蘋果園水肥氣生一體化技術

張世忠，束靖，王甲威，陳偉，束懷瑞

(1.國家蘋果工程技術研究中心/山東農業大學，山東泰安 271018；2.山東農業工程學院林業工程學院，山東濟南 250100；3.山東省果樹研究所，山東泰安 271000)

蘋果園水肥氣生一體化養根壯樹技術，是結合蘋果根系生理生長特性及土壤特征，以調控根系呼吸代謝為中心，通過改善根系環境培養理想根系構型。該技術(圖1)對蘋果園土壤實行分層管理：地表覆蓋利用有機秸稈或自然生草手段，穩定表層土壤環境，減少表層根系冗余消耗；中層局部優化，行間交替開溝集中施用有機肥，每隔3～5年1次，溝內的深層土與表層覆蓋土上下對調循環，改善土壤結構；地表下層垂直灌溉供水，“穴貯肥水”技術與“水肥一體化”滴灌系統結合，株間滴灌處打孔開穴施加生物炭基肥,既有利于滴灌水肥的快速滲透，又有利于水肥的有效保持，將傳統水平灌溉轉變為垂直灌溉方式，保證了水肥快速滲透，根系有效吸收，節水節肥，滴灌水通氣或者利用過氧化氫(H2O2)進行化學增氧調控，提高灌溉水氧氣含量，改善中、下層根系呼吸代謝(原土壤透氣性強，但水含氧量低的話，根系會發生窒息)，提高根系活力；利用微生物肥，改善土壤微生物群落組成，調控根際微生態環境，進而改善根系構型的內在因子，如側根密度、根系活力等。這一技術的實施，有效改善了根系集中分布區域的土壤環境，避免了傳統大水灌溉引起的土壤板結、根系窒息、富營養化等副作用，防止水肥資源浪費，減少根系冗余消耗，為蘋果提質增產、減肥減水奠定基礎。

1 蘋果根系的呼吸代謝與環境調控

根系健壯是植株健康、優質豐產的前提。呼吸代謝是根系最基本的生命活動，是根系一切物質代謝與能量代謝的前提。維持良好的呼吸代謝與光合同化物的征調利用，是根系調控的保障。果樹地上部分生長發育會影響根系呼吸代謝水平的變化，而土壤氧氣含量變化與根域環境溫度調節是根系呼吸的重要外部影響因素。保證根系生長土壤環境的健康，維持根系生長適宜的土壤氧氣含量及穩定的根際溫度環境，對果樹根系調控具有重要意義。

土壤氧氣含量是根系正常呼吸代謝的保障，適宜的土壤結構和良好的透氣性是保證植株正常發育的重要條件；根系澇害時會限制根系的有氧呼吸，破壞根系正常的生理功能，嚴重時導致根系凋亡。自然條件下，隨著土壤深度的增加，土壤氧氣含量降低，導致根系呼吸代謝受限，根系活力與側根密度降低。通過改善土壤透氣性、根區通氣、化學增氧等手段可以提高土壤氧氣含量，有效改善根系呼吸代謝，提高深層土壤根系活力與側根密度。

溫度也是果樹根系生長的重要因素。溫度較低根系呼吸代謝減弱，根系物質與能量代謝水平較低，根系處于相對靜止生長狀態；土壤條件適宜，根系能夠保證穩定的呼吸代謝及生長發育；適宜的高溫會致根系呼吸代謝旺盛，提高對地上部碳同化物的征調比例與利用效率，引起根系的大量發生，導致夏季發根高峰。因此，健壯的根系，除了水肥，還需要環境中氣體和溫度的保障。

2 中國蘋果園主要土壤特征

土壤是植物根系生長的主要載體，土壤健康是果樹根系健壯和植株健康的保障。中國果樹“上山下灘”種植，果園立地條件相對較差，土壤有機質含量普遍較低，多不足1%，除了影響土壤透氣性，也會影響土壤中無機元素的有效含量及保持。化肥大量施用但無法在土壤中得到有效保持，造成土壤無機離子富營養化、土壤板結及土壤酸化。且低有機質含量的土壤環境，有益微生物數量少，群落組成簡單，不利于根系的生長。

