水肥一體化技術(shù)在葡萄栽培中的應(yīng)用研究進(jìn)展

全國(guó)龍，黃春華，丁漢卿，李光玉，徐楊玉*

（1.茂名市粵美生物科技有限公司，廣東化州 525100；2.廣東省農(nóng)墾南亞熱帶作物科技中心，廣東廣州 510507；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東廣州 510642）

葡萄在我國(guó)已有2 000多年的栽培歷史，由于具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，種植區(qū)域幾乎遍布全國(guó)。葡萄屬于多年生藤本植物，相對(duì)于其他果樹(shù)有適應(yīng)性強(qiáng)、易栽培、收益快等特點(diǎn)。種植葡萄已成為很多農(nóng)戶增收致富的有效途徑[1]。新鮮葡萄果實(shí)含有多種人體需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如果糖、葡萄糖、有機(jī)酸、蛋白質(zhì)及維生素等，對(duì)維護(hù)人體健康有重要作用，飲用葡萄汁和葡萄酒具有降低血壓和消炎解暑的功效[2]。葡萄的品種繁多，成熟期也分早晚，而且葡萄具有一年多次結(jié)果的特性，在我國(guó)南方地區(qū)可以達(dá)到一年兩熟甚至三熟。由于葡萄的適應(yīng)性廣、有益身體健康及供應(yīng)期長(zhǎng)的特征，使其成為深受人們喜愛(ài)的水果品類之一。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中為了追求葡萄的高產(chǎn)，種植戶往往會(huì)過(guò)量施肥及灌溉，然而在干旱地區(qū)進(jìn)行田間灌溉的代價(jià)是昂貴的，尤其是我國(guó)北方葡萄種植區(qū)。而且過(guò)度施肥會(huì)導(dǎo)致農(nóng)田地下水硝酸鹽水平增高，帶來(lái)巨大的環(huán)境挑戰(zhàn)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展及能源消耗逐漸加快，可持續(xù)地生產(chǎn)出營(yíng)養(yǎng)產(chǎn)品是保證人類健康和環(huán)境良好的關(guān)鍵。通過(guò)引進(jìn)高產(chǎn)優(yōu)良作物品種、測(cè)土配方施肥、節(jié)水灌溉及無(wú)公害栽培等優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效栽培技術(shù)，并采用商品化標(biāo)準(zhǔn)處理果品，切實(shí)地提高果品品質(zhì)和產(chǎn)量，提升果品國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

基因組學(xué)育種是未來(lái)提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要方式，能達(dá)到平衡抗病和高產(chǎn)的目的，確保葡萄品質(zhì)安全和產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，但對(duì)作物營(yíng)養(yǎng)和水分的管理要求也會(huì)更高[3]。為了實(shí)現(xiàn)葡萄種植產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，在選好葡萄品種的基礎(chǔ)上，科學(xué)施肥是實(shí)現(xiàn)壯樹(shù)、生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高檔果品的重要技術(shù)措施，這就要求種植戶正確施肥[4]。土壤為植物生長(zhǎng)所提供的養(yǎng)分是有限的，所以施肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要手段。在旱地和有限的灌溉條件下，肥是開(kāi)發(fā)水分系統(tǒng)生產(chǎn)力的激活劑，水是肥效發(fā)揮的關(guān)鍵，二者互為制約，又互相促進(jìn)。通過(guò)“以水調(diào)肥、以肥控水”的水肥一體化技術(shù)來(lái)提高葡萄水肥利用效率，能夠減少土壤和地下水污染，達(dá)到節(jié)本增效的目的，是我國(guó)葡萄產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必經(jīng)之路。

