板栗營養診斷及水肥一體化技術研究

白曉冰，陳麗娜，朱建佳，劉頌馳，潘順祥

（河北科技師范學院園藝科技學院，河北 秦皇島 066000）

板栗（Castanea mollissima BL.）營養豐富，肉質美味，香甜可口，素有“干果之王”的美稱[1]。我國作為板栗的原產地，種植地區極為廣泛，主要集中在湖北、河北、山東、云南和遼寧等地，2018 年全國板栗的種植面積達34.1 萬hm2，產量達196.5 萬t[2]。板栗適合生長在山地，然而山地土壤瘠薄，板栗在生長過程中經常會缺乏礦質元素，提供充足的礦質營養是提高板栗產量和品質的關鍵，施肥可以提高板栗產量，對板栗產業的發展具有重要作用，但一般的施肥技術會造成資源浪費，通過營養診斷技術可以判斷植物體內的養分狀況，根據植物體內營養元素的豐缺情況，運用水肥一體化技術對板栗進行合理施肥，從而達到精準施肥的效果。實踐證明，在同等地力條件下，科學施肥的比不施肥的板栗產量高將近一半，而且果實個大、飽滿、品質好，可避免傳統施肥造成的問題，且省時省工[3]。

植物營養診斷施肥是研究植物體內營養元素含量，探究其吸收消耗規律，進而制定相應標準用于指導合理施肥的技術手段[4]。常見的果樹營養診斷技術主要有土壤診斷、葉片診斷、枝條診斷、觀察診斷等，其中觀察診斷法是一種感官診斷方法，存在一定誤差，需要與其它方法相結合綜合判定[5-6]。現階段，營養診斷研究較多，且其在果樹上的應用較廣泛，尤其在蘋果上的研究較多，而營養診斷技術在板栗上的應用非常少，近年來關于板栗營養診斷施肥更是鮮有報道。水肥一體化技術可以提高板栗的水肥利用率，不但可以節水節肥還能減少肥料對土地的污染，對生態環境起到保護作用[7]。本文主要綜述了由營養診斷為指導結合水肥一體化的板栗精準施肥技術，此技術的應用有助于推動農業可持續發展。

1 板栗的營養診斷

1.1 葉片營養診斷

常用的果樹葉片營養診斷方法主要有4 種，即充足范圍法（SRA）、診斷施肥綜合法（DRIS）、適度偏差百分數法（DOP）、組分營養診斷法（CND）[7-8]，其中DRIS 法可以同時診斷多種元素，且受品種、生育期、采樣部位等因素的影響較小，精確性高，還可以避免各養分之間的拮抗作用，因此在果樹葉片營養診斷中比較常用[9]。DRIS 法最早由Beaufils 提出，不僅能診斷出葉片礦質元素的豐缺狀況，還可以反映出果樹對養分的需求情況[10-12]。郭素娟等[13]對板栗葉片礦質元素進行分析，采用DRIS 法對遷西板栗‘燕山早豐’進行葉片營養診斷，得出其葉片養分含量的適宜范圍，提出了不同地區23 個代表性板栗園的養分需求順序，為板栗定量施肥提供指導，同時也給板栗營養診斷和平衡施肥提出了參考建議。不同植物對某種元素的喜好不同，往往造成單一元素的富集和缺失，DRIS 法因采樣時期不同診斷結果也相差甚遠，而且此法診斷結果只能以指數形式呈現，無法得到準確的施肥指標，該法可以與土壤分析法綜合使用[14]。

李廣會等[15]研究了不同物候期結果枝葉片主要礦質元素含量的動態變化及相關性，以期為板栗的營養診斷和施肥提供依據，結果表明幼果期葉片主要礦質元素含量變化較緩慢，為營養診斷時期。用植物葉片進行營養診斷時，只要在營養診斷的過程中選擇樹體養分變化相對平緩的時期進行，并且選擇具有代表性的葉樣，就可恰當地反映樹體的營養水平[9]。

1.2 土壤營養診斷

土壤營養診斷法是對種植區土壤進行觀察和營養狀況分析，了解果樹生長狀況，然后有針對性地對果樹進行施肥。通過土壤分析可檢測土壤環境是否適宜根系生長活動，也可以了解土壤養分變化狀況，從而對實際生產施肥提供指導依據。一般它可分為土壤化學分析和土壤物理分析，土壤化學分析主要是測定土壤的各種化學成分的含量和性質，土壤物理分析是指測定土壤中物質存在狀態、運動形式以及能量的轉移等[16]。土壤診斷技術在櫻桃[17]、梨[18]、葡萄[19]上均有應用，在板栗上的應用較少。梁恕坤等[20]對板栗園土壤養分狀況進行分析，為板栗科學施肥提供建議，為提高板栗的產量和品質提供科學依據。土壤營養診斷法存在間接性，主要發揮輔助診斷的作用[16]。Arrobas 等[21]對葡萄牙東北部布拉干薩區九個市的1 041和198 個板栗土壤和樹葉樣本進行了研究分析，指出土壤性質、土壤有效養分與葉片養分濃度之間缺乏相關性，單憑土壤分析不能獲得令人滿意的施肥指導建議。

