河北葡萄主产区施肥与灌溉方式及移动水肥效果分析

贾聪，孙卓玲，汪新颖，尹兴，吉艳芝，张丽娟

(1河北农业大学 资源与环境学院，河北 保定 071000；2北京首新航空地面服务有限公司，北京 101300；3河北省涿州市刁窝镇人民政府，河北 涿州 072750；4河北经贸大学，河北 石家庄 050061)

葡萄(VitisvinfersL.)作为世界“四大水果”之一，在世界各地广泛种植，葡萄是我国重要的栽培果树，截止2017年底我国种植面积位居世界第二[1]。河北省是我国葡萄种植大省，在葡萄产业中占有重要地位，其主要产区有怀来县、涿鹿县和昌黎县[2-3]。

施肥方式对果树养分吸收利用至关重要，合理施肥是获得较高的目标产量最有效的手段之一[4]。撒施氮肥覆在土壤表层，会造成严重的氨挥发损失，Baobao等研究表明，全球范围内有18%的氮肥以氨挥发的形式损失[5]。灌溉方式和灌水量影响作物的产量与品质[6]。张兴国等研究表明大棚内滴灌施肥较传统沟灌，可以显著提高葡萄产量改善品质[7]。朱浩等研究表明在一定的灌水范围内，减少灌水量可以提高葡萄可溶性固形物含量，过多的灌水会降低葡萄Vc含量[8]。移动水肥技术是中国最常见简单意义上的简易水肥一体化方式，即根际注射施肥。其工作原理是利用果园喷药机将肥料溶解到灌溉水中，经过压力泵，通过管道用施肥枪将水肥注入作物根部[9]。移动水肥技术可提高果实的产量和品质，张林森等研究表明，采用移动水肥较开沟施肥可提高氮素吸收率，苹果单株产量和品质显著提高[10]。孙卓玲在鲜食葡萄上研究表明，移动水肥较传统灌溉产量提高了22.69%，糖度和Vc含量显著提高，节本增效明显[11]。

近年来，传统水肥管理弊端日益凸显：施肥方式不规范、灌溉用水较多、灌溉方式不合理等，已经成为制约河北省葡萄园持续健康发展的因子，王探魁等2011年对河北省葡萄水肥管理方式进行了初步探索[12]，本研究是在前人研究的基础上进一步解析河北葡萄主产区施肥方式、灌溉特征，进而通过田间试验分析比较移动水肥技术对葡萄产量及品质的影响，以期为河北省葡萄水肥高效利用及产业可持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

施肥灌溉方式调研在河北省葡萄主产区开展。怀来县、涿鹿县属冀西北葡萄产区，位于河北怀涿盆地，年均温为8 ℃，绝对最高温为42 ℃，绝对最低温-26 ℃。昼夜温差较大，生长季节平均 12.5 ℃，大于10 ℃的有效积温为 3 500 ℃左右，年均降雨量420～480 mm，无霜期120～160 d。昌黎县属冀东北葡萄产区，也称燕山南麓产区，年均温12 ℃左右，平均最高温24.2 ℃，最低温-4.6 ℃，大于 10 ℃的积温 3 960 ℃，年降水量 700 mm左右，无霜期175～190 d。

酿酒葡萄移动水肥田间试验分别在昌黎产区、定州市黄家酒庄开展。定州位于太行山东麓，属温带-暖温带半湿润半干旱大陆性季风气候，年均温12.4 ℃，年际间气温差异不大。年均降水量为503.2 mm，年均蒸发量为1 910.4 mm，年均日照2 611.9 h。黄家酒庄自1983年开始种植酿酒葡萄至今已有36 a的葡萄种植历史， 葡萄栽植面积80 hm2。

1.2 试验方法

1.2.1 调研内容与方法 于2011、2014、2018年，在河北省葡萄主产区的张家口涿鹿县、怀来县以及秦皇岛昌黎县，按照“一县三镇三村五户”的原则，随机选取总计345个果园，发放调查问卷，对其进行1 a的跟踪调查，不定期与园主联系或实地考察。

调研分为鲜食葡萄、酿酒葡萄两大类，分别对其施肥方式、灌溉方式、水肥一体化应用进行统计，进而构建葡萄主产区施肥方式、灌溉方式数据库。对不同区县以3个年度的整体数据，以及河北省不同年度间的数据进行分析。

