板栗營(yíng)養(yǎng)診斷及水肥一體化技術(shù)研究

白曉冰，陳麗娜，朱建佳，劉頌馳，潘順祥

（河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院，河北 秦皇島 066000）

板栗（Castanea mollissima BL.）營(yíng)養(yǎng)豐富，肉質(zhì)美味，香甜可口，素有“干果之王”的美稱[1]。我國(guó)作為板栗的原產(chǎn)地，種植地區(qū)極為廣泛，主要集中在湖北、河北、山東、云南和遼寧等地，2018 年全國(guó)板栗的種植面積達(dá)34.1 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量達(dá)196.5 萬(wàn)t[2]。板栗適合生長(zhǎng)在山地，然而山地土壤瘠薄，板栗在生長(zhǎng)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)缺乏礦質(zhì)元素，提供充足的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)是提高板栗產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵，施肥可以提高板栗產(chǎn)量，對(duì)板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要作用，但一般的施肥技術(shù)會(huì)造成資源浪費(fèi)，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)可以判斷植物體內(nèi)的養(yǎng)分狀況，根據(jù)植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素的豐缺情況，運(yùn)用水肥一體化技術(shù)對(duì)板栗進(jìn)行合理施肥，從而達(dá)到精準(zhǔn)施肥的效果。實(shí)踐證明，在同等地力條件下，科學(xué)施肥的比不施肥的板栗產(chǎn)量高將近一半，而且果實(shí)個(gè)大、飽滿、品質(zhì)好，可避免傳統(tǒng)施肥造成的問(wèn)題，且省時(shí)省工[3]。

植物營(yíng)養(yǎng)診斷施肥是研究植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素含量，探究其吸收消耗規(guī)律，進(jìn)而制定相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)用于指導(dǎo)合理施肥的技術(shù)手段[4]。常見(jiàn)的果樹(shù)營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)主要有土壤診斷、葉片診斷、枝條診斷、觀察診斷等，其中觀察診斷法是一種感官診斷方法，存在一定誤差，需要與其它方法相結(jié)合綜合判定[5-6]。現(xiàn)階段，營(yíng)養(yǎng)診斷研究較多，且其在果樹(shù)上的應(yīng)用較廣泛，尤其在蘋(píng)果上的研究較多，而營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)在板栗上的應(yīng)用非常少，近年來(lái)關(guān)于板栗營(yíng)養(yǎng)診斷施肥更是鮮有報(bào)道。水肥一體化技術(shù)可以提高板栗的水肥利用率，不但可以節(jié)水節(jié)肥還能減少肥料對(duì)土地的污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境起到保護(hù)作用[7]。本文主要綜述了由營(yíng)養(yǎng)診斷為指導(dǎo)結(jié)合水肥一體化的板栗精準(zhǔn)施肥技術(shù)，此技術(shù)的應(yīng)用有助于推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 板栗的營(yíng)養(yǎng)診斷

1.1 葉片營(yíng)養(yǎng)診斷

常用的果樹(shù)葉片營(yíng)養(yǎng)診斷方法主要有4 種，即充足范圍法（SRA）、診斷施肥綜合法（DRIS）、適度偏差百分?jǐn)?shù)法（DOP）、組分營(yíng)養(yǎng)診斷法（CND）[7-8]，其中DRIS 法可以同時(shí)診斷多種元素，且受品種、生育期、采樣部位等因素的影響較小，精確性高，還可以避免各養(yǎng)分之間的拮抗作用，因此在果樹(shù)葉片營(yíng)養(yǎng)診斷中比較常用[9]。DRIS 法最早由Beaufils 提出，不僅能診斷出葉片礦質(zhì)元素的豐缺狀況，還可以反映出果樹(shù)對(duì)養(yǎng)分的需求情況[10-12]。郭素娟等[13]對(duì)板栗葉片礦質(zhì)元素進(jìn)行分析，采用DRIS 法對(duì)遷西板栗‘燕山早豐’進(jìn)行葉片營(yíng)養(yǎng)診斷，得出其葉片養(yǎng)分含量的適宜范圍，提出了不同地區(qū)23 個(gè)代表性板栗園的養(yǎng)分需求順序，為板栗定量施肥提供指導(dǎo)，同時(shí)也給板栗營(yíng)養(yǎng)診斷和平衡施肥提出了參考建議。不同植物對(duì)某種元素的喜好不同，往往造成單一元素的富集和缺失，DRIS 法因采樣時(shí)期不同診斷結(jié)果也相差甚遠(yuǎn)，而且此法診斷結(jié)果只能以指數(shù)形式呈現(xiàn)，無(wú)法得到準(zhǔn)確的施肥指標(biāo)，該法可以與土壤分析法綜合使用[14]。

