河北葡萄主產(chǎn)區(qū)施肥與灌溉方式及移動水肥效果分析

賈聰，孫卓玲，汪新穎，尹興，吉艷芝，張麗娟

(1河北農(nóng)業(yè)大學 資源與環(huán)境學院，河北 保定 071000；2北京首新航空地面服務有限公司，北京 101300；3河北省涿州市刁窩鎮(zhèn)人民政府，河北 涿州 072750；4河北經(jīng)貿(mào)大學，河北 石家莊 050061)

葡萄(VitisvinfersL.)作為世界“四大水果”之一，在世界各地廣泛種植，葡萄是我國重要的栽培果樹，截止2017年底我國種植面積位居世界第二[1]。河北省是我國葡萄種植大省，在葡萄產(chǎn)業(yè)中占有重要地位，其主要產(chǎn)區(qū)有懷來縣、涿鹿縣和昌黎縣[2-3]。

施肥方式對果樹養(yǎng)分吸收利用至關重要，合理施肥是獲得較高的目標產(chǎn)量最有效的手段之一[4]。撒施氮肥覆在土壤表層，會造成嚴重的氨揮發(fā)損失，Baobao等研究表明，全球范圍內(nèi)有18%的氮肥以氨揮發(fā)的形式損失[5]。灌溉方式和灌水量影響作物的產(chǎn)量與品質(zhì)[6]。張興國等研究表明大棚內(nèi)滴灌施肥較傳統(tǒng)溝灌，可以顯著提高葡萄產(chǎn)量改善品質(zhì)[7]。朱浩等研究表明在一定的灌水范圍內(nèi)，減少灌水量可以提高葡萄可溶性固形物含量，過多的灌水會降低葡萄Vc含量[8]。移動水肥技術是中國最常見簡單意義上的簡易水肥一體化方式，即根際注射施肥。其工作原理是利用果園噴藥機將肥料溶解到灌溉水中，經(jīng)過壓力泵，通過管道用施肥槍將水肥注入作物根部[9]。移動水肥技術可提高果實的產(chǎn)量和品質(zhì)，張林森等研究表明，采用移動水肥較開溝施肥可提高氮素吸收率，蘋果單株產(chǎn)量和品質(zhì)顯著提高[10]。孫卓玲在鮮食葡萄上研究表明，移動水肥較傳統(tǒng)灌溉產(chǎn)量提高了22.69%，糖度和Vc含量顯著提高，節(jié)本增效明顯[11]。

近年來，傳統(tǒng)水肥管理弊端日益凸顯：施肥方式不規(guī)范、灌溉用水較多、灌溉方式不合理等，已經(jīng)成為制約河北省葡萄園持續(xù)健康發(fā)展的因子，王探魁等2011年對河北省葡萄水肥管理方式進行了初步探索[12]，本研究是在前人研究的基礎上進一步解析河北葡萄主產(chǎn)區(qū)施肥方式、灌溉特征，進而通過田間試驗分析比較移動水肥技術對葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，以期為河北省葡萄水肥高效利用及產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

施肥灌溉方式調(diào)研在河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)開展。懷來縣、涿鹿縣屬冀西北葡萄產(chǎn)區(qū)，位于河北懷涿盆地，年均溫為8 ℃，絕對最高溫為42 ℃，絕對最低溫-26 ℃。晝夜溫差較大，生長季節(jié)平均 12.5 ℃，大于10 ℃的有效積溫為 3 500 ℃左右，年均降雨量420～480 mm，無霜期120～160 d。昌黎縣屬冀東北葡萄產(chǎn)區(qū)，也稱燕山南麓產(chǎn)區(qū)，年均溫12 ℃左右，平均最高溫24.2 ℃，最低溫-4.6 ℃，大于 10 ℃的積溫 3 960 ℃，年降水量 700 mm左右，無霜期175～190 d。

釀酒葡萄移動水肥田間試驗分別在昌黎產(chǎn)區(qū)、定州市黃家酒莊開展。定州位于太行山東麓，屬溫帶-暖溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候，年均溫12.4 ℃，年際間氣溫差異不大。年均降水量為503.2 mm，年均蒸發(fā)量為1 910.4 mm，年均日照2 611.9 h。黃家酒莊自1983年開始種植釀酒葡萄至今已有36 a的葡萄種植歷史， 葡萄栽植面積80 hm2。

