姜學(xué)玲 張占田 張勇

摘要? ? 水肥一體化技術(shù)兼具節(jié)約水肥、勞動力等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化葡萄栽培中。本文對該項(xiàng)技術(shù)在葡萄種植中的發(fā)展歷程、灌溉方式、施肥方案、物聯(lián)網(wǎng)接入等方面進(jìn)行了簡要的闡述。通過對文獻(xiàn)的整理，從葡萄水分和養(yǎng)分消耗規(guī)律、品種管理經(jīng)驗(yàn)、生長周期規(guī)律等角度，提出了葡萄水肥一體化建設(shè)方案和技術(shù)指導(dǎo)，展望了葡萄園水肥一體化技術(shù)的發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞? ? 葡萄;水肥一體化;應(yīng)用;發(fā)展前景

中圖分類號? ? S663.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）-01-0063-03

Abstract? ? Water and fertilizer integration technology has the characteristics of saving water，fertilizer and labor and so on.It is widely used in modern grape cultivation.In this paper，the development mileage，irrigation method，fertilization scheme and Internet of things access of this technology in grape planting were briefly described.By the collection of literature，according to the law of water and nutrient consumption of grape，the experience of variety management and growth cycle，the integrated construction scheme and technical guidance of grape water and fertilizer were put forward.The prospect of water and fertilizer integration technology in vineyard was prospected.

Key words? ? grape;integration of water and fertilizer;application;development prospect

葡萄的種植面積和產(chǎn)量在全世界居于果品首位，葡萄也是我國主栽水果之一[1-3]。水分和肥料是葡萄生長中最重要的2種因素，選擇合適的灌溉方式、灌水量和灌水周期是葡萄生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。

合理的肥料搭配、施肥時(shí)間能有效提高葡萄的產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性，改善果園土壤性狀[4]。 水肥一體化是一項(xiàng)近幾年迅速發(fā)展起來的將滴灌與施肥結(jié)合在一起的現(xiàn)代化先進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)[5]，其節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)約勞動力效果顯著，并有效提高了土地利用率，同時(shí)還能達(dá)到減少因大量施肥對環(huán)境產(chǎn)生污染的目的，是當(dāng)今葡萄產(chǎn)業(yè)水肥管理發(fā)展的趨勢[6]。本文將針對水肥一體化技術(shù)在葡萄上的應(yīng)用研究情況進(jìn)行如下綜述。

1? ? 水肥一體化技術(shù)在葡萄上的應(yīng)用

1.1? ? 起源與發(fā)展

1960年，滴灌技術(shù)最早在美國圣地亞哥地區(qū)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)利用;1971年，美國圣華金河山谷首次將滴灌技術(shù)應(yīng)用到葡萄種植方面，滴灌可將肥料均勻、集中地分配到葡萄根系[7]。我國科研人員研究發(fā)現(xiàn)，滴灌施肥技術(shù)是提高葡萄產(chǎn)量和品質(zhì)的有益措施，能促進(jìn)樹體生長，提高果實(shí)產(chǎn)量，降低果實(shí)酸度，提高果實(shí)固酸比，最終改善果實(shí)品質(zhì)[8]。

由于葡萄樹體較小、種植成行規(guī)整，非常適宜于滴灌技術(shù)，從20世紀(jì)90年代開始，在我國環(huán)渤海灣產(chǎn)區(qū)、南方部分產(chǎn)區(qū)開始小規(guī)模使用。目前，滴灌設(shè)備已經(jīng)成為規(guī)?；咸逊N植園的必備設(shè)備組成，新一代的水肥一體化灌溉技術(shù)也逐步大規(guī)模應(yīng)用。但是葡萄水肥一體化由于受水溶性肥料性質(zhì)、樹體養(yǎng)分需求規(guī)律、灌溉設(shè)備耐久性、投資金額等因素限制，尚不能規(guī)?；l(fā)展，但一直是果樹水肥一體化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。

1.2? ? 灌溉方式研究

滴灌技術(shù)不僅可以大量節(jié)水，而且地形適宜性強(qiáng)[9]。在滴灌基礎(chǔ)上發(fā)展起來的根系分區(qū)交替灌溉技術(shù)[10]，較常規(guī)滴灌的用水量減少50%，水分利用效率提高1/3左右，果實(shí)品質(zhì)顯著提高，成熟度提高[11]。在葡萄園根系分區(qū)灌溉條件下，可以通過建立土壤水分動態(tài)模型，掌握不同時(shí)期的葡萄需水量，進(jìn)而對葡萄園進(jìn)行針對性的管理[12]。

