葛顺峰，李慧峰，朱占玲，姜远茂*
(1.山东农业大学园艺科学与工程学院/作物生物学国家重点实验室，山东泰安 271018；2.山东省果树研究所)
水肥一体化技术是通过灌溉系统进行施肥，是精准施肥灌溉的产物，能提高水肥利用率和劳动效率[1]，有利于促进树体生长，提高产量和品质及效益，还能减少温室气体排放和地下水的污染[2-4]，因而成为现代农业技术的重要组成部分，在发达国家的苹果生产中得到广泛应用[5,6]。目前，中国正在大力推广水肥一体化技术，对于实现国家2020年化肥零增长目标具有重要意义。但在水肥一体化系统建成后，有些果园管理者观念守旧，依然按照传统经验选择肥料、确定施肥量和施肥时期，造成水肥资源浪费，也不利于苹果产量和品质的提升。笔者依据苹果养分需求规律和水肥一体化系统特点，介绍了苹果园水肥一体化技术方案, 供生产者参考借鉴。
1 水肥一体化系统组成一套完整的水肥一体化系统由水源工程、施肥装置、部首控制枢纽、输配水管网、灌水器等部分组成(图1)。
图1 水肥一体化系统构成
1.1 水源工程水源如河流、水库、机井、池塘等，只要水质符合微灌要求即可(表1)。
表1 滴灌系统堵塞程度的水质临界值表
1.2 部首控制枢纽由电机、水泵、过滤器、控制和测量设备(压力调节阀、分流阀、水表)等组成。自动操作时，部首配备电脑自控系统。过滤器是灌溉施肥系统中的关键设备之一，滤除水中杂物防止滴头阻塞而影响灌水施肥效果。常用的有筛网过滤器、砂砾石过滤器、离心式过滤器等。井水灌溉可选用筛网过滤器，以滤掉井水中的砂石；如用池塘水、河水、水库水或湖水等进行灌溉，可选用砂砾石过滤器，以清除细砂和水中的飘浮物、藻类、细菌和幼虫。在施肥装置之后，应安装二级过滤器，以避免灌溉水中因加入肥料形成沉淀而阻碍滴头。
1.3 施肥装置常用的施肥装置有注入泵和压差式施肥罐等。注入泵式施肥装置输入的肥液浓度均匀，但需要外加动力和装置，成本高，易发生故障。压差式施肥装置是利用压力管上形成的两点压力差，将肥液或化学药剂注入系统。
1.4 输配水管道由干管、支管、毛管等组成。
1.5 滴水器滴水器(滴头)可分收缩式、长流道管式、涡流式、压力补偿式、膜片式、多孔毛管式和双壁管式(或称滴管带)等，一般使用流量为每小时4～8L的单出口滴头或流量为2～8L的多出口滴头。目前生产上常用的是滴灌带，是把滴头和毛管加工为一体。滴灌带有压力补偿式和非补偿式2种。
2 水肥一体化施肥的频率和控制肥料注入微灌系统的频率视情况而定，以保证养分不发生淋溶损失及满足根系的最佳养分需求为准，掌握少量多次，养分平衡的原则。每次灌溉时将所需的肥料量注入肥料罐即可。若采用水力、电力驱动的注入泵，则可单独设定施肥量，施肥量由控制器控制，也可通过计量表计量注入泵输出的肥料溶液来控制。
若在每次灌溉的一部分时间里施用化肥，可分3个阶段进行控制：第1阶段用无肥水湿润表土，第2阶段将肥料和水一同施入土中，第3阶段水冲洗系统，使肥料全部分配到所需的土层。对于易被腐蚀的铝管，施肥结束后还要用清水加以冲洗。
