山地果园分根气雾栽培改造——以丽水市莲都区雨伞岗为例

徐 倩，张建新，徐伟忠，夏更寿

（1.丽水学院生态学院，浙江丽水323000；2.丽水职业技术学院林业科技学院，浙江丽水323000；3.丽水市农林科学研究院，浙江丽水323000）

园艺产业的发展、信息化程度的普及与应用，促使园艺产业科技创新与产业转型。对于多年生果树来说，提升果树的生产效率和提高经营效益尤为迫切，同时也一直是研究人员关注的热点。从单一生产型转变为结合采摘体验的休闲观光型果业，从劳动力投放密集型转变为省力化生产，从产量为导向的粗放管理型向精品化发展，从大量施用农药化肥到减量或者免农药化肥的生产，从而构建一个全新的果业生产与经营模式，实现果业生产者有利可图，满足人们对美好生活向往的多功能需求与高品质消费的要求。果业生产模式与经营方式的转型升级是在乡村振兴、产业兴旺的新时代大背景下进行的，其意义深远，对水果产业的健康发展具有巨大的推动作用。同时，实现果园的智能化管理，也将是果园生产管理创新的重要切入点与创新点。为了实施果园的智能化、省力化、减药化、精准化生产必须对现有的果园进行设施的改良与改造，以适应新型生产方式的普及应用。

1 相关研究背景与问题

目前，丽水市莲都区的果树栽培大多仍采用传统的生产方式，技术手段落后，其已成为阻碍果业转型与信息化进程的主要因素。丽水市的山地资源丰富，约占到全市总面积的90%，如何充分地利用这些山地资源是发展当地经济的一个重要因素。山地生态环境相对脆弱，在开发过程中极易引起生态环境问题。例如在坡地开发果园，虽有一定的经济效益，但也存在水土保持等问题，造成不同程度的水土流失与土壤退化[1]。绝大多数对山地改造的措施为增施基肥、配方施肥、截水蓄水、高接换种和加密补植等[2-3]，其中施用肥料会产生面源污染等问题。无土栽培方式可以有效地解决土壤的各类问题，尤其是近年来出现的气雾栽培技术，该技术是将植物根系完全置于气雾环境下生长的一种新型无土栽培模式，克服了基质栽培不利于观测根系、水培溶解氧有限等缺点，使植物根系可以自由伸展，并且氧气、水分和矿物质营养等供应充足，是植物快速生长的最佳栽培模式之一[4-6]。气雾栽培模式的应用领域正在不断地延展，对于一些特殊地况类型也能适用，例如平原、山地、沙漠等地域[6]。

目前气雾栽培在蔬菜种植中的应用已较普遍并获得较好的效果。马铃薯脱毒小薯在气雾栽培下形成的匍匐茎数量和成薯数分别是常规无土栽培的6.5倍和13.32倍[7]。除了产量上的增加，雾培对农产品品质的提升也有一定的作用，如气雾栽培的香菜、生菜、大白菜的维生素C含量比基质栽培的有显著提高[8]。在药用植物、果树上精准气雾栽培也正在兴起，并有广阔的应用前景[6，9]。气雾栽培在果树上已经有成功的案例，例如桃树、葡萄等[10]，而如何将气雾栽培技术与山地果树原地改造相结合目前还未见相关报道。因此，本研究结合山地特点，对果园进行分根雾培改造，改变当前果园的耕作制度，以实现水气根与陆根的共存、肥水的精准自动化供应，从而提升生产效率和产量品质，为果树的产业转型提供创新发展的动能。

2 山地分根气雾栽培的特点

将气雾栽培技术融入种植业中，可以实现肥水的自动化管理及杂草的免耕利用。对于山地果园来说，交通运输和园地管理大多依赖体力劳动的支撑，因此削减体力劳动、降低果园管理的成本是技术创新的关键；另外，从生态贡献角度来说，果园的建设虽有较高的碳转换，创造类似林地的生态效果，但山地果园的梯田化耕作，加剧了水土流失，而施肥打药进一步地造成面源污染。雾培技术的融入以及构建肥水零外排的管理体系，不仅节省了肥料投入，还极大地降低了土壤改良用工与肥料渗漏或蒸发造成的土壤地下水及大气污染。雾培技术应用到山地果园的改造，可实现杂草免耕，有利于果园生态系统重构，实现果树与杂草的共生互作，利用生物之间的相生相克机理，实现病虫的生态控制，达到减少病虫害的目的。智能化打药系统的融入，减少了人工打药的劳力支出及其带来的安全隐患。实现果树产业转型，让果业生产成为省力化、精准化、信息化、智慧化的新型产业。

