水肥一體化技術在核桃產業中的應用進展

黃雅麗 ，馬風云，杜振宇，馬海林 ，田 琪 ，劉方春 ，劉幸紅 ，馬丙堯 *

（1．山東農業大學，山東 泰安 271018；2．山東省林業科學研究院，山東省森林植被生態修復工程技術研究中心 濟南 250014）

核桃(Juglans regia)，又稱胡桃，羌桃，為胡桃科植物，是世界著名的干果之一[1]。喜石灰性土壤，常見于山區河谷兩旁土層深厚的地方。作為我國重要經濟林樹種，主要分布在黑龍江、山東、安徽、甘肅、新疆及西藏等省區，山坡及丘陵土層深厚的地區常見栽培[2-5]。其自身品種、水肥供應狀況、種植密度等因素不同，核桃的品質和產量也存在差異[6]。改革開放的以來，隨著經濟的發展，人民的生活水平不斷提高，對核桃的需求量也越來越大，傳統的水肥管理方式已經不再不適宜核桃種植栽培，成為制約產業化發展的重要因素。因此，建立切實可行的核桃科學水肥一體化技術體系，進行兼顧農林業高產、高效及可持續發展已成為現代農林業資源林管理研究的熱點。當前，水肥一體化技術已不再是局部試驗、示范發展，而是逐步推廣應用與大面積農林業，但在推廣應用中所處的地理環境、技術服務、管理水平等仍是制約水肥一體化發展的重要因素[7]。為此，本文對水肥一體化技術在核桃栽培應用作一簡要綜述。以期為建設在核桃栽培應用中節水節肥高產的技術體系提供理論支持。

1 水肥一體化技術研究

1.1 應用原理

水肥一體化技術又稱隨水施肥、水肥耦合、滴灌施肥等，是將肥料融于水中，通過灌水進行施肥的一種高新水肥管理措施，其根據作物的需肥規律將液體肥料或者可溶性的固體肥料按照一定比例與水融合配制成肥液，并借助設備及時、均勻、定量的施入作物根區，將水與肥定時定量的供給作物，以滿足作物生長需要。在應用中能夠省肥節水、降低濕度、減輕病害、增產高效、省工省力等[8-9]。在傳統的栽培管理下，灌溉和施肥兩項操作是單獨進行的。這種施肥技術不僅占用勞動力多，水肥管理工序復雜，工作時間長，工作量大，并且水肥消耗大，管理費用高，水肥利用率較低。不能很好的實現作物不同時期水肥定量精準的供給。而水肥一體化技術操作簡單，工程量小，滴灌過程中不僅能夠減少水的蒸發和流失，節約用水量，提高對水的利用率，還能夠通過灌水及時有效的輸送肥液，避免了肥液分布不均、揮發流失等優點[10-11]。李婷等[12]等研究中表明，實施水肥一體化技術不僅節水 、省肥達到40%以上，反季節苦瓜的產量也顯著增加，增幅達30%以上。李茂權等[13]研究發現較傳統的灌溉施肥而言，水肥一體化施肥技術可以提高植物對的水肥利用。黃就才等[14]研究發現，在辣椒實驗中，水肥一體化灌溉較常規灌溉施肥節水47%以上，仍能達到增產、增收的效果，增幅達25%左右。石玫莉等[15]研究表明，水肥一體化技術在提高水分、養分利用率的同時，馬鈴薯的產量增加了 2.2%～4.4%，單位收入比常規方式增加了4 071.3～9 923.4元 /hm2。

1.2 施肥模式

目前，微灌在我國水肥一體化技術中得到較快的發展，根據灌溉方式的不同，微灌主要分為滴管式水肥一體化、滲灌式水肥一體化、微噴灌式水肥一體化、涌泉灌式水肥一體化4種模式，不同地區根據自身條件可選擇最適宜的施肥方式[18]。

1.2.1 滴管式水肥一體化

滴管式水肥一體化主要是根據植物需水需肥規律，將水與肥按一定的比例混合成肥液，通過施肥機以微小液滴的形式慢慢滲入植物根際土壤的節水施肥方法。該方法由于灌溉的時間長，水流緩慢，水分能夠較均勻滲入土壤，較少水分蒸發、土壤沖蝕、徑流等現象的產生，形成有利于植物生長所需要的環境條件[19]。雖然形成的灌溉管道系統成本偏高，但相比灌溉施肥節肥達30%—50%，同時該系統使用年限長、操作簡單、管理方便，較大程度的降低了人工管理成本。主要運用在一些經濟價值比較高的作物上。

1.2.2 滲灌式水肥一體化

滲灌式水肥一體化是將灌溉管道沿樹行布設于果樹兩側的地表下，肥液由灌水器小孔緩慢滲入土壤，并利用重力作用向下滲透，隨灌水量增加，最終在果樹兩側形成一條濕潤帶。由于該系統灌水器均埋設于地表以下，容易造成滴頭堵塞，不易發現修理，投資成本較大。同時，固定的灌水點導致水分滲入不均，引導植物根系向外部擴展，降低與植物根系的耦合性[20]，但相比傳統灌溉而言仍達到節水省肥的效果。因此，目前滲灌式水肥一體化應用較少，有待技術成熟穩定后再行推廣。