1.2 試驗方法

1.2.1 調(diào)研內(nèi)容與方法 于2011、2014、2018年，在河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)的張家口涿鹿縣、懷來縣以及秦皇島昌黎縣，按照“一縣三鎮(zhèn)三村五戶”的原則，隨機選取總計345個果園，發(fā)放調(diào)查問卷，對其進行1 a的跟蹤調(diào)查，不定期與園主聯(lián)系或?qū)嵉乜疾臁?/p>

調(diào)研分為鮮食葡萄、釀酒葡萄兩大類，分別對其施肥方式、灌溉方式、水肥一體化應用進行統(tǒng)計，進而構建葡萄主產(chǎn)區(qū)施肥方式、灌溉方式數(shù)據(jù)庫。對不同區(qū)縣以3個年度的整體數(shù)據(jù)，以及河北省不同年度間的數(shù)據(jù)進行分析。

調(diào)研中滴灌設備由蓄水池、壓力泵、過濾器、滴灌管組成，將灌溉水儲存在水池中通過壓力泵增壓，將水輸送到滴灌管中，然后通過小孔滲出進行灌溉。

1.2.2 移動水肥技術田間試驗

1.2.2.1 試驗方案 鮮食葡萄試驗在昌黎耿氏酒堡進行供試作物品種為“紅地球”，2017年4月開始，2018年12月結束。釀酒葡萄試驗在定州黃家酒莊進行,供試作物品種為 “赤霞珠”，2018年10月開始，2019年10月結束。試驗設置2個處理：傳統(tǒng)水肥管理(傳統(tǒng)灌溉施肥)，移動水肥管理(傳統(tǒng)灌溉+根際施肥)。每個處理8株，3次重復，隨機排列。

根際施肥是將肥先溶于噴藥筒中，通過動力泵增壓，經(jīng)過管道，將液體輸送到施肥槍，槍頭插入土壤中，通過控制開關分別將水肥注入到地下，施肥位置距葡萄根部30 cm深度為20 cm，均勻的施入寬度為25 cm的施肥區(qū)域內(nèi)。鮮食葡萄傳統(tǒng)水肥氮磷鉀投入量分別為N 664 kg/hm2、P2O5315 kg/hm2和K2O 535 kg/hm2，灌溉量為3 640 m3/hm2。移動水肥氮磷鉀投入量分別為N 413 kg/hm2、P2O5315 kg/hm2和K2O 535 kg/hm2，灌溉量為2 184 m3/hm2。釀酒葡萄傳統(tǒng)水肥氮磷鉀投入量分別為N 351 kg/hm2、P2O5146 kg/hm2和K2O 210 kg/hm2，灌溉量為3 960 m3/hm2。移動水肥氮磷鉀投入量分別為N 154 kg/hm2、P2O5146 kg/hm2和K2O 210 kg/hm2，灌溉量為2 376 m3/hm2。

1.2.2.2 產(chǎn)量與品質(zhì)的測定 產(chǎn)量采用實時測產(chǎn)法測定；可溶性固形物采用手持式糖酸一體機(PAL-BX ACID5)測定；可溶性糖采用3，5-二硝基水楊酸法測定；可滴定酸采用NaOH滴定法測定(酒石酸計算)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用SASS17.0、Excel2003等軟件進行數(shù)據(jù)的方差分析和統(tǒng)計分析。

施密特觸發(fā)器74HC1和L298構成電動機控制模塊，用來調(diào)整小車的轉向，加速，減速等姿態(tài)控制.如圖6所示。L298是一種兩相和四相電機的專用驅(qū)動器，內(nèi)部有兩個全雙橋的H型驅(qū)動電路，不僅可以接受標準TTL信號，而且可以驅(qū)動46V、2A以下的電動機[4]。使用施密特觸發(fā)器74HC14是為了節(jié)省兩個輸入輸出端口，用使能端ENA和ENB來控制電機的啟停，也可以輸入PWM波控制電機的轉速[5]。L298的邏輯功能如表1所示。