3 分根气雾栽培技术

3.1 原生地气雾栽培系统

果树气雾栽培的改造，可以从幼苗开始，但考虑到果树的童期较长，因此在现有成年的投产树或是幼树的果园基础上进行气雾分根栽培改造，不但成活率高、省时省工，同时还可实现智能化精准化控制。选择一块原生土壤耕作的果园，在植株冠层范围内的边侧打洞，挖埋圆柱形的塑料桶或者其他容器，如果是山地果园，可以在树体的下坡处定点打洞（使用机械化打洞机操作），对于密植的平地果园可以采用边侧开沟的方式进行雾培根的诱导改造。打洞挖沟后，会暴露出一部分果树的根系，将这些根系放入到沟或桶里，在沟或桶里配套安装营养液供应管道及弥雾喷头用于雾培根的诱导，如图1所示。若是埋设桶，可在桶底安装回液管，如果是密植果园的开沟模式，可以于沟尾端统一安装回液管。采用地下埋设的方式有利于根温的稳定，地上式安装桶或雾培诱导管同样也可以诱导气生根根系的产生。

图1 分根雾培地下部分示意图

应根据果树种类、地形状况、土壤性质等实际情况选择开洞工具、埋设方式、气雾桶的规格等。气雾栽培装置核心的营养液供应系统主要由营养液杀菌器、水泵、供液管、过滤器、强磁处理、根雾室或沟、弥雾喷头、集液管道、自动化控制等组成（如图1、图2所示），易实现标准化安装，是一类适合生产和推广的高效快速改造技术体系。

图2 气雾栽培培养液首部组成与安装

3.2 智能化系统

实现果园管理系统的智能化可以使生产过程更加精准，同时可以节省劳动力。智能化系统主要包括计算机控制系统和传感器系统。传感器主要是针对果树本身生长状况、环境条件变化、营养液情况等方面的感应和监测，具体包括叶片温度、叶片水膜（用于药量判断）、空气湿度、光照强度、营养液温度、营养液pH值、营养液水位等，这些信息通过无线网络传送到终端（电脑或是智能手机），在终端上可以下达指令进行远程管理。相比于一年生的蔬菜，果树的生长更为复杂且对果实品质形成的调控十分关键，智能决策系统需要结合不同果树的特点进行改良。例如多年生的果树若遭受病虫害时，可以加设打药喷雾设备、药量传感器等，以便为智能化、省力化、精准化果园的管理提供技术保障。

3.3 阶段性培养液系统

营养液是决定气雾栽培植物生长状态的重要因素之一。营养液的配方、微量元素的种类和比例、pH值、电导率值（EC）等都会影响植物的生长。在对不同营养液水培种植万寿菊的研究中发现霍格兰营养液对万寿菊株高、茎粗的增长有较好的促进效果并提高了叶片中的叶绿素含量，而日本园试营养液对万寿菊根系生长较有利[11]。对马铃薯、生菜等的研究结果表明，在一定范围内电导率上升可加快植物生长，提高产量和品质，但电导率值过高或者过低均会对植株的生长造成不同程度的伤害[12-13]。营养元素的浓度对于植物的影响也不相同，在桃树上叶面喷施钙元素，当CaCl2浓度为1.0%时，SSC、果实大小和果肉硬度达到最大值[14]。果树的生长经过幼树、成年树的营养生长期、开花期、挂果期、休眠期等阶段，不同阶段树体的营养需求也各不相同，如桃树在新梢生长期喷施钙肥对枝叶补充钙元素效果最佳，果实对钙的吸收主要集中在幼果阶段[15]。又如葡萄中钾元素在果实中的含量高于叶片，说明在葡萄生殖生长期增加钾肥的施用量有利于提升果实的品质[16]。气雾栽培充分利用了分根技术的优势，可以对不同阶段的果树进行阶段性专用配方的精准调配以及对肥水进行精准化供应，以形成高品质、高产化生产的配方调控。营养液在反复供给-回流过程中可能会发生细菌的滋生，因此在进入供液管道时须通过过滤的方式提高灭菌效果，同时防止植物对营养元素吸收的不均等而引起的营养液的改变，同时结合营养液成分N、P、K浓度的在线检测系统，实现营养液自动化控制。