3 肥料选择在水肥一体化系统中，肥料若是固体形式，必须在灌溉水中完全溶解。适于灌溉施肥的高水溶性肥料有硝酸铵、尿素、磷酸二氢铵(磷酸一铵)、氯化钾、硝酸钾、磷酸二氢钾等。肥料溶解度和温度有关，夏季储存的肥料溶液，随秋季温度的降低肥料的溶解度也降低而发生沉淀。需要先将其稀释到完全溶解后再灌溉。冬季可用肥料生产商特别配制的低浓度肥料溶液。微量元素肥料应是水溶性或螯合态的化合物。特别指出，不同种类的肥料混合时，有可能发生肥料的兼容性问题，表2列出了部分可溶性肥料之间的相容性。根据肥料的兼容性进行选用，或者在不同的灌溉时期施用不同的肥料，比如硝酸钙和硫酸钾不能同时使用，但是可以在不同的灌溉时间分开单独使用。
表2 部分可溶性肥料之间的相溶性
不同肥料的灌溉水溶液，对管道和土壤的pH值影响不同。施用氨水的灌溉水，pH值将会高于7.5，在管道及滴头上易形成钙、镁的碳酸盐和磷酸盐沉淀；且会降低锌、铁、磷等的有效性。施用硝酸盐和磷酸盐的灌溉水，pH值会降低至4～5，则有利于维持磷和微量元素的有效性，但要防止pH值降得过低可能导致酸害。还有一些肥料为生理酸性肥料，在灌溉施肥过程中可导致土壤酸化[7]。
4 苹果园水肥一体化技术方案4.1 幼树到初果期树水肥一体化方案幼树到初果期树(2～7年生)，管理的主要目的是促进营养生长并及时向生殖生长转化，进行水肥一体化施肥时，N∶P2O5∶K2O的比例一般在1∶0.75∶1.4(表3，P，K施用量可根据N的施用量计算)，可作为指导性参考数据。在苹果由营养生长向生殖生长转化的关键时期，针对树体状况区别对待，若营养生长较强，应以磷肥为主，配合钾肥，少施氮肥；若营养生长未达到结果要求，要考虑健壮树势，施肥应以磷肥为主，配合氮钾肥。水肥一体化施肥计划往往取决于树体生长扩展所达到的空间情况，有些品种像乔纳金、长枝富士等生长势较强，每年开花后4～8周可能要减少氮肥施用量，尤其是在土质肥沃的土壤中更应如此，这比减少灌溉次数更有利于花芽形成和提早结果。
表3 幼树到初果期树每666.7m2每次的灌溉施肥计划
4.2 盛果期水肥一体化方案盛果期苹果树营养生长与生殖生长矛盾突出，此期管理的目的主要是维持健壮树势、提高产量，改善果实品质。根据目标产量确定养分施用量，中等肥力土壤条件下不同目标产量富士苹果园氮磷钾肥推荐施用量如表4，其水肥一体化方案如表5。在具体实施中还要根据土壤肥力状况和树势调整肥料用量和比例。
表4 根据每666.7m2每年目标产量确定灌溉施肥肥料用量
表5 盛果期苹果树灌溉施肥计划
应用该技术方案时，采收后到落叶前必须配合土壤沟施有机肥。从开花前至果实膨大期一般灌溉5～6次。雨季根据天气预报选择无雨时进行，连续降雨时，当土壤含水量没有下降至灌溉始点，也要注肥灌溉，可适当减少灌溉量。
5 展望目前生产上水肥一体化技术应用的还有局限性：水溶肥产品概念性高而目标性差，质量参差不齐，价格高；设备重投入轻维护，缺乏专职管理人员，水肥一体化设备利用率低，应用效果差，缩短了使用寿命；传统施肥观念深，化肥施用量大，易引起树体旺长以及因溶液养分浓度过高而造成肥害。将来肥料生产商应关注作物专用水溶性肥料的研发，根据作物不同生育阶段对养分的需求制定合理的配方。考虑水溶性肥料的多功能化，除含有多种养分外，还可加入氨基酸、海藻素、黄腐酸、腐殖酸等活性生物物质，既能直接提供作物养分，还能刺激生长，促进养分的吸收。
水肥一体化设备销售方应加强技术指导和培训，提高设备的使用效率。建立完善的技术服务体系，依据不同苹果生产区域自然气候特征、立地条件、栽培方式和经营目标等，因地制宜地制定水肥一体化技术方案，进而简化成“傻瓜式”的全程水肥解决方案[8]，还可以与信息技术相结合，实现水分-养分的自动化管理。