姜学玲 张占田 张勇

摘要    水肥一体化技术兼具节约水肥、劳动力等特点，已广泛应用于现代化葡萄栽培中。本文对该项技术在葡萄种植中的发展历程、灌溉方式、施肥方案、物联网接入等方面进行了简要的阐述。通过对文献的整理，从葡萄水分和养分消耗规律、品种管理经验、生长周期规律等角度，提出了葡萄水肥一体化建设方案和技术指导，展望了葡萄园水肥一体化技术的发展前景。

关键词    葡萄;水肥一体化;应用;发展前景

中图分类号    S663.1        文献标识码    A        文章编号   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

葡萄的种植面积和产量在全世界居于果品首位，葡萄也是我国主栽水果之一[1-3]。水分和肥料是葡萄生长中最重要的2种因素，选择合适的灌溉方式、灌水量和灌水周期是葡萄生产的重要环节。

合理的肥料搭配、施肥时间能有效提高葡萄的產量、品质和抗性，改善果园土壤性状[4]。 水肥一体化是一项近几年迅速发展起来的将滴灌与施肥结合在一起的现代化先进农业技术[5]，其节水、节肥、节约劳动力效果显著，并有效提高了土地利用率，同时还能达到减少因大量施肥对环境产生污染的目的，是当今葡萄产业水肥管理发展的趋势[6]。本文将针对水肥一体化技术在葡萄上的应用研究情况进行如下综述。

1    水肥一体化技术在葡萄上的应用

1.1    起源与发展

1960年，滴灌技术最早在美国圣地亚哥地区实现农业利用;1971年，美国圣华金河山谷首次将滴灌技术应用到葡萄种植方面，滴灌可将肥料均匀、集中地分配到葡萄根系[7]。我国科研人员研究发现，滴灌施肥技术是提高葡萄产量和品质的有益措施，能促进树体生长，提高果实产量，降低果实酸度，提高果实固酸比，最终改善果实品质[8]。

由于葡萄树体较小、种植成行规整，非常适宜于滴灌技术，从20世纪90年代开始，在我国环渤海湾产区、南方部分产区开始小规模使用。目前，滴灌设备已经成为规模化葡萄种植园的必备设备组成，新一代的水肥一体化灌溉技术也逐步大规模应用。但是葡萄水肥一体化由于受水溶性肥料性质、树体养分需求规律、灌溉设备耐久性、投资金额等因素限制，尚不能规模化发展，但一直是果树水肥一体化领域研究的热点。

1.2    灌溉方式研究

滴灌技术不仅可以大量节水，而且地形适宜性强[9]。在滴灌基础上发展起来的根系分区交替灌溉技术[10]，较常规滴灌的用水量减少50%，水分利用效率提高1/3左右，果实品质显著提高，成熟度提高[11]。在葡萄园根系分区灌溉条件下，可以通过建立土壤水分动态模型，掌握不同时期的葡萄需水量，进而对葡萄园进行针对性的管理[12]。

调亏灌溉技术是目前我国葡萄滴灌的主要技术策略。该技术是指在作物生长期，人为施加适宜的水分胁迫，促使作物光合产物输送到人们需要的目标组织器官，以提高其经济产量的节水灌溉技术。目前，该技术主要应用于果树的果实生长阶段。在葡萄萌芽期和抽穗期进行调亏灌溉可达到补偿生长的效应;在葡萄花期进行调亏灌溉，可以增加葡萄单粒重[7]。

此外，局部根系干旱灌溉技术也被大量应用于葡萄灌溉中，较调亏灌溉更能促使葡萄浆果表皮花青素和酚类物质含量的增加[13-14]。

根据克瑞森葡萄的研究发现，年灌水量6 750 m3/hm2的葡萄较年灌水量4 500 m3/hm2的净光合速率提高11.3%，但水分利用率却降低了26.9%，这表明适度的干旱有利于提高葡萄的水分利用率，只有适宜的灌溉条件才能最大效率地将光合作用产物为果实所利用，并促进果实产量提高和品质提升[13]。

