shù)生產(chǎn)中水肥供應(yīng)不協(xié)調(diào)和耦合效應(yīng)差的弊端，大大提高了水和肥的利用效率。

2.1 噴灌施肥

噴灌施肥就是將一定量的可溶性肥料溶于水中形成水肥混合液，利用水泵等設(shè)備加壓，將其送到需要灌溉的區(qū)域，再利用噴頭等專(zhuān)業(yè)設(shè)備將其噴射到空中形成水霧或小水滴，均勻噴灑在作物和土壤上以供給作物生長(zhǎng)所需要水分和養(yǎng)分的灌溉施肥方式。李慧卿等研究表明，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)與普通灌溉方式相比節(jié)肥率為25%，節(jié)水率高達(dá)50%，并能節(jié)省一半的勞動(dòng)時(shí)間。水肥一體化技術(shù)對(duì)于地形要求不高，適用于山地果園等復(fù)雜地形，省時(shí)省力，成本較低。但容易受風(fēng)力的影響，研究表明，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)3.5米/秒時(shí)會(huì)導(dǎo)致噴灌不均，水分蒸發(fā)，灌溉效果減弱。

2.2 微灌施肥

微灌施肥是根據(jù)作物生長(zhǎng)的需求和特點(diǎn)，通過(guò)管道系統(tǒng)和灌溉設(shè)備將水肥混合液以較小的流量，均勻、持續(xù)地輸送到作物根系附近土壤的一種灌溉施肥方式。與地面灌溉的最大區(qū)別是可根據(jù)果樹(shù)每個(gè)時(shí)期對(duì)營(yíng)養(yǎng)、水分的需求規(guī)律制定相應(yīng)的微灌制度，使果樹(shù)能更加準(zhǔn)確、快速地吸收需要的水分和養(yǎng)分，促進(jìn)果樹(shù)健康生長(zhǎng)。其優(yōu)點(diǎn)是能更高效的節(jié)約用水，且灌水均勻、不受風(fēng)力的影響、操作方便、節(jié)省勞動(dòng)力。但是前期投入成本過(guò)高，而且灌水設(shè)備的出口很小易被堵塞，故對(duì)水質(zhì)以及管道過(guò)濾器要求很高，另外后期維護(hù)和修理也較繁瑣。隨著科技的進(jìn)步，微灌技術(shù)漸漸發(fā)展出滴灌、微噴灌等多種灌溉方式。

滴灌是通過(guò)塑料管道將水運(yùn)送到植物根部進(jìn)行局部灌溉，在干旱地區(qū)是一種有效的灌溉方式，水的利用率高達(dá)95%。鄧蘭生等在滴灌對(duì)香蕉生長(zhǎng)水肥利用影響的研究中發(fā)現(xiàn)，滴灌施肥較常規(guī)灌溉節(jié)水28.7%，灌溉效率提高了87.36%。嚴(yán)程明等研究表明，菠蘿應(yīng)用滴灌施肥較普通施肥方式節(jié)省氮肥42.84%，增產(chǎn)39.04%。

微噴灌是利用旋轉(zhuǎn)或輻射式的微型噴頭將水肥混合液均勻噴灑在作物根部土壤，供給作物吸收的灌溉形式，目前廣泛應(yīng)用于蔬菜、花卉、果樹(shù)、藥材種植管理中。與大水漫灌相比，微噴灌可節(jié)水80%以上，增產(chǎn)40%。馬文濤等研究了不同灌溉方式對(duì)臍橙幼樹(shù)生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響，與傳統(tǒng)灌溉施肥方式相比，應(yīng)用微噴灌的果樹(shù)（圖2）單果質(zhì)量增加了38.83%，產(chǎn)量增加了36.4%。

3 水肥一體化技術(shù)在果園中的應(yīng)用效果

3.1 提高水肥利用效率

果園應(yīng)用水肥一體化技術(shù)可以明顯提高水肥利用率，促進(jìn)果業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。與傳統(tǒng)的大水漫灌相比，水肥一體化技術(shù)將適量的水和可溶性肥料融合在一起，再通過(guò)灌溉設(shè)備系統(tǒng)精確、快速、適時(shí)地輸送到果樹(shù)根部附近土壤中，減少了水分的蒸發(fā)與養(yǎng)分的流失。Lebese等研究表明，采用水肥一體化技術(shù)的蘋(píng)果園水肥用量明顯比采用普通灌溉技術(shù)的少。陸春等研究發(fā)現(xiàn)，采用水肥一體化技術(shù)的香蕉園較普通灌溉方式的節(jié)水49.6%，省肥22.9%。曾志等研究表明，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)的沙田柚園比普通灌溉施肥果園節(jié)本395.2元/畝，節(jié)肥15.97%，節(jié)水27.73%。綜合分析表明，水肥一體化技術(shù)可以高效地節(jié)約水肥資源，尤其是在地形復(fù)雜、氣候干燥、水源匱乏的地區(qū)效果更加明顯，可節(jié)水約50%，節(jié)肥25%左右。

