果树水肥一体化研究进展

杜晓东，程玉豆，陈光荣，梁　瀛（.河北省农林科学院农业信息与经济研究所，河北石家庄05005；2.河北省农林科学院遗传生理研究所，河北石家庄05005；.石家庄天业节水灌溉技术有限公司，河北石家庄05005）

果树水肥一体化研究进展

杜晓东1，程玉豆2*，陈光荣3，梁瀛3
（1.河北省农林科学院农业信息与经济研究所，河北石家庄050051；2.河北省农林科学院遗传生理研究所，河北石家庄050051；3.石家庄天业节水灌溉技术有限公司，河北石家庄050051）

水肥一体化技术是一项高效节水、节肥的现代农业技术。总结了目前国内外果树水肥一体化技术的研究现状；分析了该技术在提高水肥利用率以及果实产量和品质，增加经济收益，改善土壤环境等方面的技术优势；探讨了水肥一体化技术存在的主要问题及解决方式；展望了水肥一体化技术未来发展的趋势。

果树；水肥一体化；研究现状；问题；展望

我国是水资源严重紧缺的国家之一，农业用水占全国用水总量的60%以上，每年农业用水短缺严重制约了我国农业的可持续发展。目前，在果树栽培管理中，果农普遍存在重视果实产量而过量施用氮磷钾等无机肥料的现象，致使土壤酸化板结、水资源污染严重，给自然环境带来巨大压力，因此，急需推广使用一套能够合理利用资源、对环境污染小的灌溉施肥新技术。

水肥一体化又称“灌溉施肥”或“水肥耦合”，是集成灌溉与施肥，实现水肥耦合的一项农业技术。其通过施肥装置和灌水器，均匀、定时、定量地将肥水混合液输送至作物根系附近，实现水和肥的一体化利用与管理[1]。水肥一体化可根据不同作物生长发育期的需水需肥规律进行设计，实现水分与养分在时空上同步，极大地提高了水肥利用效率，是目前国际公认的最好的灌溉施肥技术。因此，水肥一体化技术是未来现代农业发展的必然趋势。

1　水肥一体化技术的发展现状

18世纪后期，英国人将植物种植在土壤提取液中（即：矿质溶液培养植物），形成最早的水肥一体化栽培雏形。20世纪初，美国率先开始对地下滴灌进行探究，并建成了世界首个滴灌工程。而水肥一体化技术的真正使用则始于20世纪中期后，20世纪60年代以色列首先开始普及水肥一体化灌溉技术。现在，以色列在果树、花卉、温室作物、大田蔬菜和大田作物等领域全面应用该项技术，其中90%以上的农作物采用灌溉系统施肥，应用面积居世界首位；美国是世界上微灌面积最大的国家，约33%的果树采用了水肥一体化技术，并在加利福尼亚建立了一套完善的水肥一体化设施体系，成为世界现代农业生产体系的典型。目前，除了以色列和美国外，水肥一体化技术在欧洲其他国家发展也比较迅速[2]。

20世纪70年代，我国首次从墨西哥引进滴灌设备，并在山西大寨、河北遵化和北京密云水库下属果园开始使用，自此拉开了水肥一体化技术研究与推广示范的序幕。20世纪80年代，我国自主研制生产了第1代滴灌设备，经过产品改进、试验研究和推广示范，逐步形成了规模化生产。此后，该技术得到了长足发展，应用范围不断扩大，目前在我国中、西部半干旱地区，果园水肥一体化技术发展较快并取得了良好效果，主要应用在苹果、梨、桃、葡萄、樱桃、猕猴桃和枇杷等果园，采用的灌溉形式主要是滴灌和微喷[3]。然而，与世界发达国家相比，我国水肥一体化技术在果树上的应用仍然十分有限，使用面积仅占总灌溉面积的1.25%，远远落后于以色列和美国等发达国家[4]，迫切需要进一步大力推广示范。

2　水肥一体化技术的灌溉与施肥方式

2.1灌溉方式

根据灌溉设备的不同，水肥一体化技术主要分为喷灌和微灌2种方式[5]。喷灌是利用喷头等专用设备把有压水喷洒到空中形成水雾，均匀洒落到土壤和植物表面以供给植物所需水分的灌溉方式，具有节水效果显著、增产明显、省工省力、保土保肥、投资较低、受地形条件限制小、易于推广等优点，但在大田应用时易受风力的影响，且蒸发量大、土壤润湿不够充分。微灌是根据植物生长发育的需水规律和特点，将水分持续、均匀地输送到植物根系附近土壤的一种灌溉技术，目前已逐渐发展出地表滴灌、地下滴灌、微喷灌、涌流灌（又名小管出流灌溉）等多种方式[6]。与喷灌相比，微灌技术耗能更低、用水量更少，但前期投入成本高，对水质和肥料的可溶性要求较高，后期维护和修理繁琐。