1.2.3 微噴灌式水肥一體化

微噴灌技術是一種局部的灌溉設施，該施肥方法是借助于高壓系統將配比好的肥液利用微噴噴頭均勻噴灑到植物根際土壤的一種灌溉施肥技術，該技術使用過程中容易受到田間雜草及風力的影響，引起水分的損失[20]。但與傳統灌溉相比仍具有節水節肥、省工省力、增產明顯、投資較低、受地形條件限制小等優點。同時通過壓力水噴灑可以保持樹體周圍空氣濕度，溫度適宜，形成促進在植物生長小氣候。因此，在實際生活中更易被推廣和應用。

1.2.4 涌泉灌式水肥一體化

該施肥方法是將涌水管沿樹行埋入地下，并在每個樹盤周圍修成圓環形集水溝，涌水管于每個樹盤處引出地面，以小股水流方式出水，在集水溝內形成均勻積水層，利用水的重力原理均勻下滲，水分向下滲透的速度較水平滲透的快。同時該系統使用年限長，管理方便，管道埋入地下不易受損，涌水均勻且不易堵塞，但系統施工用工量較大，工程投資高，主要針對經濟條件較好的果園進行示范推廣[19,20]。

1.3 國內外發展

目前，水肥一體化技術作為當今農業的熱門技術，在以色列、約旦、美國等農業比較發達的國家均得到了廣泛的應用[16]。據調查以色列超過90%的農作物都應用了水肥一體化技術。而我國研究水肥一體化技術較晚，多集中于花卉、苗木、蔬菜、大田經濟作物等個方面。相比農業發達國家而言，我國水肥一體化技術還不夠成熟，應用范圍有限，使用范圍主要在我國中、西部半干旱地區，所占面積僅達1%左右[17]，考慮我國大部分地區水資源短缺問題，大力推廣利用遵循節水、省肥、高產、經濟的水肥一體化技術對我國而言十分必要。

2 核桃水肥需求規律

近年來，隨著產業結構的調整，人們生活水平的提高，核桃產業越來越受關注。早實、高產、高效及可持續性成為該產業的發展目標[21]。經理論和實踐證明，植物的光合能力是生產力構成的基礎因素，受植物所處環境的水分及養分含量影響較顯著。因此，在核桃的種植培養過程中，立地水分和養分的供應狀況是影響核桃生長發育、高產高質的重要因素[22-24]。目前有關核桃需肥規律已有一定的研究，如氮元素是影響早實核桃產量的重要元素，在每株核桃施用1050 g銨態氮時，其光合作用效果最好[26]。核桃出仁率受土壤灌水量和補施鉀量等因素的影響較為顯著，核桃通常施用氮磷鉀的比例為5:1:5，且核桃每年的純養吸收量達900g左右[27]。根部滴灌的形式下，在一定范圍內適當的增加施肥和追肥量，核桃的坐果率和產量率顯著提升[25]。

核桃屬于喜光樹種[28]，其光合作用能力是反映植物生長狀況的重要因子。許多研究表明[29-31]，水對植物的光合特性起主導性作用，直接影響后期光合產物的積累和分配。不同土壤水分條件下核桃生理生態特性也存在不同。核桃在不同發育階段及物候期對水分的需求均存在一定差異，土壤含水量在果實膨大期對核桃產量影響最大，在硬核期和開花期影響較小[32]。4-6月一般為核桃生長過程中的關鍵需水時期，隨著植物的生長，樹體的需水程度逐漸降低，抗旱性能不斷增強[33]。適宜的灌水量可保證植物豐產高效，適當的增加灌溉次數和灌水量的可促進核桃產量和品質的提高。試驗顯示，在田間栽培中灌水量達750 m3/hm2灌溉次數為2～3次時，核桃的產量較高。植物光合速率變化趨勢依賴于水分供應情況，在同等肥力條件下，隨著灌水量的增加，Pn上升[34]。

3 水肥一體化技術在核桃上的應用

3.1 核桃水肥一體化應用優勢

在植物生長過程中水分能夠促進肥效的發揮，肥料能夠提高水分的利用，而水肥一體化是將水分和養分均勻融合灌溉，能夠同時促進植物對水和肥高效利用[35]。目前，核桃產業的水肥一體化技術以逐步被人們接受和應用。大量研究表明[36，37]，通過水肥一體化系統進行灌溉和施肥，不僅減少肥料損失，降低水肥投入節約成本，而且促進了核桃根系生長發育，增強果樹對養分的吸收，明顯提升了果品生產效益。胡正發等[38]研究發現較普通灌水施肥而言，經水肥一體化方式灌溉安徽核桃能夠節約灌水70%以上，節約肥料 50%，節約勞動力90%以上，總體上降低成本，提升效益。李增興等[39]研究發現不同的水肥處理對遼西地區核桃葉水勢產生顯著的影響，合理水肥耦合才能夠促進核桃的生長達到豐產、優質。王彥軍等[40]在17.3hm2核桃示范園的調查研究顯示，每年通過水肥一體栽培核桃的費用大約為44.1萬元，比普通灌溉施肥節省了9.525萬元。趙經華等[41]提出了使用微灌系統較傳統灌水系統作物生產效率提高 3.5%～28.6%。薛海榮等[42]研究發現核桃使用漫灌條件下的耗水量明顯大于滴灌。

