臧小平， 朱嘉雯， 井 濤， 徐宏家， 丁哲利， 馬蔚紅*， 謝江輝

(1.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 ?？趯?shí)驗(yàn)站， 海南 ?？?570102； 2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境與植物保護(hù)研究所， 海南 ?？?571101； 3.三亞南鹿實(shí)業(yè)股份有限公司， 海南 三亞 572000； 4.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶生物技術(shù)研究所， 海南 海口 571101)

水肥一體化技術(shù)是利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時(shí)進(jìn)行灌溉和施肥，適時(shí)適量滿足農(nóng)作物對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，實(shí)現(xiàn)水肥同步管理及高效利用的節(jié)水節(jié)肥農(nóng)業(yè)技術(shù)。具有省水、省肥、省工、減輕病蟲草害、提高產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)量等作用，有利于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化、規(guī)?；图s化[1]。水肥一體化已從多年前的“高端農(nóng)業(yè)”開始向普及應(yīng)用發(fā)展，當(dāng)前我國(guó)已具備大力發(fā)展水肥一體化的有利條件。

農(nóng)業(yè)供給側(cè)改革的一項(xiàng)重要工作就是“一控兩減”，即控制農(nóng)用水總量，減少化肥、農(nóng)藥用量，而水肥一體化是實(shí)現(xiàn)水肥減量和增效的一個(gè)關(guān)鍵措施。近年來中央財(cái)政及各省均投入大量資金，通過現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展資金等項(xiàng)目的實(shí)施，在各市縣建立了相當(dāng)規(guī)模的節(jié)水灌溉工程和設(shè)施，技術(shù)模式趨于成熟，有力地推動(dòng)了節(jié)水灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的提高。滴灌水肥一體化把肥料與灌溉水結(jié)合在一起，肥料養(yǎng)分直接均勻地施到作物根系層，真正實(shí)現(xiàn)水肥同步，大大提高肥料的有效利用率；同時(shí)是小范圍局部控制，微量灌溉，蒸發(fā)損失小，不產(chǎn)生地面徑流，不破壞土壤結(jié)構(gòu)，水肥滲漏較少，故可節(jié)省化肥施用量，減輕污染[1]。滴灌系統(tǒng)適于株行距明顯，密度不高的作物，以及怕濕、易產(chǎn)生病害的作物。熱帶果樹大多處于高溫高濕的生長(zhǎng)環(huán)境，容易導(dǎo)致病蟲害蔓延，土壤還原性增強(qiáng)，有害微生物大量繁殖。滴灌屬局部灌溉，除濕潤(rùn)作物根部土壤外，行間等其他區(qū)域保持相對(duì)干燥，有效抑制雜草及病蟲害交叉?zhèn)魅?；可根?jù)果樹的需肥規(guī)律和土壤養(yǎng)分供給狀況，實(shí)現(xiàn)按需施肥。因此，滴灌施肥能為熱帶果樹提供最適宜的土壤水分、養(yǎng)分和通氣條件，促進(jìn)果樹生長(zhǎng)發(fā)育，從而提高果品產(chǎn)量。為滴灌水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用及深入研究提供參考，現(xiàn)將其在熱帶果樹上的應(yīng)用研究進(jìn)展綜述如下。

1熱區(qū)水肥一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，為節(jié)約水資源，近年來節(jié)水灌溉工程面積逐年增加，其中低壓管灌面積也逐年擴(kuò)大。根據(jù)《“十三五”新增1億畝高效節(jié)水灌溉面積實(shí)施方案》，截至2015年底，全國(guó)高效節(jié)水灌溉(噴灌、微灌、管灌)面積達(dá)到1.792×107hm2，占灌溉面積的24.9%。其中，熱區(qū)6省(區(qū))(海南、廣東、廣西、云南、福建、貴州)高效節(jié)水灌溉面積為6.920×105hm2，僅占灌溉面積的8.4%，微灌面積占高效節(jié)水灌溉面積的30.6%(表1)；灌溉用水有效利用系數(shù)為0.35～0.45，高效節(jié)水灌溉面積和灌溉用水有效利用系數(shù)均處全國(guó)之末。華南地區(qū)總體而言雨量充沛(年降雨在1 800 mm左右)，但分布并不均勻，季節(jié)性干旱(如秋冬季)和地域性干旱(如廣東雷州半島、海南島東部地區(qū)等)非常明顯。目前，大部分小農(nóng)戶果園都處于粗放管理階段，水肥管理計(jì)劃憑經(jīng)驗(yàn)決定，人力投入較大，缺乏科學(xué)管理。因此，水肥一體化技術(shù)在華南果園有著廣闊的應(yīng)用前景，目前在南方果園由小面積示范發(fā)展到大面積推廣應(yīng)用，覆蓋廣東、海南、廣西、福建、云南、貴州等省(區(qū))，應(yīng)用于香蕉、芒果、荔枝、龍眼、菠蘿、番木瓜等多種熱帶果樹。整體而言，我國(guó)南方正在逐步分區(qū)域、規(guī)?；七M(jìn)大田水肥一體化技術(shù)的推廣與應(yīng)用，但與北方棉花、馬鈴薯生產(chǎn)應(yīng)用相比還存在較大差距。

表1截至2015年底我國(guó)熱區(qū)6省(區(qū))微灌面積情況

注：數(shù)據(jù)來源于全國(guó)水利發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)，占比指微灌占高效節(jié)水灌溉比例

Note:Data come from statistic bulletin on China water activities.The proportion means proportion of micro-irrigation area to efficient water-saving irrigation area.