1.3    施肥研究

葡萄在萌芽至开花期，滴灌追施氮（N）、磷（N2O5）、钾（K2O）肥的比例为1.00∶0.26∶0.12时和果实生长期滴灌追施氮、磷、钾肥的比例为1.00∶1.54∶1.97时，能够显著提高葡萄的产量[15]。

在我国的干旱地区，以产量为目标就可以得出灌水量和施肥量之间的最佳配比，即灌水量为6 779.85 m3/hm2，施氮（N）量为225.45 kg/hm2，施钾（K2O）量为225.45 kg/hm2，施磷（P2O5）量为112.73 kg/hm2;以糖度为目标，灌水量和施肥量的最佳配比关系为灌水量6 821.55 m3/hm2，施氮量和施钾量均为224.55 kg/hm2，施磷量为112.28 kg/hm2;以VC为目标，灌水量和施肥量的最佳配关系为灌水6 783.75 m3/hm2，施氮量和施钾量均为224.55 kg/hm2，施磷量为112.28 kg/hm2 [8]。对石河子地区“弗雷”葡萄品种的研究发现，葡萄高产的水肥施用量分别为灌水5 800 m3/hm2，施肥245 kg/hm2;糖分最高的水肥施用量为灌水5 000 m3/hm2，施肥215 kg/hm2 [16]。此外，新疆地区覆膜的葡萄水肥耦合研究发现，以产量为目标时，灌溉量与施肥量的最佳配比分别为灌水量2 000 m3/hm2，施氮量150 kg/hm2，施磷量40 kg/hm2，施钾量67.5 kg/hm2;以糖度为目标时，灌溉量与施肥量的最佳配比分别为灌水量1 850 m3/hm2，施氮量95 kg/hm2，施磷量28 kg/hm2，施钾量12 kg/hm2;以VC为目标时，灌溉量与施肥量的最佳配比分别为灌水量2 050 m3/hm2，施氮量130 kg/hm2，施磷量66 kg/hm2，施钾量81 kg/hm2;以总酸度为目标时，灌溉量与施肥量的最佳配比分别为灌水量1 850 m3/hm2，施氮量150 kg/hm2，施磷量51 kg/hm2，施钾量40.5 kg/hm2 [8]。嘉峪关地区酿酒葡萄膜下灌溉的合理水肥量为灌水量2 000 m3/hm2，施氮量145 kg/hm2，施钾量145 kg/hm2，施磷量40 kg/hm2 [17]。我国华北平原推荐滴灌施肥量为施氮量180～225 kg/hm2，施磷量60～120 kg/hm2，施钾量180～225 kg/hm2，北方葡萄的平均适宜比例为N∶P2O5∶K2O=1.4∶1.0∶2.1[18]。

不同地区的地质环境、葡萄品种、地表覆膜管理以及葡萄品质等要素极大地影响水肥一体化的施肥量（表1）。干旱地区采用覆膜技术灌水量可减少2/3，总肥量也有一定的减少。虽然不同地域葡萄水肥的施加总量有所差异，但是对于葡萄生产的水肥四因素都有共同的特点，对葡萄产量的作用顺序为施氮量>灌水量>施磷量>施钾量;对葡萄糖度的作用顺序为施磷量>施氮量>灌溉量>施钾量;对葡萄VC含量的作用顺序为施磷量=施氮量>施钾量>灌溉量;对葡萄总酸度的作用顺序为施氮量>施钾量>灌溉量>施磷量。