1.3 枝條營養診斷

枝條營養診斷是通過研究休眠期內枝條的營養狀況，從而了解果樹的生長情況，對果樹進行針對性施肥，處于休眠階段的果樹難以進行葉片診斷，但能夠利用枝條診斷方法對果樹的健康情況進行診斷，通過實踐發現，枝條診斷結果更加準確[22]。張寶志[23]對板栗休眠期枝條內營養濃度與枝齡的相關規律進行了初步探究，研究表明1～5 年的枝齡范圍濃度變化規律都最為明顯，均具有診斷意義，其中1 年生枝最為突出，各種營養的濃度都是最高的，是最有診斷意義的典型枝齡。在果樹的休眠期進行營養診斷可以及時給樹木補充營養，不影響果樹休眠期后的開花結果。

2 基于營養診斷的水肥一體化技術在板栗上的應用

營養診斷作為指導板栗精準施肥的技術手段之一，可以有效診斷板栗營養豐缺狀況，為施肥提供依據。土壤診斷、葉片診斷、枝條診斷等各有優缺，在實際應用中可以多種方法相結合，提高診斷結果的準確性。營養診斷可以指導板栗施肥，若要進一步實現其高效精準施肥，提高肥料利用率，則可采用現代農業中的水肥一體化技術，水肥一體化技術結合了灌水和施肥，比常規施肥更節水、省肥且省時省工[24]。

2.1 應用現狀

水肥一體化技術是通過施肥裝置與灌水器，將水肥混合溶液均勻且按時、定量地輸送至作物根系附近，還可以依據不同作物的需水需肥規律調整管理方案，以保證作物生長發育期所需的養分與水分供應，實現水肥一體化管理[25]。這種技術是基于滴灌系統發展而成的節水、節肥、高效、高產的農業工程技術[26-28]。20 世紀60 年代末以色列已經開始應用水肥一體化技術，目前，已廣泛應用于溫室蔬菜、花卉、育苗、果園、大田作物等各領域。我國水肥一體化技術起步較晚，但經過學者們幾十年的研究，該技術日趨成熟。張偉[29]為了提高水肥利用率，構建了一套基于PLC 控制的果園水肥一體化控制系統，系統能夠實現自動控制、手動控制和遠程控制，在水肥的自動決策中，采用了模糊控制算法來進行決策系統的構建，充分結合了果園中的局部氣象環境信息和人工種植經驗來對水肥進行合理的控制，增強了園區的灌溉施肥作業的便利性。赫夢超[30]設計了一款由控制中心、灌溉施肥系統、土壤墑情采集系統三大模塊構成的全自動水肥一體化系統，控制系統中心采用PLC 技術和觸摸顯示屏技術相結合，通過觸摸顯示屏界面選擇水池和自來水兩種灌溉水源方式，設定手動和自動兩種水肥運行模式，實現水肥的定時定量以及自動化控制。

我國水肥一體化技術在果樹上的應用面積僅占灌溉總面積的1.25%，與其他國家相比差距甚大[31-32]，關于板栗的水肥一體化技術，目前相關研究較少，在研究板栗的水肥一體化技術時，可以參考其他果樹的應用實例。目前，北京懷柔區的明清栗園水肥一體化智能灌溉系統在每棵樹根部都留有出水孔，在不同階段根據土壤水分、板栗樹生長的所需水量設置灌溉時間，并且通過監測設備監測板栗生長的各種環境數據，控制板栗生長過程，使板栗處于一個最佳的生長狀態[33]。

2.2 施肥方式

由于水資源緊缺，傳統板栗種植都是依靠自然降雨，板栗的產量和品質均無法得到保障。為了提高板栗的產量和品質，促進當地經濟發展，各地政府開始啟動對部分山區板栗的節水灌溉。水肥一體化技術的施肥方式主要包括微灌和噴灌，但在板栗上的應用較少，后期可參照在其他果樹上的應用進行推廣。

2.2.1 微灌

微灌是根據不同植物不同生長階段的需水規律，持續且均勻地將所需水分輸送至植物根系附近的灌溉方式[29]。當前已衍生出滴灌和微噴灌等方式，這兩種應用方式在農業生產中應用較為廣泛。水肥一體化滴灌技術的核心是利用滴灌設施將水和肥料送到樹體的根部，從而達到節水、節肥、高效、省工的目的，此技術可以最大化地提高植物對水肥的利用率，隨時準確掌握肥料用量，確保果樹適時適量精準施肥。滴灌技術對于肥料的要求非常嚴格，要求肥料有較高的溶解度，在常溫或者大田溫度下能夠完全溶解于水中，以免堵塞管道[34]。榮傳勝等[35]對遼寧省3 個不同生態園區的果樹進行田間對比試驗，研究傳統灌溉施肥與滴灌施肥對果樹品質、產量及水肥利用率的影響，結果表明，不同果園滴灌施肥的產量提高21.93%、7.69%、6.67%，糖酸比提高8.58%、31.56%、21.43%，肥料的偏生產力提高45.3%、41.5%、42.9%，水分利用率提高29.6%、23.6%、19.9%。