2 結果與分析

2.1 主產(chǎn)區(qū)葡萄施肥方式

2.1.1 鮮食葡萄 主產(chǎn)區(qū)內(nèi)鮮食葡萄主要有兩大施肥方式撒施和溝施，結果見圖1。

圖1 河北鮮食葡萄主產(chǎn)區(qū)施肥方式比較Figure 1 Comparison of fertilization methods in the main grape production areas of Hebei

由圖1可知，懷來以溝施為主占比50%，其次為撒施占比24%。涿鹿和昌黎以撒施為主，分別占比51%、68%，其次為溝施分別占比40%、32%；懷來縣存在深溝施(據(jù)地面高度50 cm)、穴施和沖施的施肥方式分別占比16%、7%、2%。涿鹿縣有9%農(nóng)戶采用穴施，昌黎縣除撒施和溝施外未發(fā)現(xiàn)其他的施肥方式。

2.1.2 釀酒葡萄 主產(chǎn)區(qū)內(nèi)釀酒葡萄施肥方式存在撒施和溝施兩大施肥方式，結果見圖2。

圖2 河北主產(chǎn)區(qū)釀酒葡萄施肥方式比較Figure 2 Comparison of fertilization methods for wine grapes in Hebei main producing areas

由圖2可知，懷來、涿鹿和昌黎溝施占比最大，分別為46%、45%、61%；其次為撒施，分別占比33%、41%、37%。懷來除撒施和溝施外還存在深溝施、穴施和沖施，分別占比為15%、3%、3%。涿鹿除撒施和溝施外，還存在穴施和沖施分別占比9%、5%，昌黎有2%區(qū)域采用沖施。

2.1.3 施肥方式變化 河北主產(chǎn)區(qū)鮮食、釀酒葡萄施肥方式比例的綜合數(shù)據(jù)顯示見圖3。

圖3 河北主產(chǎn)區(qū)鮮食、釀酒葡萄施肥方式比例Figure 3 Proportion of fertilizing methods for fresh and wine grapes in main producing areas of Hebei

由圖3可知，鮮食葡萄以撒施為主占比49%；其次為溝施，占比40%；深溝施、穴施和沖施分別占比為5%、5%、4%。釀酒葡萄以溝施為主，占比49%；其次為撒施占比36%；深溝施、穴施和沖施分別占比8%、4%、3%。由此可得，主產(chǎn)區(qū)內(nèi)葡萄施肥方式主要為撒施和溝施，存在少量深溝施、穴施、沖施。

撒施和溝施兩大施肥方式年度間變化見圖4。

圖4 河北省葡萄主要施肥方式年度變遷Figure 4 Annual changes of main fertilization methods for grapes in Hebei Province

由圖4可以看出，鮮食葡萄在2011、2014年溝施占比較大，且2014年較2011年提高了55.54%， 2018年較2014年降低了62.96%。撒施變化為2014年較2011年降低了20.50%，2018年較2014年占比翻倍。釀酒葡萄施肥方式變化與鮮食葡萄類似。2011年、2014年以溝施為主，2014年較2011年提高了27.37%，2018年較2014年降低49.14%。撒施變化為2014年較2011年降低了26.13%，2018年較2014年占比翻倍。

2.2 主產(chǎn)區(qū)葡萄灌溉方式

表1 河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)各縣域不同灌溉方式的比例

Table 1 Irrigation methods of counties in the main grape producing areas of Hebei Province %

區(qū)域Region溝灌Furrow irrigation漫灌Flood irrigation滴灌Drip irrigation懷來縣53461昌黎縣3925涿鹿縣363628河北省335116

由表1可知，懷來縣溝灌、漫灌和滴灌所占比例分別為53%、46%、1%；昌黎縣漫灌占比為92%，滴灌僅占5%，溝灌最小占比3%；涿鹿縣溝灌和漫灌占比均為36%，滴灌占比28%。

2.2.2 灌溉方式變化 河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)內(nèi)鮮食與釀酒葡萄灌溉方式年度間變化趨勢相同結果見圖5、圖6。

圖5 河北省鮮食葡萄灌溉方式年度變化Figure 5 Annual changes of irrigation methods for fresh grapes in Hebei Province

圖6 河北省釀酒葡萄灌溉方式年度變化Figure 6 Annual changes of irrigation methods for wine grapes in Hebei Province

