水肥一体化技术在苹果园中的应用研究

窦青青，何青海，孙永佳，孙宜田

（250100 山东省 济南市 山东省农业机械科学研究院）

0 引言

我国是世界上最大的苹果生产国，山东省一直是全国苹果生产大省。苹果产业是山东省具有强竞争力的果品优势产业，是省内种植地区的农业经济支柱产业。但是长期粗放式的传统施肥灌溉模式造成了果园土壤板结酸化、养分比例失调、有机质含量减少、肥力降低，对果品质量和苹果产能造成了严重影响，改变传统果园管理模式是发展绿色农业的必然要求。水肥一体化技术具有节水、省肥、高效等优点，广泛应用于温室大棚，并推广至大田种植。在苹果园管理中选择合适的水肥一体化模式，可增产增收、提高水肥利用率、改善果园生态环境，是促进山东省内苹果产业发展的积极措施。

1 水肥一体化技术的发展

1.1 水肥一体化技术

水肥一体化技术是灌溉、施肥等技术的融合，把肥料溶入灌溉水中，注入输水管道，使肥料随水分精准、均匀地注入果树根部，根据果树不同生长周期需水需肥的特点适时、适量地进行供给，确保果树高效、快速地吸收养分和水分，实现了水肥同步管理和高效利用，具有节水、节肥、省工的显著效果。我国水资源形势严峻，淡水资源的70%应用于农业，充分发挥水肥一体化技术优势，推广普及水肥一体化节水技术，对农业发展具有重大意义。

1.2 水肥一体化在国外的发展

灌溉施肥最早出现在公元前400 年的雅典，19 世纪各种无土栽培技术和方法逐步开始商业化，这是水肥一体化技术的开始。1913 年世界上第一个滴灌工程在美国建成，1920 年德国实现了水从孔眼流入土壤，1934 年美国开始进行滴灌管试验，苏联和一些欧洲国家将此技术应用于温室灌溉。20 世纪50 年代开始，塑料工业的兴起使管道成本大大降低，极大促进了水肥一体化技术的发展，此后温室的普及带动了液体肥料的种类和数量大幅增加，水泵和肥料混合罐等设备开始应用于水肥一体化技术。

水肥一体化技术因其节水、节肥的优点和对环境保护的积极作用，在全球多个地区广泛普及。美国农业中,马铃薯产业的60%、玉米产业的25%、果树产业的33%都采用水肥一体化技术，滴灌、渗灌、微喷灌等技术广泛应用于果树生产管理；以色列的农业灌溉90%以上使用水肥一体化技术，20 世纪60 年代以色列全国就建成了输水系统用于灌溉施肥，到了80 年代，其国内灌溉系统已经实现了自动化、机械化，且存在多种施肥模式。

1.3 水肥一体化在国内的发展

我国的水肥一体化技术起始于20 世纪70 年代，1980 年我国研制出了第一代成套滴灌设备，之后我国引进国外先进工艺，灌溉设备的生产开始形成规模化。20 世纪90 年代开始，以新疆生产建设兵团为首，水肥一体化技术开始在部分地方进行示范推广，并对相关设备进行国产化。2002 年，原农业部开始在全国组织建立水肥一体化技术核心示范区，推动水肥一体化技术规模化发展。从2007 年至今，国务院、原农业部多次印发文件，将水肥一体化列为主推技术，强化技术集成和示范展示。

2 苹果园水肥一体化技术的应用优势

水肥一体化技术的应用领域广泛分布于果树、蔬菜、花卉、园林、苗圃、温室作物和大田作物产业。在我国西北部棉花主产区和南方的香蕉、柑橘等经济作物主产区，水肥一体化技术已经形成了比较完善的应用体系。山东省苹果产业约80%的苹果种植生产主体是家庭个体，规模分散，组织化、标准化、机械化水平不足，水肥一体化技术应用还处在小区域示范阶段，仍需大力推广和普及。

2.1 传统灌溉施肥方式的缺点

以山东省为例，传统果园大都使用开沟施肥、大水漫灌，需要施肥3 000～4 500 kg/hm2，肥料施入土壤后经过挥发、淋溶、地表径流的冲洗、矿化等，最终能被根系吸收很少，肥料利用率不高。这不仅增加了水、肥料和人工成本，还容易造成过量施肥和肥效滞后，与果树生长规律和周期不匹配，影响果树发育。过量肥料残留于土壤中，日积月累使土壤养分不平衡影响营养元素的正常吸收，造成土壤盐渍化，影响果树树势生长，肥料积累向土壤深处渗透污染环境。

2.2 苹果园水肥一体化技术的优点

水肥一体化技术不仅节水效果明显，还将肥料和水直接施入果树根系，使其更快更直接地吸收利用，减少了挥发和淋溶，提高了肥料利用率。山东省内各地区土壤的供肥能力因土壤成土母质和成土过程的不同而差异较大，苹果树在不同品种、不同树龄、不同生长时期的需水量、需肥量、需肥种类等均有不同。根据果树生长规律，结合当地土壤条件和气候条件，水肥一体化技术可以精确掌握施肥时间、肥料种类和施肥量，有针对性地调整肥料种类、比例和用量，实行科学合理施肥。再结合土壤诊断、叶片分析和果实品质分析，水肥一体化技术可以实现果树营养配餐制的补充。

