水肥一体化技术在核桃产业中的应用进展

黄雅丽 ，马风云，杜振宇，马海林 ，田 琪 ，刘方春 ，刘幸红 ，马丙尧 *

（1．山东农业大学，山东 泰安 271018；2．山东省林业科学研究院，山东省森林植被生态修复工程技术研究中心 济南 250014）

核桃(Juglans regia)，又称胡桃，羌桃，为胡桃科植物，是世界著名的干果之一[1]。喜石灰性土壤，常见于山区河谷两旁土层深厚的地方。作为我国重要经济林树种，主要分布在黑龙江、山东、安徽、甘肃、新疆及西藏等省区，山坡及丘陵土层深厚的地区常见栽培[2-5]。其自身品种、水肥供应状况、种植密度等因素不同，核桃的品质和产量也存在差异[6]。改革开放的以来，随着经济的发展，人民的生活水平不断提高，对核桃的需求量也越来越大，传统的水肥管理方式已经不再不适宜核桃种植栽培，成为制约产业化发展的重要因素。因此，建立切实可行的核桃科学水肥一体化技术体系，进行兼顾农林业高产、高效及可持续发展已成为现代农林业资源林管理研究的热点。当前，水肥一体化技术已不再是局部试验、示范发展，而是逐步推广应用与大面积农林业，但在推广应用中所处的地理环境、技术服务、管理水平等仍是制约水肥一体化发展的重要因素[7]。为此，本文对水肥一体化技术在核桃栽培应用作一简要综述。以期为建设在核桃栽培应用中节水节肥高产的技术体系提供理论支持。

1 水肥一体化技术研究

1.1 应用原理

水肥一体化技术又称随水施肥、水肥耦合、滴灌施肥等，是将肥料融于水中，通过灌水进行施肥的一种高新水肥管理措施，其根据作物的需肥规律将液体肥料或者可溶性的固体肥料按照一定比例与水融合配制成肥液，并借助设备及时、均匀、定量的施入作物根区，将水与肥定时定量的供给作物，以满足作物生长需要。在应用中能够省肥节水、降低湿度、减轻病害、增产高效、省工省力等[8-9]。在传统的栽培管理下，灌溉和施肥两项操作是单独进行的。这种施肥技术不仅占用劳动力多，水肥管理工序复杂，工作时间长，工作量大，并且水肥消耗大，管理费用高，水肥利用率较低。不能很好的实现作物不同时期水肥定量精准的供给。而水肥一体化技术操作简单，工程量小，滴灌过程中不仅能够减少水的蒸发和流失，节约用水量，提高对水的利用率，还能够通过灌水及时有效的输送肥液，避免了肥液分布不均、挥发流失等优点[10-11]。李婷等[12]等研究中表明，实施水肥一体化技术不仅节水 、省肥达到40%以上，反季节苦瓜的产量也显著增加，增幅达30%以上。李茂权等[13]研究发现较传统的灌溉施肥而言，水肥一体化施肥技术可以提高植物对的水肥利用。黄就才等[14]研究发现，在辣椒实验中，水肥一体化灌溉较常规灌溉施肥节水47%以上，仍能达到增产、增收的效果，增幅达25%左右。石玫莉等[15]研究表明，水肥一体化技术在提高水分、养分利用率的同时，马铃薯的产量增加了 2.2%～4.4%，单位收入比常规方式增加了4 071.3～9 923.4元 /hm2。

1.2 施肥模式

目前，微灌在我国水肥一体化技术中得到较快的发展，根据灌溉方式的不同，微灌主要分为滴管式水肥一体化、渗灌式水肥一体化、微喷灌式水肥一体化、涌泉灌式水肥一体化4种模式，不同地区根据自身条件可选择最适宜的施肥方式[18]。

1.2.1 滴管式水肥一体化

滴管式水肥一体化主要是根据植物需水需肥规律，将水与肥按一定的比例混合成肥液，通过施肥机以微小液滴的形式慢慢渗入植物根际土壤的节水施肥方法。该方法由于灌溉的时间长，水流缓慢，水分能够较均匀渗入土壤，较少水分蒸发、土壤冲蚀、径流等现象的产生，形成有利于植物生长所需要的环境条件[19]。虽然形成的灌溉管道系统成本偏高，但相比灌溉施肥节肥达30%—50%，同时该系统使用年限长、操作简单、管理方便，较大程度的降低了人工管理成本。主要运用在一些经济价值比较高的作物上。

1.2.2 渗灌式水肥一体化

渗灌式水肥一体化是将灌溉管道沿树行布设于果树两侧的地表下，肥液由灌水器小孔缓慢渗入土壤，并利用重力作用向下渗透，随灌水量增加，最终在果树两侧形成一条湿润带。由于该系统灌水器均埋设于地表以下，容易造成滴头堵塞，不易发现修理，投资成本较大。同时，固定的灌水点导致水分渗入不均，引导植物根系向外部扩展，降低与植物根系的耦合性[20]，但相比传统灌溉而言仍达到节水省肥的效果。因此，目前渗灌式水肥一体化应用较少，有待技术成熟稳定后再行推广。