2014年較2011年鮮食、釀酒葡萄溝灌與滴灌占比均有所增加，分別為11.29%、10.76%和76.14%、35.94%；漫灌占比則有所降低，分別減少21.76%、22.32%。2018年與2014年相比鮮食、釀酒葡萄溝灌與滴灌占比均有所下降分別為25.46%、41.81%和94.91%、46.67%，漫灌占比分別增加了63.57%、73.33%。

2.3 水肥一體化技術應用狀況

河北葡萄主產(chǎn)區(qū)葡萄種植面積及水肥一體化應用情況見表2。

表2 河北葡萄主產(chǎn)區(qū)葡萄種植面積及水肥一體化應用面積Table 2 Grape planting area and integrated application area of water and fertilizer in the main grape producing areas of Hebei

由表2可得，在河北葡萄主產(chǎn)區(qū)內(nèi)該技術未得到很好地推廣應用，懷來縣葡萄種植面積為1.33×104hm2，應用水肥一體技術的種植面積僅為20.01 hm2，占總種植面積的0.15%，且該技術全部應用在釀酒葡萄上。涿鹿縣葡萄的總種植面積為1.20×104hm2，而采用水肥一體化技術的種植面積僅有53.36 hm2占總種植面積的0.45%，以鮮食葡萄為主，占應用面積的62.5%，釀酒葡萄占37.5%。昌黎縣葡萄種植總面積為0.33×104hm2，水肥一體化應用面積為13.34 hm2，占總種植面積的0.40%，該技術也是主要應用于鮮食葡萄，占總種植面積的90%。

2.4 移動水肥對葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

2.4.1 產(chǎn)量與品質(zhì) 移動水肥較傳統(tǒng)水肥處理對葡萄產(chǎn)量品質(zhì)影響如表3所示。

表3 不同施肥處理對鮮食葡萄產(chǎn)量與品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different fertilization treatments on yield and quality of fresh grapes

由表3可知，鮮食葡萄產(chǎn)量提高16.73%，釀酒葡萄產(chǎn)量提高7.69%，表明移動水肥技術可增加葡萄產(chǎn)量；鮮食葡萄中可溶性固形物、可滴定酸均有所提高分別增加了8.09%、4.41%，釀酒葡萄中可溶性糖，可滴定酸，糖酸比均有所提高分別為2.59%，1.30%，2.34%，這表明該處理下提高了果實中糖含量、增加了葡萄甜度以及改善了葡萄品質(zhì)。

2.4.2 節(jié)本增效 移動水肥節(jié)本增效情況見表4。

表4 移動水肥節(jié)本增效Table 4 Cost-saving and efficiency improvement by mobile water and fertilizer 元/hm2

如表4所示，移動水肥技術降低了肥料用量和灌水量，鮮食葡萄上采用移動水肥技術較傳統(tǒng)水肥分別節(jié)約肥料、灌水成本1 197.6元/hm2、291.2元/hm2，增收12 434.01元/hm2，節(jié)本增效達13 922.8 元/hm2。釀酒葡萄較傳統(tǒng)水肥分別節(jié)約肥料、灌水成本728.04元/hm2、317元/hm2，增收3 552.5 元/hm2，節(jié)本增效達到4 597.5元/hm2。

3 討論

施肥是果園管理中的重要環(huán)節(jié)，提高肥料利用效率與施肥方式密切相關。根層施肥可以有效的提高作物對肥料的利用率，與根系密度和肥料對根系活力的提高有關[13]。據(jù)汪新穎等在懷來縣的研究表明，鮮食葡萄溝施最佳深度為距地表20 cm[14]。孫權等在賀蘭山東麓對釀酒葡萄的研究表明，中層施肥(40 cm)產(chǎn)量最高，品質(zhì)最優(yōu)[15]。王平凡等研究表明在距地表30 cm處施肥紅地球葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)達到最佳[16]?？梢娫谄咸咽┓蔬^程中應采用溝施的施肥方式，且施肥深度應在20～40 cm之間。而在本研究過程中發(fā)現(xiàn)河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)施肥方式多樣，產(chǎn)區(qū)內(nèi)鮮食葡萄以撒施為主，釀酒葡萄以溝施為主且都存在少量的深溝施、穴施、沖施。施肥方式在年度間變化較大，鮮食葡萄與釀酒葡萄變化趨勢一致，并且施肥方式的選擇受經(jīng)濟利益的驅(qū)動，2011年到2014年初葡萄整體價格持續(xù)增長[17]，價格上升導致農(nóng)民多采用溝施的施肥方式，溝施雖投入大量勞動力成本但葡萄價格的增長可帶來更高的經(jīng)濟收入，因此2014年溝施比例有所增加；但在2014年至2017年葡萄價格整體呈下降趨勢[17]，利潤的降低迫使農(nóng)民在2018年間采用撒施的施肥方式來節(jié)約成本，且在調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)往年的調(diào)研對象已從葡萄種植改為小麥玉米等大田作物種植，可以從側面反應葡萄管理模式經(jīng)濟成本高，需要改善。