3.2 改善果園土壤環(huán)境

采用水肥一體化技術(shù)可以減少肥料的使用量，從而防止土壤中肥料過(guò)量造成土壤鹽漬化，影響土壤環(huán)境。水肥耦合可以防止土壤板結(jié)，且對(duì)土壤表層破壞較小，保濕效果好，有利于土壤微生物群落的多樣性，促進(jìn)微生物的生命活動(dòng)，加速有機(jī)質(zhì)的分解，從而更利于果樹(shù)對(duì)水分和養(yǎng)分的高效吸收。許娥研究表明，滴灌技術(shù)可以有效防止土壤酸化，在提高土壤養(yǎng)分含量的同時(shí)可減輕對(duì)環(huán)境的污染。楊久廷等研究了滴灌對(duì)番茄土壤理化性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)滴灌能使土壤保持疏松狀態(tài)，保護(hù)土壤的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，有利于植物的生長(zhǎng)與吸收。

3.3 促進(jìn)果樹(shù)生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和品質(zhì)

應(yīng)用水肥一體化技術(shù)可以促進(jìn)果樹(shù)根系對(duì)土壤中水分和養(yǎng)分的吸收，從而促進(jìn)新梢生長(zhǎng)，提早開(kāi)花結(jié)果。更可以有效調(diào)節(jié)果樹(shù)的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)，提高果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)。李全寨在對(duì)發(fā)育和品質(zhì)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的漫灌施肥，水肥一體化更能促進(jìn)臍橙果實(shí)發(fā)育，防止裂果，增加產(chǎn)量。香蕉園采用滴灌施肥的研究表明，相較于肥料土施，滴灌施肥可使香蕉增產(chǎn)24%～46%。安華明等研究顯示，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)不僅在一定程度上增加了椪柑果實(shí)的大小，產(chǎn)量也較對(duì)照增加了600 千克/畝。王立飛等在水肥耦合對(duì)黃冠梨葉片光合及果實(shí)品質(zhì)的影響的研究中發(fā)現(xiàn)，與普通灌溉方式相比，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)能明顯提高果實(shí)品質(zhì)，可溶性固形物含量增加16.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，后同），可滴定酸含量增加7.77%。韋陽(yáng)峰研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)的獼猴桃單果質(zhì)量和硬度增加，可溶性固形物含量和可溶性糖含量提升，果實(shí)中氮、磷、鉀、鈣等養(yǎng)分含量增加明顯，營(yíng)養(yǎng)和食用價(jià)值提高。

4 果園水肥一體化技術(shù)存在的問(wèn)題與建議

4.1 設(shè)備成本較高，技術(shù)研發(fā)滯后

相較于低廉的灌溉用水，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)所需建造的灌溉施肥設(shè)備成本較高，對(duì)于小型果園和散戶(hù)而言壓力較大。另外，灌溉設(shè)備管道過(guò)細(xì)，易被礦物質(zhì)和有機(jī)物堵塞，對(duì)于肥料的水溶性要求較高。目前，高水溶性肥料的研究尚處在起步階段，品種少且價(jià)格高，高投入限制了水肥一體化技術(shù)的進(jìn)一步推廣。針對(duì)這些問(wèn)題，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)設(shè)備與技術(shù)的研發(fā)，以期降低前期資金投入。另外，要將灌溉施肥設(shè)備和水溶性肥有機(jī)結(jié)合，相互對(duì)接，在研發(fā)設(shè)備的同時(shí)推進(jìn)水溶性肥料的多樣化和功能綜合化。

4.2 技術(shù)人員匱乏，普及度不高

水肥一體化技術(shù)并不是簡(jiǎn)單的灌溉施肥技術(shù)，還涉及信息技術(shù)、植物營(yíng)養(yǎng)、農(nóng)田水利等多方面的知識(shí)。在具體實(shí)施時(shí)，安裝、管理、后期維護(hù)也有嚴(yán)格的要求，需經(jīng)過(guò)相應(yīng)的培訓(xùn)指導(dǎo)才能正確應(yīng)用。另外，大部分果農(nóng)觀(guān)念落后，對(duì)新生事物的接受能力弱，這限制了水肥一體化技術(shù)的推廣。因此，需要加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)工作，建立信息共享平臺(tái)，加大宣傳與指導(dǎo)力度，改變果農(nóng)落后的觀(guān)念，普及水肥一體化技術(shù)。

5 展望

我國(guó)是水資源十分匱乏的國(guó)家，人均水資源只占世界平均水平的1/4。水肥一體化能顯著提高水肥資源的利用率，是一項(xiàng)重要的節(jié)水、節(jié)肥技術(shù)，具有較好的應(yīng)用前景。但由于起步較晚，我國(guó)水肥一體化技術(shù)水平、推廣面積和發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在較大差距，故需要投入大量精力進(jìn)行研究與實(shí)踐，以期大面積推廣與普及，在提高果農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。