1.2.3 微喷灌式水肥一体化

微喷灌技术是一种局部的灌溉设施，该施肥方法是借助于高压系统将配比好的肥液利用微喷喷头均匀喷洒到植物根际土壤的一种灌溉施肥技术，该技术使用过程中容易受到田间杂草及风力的影响，引起水分的损失[20]。但与传统灌溉相比仍具有节水节肥、省工省力、增产明显、投资较低、受地形条件限制小等优点。同时通过压力水喷洒可以保持树体周围空气湿度，温度适宜，形成促进在植物生长小气候。因此，在实际生活中更易被推广和应用。

1.2.4 涌泉灌式水肥一体化

该施肥方法是将涌水管沿树行埋入地下，并在每个树盘周围修成圆环形集水沟，涌水管于每个树盘处引出地面，以小股水流方式出水，在集水沟内形成均匀积水层，利用水的重力原理均匀下渗，水分向下渗透的速度较水平渗透的快。同时该系统使用年限长，管理方便，管道埋入地下不易受损，涌水均匀且不易堵塞，但系统施工用工量较大，工程投资高，主要针对经济条件较好的果园进行示范推广[19,20]。

1.3 国内外发展

目前，水肥一体化技术作为当今农业的热门技术，在以色列、约旦、美国等农业比较发达的国家均得到了广泛的应用[16]。据调查以色列超过90%的农作物都应用了水肥一体化技术。而我国研究水肥一体化技术较晚，多集中于花卉、苗木、蔬菜、大田经济作物等个方面。相比农业发达国家而言，我国水肥一体化技术还不够成熟，应用范围有限，使用范围主要在我国中、西部半干旱地区，所占面积仅达1%左右[17]，考虑我国大部分地区水资源短缺问题，大力推广利用遵循节水、省肥、高产、经济的水肥一体化技术对我国而言十分必要。

2 核桃水肥需求规律

近年来，随着产业结构的调整，人们生活水平的提高，核桃产业越来越受关注。早实、高产、高效及可持续性成为该产业的发展目标[21]。经理论和实践证明，植物的光合能力是生产力构成的基础因素，受植物所处环境的水分及养分含量影响较显著。因此，在核桃的种植培养过程中，立地水分和养分的供应状况是影响核桃生长发育、高产高质的重要因素[22-24]。目前有关核桃需肥规律已有一定的研究，如氮元素是影响早实核桃产量的重要元素，在每株核桃施用1050 g铵态氮时，其光合作用效果最好[26]。核桃出仁率受土壤灌水量和补施钾量等因素的影响较为显著，核桃通常施用氮磷钾的比例为5:1:5，且核桃每年的纯养吸收量达900g左右[27]。根部滴灌的形式下，在一定范围内适当的增加施肥和追肥量，核桃的坐果率和产量率显著提升[25]。

核桃属于喜光树种[28]，其光合作用能力是反映植物生长状况的重要因子。许多研究表明[29-31]，水对植物的光合特性起主导性作用，直接影响后期光合产物的积累和分配。不同土壤水分条件下核桃生理生态特性也存在不同。核桃在不同发育阶段及物候期对水分的需求均存在一定差异，土壤含水量在果实膨大期对核桃产量影响最大，在硬核期和开花期影响较小[32]。4-6月一般为核桃生长过程中的关键需水时期，随着植物的生长，树体的需水程度逐渐降低，抗旱性能不断增强[33]。适宜的灌水量可保证植物丰产高效，适当的增加灌溉次数和灌水量的可促进核桃产量和品质的提高。试验显示，在田间栽培中灌水量达750 m3/hm2灌溉次数为2～3次时，核桃的产量较高。植物光合速率变化趋势依赖于水分供应情况，在同等肥力条件下，随着灌水量的增加，Pn上升[34]。

3 水肥一体化技术在核桃上的应用

3.1 核桃水肥一体化应用优势

在植物生长过程中水分能够促进肥效的发挥，肥料能够提高水分的利用，而水肥一体化是将水分和养分均匀融合灌溉，能够同时促进植物对水和肥高效利用[35]。目前，核桃产业的水肥一体化技术以逐步被人们接受和应用。大量研究表明[36，37]，通过水肥一体化系统进行灌溉和施肥，不仅减少肥料损失，降低水肥投入节约成本，而且促进了核桃根系生长发育，增强果树对养分的吸收，明显提升了果品生产效益。胡正发等[38]研究发现较普通灌水施肥而言，经水肥一体化方式灌溉安徽核桃能够节约灌水70%以上，节约肥料 50%，节约劳动力90%以上，总体上降低成本，提升效益。李增兴等[39]研究发现不同的水肥处理对辽西地区核桃叶水势产生显著的影响，合理水肥耦合才能够促进核桃的生长达到丰产、优质。王彦军等[40]在17.3hm2核桃示范园的调查研究显示，每年通过水肥一体栽培核桃的费用大约为44.1万元，比普通灌溉施肥节省了9.525万元。赵经华等[41]提出了使用微灌系统较传统灌水系统作物生产效率提高 3.5%～28.6%。薛海荣等[42]研究发现核桃使用漫灌条件下的耗水量明显大于滴灌。