1 葡萄需水規(guī)律

在葡萄種植生產(chǎn)過(guò)程中，水是決定收成的重要因素之一。水分參與葡萄生長(zhǎng)過(guò)程中的呼吸作用、光合作用、干物質(zhì)的積累與分解等生理活動(dòng)，也是葡萄吸收和運(yùn)輸營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的溶劑。葡萄的水分利用效率、產(chǎn)量和品質(zhì)是對(duì)土壤水分分布、生理指標(biāo)和水分關(guān)系的綜合響應(yīng)。葡萄在早春萌芽期、新梢生長(zhǎng)期和果實(shí)膨大期需要有充足的水分供應(yīng)，一般土壤含水量在60%～75%較適宜；葡萄果實(shí)膨大期后可采用適當(dāng)?shù)乃置{迫抑制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、促進(jìn)生殖生長(zhǎng)，一般土壤含水量在50%～60%；葡萄漿果成熟期減少水分供應(yīng)可提高果實(shí)中的糖分含量，增加采收時(shí)固形物的含量，提高儲(chǔ)存時(shí)間，輕微的水分脅迫有利于提高葡萄的品質(zhì)，土壤含水量保持在45%～50%較適宜[5]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中用灌溉來(lái)保證葡萄的水分供應(yīng)，傳統(tǒng)的葡萄灌溉采用的是大水漫灌、溝灌等方式，一次性灌水量很大，灌溉間隔要幾天甚至幾周。

2 葡萄需肥規(guī)律

葡萄作為多年生果樹(shù)，從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)到生殖生長(zhǎng)養(yǎng)分需求量的變化極大。礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)是葡萄種植的基本要素和提高其產(chǎn)量的重要保證，由于葡萄植株在不同時(shí)期對(duì)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的吸收和需求不同，導(dǎo)致其在葡萄樹(shù)體內(nèi)存在元素特異性、器官特異性和季節(jié)特異性[6]。葡萄生長(zhǎng)依靠根系對(duì)養(yǎng)分和水分的吸收，吸收效率與根系的長(zhǎng)度和密度有關(guān)。

葡萄種植施入土壤的養(yǎng)分包括有機(jī)養(yǎng)分和無(wú)機(jī)養(yǎng)分兩種，有機(jī)養(yǎng)分以有機(jī)肥為主，無(wú)機(jī)養(yǎng)分以復(fù)合肥為主，其中有機(jī)肥的施入量占比較大。一般在建園初期，由于土壤肥力較差，有機(jī)肥每年用量約5 t/667 m2，隨著土壤肥力的提高，每年的施入量逐漸減少。

1）葡萄萌芽后就開(kāi)始吸收氮素，到開(kāi)花期吸收的氮素量約為全年的1/2，因此，前期應(yīng)施入較多的氮肥供應(yīng)葡萄生長(zhǎng)。2）葡萄開(kāi)始吸收磷素是在樹(shù)液流動(dòng)期，從萌芽到果實(shí)膨大，對(duì)磷的吸收量逐漸增加，在果實(shí)膨大期吸收量達(dá)到高峰，葡萄對(duì)磷的吸收量要少于對(duì)氮、鉀的吸收量[7]。3）葡萄屬于喜鉀果樹(shù)，在萌芽展葉時(shí)吸收鉀元素，一直持續(xù)到果實(shí)成熟。葡萄果實(shí)膨大期對(duì)鉀的需求量較大，此時(shí)鉀供應(yīng)充足對(duì)葡萄的品質(zhì)有積極作用。4）葡萄對(duì)鈣的需求量較大，一般存在于葉片中，由于鈣在葡萄植株體內(nèi)的移動(dòng)性弱，一般在老葉中含量多，因此，補(bǔ)充鈣肥對(duì)葡萄新葉的正常生長(zhǎng)顯得尤為重要。5）鎂不同于鈣，在葡萄植株體內(nèi)移動(dòng)性較強(qiáng)，主要分布于葡萄幼嫩部位，但是葡萄一旦出現(xiàn)缺鎂癥狀就很難恢復(fù)，因此，鎂肥的施用應(yīng)在前期供應(yīng)。6）要保證葡萄植株的正常生長(zhǎng)，不僅需要大量、中量元素的供應(yīng)，還需要微量元素的提供。由于微量元素用量較少，一般通過(guò)葉面噴施進(jìn)行補(bǔ)充。

