冀南地区巨峰葡萄水肥一体化技术研究与应用

李 兴 李惠丽 王晓奕 张书奎* 江荣风（中国农业大学资源与环境学院 北京 海淀 0093；中国农业大学曲周实验站 河北 曲周 05750）

葡萄是世界四大水果之一，在全世界得到广泛种植。冀南地区属温带大陆性季风气候，四季分明，年均降水量484.5 mm，春季干旱，夏季炎热多雨，降雨集中在7～8月份，而葡萄以小农户露地种植为主，生长发育受天气的影响较大，生育前期干旱少雨，后期高温多雨。再加上水肥管理不协调，导致葡萄种植管理方面存在很大问题，比如化肥施用比例失衡和过量施用，农业灌水效率不高，水肥资源浪费严重，葡萄烂果裂果，果实品质有待提高等，而要提高葡萄的生产效率、实现提质增效，水肥管理是关键因素。水肥一体化技术是将水和肥料混合后，由管道直接输送到植物根部，葡萄的根系分布较集中，根系分布较其他果树浅，对水肥的吸收量较大。葡萄水肥一体化技术在节水、节肥、省时省工、提升品质和产量方面已经有了很好的效果[1]，而且也得到了很好的推广。在冀南地区葡萄种植户以小农户为主体，由于高额的设备成本，水肥一体化技术在小农户之中很难应用起来。因此，以河北省曲周县前衙村为例，从设备安装、水肥效率、经济效益等多方面思考，进而研究葡萄水肥一体化技术的推广和应用，提出高产高效生产优质葡萄的必然要求。

1 灌溉模式的选择及设计

1.1 灌溉模式的选择。水肥一体化灌溉的模式主要有滴灌、微喷灌、膜下滴灌、浇灌等形式，前衙村根据葡萄实际种植情况主要应用了滴灌和园艺地布膜下滴灌2种灌溉模式。葡萄果园应控制果园湿度，喷灌会增加果园湿度，高温高湿容易爆发真菌性病害，不适合高密度葡萄园，园艺地布覆盖技术在抑制杂草、保墒方面有很好的效果，有条件的地区和农户推荐使用滴灌技术配套园艺地布覆盖技术。

1.2 水肥一体化系统。一般分为水源及首部设备和管道系统，首部系统由水源、变频装置、过滤器、施肥器、压力表、逆止阀、排气阀、流量表、管道开关等几部分组成。水源的选择是决定灌溉面积及成本的关键因素，要根据当地的灌溉条件进行设计。首部枢纽是整个水肥一体化系统的核心，水肥一体化系统的动力系统、安全系统、监测与调节系都位于系统的首部，首部设备要根据系统水源的出水量和灌溉面积选择安装。

1.3 水源及首部枢纽

1.3.1 水源。水源要根据当地的灌溉条件进行选择，分为3种情况：一是井水水源，要根据整个灌溉系统的轮灌区面积和单位时间需水量来确定水井和水泵的功率，水泵水到达地面的功率一般是略高于实际灌水量，以满足一定压力的灌溉。如果灌溉面积比较大，轮灌区可以选择安装变频装置来调节水泵的出水量和管道压力。二是河水水源，有河水灌溉条件的地区可以考虑使用河水灌溉，水泵的出水量还是选择略高于灌溉面积的出水量。河水水质要检测达标，河水中杂质比较多的，需要多个过滤装置系统过滤，以保证灌溉系统的寿命。三是蓄水水源，针对没有河水、井水灌溉或者轮灌区面积较小的地区(1～2亩)，可以选择建立蓄水池或水罐，葡萄滴灌每次用水4～12 t，蓄水池的容量至少设定为12 t。