李廣會(huì)等[15]研究了不同物候期結(jié)果枝葉片主要礦質(zhì)元素含量的動(dòng)態(tài)變化及相關(guān)性，以期為板栗的營(yíng)養(yǎng)診斷和施肥提供依據(jù)，結(jié)果表明幼果期葉片主要礦質(zhì)元素含量變化較緩慢，為營(yíng)養(yǎng)診斷時(shí)期。用植物葉片進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)診斷時(shí)，只要在營(yíng)養(yǎng)診斷的過(guò)程中選擇樹(shù)體養(yǎng)分變化相對(duì)平緩的時(shí)期進(jìn)行，并且選擇具有代表性的葉樣，就可恰當(dāng)?shù)胤从硺?shù)體的營(yíng)養(yǎng)水平[9]。

1.2 土壤營(yíng)養(yǎng)診斷

土壤營(yíng)養(yǎng)診斷法是對(duì)種植區(qū)土壤進(jìn)行觀察和營(yíng)養(yǎng)狀況分析，了解果樹(shù)生長(zhǎng)狀況，然后有針對(duì)性地對(duì)果樹(shù)進(jìn)行施肥。通過(guò)土壤分析可檢測(cè)土壤環(huán)境是否適宜根系生長(zhǎng)活動(dòng)，也可以了解土壤養(yǎng)分變化狀況，從而對(duì)實(shí)際生產(chǎn)施肥提供指導(dǎo)依據(jù)。一般它可分為土壤化學(xué)分析和土壤物理分析，土壤化學(xué)分析主要是測(cè)定土壤的各種化學(xué)成分的含量和性質(zhì)，土壤物理分析是指測(cè)定土壤中物質(zhì)存在狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)形式以及能量的轉(zhuǎn)移等[16]。土壤診斷技術(shù)在櫻桃[17]、梨[18]、葡萄[19]上均有應(yīng)用，在板栗上的應(yīng)用較少。梁恕坤等[20]對(duì)板栗園土壤養(yǎng)分狀況進(jìn)行分析，為板栗科學(xué)施肥提供建議，為提高板栗的產(chǎn)量和品質(zhì)提供科學(xué)依據(jù)。土壤營(yíng)養(yǎng)診斷法存在間接性，主要發(fā)揮輔助診斷的作用[16]。Arrobas 等[21]對(duì)葡萄牙東北部布拉干薩區(qū)九個(gè)市的1 041和198 個(gè)板栗土壤和樹(shù)葉樣本進(jìn)行了研究分析，指出土壤性質(zhì)、土壤有效養(yǎng)分與葉片養(yǎng)分濃度之間缺乏相關(guān)性，單憑土壤分析不能獲得令人滿意的施肥指導(dǎo)建議。

1.3 枝條營(yíng)養(yǎng)診斷

枝條營(yíng)養(yǎng)診斷是通過(guò)研究休眠期內(nèi)枝條的營(yíng)養(yǎng)狀況，從而了解果樹(shù)的生長(zhǎng)情況，對(duì)果樹(shù)進(jìn)行針對(duì)性施肥，處于休眠階段的果樹(shù)難以進(jìn)行葉片診斷，但能夠利用枝條診斷方法對(duì)果樹(shù)的健康情況進(jìn)行診斷，通過(guò)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，枝條診斷結(jié)果更加準(zhǔn)確[22]。張寶志[23]對(duì)板栗休眠期枝條內(nèi)營(yíng)養(yǎng)濃度與枝齡的相關(guān)規(guī)律進(jìn)行了初步探究，研究表明1～5 年的枝齡范圍濃度變化規(guī)律都最為明顯，均具有診斷意義，其中1 年生枝最為突出，各種營(yíng)養(yǎng)的濃度都是最高的，是最有診斷意義的典型枝齡。在果樹(shù)的休眠期進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)診斷可以及時(shí)給樹(shù)木補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，不影響果樹(shù)休眠期后的開(kāi)花結(jié)果。