4 桃果园分根雾培改造的实施与效益

位于丽水市莲都区岩泉街道的雨伞岗村，四周环山，是一个典型的小山村，村民主要以种植桃树、葡萄等果树为收入来源，目前依托雾耕农业科技有限公司正在打造集现代农业、休闲旅游、田园社区为一体的田园综合体模式生产基地。结合当地的实际情况，气雾栽培的推广是推动该村美丽乡村建设，实现乡村综合发展的重要途径。当地多为山地果园，加之南方春季多雨，极易出现肥料等随水土而流失的现象，对当地果园进行气雾栽培的改造可以有效地缓解资源的浪费。

以四年生的“中油7号”桃果园为例，以直径31.5 cm、厚度为0.5 cm、长度1 m的聚氯乙烯管（PVC）作为气雾室，在PVC管侧面开一大两小的圆孔，大孔用于放置根系，小孔用于安装弥雾喷头（如图3 b所示）。PVC管一侧密封，另一侧接供应和回流营养液的通道。在桃树树冠下挖坑，气雾室管放在坑中，同时将暴露出来的根系放入气雾室的大孔内，用于诱导气生根（如图3 a，b，c所示）。雾根与土根并存，形成功能互补，解决了单一依赖土根导致的水肥受限问题。根据山地的地势以及果园中桃树的分布进行气雾管道的铺设（如图3 d所示）。

图3 山地桃果园就地气雾改造

智能控制采用单片机系统。在气雾室、桃树、果园中安装传感器分别监测营养液、植株状况、环境变化情况。不同的营养液配方可以满足桃树在不同的生长阶段的营养需求，详见表1。原生地分根系的气雾诱导对桃树生长的影响较小，基本上无需缓苗时间，能保持桃树正常的生长代谢。大约15～20 d内诱导出气雾吸收根，其能高效地吸收水分和营养，避免了与杂草竞争养分，减少甚至免除了除草的工作。果园管理用工主要为日常的看护与巡视，季节性的疏花疏果、采收与修剪等。

表1 桃树的阶段性营养液（g/t）

气雾栽培的改造成本约100元/株。气雾栽培与传统栽培下的桃果实成熟期差异不大。但在产量上，传统栽培的桃树约35 kg/株，平均果重170.4 g；气雾栽培的桃树约40 kg/株，产量提高了14.2%，平均果重180.0 g。从可溶性固形物上看，气雾栽培桃果实达到了13.8%（土壤栽培平均13.2%），果实品质有所提升。除了经济效益的提高外，更重要的是其中所产生的生态和社会效益。进行分根雾培改造后，有效地解决了水土流失与化肥、农药的面源污染问题，并为社会提供了真正健康绿色的优质果品。对于山地果园的开发，无需进行梯田整改，只需对开发地块进行非破坏性定点改造种植即可；同时，果园与杂草生态共生，利用相生相克机理，极大地减少了病虫危害，实现少药与免药生产，解决当前果业生产的生态污染问题。大多数的果园在树体衰退后，进行换茬开发时会存在连作障碍问题，而采用该模式后土根主要起固定作用，可达到同地块的永久耕作。构建省力化雾耕改良果园，融入自动化与智能化的信息手段，可以释放大量的体力劳动者，促进社会分工。

5 结语

综上所述，果园分根雾培的改造技术是一项涉及设施设备及水、肥、药科学节约管理等的一体化技术解决方案，其可作为果园提升改造的关键技术加以开发及应用，尤其是对山地果园或者是其他一些特殊地形的区域，通过改变传统果园的生产方式与管理模式，可形成经济效益、生态效益、社会效益三效并举的可持续发展模式，这将在未来的产业振兴中发挥积极的作用，为生态文明的建设作出重要贡献。