2滴灌水肥一體化技術(shù)的作物效應(yīng)

2.1促進(jìn)果樹生長(zhǎng)

采用滴灌水肥一體化技術(shù)對(duì)果樹生長(zhǎng)有明顯的促進(jìn)作用。在香蕉上，采用滴灌水肥一體化技術(shù)會(huì)增加一級(jí)根數(shù)量和二級(jí)根表面積，其中，一級(jí)根數(shù)、根直徑、干重分別較對(duì)照(澆灌)增加20.0%～55.2%、8.0%～12.87%和2.0%；二級(jí)根表面積、根直徑、根長(zhǎng)、干重分別增加15%、8%、5%和14%；株高、假莖圍及抽蕾期有效葉片數(shù)、葉寬均顯著高于對(duì)照，假莖干重、球莖干重、葉片干重、果軸干重和果梳干重均較對(duì)照顯著增加，植株總干重較對(duì)照增加33.5%[2-3]。葉片葉綠素含量(SPAD)是反映植株生長(zhǎng)狀況的參考指標(biāo)，采用滴灌施肥可顯著提高香蕉葉片SPAD，定植后5～7個(gè)月較對(duì)照(噴水帶)增加11%～15%[4]。在荔枝上，采用滴灌水肥一體化技術(shù)可顯著提高葉片SPAD、百葉厚和百葉干重，促進(jìn)樹體生長(zhǎng)[5]；6 a滴灌施肥后土體中的根干重、根長(zhǎng)、根表面積分別為非滴灌區(qū)的2.29倍、2.17倍和2.25倍，滴灌施肥更有利于荔枝根系向土壤深層生長(zhǎng)分布[6]。侯延杰[7]對(duì)龍眼“石硤”研究表明，滴灌施肥龍眼的葉片SPAD較對(duì)照增加37.5%，葉面積、百葉厚、百葉重分別增加23.35%、14.47%和10.27%；梢長(zhǎng)、梢粗分別增加42.6%和20.3%。對(duì)龍眼樹葉綠素?zé)晒鈪?shù)分析表明，滴灌施肥處理的實(shí)際熒光產(chǎn)量、PSII原初光能轉(zhuǎn)化效率(Fv/Fm)、潛在光合作用活力(Fv/Fo)顯著提高，初始熒光(Fo)、光化學(xué)猝滅系數(shù)(qP)值顯著降低，表明滴灌施肥條件下原始光能轉(zhuǎn)化效率提高，在PSII反應(yīng)中心的潛在活性增強(qiáng)，吸收光能中用于光合電子傳遞的光能部分增多。在菠蘿上滴灌施肥處理的青葉數(shù)、葉長(zhǎng)、葉寬和株高較常規(guī)施肥顯著增加[8]。在番石榴上，與對(duì)照(澆施)比較，滴灌施肥顯著增加樹冠、冠徑、干徑、葉片鮮重、干重和厚度[9]。滴灌施肥處理黃皮的株高、冠幅及分枝數(shù)均顯著高于傳統(tǒng)灌溉施肥[10]。此外，滴灌水肥一體化技術(shù)能加快根系吸收速度，有利于果樹在惡劣的氣候條件下保持旺盛生長(zhǎng)，促進(jìn)提早結(jié)果。滴灌施肥的香蕉抽蕾及收獲時(shí)間比常規(guī)澆灌提早15～30 d[3，11-12]。