3 水肥一體化技術(shù)

水肥一體化是根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段的需肥、需水狀況對(duì)水肥供應(yīng)進(jìn)行綜合調(diào)控和管理，達(dá)到以水促肥、以肥調(diào)水的效果，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田水分和養(yǎng)分利用率提高的一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)。水肥一體化技術(shù)又稱灌溉施肥，借助管道系統(tǒng)使水肥同步管理和水肥高效利用。

有報(bào)道稱使用水肥一體化技術(shù)可以達(dá)到節(jié)水節(jié)肥的效果，在不影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)的條件下能夠提高水分利用效率和顯著減少肥料的施入量。水肥一體化技術(shù)能夠保證養(yǎng)分的全面供應(yīng)，將作物生長(zhǎng)必需的養(yǎng)分全部施入土壤中，使養(yǎng)分均衡[8]。且水肥一體化技術(shù)具有節(jié)省人工、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，可以在沙化、鹽堿、丘陵等無(wú)法用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的土壤上栽種作物，提高土地利用率[9-10]。

4 水肥一體化技術(shù)在葡萄種植中的應(yīng)用現(xiàn)狀

早期葡萄種植過(guò)程中，灌溉和施肥是分開(kāi)進(jìn)行的，灌溉一般采用大水漫灌等方式，施肥主要采用撒施、穴施等方法，水肥利用效率低。20世紀(jì)70年代，滴灌技術(shù)開(kāi)始在果園進(jìn)行試驗(yàn)，隨后水肥一體化技術(shù)也開(kāi)始發(fā)展，且該技術(shù)最早就是在葡萄園中進(jìn)行試驗(yàn)研究[11]。

4.1 水肥一體化技術(shù)在我國(guó)葡萄種植中的應(yīng)用

農(nóng)田水肥利用率低、肥力不足、水土資源惡化等是限制我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題。灌溉施肥作為一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高效的水肥利用新技術(shù)，可以通過(guò)噴水帶、滴灌帶、微噴等方式進(jìn)行，不同的灌溉施肥方式對(duì)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)有不同的作用效果[12]。我國(guó)在20世紀(jì)90年代才開(kāi)始進(jìn)行水肥一體化研究，主要是滴灌施肥，經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展和推廣，在我國(guó)葡萄種植中已有一定的推廣面積，但關(guān)于這方面的文獻(xiàn)報(bào)道也是最近幾年才開(kāi)始逐漸增多。例如，王銳等研究發(fā)現(xiàn)，采用內(nèi)鑲式滴灌帶用鐵絲鉤分別掛在葡萄種植行兩側(cè)的下層鐵絲上，在節(jié)水50%的基礎(chǔ)上，促進(jìn)了釀酒葡萄新枝的生長(zhǎng)，增加了葉片磷素、葉柄氮素和鉀素含量積累，顯著增加了果實(shí)可溶性固形物及維生素C含量，降低了總酸度；在滴灌條件下，增施中量營(yíng)養(yǎng)元素和腐殖酸對(duì)賀蘭山東麓釀酒葡萄生產(chǎn)和產(chǎn)量品質(zhì)有巨大促進(jìn)作用[13]。魏延珍等報(bào)道，以3年生紅地球葡萄為試材，栽培方式為壟栽，采用膜下滴灌的方式，在葡萄不同生長(zhǎng)時(shí)期（萌芽期、開(kāi)花前、果實(shí)膨大期、果實(shí)著色期）施不同比例的復(fù)合肥。試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同生長(zhǎng)發(fā)育期，葡萄樹(shù)體對(duì)養(yǎng)分需求有所差異，T3施肥方式（萌芽期N、P2O5、K2O每 667 m2施用量為 5 kg、1 kg、1 kg，施肥 1 次；開(kāi)花前N、P2O5、K2O每667 m2施用量為2 kg、1 kg、1 kg，施肥1次；果實(shí)膨大期N、P2O5、K2O每667 m2施用量為1 kg、2 kg、2 kg，施肥4次；果實(shí)著色期N、P2O5、K2O每667 m2施用量為1 kg、2 kg、2 kg，施肥1次）可顯著增加新梢長(zhǎng)度、莖粗、單粒質(zhì)量和產(chǎn)量等指標(biāo)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、簡(jiǎn)化、高效的目的[14]。

