灌溉施肥技术本站原创佚名2015年06月12日

摘要：果园滴灌正在世界范围内快速发展。水资源短缺、对地下水污染的保护和产量的显著提高是滴灌快速增长的主要原因。部分湿润土壤和控制水分向深层的渗漏显著提高了灌溉的效率。最近技术上的进步可以保证维持恒定的灌溉土壤体积，在此范围内，从灌溉点至湿润区边缘存在一个水势和养分梯度。由于水分和养分的吸收分别是土壤水势和养分浓度的函数，在任何给定的环境条件下，根系的某些部分一定存在最佳吸收速率。空气浓度梯度也同水势和养分一样。空气梯度的存在维持了高的水分有效性且不影响根系的通气。由于根系吸收水分、养分和氧气的相对能力，滴灌下整个根系的功能比常规灌溉的根系可以更有效发挥。生理性的根系限制效应通过频繁的分支诱导出大量的细根。结果吸收水分和营养的相对表面积增加数倍。根尖的大量增加又促进了激素的产生（如赤霉素和细胞分裂素）。这是根系限制条件下促进花芽分化的证据。水处理和过滤技术已经得到改进，地表和埋深滴灌的堵塞也已最小化，适宜灌溉用水的范围也扩大了。

滴灌的概念和原理

过去30年引入局部灌溉（滴灌和微喷灌）已证明，一些在常规灌溉中普遍应用的原理并不一定符合微灌溉，还可能会限制果树的生产。这些不同之处包括：1、水分的不均匀分布及其与水分有效性的关系；2、水分的有效性和土壤通气的关系；3、养分的不均匀分布；4、根系的不均匀分布及其根系限制的生理作用。和微喷相比，滴灌系统最适宜代表局部灌溉的原理和概念。下面的讨论集中在滴灌上。

水分和水分有效性的不均匀分布：滴头下水分的分布形成一个灯泡形状的区域，大部分的灌溉土壤是在土表以下。湿润区的宽度主要由土壤的导水率确定，而深度则是饱和导水率和重力的函数。由于这个原因，通常水分分布垂直轴要比水平轴长。水平和垂直长度的比例和土壤导水率成正相关。质地细的土壤这个比例较高。由于水分是不均匀分布，在滴头处和灌溉土壤的边缘永远存在一个水分梯度，滴头处水分处于饱和状态，边缘在干旱地区处于萎蔫点，在降水较多的地区处于一般湿润状态。由于这种不均一性，很难用一个数据去反映土壤的水分含量。由于每条根沿着水分梯度所处的水势不同，对沿水分梯度数据的综合也是无意义的。由于水分吸收的速率随水势而变化，很可能根系吸收水分的速率与其所处的水势梯度位置有关。在根系范围内水分是沿水势梯度移动的，在给定的时间内，至少部分根系可能处于最优的水势状态。

根系吸收水分的最大容量由根系表面积确定。表面积是根长、根数量和直径的函数。细根每单位断面具有比较大的表面积。大量的细根保证了较多的表面积。

总而言之，由于细根表面积大，对土壤中水分移动性依赖性低，至少部分根系处于最优的水势而连续吸水，湿根和干根间水分的交换，使得滴头下有限灌溉土壤中大量的细根有巨大的能力供应地上部水分。只要高的土壤水分有效性、通气和适宜的养分浓度得到保证，这样的根系在滴头下容易形成。水分的有效性可以通过频繁的灌溉维持。通气和养分浓度将在下面讨论。

通气： 在根系环境中由于根系呼吸作用通气是必要的。在厌气的环境下果树作物通常不能正常发挥作用。呼吸作用受阻能量不能产生从而阻碍细胞分裂和伸长，抑制激素的合成和养分的吸收。土壤水分有效性和土壤通气存在负的相互关系，因为水分会填充土壤粒子间的空隙而将空气挤出。当对大部分土壤进行灌溉时，这种设想似乎是正确的。然而在滴灌条件下，在滴头下至湿润边缘，一直存在一个水势梯度，和水势梯度方向相反，存在一个空气梯度。同上面对水分的描述相似，根区空气的分布也不均匀，根系处于不同的空气浓度范围。遗憾的是，对果树根系生长最适的空气浓度（更精确讲，氧气浓度）知之不多。