水分對肥料供應至關重要，不同的灌溉方式對果實產(chǎn)量與品質(zhì)有不同的影響。陸超等研究發(fā)現(xiàn)，蘋果溝灌較漫灌相比能夠顯著增加新梢長度，且在果實品質(zhì)上具有明顯的優(yōu)越性[18]。相對于溝灌與漫灌，滴灌不僅可以節(jié)約灌水還能提高產(chǎn)量改善葡萄品質(zhì)，杜軍等研究均表明滴灌在節(jié)水50%的條件下，具有提高產(chǎn)量改善品質(zhì)的效果[19]。本研究數(shù)據(jù)顯示，河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)內(nèi)溝灌、漫灌和滴灌占比分別為33%、51%、16%，表明主產(chǎn)區(qū)果農(nóng)對溝灌的優(yōu)點有一定的認知，而滴灌應用面積較低與其前期費用投入有關。鮮食、釀酒葡萄灌溉方式年度間變化一致，隨著2011-2014年葡萄價格的持續(xù)增加，2014年溝灌與滴灌占比也有所增加，2014年后葡萄因價格走低又恢復了漫灌的灌溉方式，經(jīng)濟上的調(diào)控與節(jié)水設施的推廣有很大的關系[17]。節(jié)水灌溉技術的推廣涉及經(jīng)濟、社會、技術和管理等諸多方面，其中制度建設最為關鍵，通過頂層制度杠桿撬動農(nóng)民采納節(jié)水灌溉技術，才能促使漫灌農(nóng)業(yè)向節(jié)水型農(nóng)業(yè)轉型。

水肥供給對作物生長發(fā)育起著決定性作用，兩者既相互促進也相互制約。合理的水肥管理模式可提高作物水肥利用效率。李佳等研究表明根層施肥可有效提高肥料利用率，與根系密度和肥料對根系活力有關，將氮肥施入細根區(qū)可有效提高氮素利用率，腐殖酸的添加可有效的改善葡萄品質(zhì)[20]。Medrano等認為適度灌溉也可以在一定程度上提高葡萄產(chǎn)量，適度水分脅迫可提高葡萄品質(zhì)[21]。采用的移動水肥技術可將肥料直接輸送到葡萄根區(qū)而提高肥料利用效率，適度的灌水提高對灌溉水的利用。移動水肥技術應用可節(jié)約水肥投入降低成本，提高產(chǎn)量增加收入。

4 結論

河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)內(nèi)存在撒施和溝施兩大施肥方式，鮮食葡萄以撒施為主，釀酒葡萄以溝施為主；且年度間變化較大2014年較2011年溝施占比增加，撒施占比降低，2018年較2014年撒施占比增加溝施占比降低。

灌溉方式主要為溝灌與漫灌，且年度間變化較大。2014年較2011年溝灌與滴灌占比均有所增加，漫灌占比降低，2018年與2014年相比漫灌占比增加，溝灌與滴灌占比下降。水肥管理模式年度間差異較大，或受葡萄市場價格的波動影響。主產(chǎn)區(qū)水肥一體化技術應用面積僅占葡萄種植面積的0.45%。

采用移動水肥技術可提高葡萄產(chǎn)量，改善葡萄品質(zhì)，節(jié)本增收效果顯著。綜上所述，河北葡萄主產(chǎn)區(qū)水肥管理方式不統(tǒng)一，而移動水肥技術可以實現(xiàn)節(jié)本增收，具有推廣應用前景。