山地果園分根氣霧栽培改造
——以麗水市蓮都區(qū)雨傘崗為例

徐 倩，張建新，徐偉忠，夏更壽

（1.麗水學(xué)院生態(tài)學(xué)院，浙江麗水323000；2.麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院林業(yè)科技學(xué)院，浙江麗水323000；3.麗水市農(nóng)林科學(xué)研究院，浙江麗水323000）

園藝產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、信息化程度的普及與應(yīng)用，促使園藝產(chǎn)業(yè)科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型。對于多年生果樹來說，提升果樹的生產(chǎn)效率和提高經(jīng)營效益尤為迫切，同時也一直是研究人員關(guān)注的熱點。從單一生產(chǎn)型轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合采摘體驗的休閑觀光型果業(yè)，從勞動力投放密集型轉(zhuǎn)變?yōu)槭×a(chǎn)，從產(chǎn)量為導(dǎo)向的粗放管理型向精品化發(fā)展，從大量施用農(nóng)藥化肥到減量或者免農(nóng)藥化肥的生產(chǎn)，從而構(gòu)建一個全新的果業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營模式，實現(xiàn)果業(yè)生產(chǎn)者有利可圖，滿足人們對美好生活向往的多功能需求與高品質(zhì)消費的要求。果業(yè)生產(chǎn)模式與經(jīng)營方式的轉(zhuǎn)型升級是在鄉(xiāng)村振興、產(chǎn)業(yè)興旺的新時代大背景下進(jìn)行的，其意義深遠(yuǎn)，對水果產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有巨大的推動作用。同時，實現(xiàn)果園的智能化管理，也將是果園生產(chǎn)管理創(chuàng)新的重要切入點與創(chuàng)新點。為了實施果園的智能化、省力化、減藥化、精準(zhǔn)化生產(chǎn)必須對現(xiàn)有的果園進(jìn)行設(shè)施的改良與改造，以適應(yīng)新型生產(chǎn)方式的普及應(yīng)用。

1 相關(guān)研究背景與問題

目前，麗水市蓮都區(qū)的果樹栽培大多仍采用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，技術(shù)手段落后，其已成為阻礙果業(yè)轉(zhuǎn)型與信息化進(jìn)程的主要因素。麗水市的山地資源豐富，約占到全市總面積的90%，如何充分地利用這些山地資源是發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的一個重要因素。山地生態(tài)環(huán)境相對脆弱，在開發(fā)過程中極易引起生態(tài)環(huán)境問題。例如在坡地開發(fā)果園，雖有一定的經(jīng)濟(jì)效益，但也存在水土保持等問題，造成不同程度的水土流失與土壤退化[1]。絕大多數(shù)對山地改造的措施為增施基肥、配方施肥、截水蓄水、高接換種和加密補(bǔ)植等[2-3]，其中施用肥料會產(chǎn)生面源污染等問題。無土栽培方式可以有效地解決土壤的各類問題，尤其是近年來出現(xiàn)的氣霧栽培技術(shù)，該技術(shù)是將植物根系完全置于氣霧環(huán)境下生長的一種新型無土栽培模式，克服了基質(zhì)栽培不利于觀測根系、水培溶解氧有限等缺點，使植物根系可以自由伸展，并且氧氣、水分和礦物質(zhì)營養(yǎng)等供應(yīng)充足，是植物快速生長的最佳栽培模式之一[4-6]。氣霧栽培模式的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷地延展，對于一些特殊地況類型也能適用，例如平原、山地、沙漠等地域[6]。

目前氣霧栽培在蔬菜種植中的應(yīng)用已較普遍并獲得較好的效果。馬鈴薯脫毒小薯在氣霧栽培下形成的匍匐莖數(shù)量和成薯數(shù)分別是常規(guī)無土栽培的6.5倍和13.32倍[7]。除了產(chǎn)量上的增加，霧培對農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的提升也有一定的作用，如氣霧栽培的香菜、生菜、大白菜的維生素C含量比基質(zhì)栽培的有顯著提高[8]。在藥用植物、果樹上精準(zhǔn)氣霧栽培也正在興起，并有廣闊的應(yīng)用前景[6，9]。氣霧栽培在果樹上已經(jīng)有成功的案例，例如桃樹、葡萄等[10]，而如何將氣霧栽培技術(shù)與山地果樹原地改造相結(jié)合目前還未見相關(guān)報道。因此，本研究結(jié)合山地特點，對果園進(jìn)行分根霧培改造，改變當(dāng)前果園的耕作制度，以實現(xiàn)水氣根與陸根的共存、肥水的精準(zhǔn)自動化供應(yīng)，從而提升生產(chǎn)效率和產(chǎn)量品質(zhì)，為果樹的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型提供創(chuàng)新發(fā)展的動能。