在果园我们观察到，每日连续10到12小时连续滴灌并不会产生淹水效应如铁诱导的失绿、生长抑制、水分过多引致的根系腐烂。在高频率滴灌下，即使在蒸发量很高的情况下也未观察到早期的萎蔫症状，且果实糖分积累加快，酸代谢加强，果实硬度增大。据我们所知，在每天滴灌的果园中，即使在滴头下面土壤水分饱和存在几周至数月，根系也没有观察到受损和腐烂的情况。

因此，不同于其它灌溉方式，滴灌下土壤水分的有效性和通气互不干扰。这个特点可能可以用来解释为什么滴灌下果实成熟提前和品质提高。这种作用背后的机制可能与根系在干湿土界面充分暴露，氧气吸收后可以直接运输到滴头下水分饱和区。有关氧气在果树根系中的运输还缺乏文献资料。从原理上讲，这种现象在一些植物品种上是存在的。以色列的田间观察表明，以作物的消耗水量每日进行灌溉，与每隔3天和6天比较，可以减少种植在细质地土壤上苹果缺铁诱导的失绿。对这种现象的可能解释是在每日灌溉的条件下，存在一部分根处于干湿交替的区域。而更长的灌溉间隔，不能维持恒定的灌溉土壤体积，实际上造成大部分根区处于漫灌状态，在湿润土壤产生膨胀收缩效应。这种情况可能导致一段缺氧时期。这也可以解释为什么在每日滴灌条件下，生长在细质地粘壤土上的果实个大贮藏期长。同样，和微喷灌的葡萄相比，滴灌的葡萄糖分积累快、提前成熟。其原理可能与滴灌条件下高的水分有效性和足够的通气有关。

矿质元素：虽然矿质元素含量小于植物干重的10％，但矿质元素的含量和组成对调节产量和品质的各种生理反应起重要作用。植物的组成主要是有机物，其数量和质量都与植物固定CO2的能力有关。这个过程一方面受到环境因子的调节，包括光照、温度、空气湿度、CO2浓度；另一方面，受植物因素的调节，如组织水分、矿质含量和组成及遗传因素。获得最佳产量对营养的需要在不同的生长发育阶段要求不同，如萌发期、营养生长期、花芽分化期、花和果实生长期。在田间条件下由于养分和土壤物理化学性质及根分布变异性间相互作用，调控养分的有效性是非常困难的。然而，低流量频繁的灌溉方法如滴灌可以将根系集中在一个较小的土壤空间，因而可以较少地受到土壤不均质性的影响。当通过灌溉系统施用可溶性肥料时，由于肥料的不同移动性，不同的养分组成在滴头下形成不均匀的分布。通常NO3－N随水移动主要累积在湿润区的边缘，而NH3－N、P 和K在土壤中移动较差，主要出现在滴头的附近。形成一个向湿润边缘递减的梯度。

频繁的加肥滴灌使根系在滴头下形成一个高密度的根群，形成无数的细根和根尖，大量的分支根和根表面积，从而提高了吸收养分和水分的潜力。由于存在养分、水分和空气梯度，根系的不同部分也处于不同的环境条件，吸收速率从零到最大变化。在给定的条件下，根系吸收某一养分的速率是根系介质中养分浓度的函数。使用滴灌施肥系统对在根区按浓度而非按每株或单位面积施肥量（如每公顷多少量）进行施肥提供了可能性。这种方法在水培中得到应用，如不用某一元素的单位重量而是用全剂量或半剂量等术语。由于根系和土壤溶液密切接触，和常规灌溉方法相比，营养元素的吸收更加高效，通过施肥调控叶片矿质养分含量可以更容易而快速进行。但必须记住，由于根系占据了大部分的土壤空间，养分的耗竭速率也加快。植物更大程度上依赖施肥提供的养分而对土壤固有的养分获得的机会减少。这一点在有时是一个缺点，但在下列情况下则是一种优势：1、土壤的化学组成不能维持一贯的平衡。例如在完全营养状态下基质培养植物生长得更好。2、由于受限制的根区相对快速的营养耗竭速率，可以在生长季节通过增加或减少某一元素快速改变某一元素的浓度。因植物品种而异，在每个生长季和多年生植物的不同年龄，植物生长发育所需的养分是不同的。许多果树定植之初，需要快速的营养生长以建立树冠为早结丰产做准备。但诱导花芽分化必须控制营养生长。同样，维持适宜的果重和叶面积比例对保证果实品质和合理的产量也很重要。许多情况下，通过控制根区养分的浓度和组成，可以控制营养生长，但由此控制果树花芽的形成及其它相关因素如坐果、落果等比较困难。土壤和组织分析通常可以指导肥料的施用。