水肥一体化技术可实现水分和养分协同供给，以肥调水，以水促肥，达到时间同步和空间耦合，避免传统方式下水肥供应不平衡和耦合负效应，显著提高水肥利用率，减少养分流失[1-2]。应用水肥一体化技术可使水分利用效率达到90%，节肥幅度达到30%～50%，甚至80%[3-4]。水肥一体化技术可快速便捷地控制水肥供应比例，在改善苹果光合特性、提高果实品质、促进幼树新梢生长和提早开花结实等方面具有重要作用[5-6]。应用水肥一体化技术可以在一定程度上影响苹果光合速率、气孔导度、蒸腾速率等光合特性，提高苹果果实中矿质养分的含量，改善果实形状、硬度和大小等果形指数[7]。

例如牟平苹果试验示范区，实施水肥一体化技术后，相较于常规灌溉施肥，每公顷果园可节肥33.2%，节水25.6%，平均增产8.5%，节省劳力30-45 人，并提高了苹果果实的品质[8]。采用水肥一体化技术，陕西省渭北旱塬区果园苹果增产13.0%，果实商品率提高9.3%，硬度提高10.6%，糖酸比提高19.1%；在关中平原区果园，当肥料用量减少50%并未降低苹果产量，反而增产26.2%[9]。山东威海华峰现代苹果示范园采用矮砧集约栽培模式、水肥一体化和机耕作业，每公顷地能种2 400-3 150 棵树，盛果期提前两年，产量达到7.5 万kg/hm2，与传统果园相比，年均省工60%，节肥65%，节水50%，苹果平均单果重提高15%，优质果率提高30%，每公顷平均节约成本15 000 多元。

另外，水肥一体化相较于常规灌溉施肥，在苹果树根系集中分布的土层硝态氮含量显著增加，这说明利用水肥一体化可明显降低土壤的氮素淋溶损失，提高氮肥利用率，保持土壤肥力，减少污染[10]。

3 苹果园水肥一体化技术的模式选择

研究表明，水肥一体化对作物增产效应存在一个阈值，在阈值范围内增加水肥投入增产显著，高于阈值后，增加水肥投入增产不明显[11-13]。除了供水供肥，不同地区的气候特征、土壤类型、生态环境、果园管理水平等因素也会影响苹果产量和品质。应用水肥一体化技术时要结合种植地区的实际情况进行，充分考虑当地土壤肥力和果树的需肥规律，合理设定施肥时间和施肥量，以达到最优增产增收的效果。同时，根据果园面积、水源、动力以及前期设备投入和后续维护的经济成本，合理选用水肥一体化技术模式。参照苹果园水肥一体化技术规范[14]，重力自压式简易灌溉施肥系统、加压追肥枪注射施肥系统适用于家庭个体经营的小果园，小型简易动力滴灌施肥系统、大型自动化滴灌施肥系统等水肥一体化模式则适用于规模化的大型果园。不同水肥一体化模式下苹果园的灌溉施肥量如表1 所示。

表1 不同水肥一体化模式下苹果园的灌溉施肥量[14]Tab.1 The amount of irrigation and fertilization in apple orchard under different water and fertilizer integration modes

山东省苹果种植产区中，多数家庭经营中小规模果园分布在丘陵山地，滴灌、渗灌、微喷灌等水肥一体化模式对水源、输水管网系统、前期投资、后期维护成本等要求较高，短期内很难大面积推广。简易水肥一体化系统投资少、适用广、维护简单，目前使用范围较广。

随着现代农业的发展，整合中小生产规模，建立标准化、机械化的生产体系是所有种植行业的趋势。随着山东省苹果产业集约化、规模化的扩大，政策扶持、财政补贴、技术指导服务等各种有利措施的实施，中大型自动化水肥一体化系统也必将会有更加广泛的应用。

4 苹果园水肥一体化系统的维护

苹果园水肥一体化系统要求稳定性高、使用寿命长，日常维护非常重要。山东省冬季气温较低，要注意输水管路的防冻，冬季排空要彻底，确保管内无积水；其次是防堵，要定期清理过滤设备和输水管网，清除沉淀物、泥沙、侵入根系等。

除了设备的日常维护保养，还需谨慎选择和使用水溶肥。不同肥料不能随意掺和，防止发生化学反应产生沉淀物，或产生大量热量导致肥效降低。施肥时注意水肥耦合，根据不同水分条件，合理调配施水施肥的时间、比例和方式，防止水量过大造成养分淋失或水量过小造成烧苗。尽量按照“四肥一调理”合理施肥，即“施足有机肥，搭配生物肥，平衡无机肥，配合矿质肥，重视土壤调理剂”。

4 结语

水肥一体化技术在满足果树水肥需求的同时，减少了水分和养分在土壤中的迁移，提高了果树对养分的吸收效果，能有效降低水肥药使用量，达到了水肥同步高效的目的。

近年来，山东省正加快苹果生产方式转型升级，推动苹果产业绿色高效高质发展。苹果园正采用多种措施从传统模式转向现代模式，例如采用标准化种植模式，提高整形修剪等树上管理技术，加强果园的基础设施建设。推广果园水肥一体化新技术、新设备，对助力产业标准化、现代化、集约化、可持续发展，实现降本增效、增产增收，促进果业良性发展、规模化经营具有积极作用。