调研中滴灌设备由蓄水池、压力泵、过滤器、滴灌管组成，将灌溉水储存在水池中通过压力泵增压，将水输送到滴灌管中，然后通过小孔渗出进行灌溉。

1.2.2 移动水肥技术田间试验

1.2.2.1 试验方案 鲜食葡萄试验在昌黎耿氏酒堡进行供试作物品种为“红地球”，2017年4月开始，2018年12月结束。酿酒葡萄试验在定州黄家酒庄进行,供试作物品种为 “赤霞珠”，2018年10月开始，2019年10月结束。试验设置2个处理：传统水肥管理(传统灌溉施肥)，移动水肥管理(传统灌溉+根际施肥)。每个处理8株，3次重复，随机排列。

根际施肥是将肥先溶于喷药筒中，通过动力泵增压，经过管道，将液体输送到施肥枪，枪头插入土壤中，通过控制开关分别将水肥注入到地下，施肥位置距葡萄根部30 cm深度为20 cm，均匀的施入宽度为25 cm的施肥区域内。鲜食葡萄传统水肥氮磷钾投入量分别为N 664 kg/hm2、P2O5315 kg/hm2和K2O 535 kg/hm2，灌溉量为3 640 m3/hm2。移动水肥氮磷钾投入量分别为N 413 kg/hm2、P2O5315 kg/hm2和K2O 535 kg/hm2，灌溉量为2 184 m3/hm2。酿酒葡萄传统水肥氮磷钾投入量分别为N 351 kg/hm2、P2O5146 kg/hm2和K2O 210 kg/hm2，灌溉量为3 960 m3/hm2。移动水肥氮磷钾投入量分别为N 154 kg/hm2、P2O5146 kg/hm2和K2O 210 kg/hm2，灌溉量为2 376 m3/hm2。

1.2.2.2 产量与品质的测定 产量采用实时测产法测定；可溶性固形物采用手持式糖酸一体机(PAL-BX ACID5)测定；可溶性糖采用3，5-二硝基水杨酸法测定；可滴定酸采用NaOH滴定法测定(酒石酸计算)。

1.3 数据分析

采用SASS17.0、Excel2003等软件进行数据的方差分析和统计分析。

施密特触发器74HC1和L298构成电动机控制模块，用来调整小车的转向，加速，减速等姿态控制.如图6所示。L298是一种两相和四相电机的专用驱动器，内部有两个全双桥的H型驱动电路，不仅可以接受标准TTL信号，而且可以驱动46V、2A以下的电动机[4]。使用施密特触发器74HC14是为了节省两个输入输出端口，用使能端ENA和ENB来控制电机的启停，也可以输入PWM波控制电机的转速[5]。L298的逻辑功能如表1所示。

2 结果与分析

2.1 主产区葡萄施肥方式

2.1.1 鲜食葡萄 主产区内鲜食葡萄主要有两大施肥方式撒施和沟施，结果见图1。

图1 河北鲜食葡萄主产区施肥方式比较Figure 1 Comparison of fertilization methods in the main grape production areas of Hebei

由图1可知，怀来以沟施为主占比50%，其次为撒施占比24%。涿鹿和昌黎以撒施为主，分别占比51%、68%，其次为沟施分别占比40%、32%；怀来县存在深沟施(据地面高度50 cm)、穴施和冲施的施肥方式分别占比16%、7%、2%。涿鹿县有9%农户采用穴施，昌黎县除撒施和沟施外未发现其他的施肥方式。

2.1.2 酿酒葡萄 主产区内酿酒葡萄施肥方式存在撒施和沟施两大施肥方式，结果见图2。

图2 河北主产区酿酒葡萄施肥方式比较Figure 2 Comparison of fertilization methods for wine grapes in Hebei main producing areas

由图2可知，怀来、涿鹿和昌黎沟施占比最大，分别为46%、45%、61%；其次为撒施，分别占比33%、41%、37%。怀来除撒施和沟施外还存在深沟施、穴施和冲施，分别占比为15%、3%、3%。涿鹿除撒施和沟施外，还存在穴施和冲施分别占比9%、5%，昌黎有2%区域采用冲施。

2.1.3 施肥方式变化 河北主产区鲜食、酿酒葡萄施肥方式比例的综合数据显示见图3。

图3 河北主产区鲜食、酿酒葡萄施肥方式比例Figure 3 Proportion of fertilizing methods for fresh and wine grapes in main producing areas of Hebei

由图3可知，鲜食葡萄以撒施为主占比49%；其次为沟施，占比40%；深沟施、穴施和冲施分别占比为5%、5%、4%。酿酒葡萄以沟施为主，占比49%；其次为撒施占比36%；深沟施、穴施和冲施分别占比8%、4%、3%。由此可得，主产区内葡萄施肥方式主要为撒施和沟施，存在少量深沟施、穴施、冲施。