在没有其它营养限制因数的条件下，特别是在生长的最初季节，在根区维持较高的氮浓度可以促进营养生长。施氮促进的营养生长会通过增加叶果比例而减少果实的负载量。树冠大小应该在果实开始累积糖分前建立，并成为和旺盛生长的茎尖竞争同化产物的主要库源。果实负载量可以通过叶面积对果重的比例、果重比树干横断面的面积增量、总树干横断面面积来估计。最好的果实品质是在果实成熟过程中有足够的叶面积和最小营养生长条件下获得。在沙质土壤比在质地黏重的土壤上更容易通过施氮来控制营养生长。这也是沙质土壤上滴灌优于其它灌溉方法的一个原因。

根与地上部（SHOOT）生长的关系：在过去的10年内，广泛的研究表明，根系不但是吸收水分和养分的器官，同时也是生长调节物质合成的场所。根系合成的主要激素有赤霉素、细胞分裂素和脱落酸。这些激素参与了营养生长、生殖生长、气孔功能和休眠等生理过程。合成场所主要在根尖的分生组织。生长素的产生与根系的活力成正比，或确切地说，与根系分支速率和根尖的形成速率成正比。因此，我们研究根冠关系应该基于根尖的数量和根系的表面积而非常用的根干重。只要提供充分的水分和营养，木本植物栽培在小容器中限制根体积通常会产生矮化、早熟、表现非常快的根系更新速率。激素产生影响生长和分化的机制还未完全弄清，然而CTK和GA参与这个过程已得到广泛支持。每日灌溉使根系在局部空间生长创造了一个与盆栽树木相似的生理性的根系限制效应。这表现在生殖生长对营养生长的比例增加，幼龄桃树过多挂果及通过减少灌溉土壤的体积或将微喷换成滴灌而产生根系限制的结果果园。然而在这三种情况下，这种效应是过渡性的。一至三个生长季后，当营养生长和生殖生长的平衡重新建立后，果实的大小恢复正常。树木对根系限制的调节能力很大程度上依赖于滴头下根系形成的速率。要加快根系的形成需要正确的施肥灌溉。密切控制根区水分和养分的有效性，同时要经常做组织分析，根据植物需要施肥。实践中我们看到许多果园从常规灌溉转为滴灌并不存在明显的过渡期。MIDDLETON发现，苹果使用滴灌或种在较小的渗漏水器中提前成熟、挂果增多、可溶性固形物增加。

滴灌技术方面的问题 ：树木对水分的消耗是由树冠大小和结构以及气象条件决定的。而非灌溉水量决定。滴灌只湿润果园的部分土壤并不会减少减少树木的水分消耗，而是通过减少土壤水分的蒸发、向深层入渗和杂草的竞争性消耗来提高水的利用效率。果园大部分的滴灌系统设计流量为0.5至1.5mm/h。因此，蒸腾速率在7到10毫米/天的地区的果园需要每天滴灌7到14小时来满足这种需求。如果灌溉间隔为4到7天，则需要连续灌溉几天时间。这无疑会导致水分向有效根区下的土壤入渗。另外，肥料也会进入地下水。由于滴头下有限的土壤被湿润，土壤不能作为一个主要的贮水库。因此，我们推荐每日灌溉。由于暂时的断电等造成的水分胁迫并不是主要问题。因为根系间存在水分的交换。通常生长在上层土壤的活跃根系吸收水分。但滴灌不耐长久的干旱。