2.2提高果樹產(chǎn)量和質(zhì)量

滴灌施肥實(shí)現(xiàn)了水肥同時(shí)供應(yīng)，可發(fā)揮二者的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)“以肥調(diào)水、以水促肥”的效應(yīng)；同時(shí)滴灌施肥持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，為根系生長(zhǎng)提供相對(duì)穩(wěn)定的水肥環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)水肥耦合條件下的作物增產(chǎn)效應(yīng)。在香蕉上，滴灌施肥比傳統(tǒng)澆灌增產(chǎn)9.6%～15.6%[4，11]，還原性Vc、可溶性糖和可溶性固形物含量提高，果實(shí)內(nèi)在品質(zhì)提升[13-14]。如香蕉滴灌施肥比噴水帶撒肥增產(chǎn)8.96%[15]，比常規(guī)灌溉施肥增產(chǎn)29.37%，且果指長(zhǎng)、果指圍均顯著增加[3]。在斯里蘭卡也有研究表明，滴灌條件下香蕉可獲得最高產(chǎn)量，較地表常規(guī)澆灌增產(chǎn)31%[12]；以色列采用滴灌施肥技術(shù)使香蕉產(chǎn)量30年間提高了1倍[16]；香蕉采用滴灌施肥較肥料土施增產(chǎn)24%～46%[17]。與常規(guī)澆灌相比，采用滴灌施肥可以使荔枝產(chǎn)量提高7.99%，果實(shí)商品率提高13%～16%[18]；微灌水肥一體化處理的26年生“Rose Scented”荔枝產(chǎn)量(191 kg/株)增產(chǎn)70%[19]。在廣西，與常規(guī)土施比，滴灌水肥一體化技術(shù)使雞嘴荔增產(chǎn)23.9%～40.5%，欽州紅荔增產(chǎn)15.8%～36.0%；同時(shí)果實(shí)可溶性糖、可溶性固形物、Vc提高，可滴定酸含量降低[20]，改善了果實(shí)風(fēng)味。在龍眼上，采用滴灌水肥一體化技術(shù)較對(duì)照(澆灌撒肥)增產(chǎn)10.4%～17.9%，且果實(shí)橫徑、果實(shí)可食率、可溶性固形物和可溶性糖含量顯著提高[7，21-22]。在“巴厘”菠蘿上應(yīng)用滴灌施肥技術(shù)，較常規(guī)施肥增產(chǎn)39.04%，果實(shí)商品率達(dá)95.73%，提高11.51%[23]；滴灌施肥條件下，“神灣”菠蘿果實(shí)的果長(zhǎng)、果徑、單果鮮質(zhì)量及單產(chǎn)較對(duì)照均顯著增加，果實(shí)可溶性固形物、蔗糖、可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著提高[8]。在芒果上，滴灌施肥較傳統(tǒng)澆灌施肥增產(chǎn)23.5%～31.6%，果實(shí)可食率、可溶性固形物含量較對(duì)照分別提高6.6%和4.6%，有機(jī)酸含量降低49.9%，果實(shí)品質(zhì)得到顯著提升[24]。在番木瓜上，滴灌施肥能顯著改善番木瓜的生長(zhǎng)和生理特性，獲得更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，較傳統(tǒng)灌溉增產(chǎn)43%[25-26]。番石榴滴灌處理的產(chǎn)量是常規(guī)灌溉處理的164%[27]。紅毛丹應(yīng)用滴灌水肥一體化技術(shù)較常規(guī)施肥增產(chǎn)24.84%[28]。滴灌施肥為作物生長(zhǎng)提供了良好的水、肥、氣、熱等環(huán)境條件，植株根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)快、發(fā)育早，較常規(guī)灌溉施肥具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。

3滴灌水肥一體化技術(shù)的水分效應(yīng)

滴灌水肥一體化是目前世界上公認(rèn)的水分利用率最高的一項(xiàng)灌溉技術(shù)，水分利用率可達(dá)90%以上[29]。在廣東，采用滴灌水肥一體化技術(shù)，香蕉周年生長(zhǎng)中灌水量為2 207.5 m3/hm2，分別為傳統(tǒng)澆灌、噴水帶灌水量的27%和37%；灌溉水生產(chǎn)效率為21.49 kg/m3，較傳統(tǒng)澆灌、噴水帶處理分別增加323.61%和225.00%[11]。在海南，采用滴灌施肥處理香蕉生長(zhǎng)季灌水量為8 210.2 m3/hm2，比噴水帶處理節(jié)水40.7%；灌溉水生產(chǎn)效率為5.86 kg/m3，較噴水帶處理增加88.42%[30]。鄧蘭生等[3]研究表明，滴灌施肥處理香蕉的灌水量為3 003.0 m3/hm2，較噴水帶、常規(guī)灌溉分別節(jié)水15.8%和28.7%；灌溉水生產(chǎn)效率為10.38 kg/m3，較噴水帶、常規(guī)灌溉處理分別增加81.47%和87.36%。在菠蘿上，采用滴灌水肥一體化技術(shù)，灌溉水利用效率為43.82 kg/m3。在滴灌條件下，施肥使灌溉水利用效率提高5.88 kg/m3，增幅達(dá)15.5%，表明水肥耦合灌溉施肥能提高灌溉水利用效率[31]。SHARMA等[32]對(duì)番石榴研究表明，利用滴灌水肥一體化技術(shù)能有效提高果樹的水肥利用效率，并且節(jié)水效果明顯。滴灌條件下，大田水利用率可達(dá)90%，相對(duì)于噴灌節(jié)水30～40百分點(diǎn)，較之于溝灌、漫灌、畦灌等方式，節(jié)水效果更為顯著[33]。滴灌屬全管道輸水和局部微量灌溉，同時(shí)做到適時(shí)供應(yīng)作物根區(qū)所需的水分，實(shí)現(xiàn)作物的精準(zhǔn)和定時(shí)、定量灌溉，不存在外圍水分的損失，避免了傳統(tǒng)溝、渠灌造成水大量滲漏、蒸發(fā)損失，也不會(huì)因大水漫灌后形成土壤板結(jié)，利于保持田間土壤的空間結(jié)構(gòu)，使作物根系始終在疏松透氣的土壤環(huán)境中生長(zhǎng)，有效提高水分的利用效率。

4滴灌水肥一體化技術(shù)的養(yǎng)分效應(yīng)