1.4    物联网在水肥一体化中的应用

随着农业物联网技术组成中的传感器和电子信息化物联网设备的发展，故其可广泛应用于葡萄水肥一体化，为解决不同地区水肥施加量的差异提供切实可行的实时监测和补给方案。通过电磁波技术测量土壤电磁反射或吸收能量水平，可对土壤结构和物理化学性质进行测量，电化学方法可测量土壤中的某些离子[19]。这些传感器可以准确实时地获取土壤水分、盐分和养分信息，再通过单片机或者云端分析系统反馈给肥水控制系统，最终实现水肥一体化的动态平衡。目前，这类技术已经在我国云南、广西等高山地区葡萄产区陆续使用。

2    葡萄园水肥一体化设施建设

葡萄园水肥一体化一般采用滴灌施肥，设施建设主要分三部分：一是建设园内滴灌施肥首部系统，其包括水源、增压泵、过滤器、施肥罐和注肥泵等设施;二是埋设输水管道系统，输水管道一般用PE管材质，要埋设到地面以下80～100 cm，主管直通各栽植作业小区，支管沿工作道垂直于栽植行，并按栽植行安设毛管旁通与阀门以用于连接滴灌毛管;三是铺设行间滴灌管（带），按葡萄行铺设滴灌管（带），滴灌管（带）经过每株葡萄苗两边各打1个滴孔，完成整个滴灌水肥一体化系统[20]。

3    葡萄水肥一体化操作的技术指导

3.1    依据葡萄水分和养分消耗规律施肥

《葡萄水肥一体化养分管理技术》[21]和《世界肥料使用手册》[22]中对葡萄养分的需求、吸收和移出量总结如下：若葡萄园全年的目标产量为7～25 t/hm2，则需施纯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;每生产1 000 kg葡萄需要带走纯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。依據上述结论，通过对本地葡萄园进行土壤养分测试，可以估算出当年的葡萄施肥需求量。研究表明，如果采用水肥一体化灌溉施肥，当季氮、磷、钾肥利用率分别可达70%～80%、40%～50%、80%～90%[23]。相较发达国家，我国水肥一体化灌溉施肥的水平低，水肥一体化灌溉施肥条件下的氮、磷、钾肥的利用率分别为60%、40%、70%。若葡萄园全年目标产量为30 t/hm2，那么大约需要施氮180 kg/hm2、磷120 kg/hm2、钾255 kg/hm2、CaO 240 kg/hm2和MgO 30 kg/hm2才能满足需求，同时根据土壤养分状况补充相应的微量元素[20]。

3.2    依据葡萄品种管理经验施肥

目前，我国已对不同葡萄品种的养分需求进行了研究[23-25]。由表2可知，每生产1 000 kg果实，红地球、巨峰、峰后、双优、赤霞珠5个品种对氮、磷、钾养分的需要量明显高于世界平均水平，不同葡萄品种的肥料施用量可参考相应的研究结果进行调整。

3.3    依据葡萄生长周期的养分吸收规律施肥

由表3可知，在葡萄不同生育期需求的养分种类和数量不同，不同品种之间也有所差异[23]。一是葡萄萌芽期，要及时施用氮肥，磷、钾肥萌芽期至开花期施肥量占年总用量的14%～16%。二是从开花期至果实膨大期，应施用氮、磷、钾、钙、镁肥，施肥量分别占年总用量的14%、16%、11%、14%、12%。三是果实膨大期至转色期，此时是养分最大吸收期，施用的氮、磷、钾、钙、镁肥分别占年总用量的38%、40%、50%、46%、43%。开花期、坐果期和果实膨大期也是葡萄吸收微量元素最多的时期，此时主要通过叶面喷施微量元素铁、锰、铜、锌、硼等进行补充。四是转色期至采摘期，这一阶段基本停止氮、磷肥的施用，进一步补充钾、钙、镁元素可以提高着色率，增加果实含糖量，提高果实品质。五是采摘期后的施肥，又称采果肥，由于葡萄采摘后是植株营养积累的关键时期，根系进入生长高峰，这一时期施肥对于葡萄恢复树势、增加养分贮存、植株安全越冬以及翌年葡萄生长非常重要，应该及时补充营养元素。因此，需要施用约占年总施肥量34%氮、28%磷、15%钾以及22%的钙和镁[21]。