調(diào)虧灌溉技術(shù)是目前我國葡萄滴灌的主要技術(shù)策略。該技術(shù)是指在作物生長期，人為施加適宜的水分脅迫，促使作物光合產(chǎn)物輸送到人們需要的目標(biāo)組織器官，以提高其經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的節(jié)水灌溉技術(shù)。目前，該技術(shù)主要應(yīng)用于果樹的果實(shí)生長階段。在葡萄萌芽期和抽穗期進(jìn)行調(diào)虧灌溉可達(dá)到補(bǔ)償生長的效應(yīng);在葡萄花期進(jìn)行調(diào)虧灌溉，可以增加葡萄單粒重[7]。

此外，局部根系干旱灌溉技術(shù)也被大量應(yīng)用于葡萄灌溉中，較調(diào)虧灌溉更能促使葡萄漿果表皮花青素和酚類物質(zhì)含量的增加[13-14]。

根據(jù)克瑞森葡萄的研究發(fā)現(xiàn)，年灌水量6 750 m3/hm2的葡萄較年灌水量4 500 m3/hm2的凈光合速率提高11.3%，但水分利用率卻降低了26.9%，這表明適度的干旱有利于提高葡萄的水分利用率，只有適宜的灌溉條件才能最大效率地將光合作用產(chǎn)物為果實(shí)所利用，并促進(jìn)果實(shí)產(chǎn)量提高和品質(zhì)提升[13]。

1.3? ? 施肥研究

葡萄在萌芽至開花期，滴灌追施氮（N）、磷（N2O5）、鉀（K2O）肥的比例為1.00∶0.26∶0.12時(shí)和果實(shí)生長期滴灌追施氮、磷、鉀肥的比例為1.00∶1.54∶1.97時(shí)，能夠顯著提高葡萄的產(chǎn)量[15]。

在我國的干旱地區(qū)，以產(chǎn)量為目標(biāo)就可以得出灌水量和施肥量之間的最佳配比，即灌水量為6 779.85 m3/hm2，施氮（N）量為225.45 kg/hm2，施鉀（K2O）量為225.45 kg/hm2，施磷（P2O5）量為112.73 kg/hm2;以糖度為目標(biāo)，灌水量和施肥量的最佳配比關(guān)系為灌水量6 821.55 m3/hm2，施氮量和施鉀量均為224.55 kg/hm2，施磷量為112.28 kg/hm2;以VC為目標(biāo)，灌水量和施肥量的最佳配關(guān)系為灌水6 783.75 m3/hm2，施氮量和施鉀量均為224.55 kg/hm2，施磷量為112.28 kg/hm2 [8]。對石河子地區(qū)“弗雷”葡萄品種的研究發(fā)現(xiàn)，葡萄高產(chǎn)的水肥施用量分別為灌水5 800 m3/hm2，施肥245 kg/hm2;糖分最高的水肥施用量為灌水5 000 m3/hm2，施肥215 kg/hm2 [16]。此外，新疆地區(qū)覆膜的葡萄水肥耦合研究發(fā)現(xiàn)，以產(chǎn)量為目標(biāo)時(shí)，灌溉量與施肥量的最佳配比分別為灌水量2 000 m3/hm2，施氮量150 kg/hm2，施磷量40 kg/hm2，施鉀量67.5 kg/hm2;以糖度為目標(biāo)時(shí)，灌溉量與施肥量的最佳配比分別為灌水量1 850 m3/hm2，施氮量95 kg/hm2，施磷量28 kg/hm2，施鉀量12 kg/hm2;以VC為目標(biāo)時(shí)，灌溉量與施肥量的最佳配比分別為灌水量2 050 m3/hm2，施氮量130 kg/hm2，施磷量66 kg/hm2，施鉀量81 kg/hm2;以總酸度為目標(biāo)時(shí)，灌溉量與施肥量的最佳配比分別為灌水量1 850 m3/hm2，施氮量150 kg/hm2，施磷量51 kg/hm2，施鉀量40.5 kg/hm2 [8]。嘉峪關(guān)地區(qū)釀酒葡萄膜下灌溉的合理水肥量為灌水量2 000 m3/hm2，施氮量145 kg/hm2，施鉀量145 kg/hm2，施磷量40 kg/hm2 [17]。我國華北平原推薦滴灌施肥量為施氮量180～225 kg/hm2，施磷量60～120 kg/hm2，施鉀量180～225 kg/hm2，北方葡萄的平均適宜比例為N∶P2O5∶K2O=1.4∶1.0∶2.1[18]。