每日滴灌不会影响通气。相反，间隔期较长的滴灌会导致连续的灌溉土壤的膨胀和收缩，而每日滴灌下的土壤其湿润大小和形状是相对稳定的。

张力计对监控灌溉是有效和方便的。张力计不是用来确定什么时候灌溉，而是用来精细调节使用蒸腾蒸发系数确定的每日灌溉量。每个观察点至少要用两支张力计，一支埋深30厘米，一支80到90厘米。观察点的数目由果园及土壤的复杂程度确定。30厘米深的张力计应固定在离滴头10至20厘米远，维持一个稳定的读数可以保证稳定的灌溉量。张力计读数在10到20kPa 是适宜的（西丽参照海法FERTIGATION会议的标准，10－15kPa时开始灌溉）。如果ET值太高或太低，张力计的读数分别增加或减小。第二支张力计应距离滴头15厘米远。当张力计读数小于10kPa时，表明水分向深层移动。自动化灌溉根据气候数据以及电子张力计的平均读数。

选择合适的滴灌系统：滴灌系统主要包括输水系统和滴水器。滴头间距主要由土壤性质确定而非由树木种类或种植间距确定。由于吸收根的密度和距离滴头的距离而非距离树木的距离相关，最适宜将滴头沿滴灌管均匀分布。滴头的间距以沿滴灌管形成一条连续的湿润带为宜。由于滴头下湿润土壤呈灯泡形，应在灯泡形的最大直径处形成一个连续体。一个适合多种土壤类型的间距组合为滴头流量4L/h间距为1米。在粘壤土上，1.2至1.5米的间距也经常使用。但在沙质土上，2L/h的滴头间距0.5至0.7米也经常使用。最适宜的滴头流量和间距组合可以通过土壤物理分析来确定。在果园土壤存在变异的情况下或树木大小不均一时，应采用不同的滴头流量和间距。由于滴灌下水分的垂直分布超过水平分布，应控制水分的入渗深度而防止水分的淋溶损失。沙质土上流量大的滴头每日灌溉的时间也短。另一方面，土壤入渗速率低需要较长的灌溉时间。滴头流量通常在1－20L/h之间。随流量的增加，水分的垂直分布也增加。

当今市场上出售的滴头主要有两大类型－压力补偿式和非压力补偿式。在高度变化大的果园，应使用压力补偿式滴头。因为非压力补偿的滴头其流量和压力有关，因此必须注意，即使在平地，由于阻力的作用，沿滴灌管会形成一个压力差。因此，当设计微灌时，要考虑管的长度和直径。虽然压力补偿式滴头价格较贵，但它可以保证对所有树提供均一的水量。

在选择滴头时，滴头的压力范围、紊流速率、自清洗功能也需要考虑。有内嵌式滴头也有形状和规格的外置（管上式）滴头。还有滴灌带，水从管壁上激光钻孔的小孔流出。还有各种流量的薄壁滴灌带，其使用寿命相对较短。内置滴灌管对大型果园管理较方便，不用时可以卷起来存放。而外置式则容易脱落。滴头可以悬挂在管上，也可置于地面或埋入土中。将滴灌管悬挂在树上对土壤管理简单方便。但代价也高，蒸发损失大，要防止滴管弯曲。因为弯曲时，水分会沿最低处而非从滴头处流出。目前有将滴灌系统埋入地下的趋势。埋入的深度在25－65厘米。虽然此法耕作方便，水分利用率高，但也存在不足。在沙质土壤上，当水分的侧向和向上的移动有限时，在根系和湿润土壤接触之前，对新种植的树就会出现吸水困难。水肥向根区以下移动的风险也较大。由于根系伸入滴管而造成的滴头堵塞也是一个严重问题。最有效的防止根系堵塞的方法是注入除草剂使其缓慢在土壤中移动从而杀死滴头附近的根尖。有些滴头在制造时自带除草剂。在低浓度下注射氯气和磷酸也是减少根系侵入滴头的有效方法。任何情况下，农药都必须经过过滤器注入管道。