3.4    根据葡萄的水分需求特点设计灌溉

葡萄整个生长周期的需水高峰依次为发芽前期和开花前期、新梢旺长期和幼果膨大期、果实膨大期和采果后期。在发芽前期和开花前期，如无雨水充分灌溉，应使土壤湿度保持在田间持水量的65%～75%;新梢旺长期和幼果膨大期为葡萄的需水临界期，此时的土壤湿度宜保持在田间持水量的75%～85%，这一时期的新梢生长最旺盛，根系对水分和营养状况最敏感;果实迅速膨大期的土壤湿度应保持在田间持水量的70%～80%，这一时期的果实迅速膨大，而且花芽大量分化，因而及时灌水对果实发育和花芽分化有重要意义;采果后期应结合秋施底肥并充分灌溉，这有利于根系的发育和肥料的分解与吸收，为葡萄翌年的生长发育创造良好条件;在北方地区，葡萄园的土壤封冻前还需浇1次封冻水以增强抗寒能力[21]。

3.5    通过灌溉系统施肥的注意事项

3.5.1    监测土壤。对于水肥一体化的葡萄园区，特别是大面积果园，应适当投入土壤监测设备，以随时了解土壤墒情，及时做出判断及水分调令，平衡土壤酸碱度，稳定栽培园区土壤性状。先进的物联网监测调节设备是土壤监测设备的首选，条件不允许时也可以选用普通的手持式酸度计、张力计等。

3.5.2    监测管道输出口的肥料溶液。灌溉施肥通常控制肥料溶液的EC值为1～3 mS/cm或盐分浓度为 1～3 g/L，相当于稀释350～1 000倍。加肥后溶液的最佳pH值为5.5～6.0，如果pH值<5.5则需要改变肥料溶液的组成。

3.5.3    避免过量灌溉。灌溉量一般使深度20～40 cm的土层保持湿润即可。田间采用张力计监测土壤水分，以埋深20 cm的张力计读数达到-15 kPa左右作为灌水下限，以灌水结束半天后埋深50 cm的张力计读数为0时为灌水上限。

4    我国未来葡萄水肥一体化的发展前景

4.1    利用新技术突破传统葡萄种植水肥一体化的瓶颈

农业物联网是新一代信息技术在农业领域的高度集成和综合运用，为葡萄水肥一体化的广泛推广提供了可能性。利用农业传感器、网络互连和智能信息处理等远程智能操控农业机械装备，如滴灌泵，肥料罐自动混配等作业调度，从而及时地对葡萄园水肥进行合理管理。作为葡萄园水肥管理的技术核心，除了要完善物联网智能设备的研发，还需要针对不同地区、不同葡萄品种制订与智能化管理相匹配的葡萄水肥数据模型。因此，在不同葡萄栽培地区，要开展不同的技术模式、水溶肥料、灌溉设备、监测仪器等对比试验，进一步摸索技术参数。

4.2    熟化成型产品，降低农民使用成本

熟化关键技术产品，如滴灌管路等设备，根据生产实际和农民需求，研发操控更为简易的技术方案。利用人工合成新材料代替传统的塑料材料，降低产品价格，减少环境污染。着重研发防堵的微灌和施肥设备，减少田间投入或是延长耗材使用周期。

4.3    完善水溶肥配方

开发适用于不同土壤和不同品种的葡萄专用水溶肥，并使价格趋于合理化，同时要保证减少其对滴灌管路的腐蚀性。微灌有机肥的品种繁多，与传统固体有机肥相比，其实际利用率和对土壤有机质提升贡献率还是有所差异，如何研发新型全水溶有机肥，也是未来水溶肥研究的一项重要任务。

5    参考文献

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