3 蘋果園水肥氣生一體化技術要點

3.1 果園土壤表層覆蓋

蘋果園表層進行自然生草或者農作物秸稈覆蓋，有效保護表層環境穩態。自然生草是任由優勢野生雜草自然生長，控制草高度，及時刈割，留茬高度15 cm左右。農作物秸稈覆蓋，可根據當地種植作物選用，玉米、谷子、大豆等秸稈等均可，沿行平鋪于樹冠下方，無需粉碎，省工省力，可連續覆蓋。

3.2 中層單側開溝局部優化

果樹行間單側開溝，緊靠樹冠邊緣，開溝寬10～15 cm、深50～60 cm，將土表的有機肥與表層覆蓋秸稈或覆蓋草混合填入，將挖出的下層土再覆蓋于樹冠表層，使上、下層土互換。行間左右側隔3～5年1次交替開溝局部優化，既保證改善土壤結構的持續穩定性，又可減少有機肥和人工投入，省工節肥。

3.3 下層垂直增氧滴灌

灌溉采用成本低的簡易滴灌模式，結合“穴貯肥水”技術，株間打孔，直徑15～20 cm，深度50～60 cm，填充稻殼炭與有機肥，灌溉水可快速垂直滲透。改傳統的地表水平供給水肥為地下垂直供給水肥。滴灌時，利用物理通氣(通氣泵進行灌溉水通氣)或過氧化氫等化學增氧手段提高水中氧氣含量，防止灌溉窒息產生的負面影響(非粘性土，如果水含氧量低的話，會產生根系窒息)，由傳統的“水平灌溉”轉變為“垂直增氧滴灌”，增加土壤氧氣含量，維持根系呼吸。

3.4 滴灌水溶肥配合微生物肥

滴灌所用無機水溶肥，配合促進根系生長的微生物菌肥，增加局部環境中有益微生物數量，提高根系活力。以通過打孔穴施的稻殼炭、有機肥等作為無機元素和微生物的載體，保證肥料效果的持續性。

4 展望

4.1 局部優化的土壤環境是水肥氣生優良效應載體

中國果園土壤有機質含量低，通氣性差，載體效應差。有機質作為無機元素的優良載體，能夠保證無機肥料的有效性和持續供應；優良的通氣環境，能夠保持局部空間的氧氣含量，維持根系呼吸，同時也為微生物的多樣性提供了良好的代謝場所。利用局部的土壤改良，提升水肥利用效率，減肥節水；并且利用改良空間的邊際效應，穩定根系生長，減少根系冗余消耗，調控根系理想構型，保障樹體健康。

4.2 果園根系管理要注意消除技術措施的負面作用和注重技術的本土化

根系管理是果園優質豐產的核心。水、肥、氣等是植物根系生長發育的必須要素，是果園根系管理的關鍵。然而，如果根系需求的水肥等管理措施不當，會產生極大的負面作用，例如果園灌溉水氧氣含量過低時，會導致根系窒息或凋亡；水肥一體化的無機營養元素，如果沒有良好的保存載體，會導致土壤離子含量過高，土壤酸化等。消除這些措施的負面效果是果樹根系管理提升的重點。水與氣結合提高灌溉水氧氣含量；結合為無機營養提供載體；水溶肥與微生物肥結合改善環境微生態系統；滴灌與穴貯肥水結合，保證水分的快速滲透和有效吸收；局部優良環境與整體結合，保證根系生長空間。

果園根系管理更要重視技術的本土化，根據矮化樹體或喬化樹體差異以及果園土壤特征，技術可適當改進簡化，實現技術的最大有效化，降低生產資料和勞動投入。本技術表層農作物秸稈覆蓋，投入成本低；中層單側開溝局部優化，一次施肥，可以保持3～5年的肥料效果，節肥約30%；簡易滴管系統與穴貯肥水結合，節水約40%。

圖1 蘋果園水肥氣生一體化技術及對蘋果根系的影響