不同地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境、葡萄品種、地表覆膜管理以及葡萄品質(zhì)等要素極大地影響水肥一體化的施肥量（表1）。干旱地區(qū)采用覆膜技術(shù)灌水量可減少2/3，總肥量也有一定的減少。雖然不同地域葡萄水肥的施加總量有所差異，但是對于葡萄生產(chǎn)的水肥四因素都有共同的特點(diǎn)，對葡萄產(chǎn)量的作用順序?yàn)槭┑?灌水量>施磷量>施鉀量;對葡萄糖度的作用順序?yàn)槭┝琢?施氮量>灌溉量>施鉀量;對葡萄VC含量的作用順序?yàn)槭┝琢?施氮量>施鉀量>灌溉量;對葡萄總酸度的作用順序?yàn)槭┑?施鉀量>灌溉量>施磷量。

1.4? ? 物聯(lián)網(wǎng)在水肥一體化中的應(yīng)用

隨著農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)組成中的傳感器和電子信息化物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展，故其可廣泛應(yīng)用于葡萄水肥一體化，為解決不同地區(qū)水肥施加量的差異提供切實(shí)可行的實(shí)時(shí)監(jiān)測和補(bǔ)給方案。通過電磁波技術(shù)測量土壤電磁反射或吸收能量水平，可對土壤結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測量，電化學(xué)方法可測量土壤中的某些離子[19]。這些傳感器可以準(zhǔn)確實(shí)時(shí)地獲取土壤水分、鹽分和養(yǎng)分信息，再通過單片機(jī)或者云端分析系統(tǒng)反饋給肥水控制系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)水肥一體化的動態(tài)平衡。目前，這類技術(shù)已經(jīng)在我國云南、廣西等高山地區(qū)葡萄產(chǎn)區(qū)陸續(xù)使用。

2? ? 葡萄園水肥一體化設(shè)施建設(shè)

葡萄園水肥一體化一般采用滴灌施肥，設(shè)施建設(shè)主要分三部分：一是建設(shè)園內(nèi)滴灌施肥首部系統(tǒng)，其包括水源、增壓泵、過濾器、施肥罐和注肥泵等設(shè)施;二是埋設(shè)輸水管道系統(tǒng)，輸水管道一般用PE管材質(zhì)，要埋設(shè)到地面以下80～100 cm，主管直通各栽植作業(yè)小區(qū)，支管沿工作道垂直于栽植行，并按栽植行安設(shè)毛管旁通與閥門以用于連接滴灌毛管;三是鋪設(shè)行間滴灌管（帶），按葡萄行鋪設(shè)滴灌管（帶），滴灌管（帶）經(jīng)過每株葡萄苗兩邊各打1個滴孔，完成整個滴灌水肥一體化系統(tǒng)[20]。

3? ? 葡萄水肥一體化操作的技術(shù)指導(dǎo)