3.2 核桃水肥優化發展

在植物栽培管理過程中，合理的水肥灌溉措施能夠提高植物對水肥的利用，促進植物高產，而盲目的水肥管理不僅會導致水肥流失引起環境污染，還會影響植物的生長發育[43-44]。為實現核桃豐產優質高效栽培，明確核桃生長發育的需水需肥量及適宜的水肥管理措施至關重要。陳加利等[45]在不同水肥對核桃果實品質影響的研究中發現，一定范圍內高水高肥的核桃果實的品質和商品率均優于其他水肥處理；張銳等[46]等試驗結果表明：不同的水肥配比對新新2號核桃果實核桃的出仁率 ，還原糖，油脂中VE，單寧等含量有顯著影響；每公頃土壤在灌水量為6716m3、施肥量為1249.97kg的水平下的核桃生長夠達到最佳效果。因此，合理水肥配比是促進植物的生長、發育的關鍵。

4 應用中存在的問題

大量的研究表明[47-49]，水肥一體的灌溉施肥技術不僅提高植物對水、養的高效利用、促進果樹優質高產，而且能夠從根本上解決在丘陵、坡地栽培中的水肥運輸問題。因此，在葡萄、荔枝、香蕉等山區示范園中已逐步被推廣并形成相對完善的應用體系，但該技術在核桃產業上的應用還處于研究階段，尚有很多值得研究和解決的問題：如目前我省核桃灌溉在灌水始點的控制上還不夠全面，管理上比較粗放，造成極大地水肥資源浪費，如何科學地確定核桃灌適宜的灌水下限指標，制定科學的灌溉制度促進實現核桃水肥一體化[50]。如何根據不同生態區的土壤條件、氣象條件、周圍環境等因素差異，篩選并優化出適宜不同生態區的灌溉模式[51]。如何尋求核桃水肥優化耦合區域，指導生產實際實現核桃高產高效[52]。如何開發以營養診斷為基礎的核桃專用水溶性肥料、灌溉施肥方式和灌溉施肥指標。如何建立核桃優質高產與肥水資源高效和環境保護相協調的科學機制。如何培養水肥一體化運用的專業技術人員等。

5 結論與展望

水肥一體化技術作為農業綜合管理中節水節肥最有效的措施之一，不僅能節約水肥資源，減少肥料對環境的污染，改善生態環境；而且還能夠適時適量的給果樹供水、施肥，在保證水分及肥料高效利用的同時提高作物產量，是實現是我省核桃產業的可持續發展、效益提升與肥水資源高效和環境保護相協調的科學性技術措施[53]。

作為地下部分最重要的器官之一，植物根系不僅可以固定和支持植株自身，而且可以通過對外界水分和養分的吸收為自身的生長提供所需要的營養物質，促進植物生長，是連接土壤與植物本身之間營養物質的重要傳遞者[54-56]。在實際生產中，傳統灌溉往往由于水肥管理不當導致的水肥利用效率不高、損失率大等問題嚴重。過度的灌水會造成土壤養分淋洗，阻礙根系對養分的吸收，降低肥料利用效率，影響植物根系的生長；盲目的施肥尤其在土壤貧瘠的山地丘陵地區往往會引起發生植物燒根等現象，影響植物生長。核桃水肥一體化技術的應用，可以針對所選擇核桃品種的水分、肥料需求特征，采取不同的灌溉方式在核桃需水、需肥關鍵時期對核桃根區進行定量灌溉，刺激核桃根系生長，提高核桃的水肥利用，達到高產優質的效果。目前對核桃水肥一體化技術的研究已有很多，但實際實施過程還需結合當地的環境條件，綜合考慮使用水肥一體化措施的適用性，制定適合當地核桃栽培的最優方式。因此，在山地核桃栽培實踐中，加強核桃園水分循環及肥料平衡方面的研究，結合集雨、灌溉系統的建設方式及生態環境影響評價，進一步優化雨水—肥料一體化系統結構及建設方式，形成完整的干旱山地經濟林雨水資源高效利用及雨水—肥料一體化關鍵技術體系。通過研究核桃園施肥現狀及水肥互作技術，利用自動控制灌溉系統向核桃同步精準供給水分和養分，發揮水肥的正向耦合作用，結合周圍環境實現水肥的高效利用。并且確定不同生態區該技術的最佳應用條件，形成系統的應用體系，促進我國水肥一體化技術在農業生產中得到更大的應用，是現代農業未來的發展方向。