2 基于營(yíng)養(yǎng)診斷的水肥一體化技術(shù)在板栗上的應(yīng)用

營(yíng)養(yǎng)診斷作為指導(dǎo)板栗精準(zhǔn)施肥的技術(shù)手段之一，可以有效診斷板栗營(yíng)養(yǎng)豐缺狀況，為施肥提供依據(jù)。土壤診斷、葉片診斷、枝條診斷等各有優(yōu)缺，在實(shí)際應(yīng)用中可以多種方法相結(jié)合，提高診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性。營(yíng)養(yǎng)診斷可以指導(dǎo)板栗施肥，若要進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)其高效精準(zhǔn)施肥，提高肥料利用率，則可采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的水肥一體化技術(shù)，水肥一體化技術(shù)結(jié)合了灌水和施肥，比常規(guī)施肥更節(jié)水、省肥且省時(shí)省工[24]。

2.1 應(yīng)用現(xiàn)狀

水肥一體化技術(shù)是通過(guò)施肥裝置與灌水器，將水肥混合溶液均勻且按時(shí)、定量地輸送至作物根系附近，還可以依據(jù)不同作物的需水需肥規(guī)律調(diào)整管理方案，以保證作物生長(zhǎng)發(fā)育期所需的養(yǎng)分與水分供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)水肥一體化管理[25]。這種技術(shù)是基于滴灌系統(tǒng)發(fā)展而成的節(jié)水、節(jié)肥、高效、高產(chǎn)的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)[26-28]。20 世紀(jì)60 年代末以色列已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，目前，已廣泛應(yīng)用于溫室蔬菜、花卉、育苗、果園、大田作物等各領(lǐng)域。我國(guó)水肥一體化技術(shù)起步較晚，但經(jīng)過(guò)學(xué)者們幾十年的研究，該技術(shù)日趨成熟。張偉[29]為了提高水肥利用率，構(gòu)建了一套基于PLC 控制的果園水肥一體化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制、手動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制，在水肥的自動(dòng)決策中，采用了模糊控制算法來(lái)進(jìn)行決策系統(tǒng)的構(gòu)建，充分結(jié)合了果園中的局部氣象環(huán)境信息和人工種植經(jīng)驗(yàn)來(lái)對(duì)水肥進(jìn)行合理的控制，增強(qiáng)了園區(qū)的灌溉施肥作業(yè)的便利性。赫夢(mèng)超[30]設(shè)計(jì)了一款由控制中心、灌溉施肥系統(tǒng)、土壤墑情采集系統(tǒng)三大模塊構(gòu)成的全自動(dòng)水肥一體化系統(tǒng)，控制系統(tǒng)中心采用PLC 技術(shù)和觸摸顯示屏技術(shù)相結(jié)合，通過(guò)觸摸顯示屏界面選擇水池和自來(lái)水兩種灌溉水源方式，設(shè)定手動(dòng)和自動(dòng)兩種水肥運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)水肥的定時(shí)定量以及自動(dòng)化控制。

我國(guó)水肥一體化技術(shù)在果樹(shù)上的應(yīng)用面積僅占灌溉總面積的1.25%，與其他國(guó)家相比差距甚大[31-32]，關(guān)于板栗的水肥一體化技術(shù)，目前相關(guān)研究較少，在研究板栗的水肥一體化技術(shù)時(shí)，可以參考其他果樹(shù)的應(yīng)用實(shí)例。目前，北京懷柔區(qū)的明清栗園水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)在每棵樹(shù)根部都留有出水孔，在不同階段根據(jù)土壤水分、板栗樹(shù)生長(zhǎng)的所需水量設(shè)置灌溉時(shí)間，并且通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)板栗生長(zhǎng)的各種環(huán)境數(shù)據(jù)，控制板栗生長(zhǎng)過(guò)程，使板栗處于一個(gè)最佳的生長(zhǎng)狀態(tài)[33]。

2.2 施肥方式

由于水資源緊缺，傳統(tǒng)板栗種植都是依靠自然降雨，板栗的產(chǎn)量和品質(zhì)均無(wú)法得到保障。為了提高板栗的產(chǎn)量和品質(zhì)，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，各地政府開(kāi)始啟動(dòng)對(duì)部分山區(qū)板栗的節(jié)水灌溉。水肥一體化技術(shù)的施肥方式主要包括微灌和噴灌，但在板栗上的應(yīng)用較少，后期可參照在其他果樹(shù)上的應(yīng)用進(jìn)行推廣。