3.1? ? 依據(jù)葡萄水分和養(yǎng)分消耗規(guī)律施肥

《葡萄水肥一體化養(yǎng)分管理技術(shù)》[21]和《世界肥料使用手冊》[22]中對葡萄養(yǎng)分的需求、吸收和移出量總結(jié)如下：若葡萄園全年的目標(biāo)產(chǎn)量為7～25 t/hm2，則需施純N 22～84 kg/hm2、P2O5 5～35 kg/hm2、K2O 41～148 kg/hm2、MgO 6～25 kg/hm2、CaO 28～204 kg/hm2、Fe 292～1 121 g/hm2、Mn 49～787 g/hm2、Zn 110～585 g/hm2、Cu 64～910 g/hm2、B 37～228 g/hm2;每生產(chǎn)1 000 kg葡萄需要帶走純N 3.2～3.4 kg、P2O5 0.7～1.4 kg、K2O 5.9～6.0 kg、MgO 0.9～1.0 kg、CaO 4.0～8.2 kg、Fe 41.7～44.8 g、Mn 7.0～31.5 g、Zn 15.7～23.4 g、Cu 9.1～36.4 g、B 5.3～9.1 g。依據(jù)上述結(jié)論，通過對本地葡萄園進(jìn)行土壤養(yǎng)分測試，可以估算出當(dāng)年的葡萄施肥需求量。研究表明，如果采用水肥一體化灌溉施肥，當(dāng)季氮、磷、鉀肥利用率分別可達(dá)70%～80%、40%～50%、80%～90%[23]。相較發(fā)達(dá)國家，我國水肥一體化灌溉施肥的水平低，水肥一體化灌溉施肥條件下的氮、磷、鉀肥的利用率分別為60%、40%、70%。若葡萄園全年目標(biāo)產(chǎn)量為30 t/hm2，那么大約需要施氮180 kg/hm2、磷120 kg/hm2、鉀255 kg/hm2、CaO 240 kg/hm2和MgO 30 kg/hm2才能滿足需求，同時(shí)根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況補(bǔ)充相應(yīng)的微量元素[20]。

3.2? ? 依據(jù)葡萄品種管理經(jīng)驗(yàn)施肥

目前，我國已對不同葡萄品種的養(yǎng)分需求進(jìn)行了研究[23-25]。由表2可知，每生產(chǎn)1 000 kg果實(shí)，紅地球、巨峰、峰后、雙優(yōu)、赤霞珠5個品種對氮、磷、鉀養(yǎng)分的需要量明顯高于世界平均水平，不同葡萄品種的肥料施用量可參考相應(yīng)的研究結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

3.3? ? 依據(jù)葡萄生長周期的養(yǎng)分吸收規(guī)律施肥

由表3可知，在葡萄不同生育期需求的養(yǎng)分種類和數(shù)量不同，不同品種之間也有所差異[23]。一是葡萄萌芽期，要及時(shí)施用氮肥，磷、鉀肥萌芽期至開花期施肥量占年總用量的14%～16%。二是從開花期至果實(shí)膨大期，應(yīng)施用氮、磷、鉀、鈣、鎂肥，施肥量分別占年總用量的14%、16%、11%、14%、12%。三是果實(shí)膨大期至轉(zhuǎn)色期，此時(shí)是養(yǎng)分最大吸收期，施用的氮、磷、鉀、鈣、鎂肥分別占年總用量的38%、40%、50%、46%、43%。開花期、坐果期和果實(shí)膨大期也是葡萄吸收微量元素最多的時(shí)期，此時(shí)主要通過葉面噴施微量元素鐵、錳、銅、鋅、硼等進(jìn)行補(bǔ)充。四是轉(zhuǎn)色期至采摘期，這一階段基本停止氮、磷肥的施用，進(jìn)一步補(bǔ)充鉀、鈣、鎂元素可以提高著色率，增加果實(shí)含糖量，提高果實(shí)品質(zhì)。五是采摘期后的施肥，又稱采果肥，由于葡萄采摘后是植株?duì)I養(yǎng)積累的關(guān)鍵時(shí)期，根系進(jìn)入生長高峰，這一時(shí)期施肥對于葡萄恢復(fù)樹勢、增加養(yǎng)分貯存、植株安全越冬以及翌年葡萄生長非常重要，應(yīng)該及時(shí)補(bǔ)充營養(yǎng)元素。因此，需要施用約占年總施肥量34%氮、28%磷、15%鉀以及22%的鈣和鎂[21]。

3.4? ? 根據(jù)葡萄的水分需求特點(diǎn)設(shè)計(jì)灌溉

葡萄整個生長周期的需水高峰依次為發(fā)芽前期和開花前期、新梢旺長期和幼果膨大期、果實(shí)膨大期和采果后期。在發(fā)芽前期和開花前期，如無雨水充分灌溉，應(yīng)使土壤濕度保持在田間持水量的65%～75%;新梢旺長期和幼果膨大期為葡萄的需水臨界期，此時(shí)的土壤濕度宜保持在田間持水量的75%～85%，這一時(shí)期的新梢生長最旺盛，根系對水分和營養(yǎng)狀況最敏感;果實(shí)迅速膨大期的土壤濕度應(yīng)保持在田間持水量的70%～80%，這一時(shí)期的果實(shí)迅速膨大，而且花芽大量分化，因而及時(shí)灌水對果實(shí)發(fā)育和花芽分化有重要意義;采果后期應(yīng)結(jié)合秋施底肥并充分灌溉，這有利于根系的發(fā)育和肥料的分解與吸收，為葡萄翌年的生長發(fā)育創(chuàng)造良好條件;在北方地區(qū)，葡萄園的土壤封凍前還需澆1次封凍水以增強(qiáng)抗寒能力[21]。