4.1促進(jìn)養(yǎng)分吸收

通過滴灌技術(shù)，可以在根系周圍形成一個(gè)水肥資源豐富的橢球體區(qū)域，利于根系對(duì)水肥的快速吸收，促進(jìn)果樹的正常生長(zhǎng)發(fā)育[34]。在滴灌施肥條件下，較之于澆灌和噴水帶處理，香蕉整個(gè)生長(zhǎng)期葉片的鉀含量最高；生長(zhǎng)中后期，葉片的氮和鈣含量最高；滴灌處理的香蕉各養(yǎng)分吸收量都顯著大于噴水帶處理；滴灌施肥方式葉片的氮、鉀含量波動(dòng)最小，特別是鉀，始終維持在三者之中的最高水平，表明滴灌施肥有利于養(yǎng)分的均衡供給[3-4]。廣西滴灌蕉園植株養(yǎng)分累積量二代蕉比一代蕉大幅增加，其中，一代蕉園植株氮、磷、鉀、鈣、鎂吸收累積量分別為336.1 kg/hm2、38.0 kg/hm2、1 033.4 kg/hm2、78.1 kg/hm2和31.1 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.11∶3.07；宿根蕉園相當(dāng)于一代蕉園的氮1.31倍、磷1.34倍、鉀1.69倍、鈣1.35倍和鎂1.81倍[35]。滴灌條件下，番木瓜植株氮、磷、鉀累積量分別為134.0 kg/hm2、28.7 kg/hm2、796.4 kg/hm2，N∶P2O5∶K2O=1∶0.21∶5.94，其中，果實(shí)養(yǎng)分累積量最大，100 t果實(shí)中氮、磷、鉀累積量分別為130.0 kg、28.5 kg和891.0 kg，是常規(guī)灌溉施肥的1.2倍、2.9倍和5.0倍[36]。

有研究表明，與溝灌比，滴灌施肥可以改善土壤中磷的低效和氮、鉀的虧缺狀況，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收[37]。滴灌方式下香蕉園土壤堿解氮、速效磷、速效鉀含量較微噴灌明顯提高，養(yǎng)分對(duì)作物的有效性也得到提高[38]。與傳統(tǒng)施肥相比，滴灌施肥提高中等活性有機(jī)磷和Fe-P的含量，降低土壤磷吸附指數(shù)，增加磷的生物有效性，促進(jìn)香蕉對(duì)磷的吸收。滴灌施肥條件下香蕉根際土壤溶液中Cl—、SO42—、NO3—比傳統(tǒng)施肥條件下減少52.49%～106.99%，陰離子含量的降低增加了香蕉根系表面吸附位點(diǎn)對(duì)磷酸根的吸附，提高香蕉對(duì)磷的吸收[39]。彭智平等[14]研究表明，在氮、磷、鉀減量灌溉施肥條件下，香蕉葉片含量與施肥量較高的習(xí)慣施肥處理相當(dāng)，表明灌溉施肥有提高香蕉對(duì)養(yǎng)分吸收能力的作用。通過滴灌施用氮、鉀肥后，菠蘿植株葉綠素含量提高，光合能力增強(qiáng)，施氮后葉綠素a(chl a)的響應(yīng)時(shí)間為30～60 d，葉綠素b(chl b)為45～70 d，施鉀后葉綠素的響應(yīng)時(shí)間為30～60 d[40]。滴灌施肥菠蘿植株氮的吸收量為553.79 kg/hm2，較單施肥、純灌水處理分別增加47.51%和37.65%；植株鉀吸收量為2 502.86 kg/hm2，較單施肥、純灌水處理分別增加67.23%和18.49%；植株磷吸收量為114.35 kg/hm2，較單施肥處理增加37.54%[31]。滴灌施肥“珍珠”番石榴植株葉片氮、鉀含量較對(duì)照顯著提高，表明滴灌肥水耦合可有效提高樹體對(duì)氮、鉀的吸收[9]。采用滴灌水肥一體化技術(shù)，可克服傳統(tǒng)溝灌撒施易造成土壤板結(jié)的弊病，使土壤疏松，保持良好的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)和通透性，有利于作物根系的生長(zhǎng)發(fā)育，增強(qiáng)根系活力，促進(jìn)養(yǎng)分的吸收。

4.2提高養(yǎng)分利用效率

滴灌水肥一體化技術(shù)把定量的溶解態(tài)肥料直接送到果樹根部，使土壤溶液的養(yǎng)分特別是硝態(tài)氮和無機(jī)態(tài)氮維持適當(dāng)水平的穩(wěn)定狀態(tài)，利于提高根系活性和吸收能力，減少水分和養(yǎng)分的深層滲透，養(yǎng)分消耗量和養(yǎng)分流失負(fù)荷顯著降低，肥料利用效率得到提高[41-42]。有研究表明，香蕉園采用滴灌施肥較肥料撒施可節(jié)約氮肥60%，且利用率提高1倍[43]；滴灌施肥下香蕉施用75%的推薦施肥量就能獲得良好的增產(chǎn)效果[44]；香蕉園應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，可較常規(guī)施肥節(jié)省肥料20%～50%[12]；在較對(duì)照(肥料土施)減少40%肥料的情況下，滴灌水肥一體化處理香蕉增產(chǎn)19%[17]；與農(nóng)戶習(xí)慣施肥比較，在香蕉產(chǎn)量相當(dāng)?shù)那闆r下，滴灌施肥節(jié)省N 36.6%、P2O540.6%和K2O 10.2%，節(jié)省肥料成本31.1%[13]。在海南研究表明，滴灌施肥與噴水帶撒施比較，在減少N、K2O各20%的前提下香蕉增產(chǎn)9.9%；在減少N 51.8%、K2O60.7%的前提下增產(chǎn)14.3%，節(jié)本增效12 514～14 688元/hm2 [30]。在廣西試驗(yàn)表明，滴灌施肥肥料用量為噴水帶撒肥的53.5%，肥料成本僅為噴水帶撒肥的59.2%，用水量為噴水帶處理的46.4%，香蕉產(chǎn)量增加4 019 kg/hm2，比噴水帶處理節(jié)本增效20 916.9元/hm2 [15]；滴灌條件下新植“威廉斯B6”香蕉氮磷鉀投入量分別為370.0 kg/hm2、202.7 kg/hm2和1 778.2 kg/hm2，較常規(guī)管理平均節(jié)約肥料約1 400 kg/hm2，提高了養(yǎng)分利用率，肥料偏生產(chǎn)力為17.76 kg/kg[45]。JOSHI等[46]研究表明，滴灌施肥條件下肥料用量較最大推薦施肥量減少25%，5～6齡荔枝園可獲得最高產(chǎn)量(40.4 kg/株)。