2.2施肥方式

目前，水肥一体化技术施肥方式主要有压差式施肥、重力自压式施肥法、文丘里施肥器、注入式施肥法等[3，5]，但每种施肥方式均有利弊，不同的地区可根据自身条件选择最适宜的施肥方式。适用于水肥一体化的肥料必须为水溶肥，其是一种可以完全溶于水的多元复合肥料，具有高溶解性、养分全面、利用率高，施用经济、方便、安全等特点[7]。根据组成成分的不同，水溶性肥料可分为大量元素水溶肥、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、有机水溶肥等。水溶性肥料在形态上表现为固体和液体2种，其中，液体肥料因生产简单、易于调配、利用率高、生产过程中无污染而被誉为环保型绿色肥料，是实现水肥一体化的最优选择[8]。

3　水肥一体化技术在果树上的应用效果

3.1改善树体营养

水肥协同管理能够显著改善果树的生理和营养状况。研究表明，水肥一体化可明显改善富士苹果幼树的营养状况，有效促进新梢生长，增大短枝叶面积和幼果横径，提高叶绿素含量、光合速率和蒸腾速率，有利于提早开花结实[9，10]。在黄冠梨上的水肥耦合研究表明，全量肥处理可提高果实成熟期土层的有效磷和速效钾含量；半量肥处理则显著提高果树花期土层的全氮和全磷含量，以及果实成熟期土层的碱解氮含量；半量肥处理可提高梨果实的可溶性糖和可滴定酸含量[11]。在葡萄上的研究显示，干湿交替灌水可明显降低葡萄的枝叶量，增加树体光照密度，改善红色品种的外观色泽[12，13]。

3.2提高果实产量和品质

应用水肥一体化技术，可加快果树根系对水分和养分的吸收速度，有利于树体健康、旺盛生长；同时，还可大幅度减少水分和肥料的施用量，降低土壤板结和酸化的风险，解决土壤的水气矛盾，进而影响树体根系分布，利于果树生长和高产[14]。在脐橙上应用使用水肥一体化技术，果实个头增大，产量提高17.7%，裂果率减少3.8%[15]。适宜的水氮耦合滴灌处理可显著提高红富士苹果的果实重量，促进果皮着色，增大果肉硬度，促进果实内含物和糖分的积累[16]。在番石榴上应用水肥一体化技术也具有增产提质的结果，可使番石榴增产11.9%以上，果实还原糖和可溶性固形物含量显著提高[17]。

3.3提高水肥利用率

水分与肥料相互影响，相互协同。适宜的水分有利于加快养分的释放与转化，水分过多则会使土壤养分浓度过低，不利于肥料的吸收。合理施肥可提高地面覆盖率，降低地表水分蒸发量，增加植株产量，提高植株对水分的利用效率；同时还可促进植物根系发育，提高根系的吸水能力。与传统的大水漫灌形式相比，水肥一体化技术是通过管道准确、实时、定量、直接向果树根部供水，因此能大幅度减少水分蒸发，解决水分浪费的问题，进而明显提高水分利用率。同时，水肥一体化技术将溶解后的肥料近乎等量地输送到果树根系附近土壤区域，保证了根系对营养成分的迅速吸收，实现了肥料的高效利用，因此能够极大地减少肥料的施用量。研究显示，环绕滴灌施肥技术具有很大的节水增产潜力，其中，在苹果上应用，较畦灌对照节约灌水37%、节约纯养分7%耀15%的条件下，水分利用效率增加1.2耀1.5 kg/m3，产量提高34.1%耀45.1%[18]；在梨树上应用，可节水30.0%、节肥10.0%[19]，单位产量的氮肥消耗量仅为11.1 g/kg，削减率达到29.7%[20]；在柑橘上应用，较传统常规施肥可降低化肥施用成本55.04%[21]。

3.4增加经济收益

水肥一体化技术主要是机械化操作，可免去人工开沟灌水、挖穴施肥、回填等用工时间，极大地降低了劳动力的成本投入。路永莉等[22]研究发现，在肥料施用量相同的条件下，采用水肥一体化技术可极显著地增加苹果产量，大幅度提高果农的经济效益；即使肥料施用量减半，采用水肥一体化技术也能在一定程度上提高苹果产量，显著降低果树管理的投入成本，最终明显提升果农的经济收益。

3.5改善土壤环境

水肥一体化技术灌水均匀，在某种程度上能够克服传统灌溉施肥可能造成的土壤板结；还可降低土壤容重，增加土壤孔隙度，有效保持土壤湿度，促进土壤微生物群落的多样性，有利于土壤有机质的分解、植物营养的矿化及养分循环[23]。此外，应用水肥一体化技术，可大幅减少肥料施用量，降低土壤次生盐渍化发生和地下水资源污染的风险，以及养分随雨水冲刷进入水体而造成的江河湖泊富营养化[4]；还可保证田间干燥，控制杂草生长，减少果园病虫害的发生，进而降低农药使用量，从而提高农产品的安全性，降低环境污染的风险。