撒施和沟施两大施肥方式年度间变化见图4。

图4 河北省葡萄主要施肥方式年度变迁Figure 4 Annual changes of main fertilization methods for grapes in Hebei Province

由图4可以看出，鲜食葡萄在2011、2014年沟施占比较大，且2014年较2011年提高了55.54%， 2018年较2014年降低了62.96%。撒施变化为2014年较2011年降低了20.50%，2018年较2014年占比翻倍。酿酒葡萄施肥方式变化与鲜食葡萄类似。2011年、2014年以沟施为主，2014年较2011年提高了27.37%，2018年较2014年降低49.14%。撒施变化为2014年较2011年降低了26.13%，2018年较2014年占比翻倍。

2.2 主产区葡萄灌溉方式

表1 河北省葡萄主产区各县域不同灌溉方式的比例

Table 1 Irrigation methods of counties in the main grape producing areas of Hebei Province %

区域Region沟灌Furrow irrigation漫灌Flood irrigation滴灌Drip irrigation怀来县53461昌黎县3925涿鹿县363628河北省335116

由表1可知，怀来县沟灌、漫灌和滴灌所占比例分别为53%、46%、1%；昌黎县漫灌占比为92%，滴灌仅占5%，沟灌最小占比3%；涿鹿县沟灌和漫灌占比均为36%，滴灌占比28%。

2.2.2 灌溉方式变化 河北省葡萄主产区内鲜食与酿酒葡萄灌溉方式年度间变化趋势相同结果见图5、图6。

图5 河北省鲜食葡萄灌溉方式年度变化Figure 5 Annual changes of irrigation methods for fresh grapes in Hebei Province

图6 河北省酿酒葡萄灌溉方式年度变化Figure 6 Annual changes of irrigation methods for wine grapes in Hebei Province

2014年较2011年鲜食、酿酒葡萄沟灌与滴灌占比均有所增加，分别为11.29%、10.76%和76.14%、35.94%；漫灌占比则有所降低，分别减少21.76%、22.32%。2018年与2014年相比鲜食、酿酒葡萄沟灌与滴灌占比均有所下降分别为25.46%、41.81%和94.91%、46.67%，漫灌占比分别增加了63.57%、73.33%。

2.3 水肥一体化技术应用状况

河北葡萄主产区葡萄种植面积及水肥一体化应用情况见表2。

表2 河北葡萄主产区葡萄种植面积及水肥一体化应用面积Table 2 Grape planting area and integrated application area of water and fertilizer in the main grape producing areas of Hebei

由表2可得，在河北葡萄主产区内该技术未得到很好地推广应用，怀来县葡萄种植面积为1.33×104hm2，应用水肥一体技术的种植面积仅为20.01 hm2，占总种植面积的0.15%，且该技术全部应用在酿酒葡萄上。涿鹿县葡萄的总种植面积为1.20×104hm2，而采用水肥一体化技术的种植面积仅有53.36 hm2占总种植面积的0.45%，以鲜食葡萄为主，占应用面积的62.5%，酿酒葡萄占37.5%。昌黎县葡萄种植总面积为0.33×104hm2，水肥一体化应用面积为13.34 hm2，占总种植面积的0.40%，该技术也是主要应用于鲜食葡萄，占总种植面积的90%。

2.4 移动水肥对葡萄产量及品质的影响

2.4.1 产量与品质 移动水肥较传统水肥处理对葡萄产量品质影响如表3所示。

表3 不同施肥处理对鲜食葡萄产量与品质的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on yield and quality of fresh grapes

由表3可知，鲜食葡萄产量提高16.73%，酿酒葡萄产量提高7.69%，表明移动水肥技术可增加葡萄产量；鲜食葡萄中可溶性固形物、可滴定酸均有所提高分别增加了8.09%、4.41%，酿酒葡萄中可溶性糖，可滴定酸，糖酸比均有所提高分别为2.59%，1.30%，2.34%，这表明该处理下提高了果实中糖含量、增加了葡萄甜度以及改善了葡萄品质。

2.4.2 节本增效 移动水肥节本增效情况见表4。

表4 移动水肥节本增效Table 4 Cost-saving and efficiency improvement by mobile water and fertilizer 元/hm2

如表4所示，移动水肥技术降低了肥料用量和灌水量，鲜食葡萄上采用移动水肥技术较传统水肥分别节约肥料、灌水成本1 197.6元/hm2、291.2元/hm2，增收12 434.01元/hm2，节本增效达13 922.8 元/hm2。酿酒葡萄较传统水肥分别节约肥料、灌水成本728.04元/hm2、317元/hm2，增收3 552.5 元/hm2，节本增效达到4 597.5元/hm2。