水資源短缺是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展面臨的主要問(wèn)題之一，水肥一體化技術(shù)的推廣和應(yīng)用能有效解決此問(wèn)題。就目前來(lái)說(shuō)，水肥一體化技術(shù)在葡萄種植領(lǐng)域的應(yīng)用推廣還有很多問(wèn)題，包括設(shè)備、技術(shù)要求、國(guó)家資金的投入力度等，因此水肥一體化技術(shù)在我國(guó)的推廣使用率不高。

4.2 水肥一體化技術(shù)在國(guó)外葡萄種植中的應(yīng)用

國(guó)外水肥一體化技術(shù)起步早，在發(fā)達(dá)國(guó)家和水分短缺的國(guó)家應(yīng)用較為成熟，如美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在20世紀(jì)90年代投入大量資金研發(fā)水肥一體化技術(shù)，節(jié)水節(jié)肥效果顯著，氮肥、磷肥用量分別下降約30%和50%，而且已形成一套完善的技術(shù)體系；在以色列，該技術(shù)幾乎應(yīng)用于所有作物栽培，以色列的葡萄園幾乎均采用灌溉施肥進(jìn)行水肥管理。

在國(guó)外，很多葡萄園位于干旱地區(qū)，土壤和空氣中的水分較少，需要提高水分的利用效率，通過(guò)水分虧缺狀態(tài)下基因和蛋白質(zhì)等多種代謝過(guò)程的響應(yīng)來(lái)調(diào)控葡萄漿果成長(zhǎng)，以此來(lái)確保葡萄漿果的質(zhì)量不會(huì)降低。例如，智利大量使用灌溉施肥技術(shù)種植赤霞珠葡萄，可以提高葡萄的果皮和果肉的比值，增加可溶性固形物含量，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。通過(guò)優(yōu)化葡萄不同生長(zhǎng)階段水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)的組成及濃度，降低漿果轉(zhuǎn)色期莖尖對(duì)漿果的養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)，促進(jìn)果實(shí)中的養(yǎng)分快速積累，使果實(shí)上色好、品質(zhì)好[15]。

5 展望

水肥一體化技術(shù)研究以實(shí)現(xiàn)精確控制為手段，以充分突出利用現(xiàn)代高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)農(nóng)田灌溉施肥技術(shù)進(jìn)行改造為特點(diǎn)，達(dá)到作物優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的同時(shí)顯著提高作物水肥利用效率的目標(biāo)[16]。

葡萄是最適合使用水肥一體化種植的果樹(shù)，以色列、美國(guó)的葡萄園幾乎均采用水肥一體化技術(shù)進(jìn)行水肥管理。另外，相對(duì)于國(guó)外技術(shù)水平，我國(guó)葡萄栽培發(fā)展水肥一體化技術(shù)起步晚，目前雖有一些自主產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和產(chǎn)品，但高精尖的智能灌溉施肥設(shè)備仍然以進(jìn)口為主。我國(guó)葡萄栽培中的水肥一體化技術(shù)形式比較單一，技術(shù)含量低，大型過(guò)濾器和大容積施肥灌溉等裝置尚欠缺；同時(shí)，水肥一體化技術(shù)在葡萄種植中的推廣尚未得到足夠重視，還缺乏與水肥一體化設(shè)備相適應(yīng)的葡萄水分養(yǎng)分管理技術(shù)知識(shí)體系，包括灌溉施肥制度、可溶性肥料研發(fā)技術(shù)、葡萄養(yǎng)分診斷技術(shù)及配套的葡萄水分養(yǎng)分檢測(cè)、土壤-葡萄水分信息傳遞反饋技術(shù)等。