2 山地分根氣霧栽培的特點

將氣霧栽培技術(shù)融入種植業(yè)中，可以實現(xiàn)肥水的自動化管理及雜草的免耕利用。對于山地果園來說，交通運輸和園地管理大多依賴體力勞動的支撐，因此削減體力勞動、降低果園管理的成本是技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵；另外，從生態(tài)貢獻(xiàn)角度來說，果園的建設(shè)雖有較高的碳轉(zhuǎn)換，創(chuàng)造類似林地的生態(tài)效果，但山地果園的梯田化耕作，加劇了水土流失，而施肥打藥進(jìn)一步地造成面源污染。霧培技術(shù)的融入以及構(gòu)建肥水零外排的管理體系，不僅節(jié)省了肥料投入，還極大地降低了土壤改良用工與肥料滲漏或蒸發(fā)造成的土壤地下水及大氣污染。霧培技術(shù)應(yīng)用到山地果園的改造，可實現(xiàn)雜草免耕，有利于果園生態(tài)系統(tǒng)重構(gòu)，實現(xiàn)果樹與雜草的共生互作，利用生物之間的相生相克機(jī)理，實現(xiàn)病蟲的生態(tài)控制，達(dá)到減少病蟲害的目的。智能化打藥系統(tǒng)的融入，減少了人工打藥的勞力支出及其帶來的安全隱患。實現(xiàn)果樹產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，讓果業(yè)生產(chǎn)成為省力化、精準(zhǔn)化、信息化、智慧化的新型產(chǎn)業(yè)。

3 分根氣霧栽培技術(shù)

3.1 原生地氣霧栽培系統(tǒng)

果樹氣霧栽培的改造，可以從幼苗開始，但考慮到果樹的童期較長，因此在現(xiàn)有成年的投產(chǎn)樹或是幼樹的果園基礎(chǔ)上進(jìn)行氣霧分根栽培改造，不但成活率高、省時省工，同時還可實現(xiàn)智能化精準(zhǔn)化控制。選擇一塊原生土壤耕作的果園，在植株冠層范圍內(nèi)的邊側(cè)打洞，挖埋圓柱形的塑料桶或者其他容器，如果是山地果園，可以在樹體的下坡處定點打洞（使用機(jī)械化打洞機(jī)操作），對于密植的平地果園可以采用邊側(cè)開溝的方式進(jìn)行霧培根的誘導(dǎo)改造。打洞挖溝后，會暴露出一部分果樹的根系，將這些根系放入到溝或桶里，在溝或桶里配套安裝營養(yǎng)液供應(yīng)管道及彌霧噴頭用于霧培根的誘導(dǎo)，如圖1所示。若是埋設(shè)桶，可在桶底安裝回液管，如果是密植果園的開溝模式，可以于溝尾端統(tǒng)一安裝回液管。采用地下埋設(shè)的方式有利于根溫的穩(wěn)定，地上式安裝桶或霧培誘導(dǎo)管同樣也可以誘導(dǎo)氣生根根系的產(chǎn)生。

圖1 分根霧培地下部分示意圖

應(yīng)根據(jù)果樹種類、地形狀況、土壤性質(zhì)等實際情況選擇開洞工具、埋設(shè)方式、氣霧桶的規(guī)格等。氣霧栽培裝置核心的營養(yǎng)液供應(yīng)系統(tǒng)主要由營養(yǎng)液殺菌器、水泵、供液管、過濾器、強(qiáng)磁處理、根霧室或溝、彌霧噴頭、集液管道、自動化控制等組成（如圖1、圖2所示），易實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化安裝，是一類適合生產(chǎn)和推廣的高效快速改造技術(shù)體系。

圖2 氣霧栽培培養(yǎng)液首部組成與安裝

3.2 智能化系統(tǒng)