在菠蘿上，與常規(guī)施肥比較，滴灌施肥在節(jié)省N 42.84%、P2O552.67%的前提下增產(chǎn)39.04%。滴灌水肥一體化處理較常規(guī)施肥的肥料貢獻(xiàn)率增加16.31%，農(nóng)學(xué)效率增加18.05 kg/kg，N、P、K吸收效率較常規(guī)施肥處理分別增加47.51%、36.40%和67.21%[23，31]。PRAKASH等[47]研究表明，在滴灌減量施肥條件下，N、P、K用量為120 g/(株·a)、75 g/(株·a)和100 g/(株·a)，較最大推薦施肥量減少25%，4年生“Alphonso”芒果可獲得最高產(chǎn)量。在廣東，與常規(guī)施肥比較，滴灌施肥在節(jié)省氮、鉀用量30%的前提下芒果增產(chǎn)31.6%[24]。在海南，在N、P2O5、K2O投入量較常規(guī)施肥分別減少23.47%、43.73%和37.05%的前提下，微灌施肥處理芒果氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率及肥料偏生產(chǎn)力較常規(guī)施肥分別提高64.50%、123.69%、58.88%和73.44%，較常規(guī)施肥節(jié)本增效10 650元/hm2 [48]。滴灌施肥紅毛丹肥料養(yǎng)分N、P2O5、K2O投入量較常規(guī)施肥分別減少44.57%、21.89%和9.63%，氮、磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率、肥料偏生產(chǎn)力分別為33.86 kg/kg、48.06 kg/kg、27.69 kg/kg和19.31 kg/kg，較常規(guī)施肥分別提高170.23%、91.70%、65.71%和73.03%，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)24.84%[49]。在滴灌施肥減量施肥條件下，黃皮的養(yǎng)分投入量?jī)H為傳統(tǒng)灌溉施肥的50%～60%，生長(zhǎng)顯著優(yōu)于傳統(tǒng)施肥處理[10]。在滴灌減量施肥條件下，在較傳統(tǒng)灌溉施肥處理減少氮20%的條件下，番木瓜產(chǎn)量增加14%[26]；番石榴養(yǎng)分投入量較最大推薦施肥量減少50%，肥料利用率最高(101.97 kg/hm2)[50]；在最高施肥量減少20%的條件下，番石榴“Lalit”的單果重(96.91 g)、單株結(jié)果數(shù)(77.70個(gè))及果實(shí)產(chǎn)量(33.75 t/hm2)均為最高[51]。滴灌水肥一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)集中施肥與平衡施肥相結(jié)合，減少了肥料的揮發(fā)與流失，肥料和水的結(jié)合，擴(kuò)大了作物吸收養(yǎng)分和水分的空間，從而提高肥料利用率。

5滴灌水肥一體化技術(shù)的環(huán)境效應(yīng)

5.1降低 N2O排放

N2O是與全氣溫變化有關(guān)的主要溫室氣體，NO、N2O是酸雨的成分之一，導(dǎo)致土壤酸化，危害陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)。農(nóng)業(yè)土壤尤其是熱帶地區(qū)土壤是全球最主要的N2O排放源，貢獻(xiàn)率高達(dá)70%～90%，其中投入的氮肥是農(nóng)業(yè)土壤N2O的最大來源。滴灌的土壤孔隙含水率顯著低于溝灌，會(huì)產(chǎn)生抑制反硝化反應(yīng)的環(huán)境，同時(shí)滴灌影響水分的配送方式，會(huì)產(chǎn)生更高濃度的NH4+-N和NO3--N，相比于溝灌處理其環(huán)境更能抵制反硝化反應(yīng)，使排放的N2O更少[52]。在施用化學(xué)肥料條件下，與溝灌相比，滴灌降低N2O和NO的排放量，降幅分別為70%和33%，這可能是由于低的灌水量和不同的土壤濕潤(rùn)形式而引起[53]。香蕉生長(zhǎng)過程中大量氮肥投入及頻繁灌溉是土壤N2O及NO產(chǎn)生的有利條件。