3.2 核桃水肥优化发展

在植物栽培管理过程中，合理的水肥灌溉措施能够提高植物对水肥的利用，促进植物高产，而盲目的水肥管理不仅会导致水肥流失引起环境污染，还会影响植物的生长发育[43-44]。为实现核桃丰产优质高效栽培，明确核桃生长发育的需水需肥量及适宜的水肥管理措施至关重要。陈加利等[45]在不同水肥对核桃果实品质影响的研究中发现，一定范围内高水高肥的核桃果实的品质和商品率均优于其他水肥处理；张锐等[46]等试验结果表明：不同的水肥配比对新新2号核桃果实核桃的出仁率 ，还原糖，油脂中VE，单宁等含量有显著影响；每公顷土壤在灌水量为6716m3、施肥量为1249.97kg的水平下的核桃生长够达到最佳效果。因此，合理水肥配比是促进植物的生长、发育的关键。

4 应用中存在的问题

大量的研究表明[47-49]，水肥一体的灌溉施肥技术不仅提高植物对水、养的高效利用、促进果树优质高产，而且能够从根本上解决在丘陵、坡地栽培中的水肥运输问题。因此，在葡萄、荔枝、香蕉等山区示范园中已逐步被推广并形成相对完善的应用体系，但该技术在核桃产业上的应用还处于研究阶段，尚有很多值得研究和解决的问题：如目前我省核桃灌溉在灌水始点的控制上还不够全面，管理上比较粗放，造成极大地水肥资源浪费，如何科学地确定核桃灌适宜的灌水下限指标，制定科学的灌溉制度促进实现核桃水肥一体化[50]。如何根据不同生态区的土壤条件、气象条件、周围环境等因素差异，筛选并优化出适宜不同生态区的灌溉模式[51]。如何寻求核桃水肥优化耦合区域，指导生产实际实现核桃高产高效[52]。如何开发以营养诊断为基础的核桃专用水溶性肥料、灌溉施肥方式和灌溉施肥指标。如何建立核桃优质高产与肥水资源高效和环境保护相协调的科学机制。如何培养水肥一体化运用的专业技术人员等。

5 结论与展望

水肥一体化技术作为农业综合管理中节水节肥最有效的措施之一，不仅能节约水肥资源，减少肥料对环境的污染，改善生态环境；而且还能够适时适量的给果树供水、施肥，在保证水分及肥料高效利用的同时提高作物产量，是实现是我省核桃产业的可持续发展、效益提升与肥水资源高效和环境保护相协调的科学性技术措施[53]。

作为地下部分最重要的器官之一，植物根系不仅可以固定和支持植株自身，而且可以通过对外界水分和养分的吸收为自身的生长提供所需要的营养物质，促进植物生长，是连接土壤与植物本身之间营养物质的重要传递者[54-56]。在实际生产中，传统灌溉往往由于水肥管理不当导致的水肥利用效率不高、损失率大等问题严重。过度的灌水会造成土壤养分淋洗，阻碍根系对养分的吸收，降低肥料利用效率，影响植物根系的生长；盲目的施肥尤其在土壤贫瘠的山地丘陵地区往往会引起发生植物烧根等现象，影响植物生长。核桃水肥一体化技术的应用，可以针对所选择核桃品种的水分、肥料需求特征，采取不同的灌溉方式在核桃需水、需肥关键时期对核桃根区进行定量灌溉，刺激核桃根系生长，提高核桃的水肥利用，达到高产优质的效果。目前对核桃水肥一体化技术的研究已有很多，但实际实施过程还需结合当地的环境条件，综合考虑使用水肥一体化措施的适用性，制定适合当地核桃栽培的最优方式。因此，在山地核桃栽培实践中，加强核桃园水分循环及肥料平衡方面的研究，结合集雨、灌溉系统的建设方式及生态环境影响评价，进一步优化雨水—肥料一体化系统结构及建设方式，形成完整的干旱山地经济林雨水资源高效利用及雨水—肥料一体化关键技术体系。通过研究核桃园施肥现状及水肥互作技术，利用自动控制灌溉系统向核桃同步精准供给水分和养分，发挥水肥的正向耦合作用，结合周围环境实现水肥的高效利用。并且确定不同生态区该技术的最佳应用条件，形成系统的应用体系，促进我国水肥一体化技术在农业生产中得到更大的应用，是现代农业未来的发展方向。