1.3.2 首部枢纽。过滤器一般安装在滴灌系统首部前端。过滤器的作用主要是过滤水源中泥沙、有机物等杂质和管道中未溶解的肥料，防止管道和滴灌带(管)堵塞，保证系统的正常运行。过滤器的类型根据水质设定，根据井水、河水等水源的质量设计和选择过滤器，完整的过滤系统包括2～3层过滤装置，第1层是水源过滤，过滤装置为滤网，比较简易，主要是过滤河道中的大型有机物和垃圾杂质，防止堵塞水泵；第2层是泥沙的过滤，针对注入管道中的水要进行二次泥沙过滤，通过离心沉降质量较大的泥沙；第3层过滤器一般为叠片或网式过滤器，用来过滤未溶解肥料颗粒和直径大于105 μm的泥沙，一般采用150～200目的叠片和筛网过滤器。

1.4 滴灌施肥模式的选择。施肥器包括文丘里施肥器、比例式施肥器、重力自压式、泵注肥法、泵吸肥法等，如表1所示[2～3]。先将肥料溶解于施肥管，通过压力差将肥料送入管道中与管道水混合送入到植株根部。肥液从施肥设备与水源水在管道中混匀后送注到各个支管道，施肥器一般安装在首部，或者与下一级分支管道有一定的距离，保证充分混匀。前衙村单个地块面积较小，水源以井水和储水罐为主，一般在灌溉面积较小的地块配套使用小文丘里施肥器，简便便宜。在灌溉面积较大的灌溉区，适合在各个地块配合使用泵注肥法。

表1 不同类型施肥器特点

2 水肥管理

2.1 水分管理。葡萄不同时期水分吸收规律如图1所示[4]。葡萄花前对水分的需求量较小，在实际生产过程中葡萄前期通过水肥管理来控制树势过旺，开花坐果期切忌大水大肥，以保证坐果质量。葡萄着色成熟期正值华北地区的集中降雨时期，幼果期和果实膨大期是葡萄水分吸收的高峰期，要满足水分的供应，膨果期水分供应不足会导致后期裂果、烂果现象。花前期及花期保持田间持水量为60%，膨果期和成熟期田间持水量应保持在65%以上，土壤灌溉的时间和水量可以通过土壤张力计来确定，当一定深度(一般为60 cm)张力计的读数回零后，即可停止灌水。在壤土地可以通过手握根部土壤土的紧实度来判别土壤是否需要灌溉，握紧后土壤紧实不散开则说明田间持水量在60%以上，不需要灌溉[5]。

图1 葡萄不同生育期水分需求规律

2.2 养分管理

2.2.1 肥料选择。肥料选择的2个要求：①肥料的溶解率要高，不溶物的含量要低。②肥料的溶解速度要快。溶解性强的肥料：氮肥有尿素、碳酸氢铵、硫酸铵；磷肥有工业级磷酸一铵和磷酸二铵；钾肥有氯化钾、硫酸钾、硝酸钾；钙肥包括硝酸铵钙、硝酸钙；镁肥包括硫酸镁；微量元素肥料一般使用商品肥。因此，最好选用葡萄专用水溶肥。

2.2.2 滴灌施肥方案的制定。葡萄是多年生果树，根系发达，其根系主要分布于20～40 cm的土层，在水平方向上，主要分布于距离树干0～80 cm范围内，根系以0～2 mm直径的细根为主[6]。河北地区巨峰葡萄在3月下旬枝干出土，进入伤流期，4月初进入萌芽期，5月上旬进入开花期，5月中旬进入幼果膨大期，幼果膨大期是葡萄产量形成的关键时期，硬核期和第2次果实膨大期后，8月上旬进入转色期，转色期是葡萄品质形成的关键时期，8月中旬葡萄进入成熟期，11月份受天气影响进入休眠期，进行葡萄修枝、埋土的农事操作[7]。葡萄完整的施肥周期是从葡萄收获后到第2年的葡萄收获前。葡萄收获后秋剪前树体需要储藏养分供给第2年果树的前期生长发育。花前需要补充B、Zn肥提高坐果质量，开花坐果后需要进行追肥，补充果实上膨大所需要的氮肥、钾肥、钙肥，膨果后期追施高钾肥促进果实品质的形成。可以根据葡萄养分需求规律制定施肥套餐。贾名波[7]、史祥宾[8]在关于巨峰葡萄氮、磷、钾养分吸收规律方面的研究表明，巨峰葡萄每生产1 000 kg葡萄需要N 3.87 kg、P2O51.95 kg、K2O 3.07 kg，其比例为 10∶5.04∶7.92。葡萄养分需求量由于品种和地区的因素不尽相同，根据葡萄生长发育规律，不同时期使用不同配方比例的肥料，遵循少量多次原则，肥随水下，每年施肥次数13次左右。不同地区需要根据当地的养分投入量和比例，制定施肥套餐。冀南地区前衙村巨峰葡萄水肥一体化施肥方案如表2所示。