氮肥大量施用和利用率低直接或間接對(duì)環(huán)境施加了較大壓力，尤其是大氣環(huán)境和水環(huán)境。據(jù)報(bào)道，香蕉生長(zhǎng)季中不同施氮量土壤N2O的累積排放量為23.05～46.26 μg/(m2·h)，其中，在生長(zhǎng)后期(孕蕾期-果實(shí)期)N2O排放量最高為105.24 μg/(m2·h)，最低為41.37 μg/(m2·h)[54]。在傳統(tǒng)栽培管理下，一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)一株香蕉施化肥氮在750～920 g，每株香蕉平均吸收140 g[55]。以此計(jì)算，香蕉氮素利用率為15.2%～18.7%，遠(yuǎn)低于我國(guó)氮肥30%～35%的平均利用率。有研究表明，滴灌施肥較肥料撒施氮肥利用率提高1倍[43]。在其他條件不變的情況下，當(dāng)?shù)世寐视?0%提高到60%，土壤N2O的排放降低38.5%[56]。滴灌施肥技術(shù)不僅能提高水、肥利用效率達(dá)到110%和80%[57-58]，而且在相同施氮量下，比常規(guī)漫灌施氮減少30%～40%的N2O累積排放量[59]。張亞捷等[60]研究表明，較之于溝灌-沖施肥系統(tǒng)，滴灌水肥一體化系統(tǒng)可減少N2O年均排放量18.24 kg/(hm2·a)，約為溝灌系統(tǒng)排放量的61.1%。滴灌系統(tǒng)可以有效減少土壤N2O的排放損失，是一種更具N2O減排潛力的灌溉方式。

5.2減少養(yǎng)分淋溶

氮素徑流損失是造成地表水體富營(yíng)養(yǎng)化的一個(gè)重要因素，進(jìn)入土壤的過量氮以NO3-、NH4+等離子形式隨水淋洗到深層甚至地下水中，可能導(dǎo)致地下水體污染，影響飲用水質(zhì)量。NO3-過量攝入可能導(dǎo)致高鐵血紅蛋白血癥，有致癌危險(xiǎn)。土壤氮淋失與灌溉量和施肥前土壤氮含量及形態(tài)有關(guān)。有研究表明，熱帶地區(qū)降雨量豐富，土壤中氮素淋溶平均為25.5%，淋溶出來的氮大部分以NO3--N形式存在，NH4+-N只占很小比例[61]。滴灌施肥NO3--N在距離滴頭一定范圍內(nèi)呈均勻分布，在濕潤(rùn)邊界上硝態(tài)氮產(chǎn)生累積[62]。滴灌條件下砂質(zhì)土壤上氮素的淋溶明顯高于粘質(zhì)土壤，硝態(tài)氮淋失率分別為30.4%和9.6%，酰銨態(tài)氮淋失率分別為25.0%和9.4%，銨態(tài)氮淋失率分別為16.2%和5.7%[63]。采用滴灌水肥一體化技術(shù)可以使果園單位產(chǎn)量的總氮流失量較常規(guī)施肥減少45.2%～56.4%[64]。灌溉施肥條件下，銨態(tài)氮和尿素態(tài)氮都易隨灌溉水向下移動(dòng)，若灌水過量，氮素會(huì)隨灌溉水在到達(dá)根系土壤深層后繼續(xù)向下移動(dòng)而產(chǎn)生淋失。滴灌施肥能有效將尿素轉(zhuǎn)換成NH4+，使其吸附于土壤粘土礦物質(zhì)，提高氮肥的利用效率。

滴灌施肥因其灌水量小，不產(chǎn)生地表徑流；易于控制灌溉的頻率和數(shù)量，掌握精確的施水深度，較其他灌溉方式更有效調(diào)控水分和養(yǎng)分的供給，降低NO3--N在土壤中的殘留時(shí)間。因其產(chǎn)生的濕潤(rùn)體很小，有效控制了水分向深層滲透而阻止NO3--N淋溶損失，減少環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)[65-66]。DASBERG等[67]研究表明，控制氮量為160 kg/hm2，沙質(zhì)土壤0～30 cm、30～60 cm、60～90 cm、90～120 cm土層，滴灌施肥土壤溶液中NO3--N分別為39 mg/kg、4 mg/kg、0 mg/kg和0 mg/kg，肥料撒施條件下為28 mg/kg、27 mg/kg、21 mg/kg和11 mg/kg，說明滴灌施肥減少了NO3--N淋失對(duì)環(huán)境的危害。滴灌水肥一體化技術(shù)具生態(tài)友好特性，因其避免了肥料的滲漏，在一定程度上減少化肥面源污染[68]。有研究表明，滴灌使作物根區(qū)磷的流動(dòng)性、肥料利用效率均高于溝灌；土壤中速效鉀、全鉀含量均高于溝灌與微噴灌，滴灌因灌水量小而使鉀流失量降低[38]。調(diào)整N、P、K比例并減少其用量的滴灌配方施肥能顯著降低硝態(tài)氮、有效磷和速效鉀在土壤中的過量累積，降低土壤鹽分累積[69-70]。因此，適宜的滴灌施肥措施是減少養(yǎng)分淋洗、提高肥料利用效率的重要途徑。

6滴灌水肥一體化技術(shù)的土壤生物學(xué)效應(yīng)