2.2.1 微灌

微灌是根據(jù)不同植物不同生長(zhǎng)階段的需水規(guī)律，持續(xù)且均勻地將所需水分輸送至植物根系附近的灌溉方式[29]。當(dāng)前已衍生出滴灌和微噴灌等方式，這兩種應(yīng)用方式在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。水肥一體化滴灌技術(shù)的核心是利用滴灌設(shè)施將水和肥料送到樹(shù)體的根部，從而達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、高效、省工的目的，此技術(shù)可以最大化地提高植物對(duì)水肥的利用率，隨時(shí)準(zhǔn)確掌握肥料用量，確保果樹(shù)適時(shí)適量精準(zhǔn)施肥。滴灌技術(shù)對(duì)于肥料的要求非常嚴(yán)格，要求肥料有較高的溶解度，在常溫或者大田溫度下能夠完全溶解于水中，以免堵塞管道[34]。榮傳勝等[35]對(duì)遼寧省3 個(gè)不同生態(tài)園區(qū)的果樹(shù)進(jìn)行田間對(duì)比試驗(yàn)，研究傳統(tǒng)灌溉施肥與滴灌施肥對(duì)果樹(shù)品質(zhì)、產(chǎn)量及水肥利用率的影響，結(jié)果表明，不同果園滴灌施肥的產(chǎn)量提高21.93%、7.69%、6.67%，糖酸比提高8.58%、31.56%、21.43%，肥料的偏生產(chǎn)力提高45.3%、41.5%、42.9%，水分利用率提高29.6%、23.6%、19.9%。

微噴灌技術(shù)又稱為霧滴噴灌，是在滴灌與噴灌技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)的一種先進(jìn)的水肥一體化技術(shù)，通過(guò)微噴頭將水分、養(yǎng)分細(xì)密地噴灑到果樹(shù)根系周圍地表，促使根向四周均勻分布，微噴灌技術(shù)比噴灌技術(shù)更節(jié)水，適應(yīng)性也更強(qiáng)[36-37]。謝利華等[36]在陜西嵐皋縣對(duì)山地獼猴桃園區(qū)開(kāi)展了滴灌和微噴灌對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，微噴灌比滴灌灌溉范圍更廣，但單位面積的安裝成本比滴灌高20%～30%，滴灌比微噴灌更節(jié)水，滴灌連續(xù)灌溉時(shí)間不超過(guò)3 h。板栗常生長(zhǎng)于山地，在應(yīng)用水肥一體化技術(shù)時(shí)，可以此為參考。

2.2.2 噴灌

噴灌水肥一體化技術(shù)是利用噴頭將水噴射到孔中，形成細(xì)小水滴，灑落到土壤和作物表面以供給植物所需水分和養(yǎng)分的灌溉方式[38]。溫聯(lián)明等[39]以9 年生‘云栗15’板栗為試驗(yàn)材料，研究了灌水量、灌水次數(shù)、追施N肥、追施K 肥對(duì)板栗產(chǎn)量和干周增長(zhǎng)量的影響。結(jié)果表明，灌水較施肥對(duì)板栗產(chǎn)量有更大的促進(jìn)作用，是保證板栗產(chǎn)量和樹(shù)體生長(zhǎng)的重要條件。陳桂平等[40]對(duì)火龍果采用簡(jiǎn)易噴灌的肥水管理技術(shù)，與傳統(tǒng)施肥和灌溉方式相比，可節(jié)省人工成本，減少追肥量21.48%，節(jié)省用水量85.3%，增產(chǎn)20.9%，增收30.5%，果樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)也更好。

3 存在的問(wèn)題

水肥一體化技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展較晚，最初由國(guó)外引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)，后來(lái)經(jīng)過(guò)科研人員的不斷研發(fā)，在過(guò)去幾十年的時(shí)間里，我國(guó)水肥一體化技術(shù)快速發(fā)展，在果樹(shù)栽培上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。但是，與國(guó)外相比，我國(guó)的營(yíng)養(yǎng)診斷與水肥一體化技術(shù)還較為落后，在板栗栽培上的應(yīng)用更為少見(jiàn)，基于營(yíng)養(yǎng)診斷與水肥一體化的板栗精準(zhǔn)施肥技術(shù)還存在以下問(wèn)題。

3.1 推廣難度高

在生產(chǎn)過(guò)程中，板栗的種植地往往土層薄、砂石多、缺肥、少水、地形復(fù)雜，且板栗園周圍雜樹(shù)多，板栗園管理粗放，效益低。水肥一體化技術(shù)的設(shè)備成本較高，在板栗生產(chǎn)中推廣難度較大[41]。