微噴灌技術又稱為霧滴噴灌，是在滴灌與噴灌技術的基礎上研發的一種先進的水肥一體化技術，通過微噴頭將水分、養分細密地噴灑到果樹根系周圍地表，促使根向四周均勻分布，微噴灌技術比噴灌技術更節水，適應性也更強[36-37]。謝利華等[36]在陜西嵐皋縣對山地獼猴桃園區開展了滴灌和微噴灌對比試驗，結果表明，微噴灌比滴灌灌溉范圍更廣，但單位面積的安裝成本比滴灌高20%～30%，滴灌比微噴灌更節水，滴灌連續灌溉時間不超過3 h。板栗常生長于山地，在應用水肥一體化技術時，可以此為參考。

2.2.2 噴灌

噴灌水肥一體化技術是利用噴頭將水噴射到孔中，形成細小水滴，灑落到土壤和作物表面以供給植物所需水分和養分的灌溉方式[38]。溫聯明等[39]以9 年生‘云栗15’板栗為試驗材料，研究了灌水量、灌水次數、追施N肥、追施K 肥對板栗產量和干周增長量的影響。結果表明，灌水較施肥對板栗產量有更大的促進作用，是保證板栗產量和樹體生長的重要條件。陳桂平等[40]對火龍果采用簡易噴灌的肥水管理技術，與傳統施肥和灌溉方式相比，可節省人工成本，減少追肥量21.48%，節省用水量85.3%，增產20.9%，增收30.5%，果樹長勢也更好。

3 存在的問題

水肥一體化技術在我國的發展較晚，最初由國外引進先進的技術，后來經過科研人員的不斷研發，在過去幾十年的時間里，我國水肥一體化技術快速發展，在果樹栽培上得到越來越廣泛的應用。但是，與國外相比，我國的營養診斷與水肥一體化技術還較為落后，在板栗栽培上的應用更為少見，基于營養診斷與水肥一體化的板栗精準施肥技術還存在以下問題。

3.1 推廣難度高

在生產過程中，板栗的種植地往往土層薄、砂石多、缺肥、少水、地形復雜，且板栗園周圍雜樹多，板栗園管理粗放，效益低。水肥一體化技術的設備成本較高，在板栗生產中推廣難度較大[41]。

目前我國對精準施肥技術的應用還比較少，大多果農還是采用傳統的施肥方法，對肥料的利用率很低。水肥一體化技術是灌溉與施肥相結合的一項灌溉施肥技術[42]，對肥料要求嚴格，肥料選擇不當容易造成設備管道堵塞等問題，有些設備生產商銷售給農民設備后，并沒有好的售后服務，設備出現問題，農民不會自己解決，從而影響了農民使用的積極性。這些問題都會影響水肥一體化技術的推廣，增大推廣難度。

3.2 缺乏技術指導

果農對于營養診斷和水肥一體化技術的認識有限，在實際生產管理中需要專業的技術人員對其進行指導和協助管理[43]。水肥一體化技術與傳統意義的灌溉施肥技術有所不同，還需要結合植物營養、農田水利、信息技術等方面的知識，在實施過程中對安裝、管理、維護也有較高的要求。現在從事農業的人員背景各不相同，缺乏專業技術研究人員，對于水肥一體化和營養診斷技術沒有系統的認識，特別是營養診斷技術較為復雜，許多農業人員不知道如何去操作，在實際生產過程中沒有技術人員指導，很難實行。

3.3 精準施肥設備智能化程度不高

我國的水肥一體化技術起步晚，發展水平與國外相比較低，相關設備智能化程度也不高，精準施肥設備需要通過檢測系統，來檢測果樹生長的土壤水分、空氣濕度、葉面濕度、果實生長大小等因素，從而實現果樹的智能化施肥及灌溉，這對于設備的智能化程度要求較高，需要更多的研究人員參與。目前，我國已經有一些研究人員針對精準施肥相關設備進行了研究，但在實踐過程中，由于各方面原因，科學研究與企業生產沒有緊密的聯系，處于脫節狀態，最終導致生產出的產品落后。

4 展望

水肥一體化技術不僅可以節水節肥，還能保護環境，減少對土壤環境的污染，有利于實現可持續發展，是現代農業發展的方向。結合營養診斷的板栗水肥一體化技術可以實現板栗的精準施肥，目前這項技術在板栗生產中的應用較少，低成本、高效率、智能化程度高的設備是下一步的研究關鍵，做好相關設備的完善，讓農民掌握技術要點，在未來會有越來越多的農民愿意使用水肥一體化技術從事農業生產。

目前，對精準施肥技術的研究已經取得了很多有價值的成果，還需要把板栗施肥技術與精準施肥技術相結合，把營養診斷技術與水肥一體化技術相結合，探究出適合板栗生長的精準施肥技術，提高板栗的產量和品質，以促進我國板栗產業的發展。板栗精準施肥技術需要更多的學者和相關從業者深入研究，為板栗精準施肥提供有效的理論依據。