實現(xiàn)果園管理系統(tǒng)的智能化可以使生產(chǎn)過程更加精準(zhǔn)，同時可以節(jié)省勞動力。智能化系統(tǒng)主要包括計算機(jī)控制系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)。傳感器主要是針對果樹本身生長狀況、環(huán)境條件變化、營養(yǎng)液情況等方面的感應(yīng)和監(jiān)測，具體包括葉片溫度、葉片水膜（用于藥量判斷）、空氣濕度、光照強(qiáng)度、營養(yǎng)液溫度、營養(yǎng)液pH值、營養(yǎng)液水位等，這些信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到終端（電腦或是智能手機(jī)），在終端上可以下達(dá)指令進(jìn)行遠(yuǎn)程管理。相比于一年生的蔬菜，果樹的生長更為復(fù)雜且對果實品質(zhì)形成的調(diào)控十分關(guān)鍵，智能決策系統(tǒng)需要結(jié)合不同果樹的特點進(jìn)行改良。例如多年生的果樹若遭受病蟲害時，可以加設(shè)打藥噴霧設(shè)備、藥量傳感器等，以便為智能化、省力化、精準(zhǔn)化果園的管理提供技術(shù)保障。

3.3 階段性培養(yǎng)液系統(tǒng)

營養(yǎng)液是決定氣霧栽培植物生長狀態(tài)的重要因素之一。營養(yǎng)液的配方、微量元素的種類和比例、pH值、電導(dǎo)率值（EC）等都會影響植物的生長。在對不同營養(yǎng)液水培種植萬壽菊的研究中發(fā)現(xiàn)霍格蘭營養(yǎng)液對萬壽菊株高、莖粗的增長有較好的促進(jìn)效果并提高了葉片中的葉綠素含量，而日本園試營養(yǎng)液對萬壽菊根系生長較有利[11]。對馬鈴薯、生菜等的研究結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)電導(dǎo)率上升可加快植物生長，提高產(chǎn)量和品質(zhì)，但電導(dǎo)率值過高或者過低均會對植株的生長造成不同程度的傷害[12-13]。營養(yǎng)元素的濃度對于植物的影響也不相同，在桃樹上葉面噴施鈣元素，當(dāng)CaCl2濃度為1.0%時，SSC、果實大小和果肉硬度達(dá)到最大值[14]。果樹的生長經(jīng)過幼樹、成年樹的營養(yǎng)生長期、開花期、掛果期、休眠期等階段，不同階段樹體的營養(yǎng)需求也各不相同，如桃樹在新梢生長期噴施鈣肥對枝葉補(bǔ)充鈣元素效果最佳，果實對鈣的吸收主要集中在幼果階段[15]。又如葡萄中鉀元素在果實中的含量高于葉片，說明在葡萄生殖生長期增加鉀肥的施用量有利于提升果實的品質(zhì)[16]。氣霧栽培充分利用了分根技術(shù)的優(yōu)勢，可以對不同階段的果樹進(jìn)行階段性專用配方的精準(zhǔn)調(diào)配以及對肥水進(jìn)行精準(zhǔn)化供應(yīng)，以形成高品質(zhì)、高產(chǎn)化生產(chǎn)的配方調(diào)控。營養(yǎng)液在反復(fù)供給-回流過程中可能會發(fā)生細(xì)菌的滋生，因此在進(jìn)入供液管道時須通過過濾的方式提高滅菌效果，同時防止植物對營養(yǎng)元素吸收的不均等而引起的營養(yǎng)液的改變，同時結(jié)合營養(yǎng)液成分N、P、K濃度的在線檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)營養(yǎng)液自動化控制。

4 桃果園分根霧培改造的實施與效益

位于麗水市蓮都區(qū)巖泉街道的雨傘崗村，四周環(huán)山，是一個典型的小山村，村民主要以種植桃樹、葡萄等果樹為收入來源，目前依托霧耕農(nóng)業(yè)科技有限公司正在打造集現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、休閑旅游、田園社區(qū)為一體的田園綜合體模式生產(chǎn)基地。結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，氣霧栽培的推廣是推動該村美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，實現(xiàn)鄉(xiāng)村綜合發(fā)展的重要途徑。當(dāng)?shù)囟酁樯降毓麍@，加之南方春季多雨，極易出現(xiàn)肥料等隨水土而流失的現(xiàn)象，對當(dāng)?shù)毓麍@進(jìn)行氣霧栽培的改造可以有效地緩解資源的浪費。