目前我國(guó)對(duì)精準(zhǔn)施肥技術(shù)的應(yīng)用還比較少，大多果農(nóng)還是采用傳統(tǒng)的施肥方法，對(duì)肥料的利用率很低。水肥一體化技術(shù)是灌溉與施肥相結(jié)合的一項(xiàng)灌溉施肥技術(shù)[42]，對(duì)肥料要求嚴(yán)格，肥料選擇不當(dāng)容易造成設(shè)備管道堵塞等問(wèn)題，有些設(shè)備生產(chǎn)商銷售給農(nóng)民設(shè)備后，并沒(méi)有好的售后服務(wù)，設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，農(nóng)民不會(huì)自己解決，從而影響了農(nóng)民使用的積極性。這些問(wèn)題都會(huì)影響水肥一體化技術(shù)的推廣，增大推廣難度。

3.2 缺乏技術(shù)指導(dǎo)

果農(nóng)對(duì)于營(yíng)養(yǎng)診斷和水肥一體化技術(shù)的認(rèn)識(shí)有限，在實(shí)際生產(chǎn)管理中需要專業(yè)的技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行指導(dǎo)和協(xié)助管理[43]。水肥一體化技術(shù)與傳統(tǒng)意義的灌溉施肥技術(shù)有所不同，還需要結(jié)合植物營(yíng)養(yǎng)、農(nóng)田水利、信息技術(shù)等方面的知識(shí)，在實(shí)施過(guò)程中對(duì)安裝、管理、維護(hù)也有較高的要求。現(xiàn)在從事農(nóng)業(yè)的人員背景各不相同，缺乏專業(yè)技術(shù)研究人員，對(duì)于水肥一體化和營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)沒(méi)有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，特別是營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)較為復(fù)雜，許多農(nóng)業(yè)人員不知道如何去操作，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有技術(shù)人員指導(dǎo)，很難實(shí)行。

3.3 精準(zhǔn)施肥設(shè)備智能化程度不高

我國(guó)的水肥一體化技術(shù)起步晚，發(fā)展水平與國(guó)外相比較低，相關(guān)設(shè)備智能化程度也不高，精準(zhǔn)施肥設(shè)備需要通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)，來(lái)檢測(cè)果樹(shù)生長(zhǎng)的土壤水分、空氣濕度、葉面濕度、果實(shí)生長(zhǎng)大小等因素，從而實(shí)現(xiàn)果樹(shù)的智能化施肥及灌溉，這對(duì)于設(shè)備的智能化程度要求較高，需要更多的研究人員參與。目前，我國(guó)已經(jīng)有一些研究人員針對(duì)精準(zhǔn)施肥相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了研究，但在實(shí)踐過(guò)程中，由于各方面原因，科學(xué)研究與企業(yè)生產(chǎn)沒(méi)有緊密的聯(lián)系，處于脫節(jié)狀態(tài)，最終導(dǎo)致生產(chǎn)出的產(chǎn)品落后。

4 展望

水肥一體化技術(shù)不僅可以節(jié)水節(jié)肥，還能保護(hù)環(huán)境，減少對(duì)土壤環(huán)境的污染，有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。結(jié)合營(yíng)養(yǎng)診斷的板栗水肥一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)板栗的精準(zhǔn)施肥，目前這項(xiàng)技術(shù)在板栗生產(chǎn)中的應(yīng)用較少，低成本、高效率、智能化程度高的設(shè)備是下一步的研究關(guān)鍵，做好相關(guān)設(shè)備的完善，讓農(nóng)民掌握技術(shù)要點(diǎn)，在未來(lái)會(huì)有越來(lái)越多的農(nóng)民愿意使用水肥一體化技術(shù)從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

目前，對(duì)精準(zhǔn)施肥技術(shù)的研究已經(jīng)取得了很多有價(jià)值的成果，還需要把板栗施肥技術(shù)與精準(zhǔn)施肥技術(shù)相結(jié)合，把營(yíng)養(yǎng)診斷技術(shù)與水肥一體化技術(shù)相結(jié)合，探究出適合板栗生長(zhǎng)的精準(zhǔn)施肥技術(shù)，提高板栗的產(chǎn)量和品質(zhì)，以促進(jìn)我國(guó)板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。板栗精準(zhǔn)施肥技術(shù)需要更多的學(xué)者和相關(guān)從業(yè)者深入研究，為板栗精準(zhǔn)施肥提供有效的理論依據(jù)。