4　水肥一体化技术存在的主要问题

水肥一体化技术是近年来国家在农业生产中大力倡导推广应用的一项先进适用技术，由于国内研究与应用起步较晚，致使在现实生产中应用时仍然存在着一些问题。

4.1技术研发滞后

应用水肥一体化技术，需要在果园里建造固定的水源并安装灌溉施肥系统，前期投入成本高，对于散户种植且收入较低的果农来说很难接受；灌溉系统分流管道较细，容易堵塞，因此对过滤系统和肥料的水溶性要求较高，而我国目前的水溶性肥研究尚处于起步阶段，肥料品种少且购买渠道窄，往往售价较高。此外，水肥一体化技术在技术管理要求方面比较严格，相关人员需进行专业培训才能操作，然而近年来相关的专业人员培训指导工作并未得到足够重视，致使专业技术人才稀缺。在有些地区长期应用该项技术，可能会造成盐分积累、土壤板结，不利于根系的发育。因此，要想扩大该技术的推广范围，须研发高性能、低成本的成套设备；开发成本低、水溶性好的肥料，降低土壤板结的风险；同时，加强专业技术人员的培训指导工作。

4.2配套栽培管理模式有待完善

目前，国内的果园管理多采用清耕方式，地表裸露、无覆盖，蓄水保墒措施较少，加上为了追求产量而过度注重施用氮磷钾等无机肥、较少施用有机肥，造成土壤有机质匮乏，果树根系生长受到抑制，影响树体对营养的吸收，致使果实品质下降；同时，由于水肥一体化技术用水量较少，清耕方式不利于土壤表层水分的保持，果园地表易遭受干旱、高温等极端气候的影响，导致果树抵抗能力较差，不利于果树生长发育。因此，采用水肥一体化技术的果园，应注重地表覆盖草种或粉碎秸秆等有机质。

5　建议与未来展望

我国国土幅员辽阔，各地区农业结构、发展水平和水土状况差异较大。因此，在今后推广普及水肥一体化技术时，应根据不同地区的土壤类型、气候条件、果树需水需肥规律等，有针对性地进行设计使用。水肥一体化技术涉及到环境气候、农田水利、灌溉、栽培管理和土壤营养等众多学科。而国内水肥一体化技术研究起步较晚，交叉学科研究发展更是相对落后，学科研究各自为阵，缺乏技术和学术交流，致使目前我国综合型的专业技术人才匮乏，严重限制了水肥一体化技术的进一步发展。因此，要想大面积推广普及水肥一体化技术，相关科研单位需要加强各相关学科间的联合、学习与交流，有条件时可设立专门的交叉学科研究机构，探究不同品种果树的生长发育规律及栽培管理中各环节的技术要领，集成我国果树主要栽培品种水肥一体化技术高产、高效模式及相关配套产品，提升我国在水肥一体化技术研发领域的创新能力。同时，科研单位与生产制造企业联合将是未来科技发展的趋势，在肥料研发上，各研发机构将会注重水溶性好、成本低廉、利用率高的肥料研发；在设备研发上，注重将水肥一体化技术与“4S”技术、人工智能模拟等先进技术结合起来，将果树生长发育规律、环境因子、水肥、土壤墒情等有机结合，形成一套自动化、智能化的信息管理系统，同时兼顾产品性价比高、价格低廉、经久耐用等特点，使我国在水肥一体化技术研发领域走在世界前列。同时，政府加强政策引导，加大政策优惠、鼓励和宣传力度，派专业人员到基层进行培训指导，完善农业保险体系，对果树种植户采用的新技术提供相关保险，降低果农采用新技术的风险，全面推动水肥一体化技术的普及应用工作。

2011年农田水利问题被列入到“中央1号文件”，2013年农业部把节水农业作为种植业的工作重点之一并针对技术应用中存在的一些问题提出了解决方法和工作重点，说明我国解决水资源短缺问题已迫在眉睫，同时，这也为更加先进的水肥一体化技术的研发与推广应用提供了重要契机。我国水肥一体化技术的应用面积与发达国家相比存在很大差距，因此，具有更为广阔的应用前景。该项技术的合理利用，将有助于从根本上改变我国传统的农业用水方式，大幅度提高水资源和肥料的利用效率，促进生态环境保护建设，为提高农业综合生产力提供有力保障。

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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

石家庄市科学技术研究与发展计划课题（141490792A）

杜晓东（1967-），女，河北赵县人，副研究员，主要从事农业期刊编辑工作。E-mail：1220591829@qq.com。

程玉豆（1981-），男，河北迁安人，副研究员，博士，主要从事果树学研究。Tel：0311-87652008；E-mail：chengyudouyn@163.com。