3.5? ? 通過灌溉系統(tǒng)施肥的注意事項(xiàng)

3.5.1? ? 監(jiān)測土壤。對于水肥一體化的葡萄園區(qū)，特別是大面積果園，應(yīng)適當(dāng)投入土壤監(jiān)測設(shè)備，以隨時(shí)了解土壤墑情，及時(shí)做出判斷及水分調(diào)令，平衡土壤酸堿度，穩(wěn)定栽培園區(qū)土壤性狀。先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測調(diào)節(jié)設(shè)備是土壤監(jiān)測設(shè)備的首選，條件不允許時(shí)也可以選用普通的手持式酸度計(jì)、張力計(jì)等。

3.5.2? ? 監(jiān)測管道輸出口的肥料溶液。灌溉施肥通?？刂品柿先芤旱腅C值為1～3 mS/cm或鹽分濃度為 1～3 g/L，相當(dāng)于稀釋350～1 000倍。加肥后溶液的最佳pH值為5.5～6.0，如果pH值<5.5則需要改變肥料溶液的組成。

3.5.3? ? 避免過量灌溉。灌溉量一般使深度20～40 cm的土層保持濕潤即可。田間采用張力計(jì)監(jiān)測土壤水分，以埋深20 cm的張力計(jì)讀數(shù)達(dá)到-15 kPa左右作為灌水下限，以灌水結(jié)束半天后埋深50 cm的張力計(jì)讀數(shù)為0時(shí)為灌水上限。

4? ? 我國未來葡萄水肥一體化的發(fā)展前景

4.1? ? 利用新技術(shù)突破傳統(tǒng)葡萄種植水肥一體化的瓶頸

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)是新一代信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的高度集成和綜合運(yùn)用，為葡萄水肥一體化的廣泛推廣提供了可能性。利用農(nóng)業(yè)傳感器、網(wǎng)絡(luò)互連和智能信息處理等遠(yuǎn)程智能操控農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備，如滴灌泵，肥料罐自動混配等作業(yè)調(diào)度，從而及時(shí)地對葡萄園水肥進(jìn)行合理管理。作為葡萄園水肥管理的技術(shù)核心，除了要完善物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備的研發(fā)，還需要針對不同地區(qū)、不同葡萄品種制訂與智能化管理相匹配的葡萄水肥數(shù)據(jù)模型。因此，在不同葡萄栽培地區(qū)，要開展不同的技術(shù)模式、水溶肥料、灌溉設(shè)備、監(jiān)測儀器等對比試驗(yàn)，進(jìn)一步摸索技術(shù)參數(shù)。

4.2? ? 熟化成型產(chǎn)品，降低農(nóng)民使用成本

熟化關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品，如滴灌管路等設(shè)備，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際和農(nóng)民需求，研發(fā)操控更為簡易的技術(shù)方案。利用人工合成新材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的塑料材料，降低產(chǎn)品價(jià)格，減少環(huán)境污染。著重研發(fā)防堵的微灌和施肥設(shè)備，減少田間投入或是延長耗材使用周期。

4.3? ? 完善水溶肥配方

開發(fā)適用于不同土壤和不同品種的葡萄專用水溶肥，并使價(jià)格趨于合理化，同時(shí)要保證減少其對滴灌管路的腐蝕性。微灌有機(jī)肥的品種繁多，與傳統(tǒng)固體有機(jī)肥相比，其實(shí)際利用率和對土壤有機(jī)質(zhì)提升貢獻(xiàn)率還是有所差異，如何研發(fā)新型全水溶有機(jī)肥，也是未來水溶肥研究的一項(xiàng)重要任務(wù)。

5? ? 參考文獻(xiàn)

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