滴灌系统的堵塞问题：堵塞可以由物理因素、化学因素、生物因素引起。堵塞是滴灌用户面临的一个长期而严重的问题。连续监测水的流量和速率非常重要，因为这是压力补偿滴头堵塞的一个最有效的指标。通过过滤系统，水中的粒子可以除去。对所有物理因素引起的堵塞，今天都可以从工程上完全解决。装填了砾石和沙的介质过滤器通常和自动反冲洗一起使用。在高有机物含量和细小土粒的水中建议用此过滤器。筛网和叠片式过滤器有各种流速和规格。沙石分离器适合沙含量高的井水和河水。藻类是运河、水库、鱼塘等水源引起堵塞的主要因素，而铁细菌在一些含铁的井水中发现。经过滤器的氯气消毒是解决藻类堵塞问题的最有效方法。对中度或严重情况下，连续或偶然以2－10ppm游离氯消毒是常用的措施。堵塞情况下，选择一些滴头，找出原因和提出处理方法。大部分情况下，以0.6-1.0%的磷酸或次氯酸连续注射10－20分钟可以有效解决问题。大部分滴灌系统可以忍受这种处理。当需要用更强的酸处理时，必须考虑过滤器、阀门和其它系统组件。

磷酸可以同时作为肥料。然而次氯酸对处理藻类堵塞及碳酸钙等沉淀更加有效。虽然碰到此类问题可以求教专家解决，但用户也可以剪下几米有问题的管道进行详细的调查。用户必须比较不同注射过程或组合的清洗的效率。

化学堵塞当水中矿质含量高pH也高时容易分生。在这种情况下，注射肥料之前或之后至少再滴灌半个小时。当用水质差的水时，应求教专家用不同的肥料和数量或头天在另外一个容器内沉淀。当注射低pH肥料溶液时，要将水的酸度调节到中性以下。当长期使用低pH水灌溉时，滴头下的土壤pH降低。这对石灰性土壤是有益的而对酸性土壤则有害。

灌溉计划－解决和未解决的问题

许多年来，人们认为对果树的灌溉正确的方法就是在整个根区均匀地灌水。水分均匀分布是任何商业灌溉设备的基本要求。常规灌溉的次数是根据土壤水分的有效性来确定的。但对果树来讲土壤水分的阈值还存在争议。HENDRICKSON 和VEIHMEYER声称所有田间持水量和萎蔫点之间的水量都是对植物有效的。这意味着在大部分的有效水没有耗竭之前不用灌水。但也有人不同意这个观点，认为在5或7英尺的土层中有效水的50％或30％作为灌溉的临界值。大部分早期灌溉计划的出版物都忽略了下列因子如土壤的导水率（确定了水分从土壤流向根系的速率）、根密度和分布（确定了给定空间水分吸收的效率）以及某种程度上蒸发需求（确定了树冠向大气的水分蒸发速率）。当根系吸水时，先是靠近根系处水分被吸收，进一步的吸收受水移动的梯度影响。种植在蒸腾量低的适中气候且土壤水移动速率快的土壤上的根系密度大的植物可能需要更高的灌溉阈值。用整个土壤层的平均水分含量来制定灌溉计划对微灌系统来讲是毫无意义的，因为通常上层土壤水分吸收速率比下层土壤要快。当上层水分耗竭后，底层吸收增加。因此，用整个土层的平均含水量来指导灌溉会导致灌溉底层土壤，底层土壤可能水分已够甚至过湿。这种情况导致水分向根系底层渗漏，浪费水肥和污染地下水。使用蒸发蒸腾系数也不一定能克服这个问题。因为蒸发蒸腾系数主要由气象因子确定。而植物树冠因素则不容易正确估计，误差很大。整个灌溉季节用张力计监测表层和深层土壤的水势可以制定最优的灌溉计划。仅当土壤水分亏缺很明显时，深层灌溉可以提高根系发育、提高水分的利用效率。

结论

滴灌为果树栽培找到了一些新的可能性。因为滴灌系统可以控制生长的一些主要因素如水分和养分的有效性和吸收，根系的活力等。为了成功地使用滴灌，通过滴灌系统的施肥是必须的。必须考虑施肥的浓度而非施肥量(当果树贮藏营养特点时，更难确定施肥量)，要频繁灌溉，根据土壤特点采用适宜的滴头和间距，控制灌溉深度，控制营养生长，在果实发育的不同阶段掌握营养生长与果实负载量的关系。