2.3 施肥建议和施肥原则

2.3.1 施肥建议。①磷肥前施。葡萄对磷的需求量较小，秋季做基肥施入，后期少量补充。②中微量元素采用喷滴同补的方式。开花期前冲施或者喷施B和Zn肥促进开花坐果，葡萄膨果期对钙肥的需求量较大，要足量补充，防止后期裂果。③有机肥基施，有机肥在秋季覆土前或春季葡萄出土后配合中微量元素做基肥施用。

2.3.2 施肥原则。在水肥一体化的条件下，施肥与滴灌相结合，最好做到有水必有肥，肥随水下。①少量多次。根据灌水量和灌水次数在不同生育期配合施肥。②养分平衡原则。根据最小养分率，遵循氮肥总量控制，磷钾肥实时监控，中微量元素因缺补缺原则。③有机无机相结合，基肥和追肥相结合。葡萄是经济果树作物，果园的有机质决定着葡萄的品质形成，需要遵循“斤果斤肥”的原则补充腐熟有机肥，有机肥要与化肥配合施用。

3 滴灌设备的维护

水肥一体化系统要发挥充足的优势，关键在于日常的维护，日常要做好以下保养工作：

3.1 每次开启灌溉设备后，首先检查管道是否有漏水，管道压力是否正常，及时修复漏水和破损的管道。

3.2 每次开启设备后和施肥后先冲清水，通常时间为15～30 min，防止有杂质和肥料堵塞管道和滴头。

3.3 定期清洗过滤器和管道。过滤器长时间过滤会有杂质积累，长期积累的杂质会损失水头，降低灌水效率。应根据水源水质定期清洗过滤器，并将管道的末端打开，冲洗管道中的杂质。

3.4 清洗检查注肥泵。注肥泵吸取肥料水时会有未溶解的小颗粒肥料滞留，长时间不清洗会堵塞水泵的回水阀或者隔膜，而且酸性肥料长时间存留会对设备有腐蚀，造成设备的损坏。因此，每次施肥完成后，继续注10 min的清水，溶解清除肥料颗粒。定期检查各种测量设备，以保证系统正常运行和使用寿命。

4 设备成本及效益计算

前衙村的15亩葡萄水肥一体化试验田系统首部设备费用为13 500元，寿命10～20年，平均每667 m2每年折旧96元；主管管道350元，可用5年，折旧70元/年；滴灌带150元，可用2～3年，折旧75元/年。总计水肥一体化系统设备每年折旧和耗损241元/667m2。与传统农户常规灌溉施肥相比，水肥一体化试验田在节水、节肥、省时省工方面取得了很好的效果，相对于常规管理用户，水肥一体化试验田用水总计92 t/667 m2，节水效率45%；氮、磷、钾投入量分别 为 19.4 kg/667 m2、 18 kg/667 m2、 24.1 kg/667 m2，节肥效率分别为62%、22.6%、63.9%；水肥一体化灌溉方式免去了中耕农事操作，在施肥灌溉和中耕农事操作中，省时省工效率达65%。

5 水肥一体化技术在前衙村的应用前景

前衙村基于目前这一套水肥一体化首部系统，可以供给周围3 hm2葡萄园轮灌，可以节省掉首部成本，利用现有的管道进行输水，只需要投入PE支管道和安装滴灌带就可以进行滴灌施肥，而且每家每户都有电动喷雾器，进行改装就可以作为简易注肥器，平均每667 m2的一次性设备管道成本只有300元，每年折旧合60元/667 m2，而且此技术节水、节肥、省时省工，很适合在前衙村推广应用。