6.1土壤微生物

土壤微生物是土壤的重要組分之一，與土壤肥力關(guān)系密切。大水漫灌條件下造成土壤容重增加，肥料利用率降低，從而導(dǎo)致土壤中空氣通透性差、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)固化貧乏，不利于有益微生物的生長(zhǎng)。滴灌是將水流以點(diǎn)滴的形式滴入土壤，蒸發(fā)量小，保持土壤濕度的時(shí)間較長(zhǎng)，利于土壤微生物的旺盛生長(zhǎng)；滴灌條件下土壤相對(duì)頻繁的干濕交替能夠增強(qiáng)養(yǎng)分活化，保持良好的水、肥、氣、熱條件，有利于根系的生長(zhǎng)，表現(xiàn)為根毛豐富、活性好，根毛分泌物加劇微生物的繁衍，促進(jìn)耕作層細(xì)菌、放線菌和真菌生長(zhǎng)，從而提高酶活性[71]。與溝灌相比，滴灌土壤的保濕性好，未改變微生物群落結(jié)構(gòu)，能顯著提高革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌和真菌數(shù)量[72]。劉朝輝[38]研究不同灌溉方式對(duì)蕉園土壤細(xì)菌、放線菌、真菌的影響，結(jié)果表明，在香蕉各生育期中，滴灌處理土壤中真菌數(shù)量為1.85×104～2.44×104個(gè)/g，高于溝灌處理；放線菌數(shù)量為2.27×105～2.78×105個(gè)/g，高于微噴灌處理；細(xì)菌數(shù)量為1.86×104～2.42×104個(gè)/g，與微噴灌相近。

滴灌處理的土壤通氣狀況良好，在水分適中及有機(jī)質(zhì)含量充足的情況下，為真菌等好氧微生物提供了良好的活動(dòng)環(huán)境。潘寧[39]研究表明，滴灌施肥香蕉根際微生物量碳(MBC)比傳統(tǒng)溝灌施肥提高8.43%～35.80%，微生物量氮(MBN)提高9.52%～151.23%，香蕉根系活力比傳統(tǒng)施肥高25.45%～67.87%。這是由于滴灌單次灌水量小，灌水周期較溝灌短，淋洗出的可溶性有機(jī)碳(DOC)和可溶性有機(jī)氮(DON)含量高，而適宜的土壤水分有利于微生物生長(zhǎng)，使得微生物量碳和微生物量氮含量增加[73]。此外由于滴灌沒有地面灌溉時(shí)對(duì)土壤的沖刷和對(duì)土體結(jié)構(gòu)的明顯破壞，使土壤保持相對(duì)疏松，改善了根際土壤物理性狀，提高了根系活力[74]。

6.2土壤酶

土壤酶是由微生物、動(dòng)植物活體分泌物及動(dòng)植物殘骸產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)，在土壤物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化過程中起主要作用，可作為土壤肥力、土壤質(zhì)量及土壤健康的重要指標(biāo)。滴灌施肥有利于微生物生物量的增加，促進(jìn)其活性和代謝，改進(jìn)土壤中的微生物比例，提高土壤中的酶活性，促進(jìn)土壤中養(yǎng)分循環(huán)、養(yǎng)分有效態(tài)轉(zhuǎn)化以及植物生長(zhǎng)發(fā)育所需養(yǎng)分供給過程[75]。滴灌處理香蕉各生育期土壤脲酶活性為2.64～3.80，從孕蕾期-果實(shí)成熟期土壤脲酶活性較溝灌顯著升高，這是由于滴灌提高了水溶性有機(jī)碳含量，而水溶性有機(jī)碳是土壤微生物可直接利用的碳源，因而隨著土壤微生物總量及土壤中底物濃度增加，提高了土壤脲酶活性；土壤酸性磷酸酶活性為63.34～140.69，在生長(zhǎng)周期中呈逐漸增高趨勢(shì)；香蕉根際酸性磷酸酶活性在不同土層之間的大小表現(xiàn)為0～8 cm土層高于8～16 cm和16～24 cm土層；在酸性土壤上，土壤真菌是酸性磷酸酶的主要來源，滴灌處理良好的通氣狀況及充足的有機(jī)質(zhì)含量利于真菌數(shù)量增長(zhǎng)，蕉園土壤適宜的pH范圍(4～6)及土壤含N量為酸性磷酸酶活性的提高創(chuàng)造良好條件[38，67]。侯樂等[76]研究表明，滴灌條件下土壤磷酸酶、過氧化氫酶、轉(zhuǎn)化酶、脲酶活性均明顯大于溝灌，滴灌處理對(duì)土壤肥力為有利影響。

6.3土壤線蟲

土壤線蟲是土壤中重要的生物類群，在土壤有機(jī)質(zhì)分解、養(yǎng)分礦化、土壤微生物調(diào)節(jié)及及土壤理化性質(zhì)的改變中起關(guān)鍵作用，在土壤腐食食物網(wǎng)中占有重要地位。土壤線蟲可作為施肥和灌溉過程中土壤質(zhì)量變化的生物學(xué)指標(biāo)[77]。水肥一體化設(shè)施條件下優(yōu)化施肥可提高土壤線蟲數(shù)量和食細(xì)菌線蟲的相對(duì)多度，提高土壤線蟲通路比值，形成以細(xì)菌為主的土壤食物網(wǎng)分解途徑，從而改善土壤生態(tài)環(huán)境[78]。有研究表明，滴灌施肥香蕉各生育期土壤線蟲的通道指數(shù)(NCR)均高于0.5，表明土壤食物網(wǎng)以食細(xì)菌通道為主；增加食細(xì)菌線蟲、食真菌線蟲、植物寄生線蟲和捕食/雜食線蟲的數(shù)量；土壤線蟲的結(jié)構(gòu)指數(shù)(SI)和富集指數(shù)(EI)均大于50，提高水肥利用效率，使土壤養(yǎng)分維持在較好狀態(tài)，更利于促進(jìn)作物生長(zhǎng)，增加作物根系生物量和土壤微生物量，促進(jìn)土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累，增加細(xì)菌和真菌的種類和數(shù)量，為腐生線蟲提供充足的食物來源，腐生線蟲數(shù)量的增多進(jìn)一步導(dǎo)致高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的捕食/雜食線蟲數(shù)量增多，進(jìn)而促進(jìn)植物線蟲種群數(shù)量的增長(zhǎng)；但過量的水肥供應(yīng)會(huì)增加對(duì)土壤線蟲的干擾程度，使蕉園土壤生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低[79]。