3 讨论

施肥是果园管理中的重要环节，提高肥料利用效率与施肥方式密切相关。根层施肥可以有效的提高作物对肥料的利用率，与根系密度和肥料对根系活力的提高有关[13]。据汪新颖等在怀来县的研究表明，鲜食葡萄沟施最佳深度为距地表20 cm[14]。孙权等在贺兰山东麓对酿酒葡萄的研究表明，中层施肥(40 cm)产量最高，品质最优[15]。王平凡等研究表明在距地表30 cm处施肥红地球葡萄产量及品质达到最佳[16]。可见在葡萄施肥过程中应采用沟施的施肥方式，且施肥深度应在20～40 cm之间。而在本研究过程中发现河北省葡萄主产区施肥方式多样，产区内鲜食葡萄以撒施为主，酿酒葡萄以沟施为主且都存在少量的深沟施、穴施、冲施。施肥方式在年度间变化较大，鲜食葡萄与酿酒葡萄变化趋势一致，并且施肥方式的选择受经济利益的驱动，2011年到2014年初葡萄整体价格持续增长[17]，价格上升导致农民多采用沟施的施肥方式，沟施虽投入大量劳动力成本但葡萄价格的增长可带来更高的经济收入，因此2014年沟施比例有所增加；但在2014年至2017年葡萄价格整体呈下降趋势[17]，利润的降低迫使农民在2018年间采用撒施的施肥方式来节约成本，且在调研过程中发现往年的调研对象已从葡萄种植改为小麦玉米等大田作物种植，可以从侧面反应葡萄管理模式经济成本高，需要改善。

水分对肥料供应至关重要，不同的灌溉方式对果实产量与品质有不同的影响。陆超等研究发现，苹果沟灌较漫灌相比能够显著增加新梢长度，且在果实品质上具有明显的优越性[18]。相对于沟灌与漫灌，滴灌不仅可以节约灌水还能提高产量改善葡萄品质，杜军等研究均表明滴灌在节水50%的条件下，具有提高产量改善品质的效果[19]。本研究数据显示，河北省葡萄主产区内沟灌、漫灌和滴灌占比分别为33%、51%、16%，表明主产区果农对沟灌的优点有一定的认知，而滴灌应用面积较低与其前期费用投入有关。鲜食、酿酒葡萄灌溉方式年度间变化一致，随着2011-2014年葡萄价格的持续增加，2014年沟灌与滴灌占比也有所增加，2014年后葡萄因价格走低又恢复了漫灌的灌溉方式，经济上的调控与节水设施的推广有很大的关系[17]。节水灌溉技术的推广涉及经济、社会、技术和管理等诸多方面，其中制度建设最为关键，通过顶层制度杠杆撬动农民采纳节水灌溉技术，才能促使漫灌农业向节水型农业转型。

水肥供给对作物生长发育起着决定性作用，两者既相互促进也相互制约。合理的水肥管理模式可提高作物水肥利用效率。李佳等研究表明根层施肥可有效提高肥料利用率，与根系密度和肥料对根系活力有关，将氮肥施入细根区可有效提高氮素利用率，腐殖酸的添加可有效的改善葡萄品质[20]。Medrano等认为适度灌溉也可以在一定程度上提高葡萄产量，适度水分胁迫可提高葡萄品质[21]。采用的移动水肥技术可将肥料直接输送到葡萄根区而提高肥料利用效率，适度的灌水提高对灌溉水的利用。移动水肥技术应用可节约水肥投入降低成本，提高产量增加收入。

4 结论

河北省葡萄主产区内存在撒施和沟施两大施肥方式，鲜食葡萄以撒施为主，酿酒葡萄以沟施为主；且年度间变化较大2014年较2011年沟施占比增加，撒施占比降低，2018年较2014年撒施占比增加沟施占比降低。

灌溉方式主要为沟灌与漫灌，且年度间变化较大。2014年较2011年沟灌与滴灌占比均有所增加，漫灌占比降低，2018年与2014年相比漫灌占比增加，沟灌与滴灌占比下降。水肥管理模式年度间差异较大，或受葡萄市场价格的波动影响。主产区水肥一体化技术应用面积仅占葡萄种植面积的0.45%。

采用移动水肥技术可提高葡萄产量，改善葡萄品质，节本增收效果显著。综上所述，河北葡萄主产区水肥管理方式不统一，而移动水肥技术可以实现节本增收，具有推广应用前景。