以四年生的“中油7號”桃果園為例，以直徑31.5 cm、厚度為0.5 cm、長度1 m的聚氯乙烯管（PVC）作為氣霧室，在PVC管側(cè)面開一大兩小的圓孔，大孔用于放置根系，小孔用于安裝彌霧噴頭（如圖3 b所示）。PVC管一側(cè)密封，另一側(cè)接供應(yīng)和回流營養(yǎng)液的通道。在桃樹樹冠下挖坑，氣霧室管放在坑中，同時將暴露出來的根系放入氣霧室的大孔內(nèi)，用于誘導(dǎo)氣生根（如圖3 a，b，c所示）。霧根與土根并存，形成功能互補(bǔ)，解決了單一依賴土根導(dǎo)致的水肥受限問題。根據(jù)山地的地勢以及果園中桃樹的分布進(jìn)行氣霧管道的鋪設(shè)（如圖3 d所示）。

圖3 山地桃果園就地氣霧改造

智能控制采用單片機(jī)系統(tǒng)。在氣霧室、桃樹、果園中安裝傳感器分別監(jiān)測營養(yǎng)液、植株狀況、環(huán)境變化情況。不同的營養(yǎng)液配方可以滿足桃樹在不同的生長階段的營養(yǎng)需求，詳見表1。原生地分根系的氣霧誘導(dǎo)對桃樹生長的影響較小，基本上無需緩苗時間，能保持桃樹正常的生長代謝。大約15～20 d內(nèi)誘導(dǎo)出氣霧吸收根，其能高效地吸收水分和營養(yǎng)，避免了與雜草競爭養(yǎng)分，減少甚至免除了除草的工作。果園管理用工主要為日常的看護(hù)與巡視，季節(jié)性的疏花疏果、采收與修剪等。

表1 桃樹的階段性營養(yǎng)液（g/t）

氣霧栽培的改造成本約100元/株。氣霧栽培與傳統(tǒng)栽培下的桃果實成熟期差異不大。但在產(chǎn)量上，傳統(tǒng)栽培的桃樹約35 kg/株，平均果重170.4 g；氣霧栽培的桃樹約40 kg/株，產(chǎn)量提高了14.2%，平均果重180.0 g。從可溶性固形物上看，氣霧栽培桃果實達(dá)到了13.8%（土壤栽培平均13.2%），果實品質(zhì)有所提升。除了經(jīng)濟(jì)效益的提高外，更重要的是其中所產(chǎn)生的生態(tài)和社會效益。進(jìn)行分根霧培改造后，有效地解決了水土流失與化肥、農(nóng)藥的面源污染問題，并為社會提供了真正健康綠色的優(yōu)質(zhì)果品。對于山地果園的開發(fā)，無需進(jìn)行梯田整改，只需對開發(fā)地塊進(jìn)行非破壞性定點改造種植即可；同時，果園與雜草生態(tài)共生，利用相生相克機(jī)理，極大地減少了病蟲危害，實現(xiàn)少藥與免藥生產(chǎn)，解決當(dāng)前果業(yè)生產(chǎn)的生態(tài)污染問題。大多數(shù)的果園在樹體衰退后，進(jìn)行換茬開發(fā)時會存在連作障礙問題，而采用該模式后土根主要起固定作用，可達(dá)到同地塊的永久耕作。構(gòu)建省力化霧耕改良果園，融入自動化與智能化的信息手段，可以釋放大量的體力勞動者，促進(jìn)社會分工。

5 結(jié)語

綜上所述，果園分根霧培的改造技術(shù)是一項涉及設(shè)施設(shè)備及水、肥、藥科學(xué)節(jié)約管理等的一體化技術(shù)解決方案，其可作為果園提升改造的關(guān)鍵技術(shù)加以開發(fā)及應(yīng)用，尤其是對山地果園或者是其他一些特殊地形的區(qū)域，通過改變傳統(tǒng)果園的生產(chǎn)方式與管理模式，可形成經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會效益三效并舉的可持續(xù)發(fā)展模式，這將在未來的產(chǎn)業(yè)振興中發(fā)揮積極的作用，為生態(tài)文明的建設(shè)作出重要貢獻(xiàn)。