7滴灌水肥一體化技術(shù)應(yīng)用的展望

水肥一體化技術(shù)是實(shí)施“化肥零增長(zhǎng)”的重要保障措施之一。2013年農(nóng)業(yè)部辦公廳印發(fā)了《水肥一體化技術(shù)指導(dǎo)意見》，提出2015年水肥一體化技術(shù)推廣總面積達(dá)到5.333×106hm2以上，新增推廣面積3.333×106hm2以上，其中果樹6.66×105hm2；到2020年推廣總面積達(dá)到1.00×107hm2。熱區(qū)6省(區(qū))“十三五”期間新增高效節(jié)水灌溉面積8.00×105hm2，其中微灌面積2.25×105hm2。實(shí)現(xiàn)節(jié)水50%，節(jié)肥30%，經(jīng)濟(jì)作物節(jié)本增收9 000元/hm2以上。目前，熱區(qū)滴灌水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用迅速，但也存在一些問題：一是設(shè)施設(shè)備質(zhì)量參差不齊，節(jié)水器材生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范化有待提高，安裝過程中設(shè)施不配套，加之資金投入不足使滴灌工程的功能和質(zhì)量降低；二是水溶肥質(zhì)量差異大，加上施肥設(shè)備的不完善造成施肥效果不佳；三是針對(duì)不同果樹、不同目標(biāo)產(chǎn)量的水肥用量與灌溉施肥規(guī)程因缺乏針對(duì)性強(qiáng)的基礎(chǔ)資料而不甚明確，水肥一體化的節(jié)水、節(jié)肥、增效作用沒有得到充分發(fā)揮；四是技術(shù)指導(dǎo)與相應(yīng)培訓(xùn)、宣傳不到位，設(shè)備使用過程中出現(xiàn)問題不能及時(shí)解決，造成工程使用管理水平下降，不能正常發(fā)揮設(shè)施水平；同時(shí)只顧節(jié)水，不顧施肥，缺少必要的指導(dǎo)經(jīng)費(fèi)和展示示范平臺(tái)。

在研究工作上，雖然在熱帶果園生態(tài)系統(tǒng)水分、養(yǎng)分資源管理中進(jìn)行了一些有益探索，但仍面臨諸多問題，如生產(chǎn)力提高和資源高效的同步協(xié)調(diào)，即在果樹高產(chǎn)或超高產(chǎn)條件下實(shí)現(xiàn)水分、養(yǎng)分資源優(yōu)化管理；區(qū)域間土壤和環(huán)境養(yǎng)分供應(yīng)難于定量化等，需要加大相關(guān)應(yīng)用基礎(chǔ)研究。從果樹-養(yǎng)分、水分-產(chǎn)量關(guān)系、水肥耦合及水鹽運(yùn)動(dòng)等機(jī)理研究入手，進(jìn)行熱帶果樹節(jié)水增產(chǎn)灌溉制度、高產(chǎn)果園水肥耦合對(duì)果樹產(chǎn)量及養(yǎng)分利用、植株?duì)I養(yǎng)診斷與養(yǎng)分調(diào)控技術(shù)、全膜覆蓋果樹水肥耦合效應(yīng)、不同滴灌施肥模式的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)、水溶性配方肥料生產(chǎn)及配套施用技術(shù)體系研究、滴灌水肥一體化條件下基于云智能傳感網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)智能化、自動(dòng)化研究，以便更全面了解水肥耦合條件下水鹽運(yùn)動(dòng)機(jī)理，以及養(yǎng)分高效利用的生態(tài)和生理學(xué)機(jī)理，在此基礎(chǔ)上確定果園適宜土壤水分下限的調(diào)控指標(biāo)及土壤養(yǎng)分技術(shù)指標(biāo)，集成提出調(diào)控模式，建立水肥耦合條件下熱帶果樹養(yǎng)分資源管理技術(shù)體系及水分監(jiān)測(cè)體系，制訂熱帶果樹營(yíng)養(yǎng)診斷體系節(jié)水栽培技術(shù)規(guī)程及水肥高效利用技術(shù)規(guī)程，進(jìn)而為集成和提升熱帶果樹高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)和環(huán)保的水分、養(yǎng)分資源管理及調(diào)控技術(shù)體系提供科學(xué)依據(jù)。在各級(jí)政府重視、支持政策有力、技術(shù)和設(shè)備進(jìn)一步完善、培訓(xùn)和宣傳進(jìn)一步加強(qiáng)的有利條件下，滴灌水肥一體化技術(shù)必將被越來越多的果農(nóng)及合作社所接受并得到發(fā)展。