苹果园水肥气生一体化技术

张世忠，束靖，王甲威，陈伟，束怀瑞

(1.国家苹果工程技术研究中心/山东农业大学，山东泰安 271018；2.山东农业工程学院林业工程学院，山东济南 250100；3.山东省果树研究所，山东泰安 271000)

苹果园水肥气生一体化养根壮树技术，是结合苹果根系生理生长特性及土壤特征，以调控根系呼吸代谢为中心，通过改善根系环境培养理想根系构型。该技术(图1)对苹果园土壤实行分层管理：地表覆盖利用有机秸秆或自然生草手段，稳定表层土壤环境，减少表层根系冗余消耗；中层局部优化，行间交替开沟集中施用有机肥，每隔3～5年1次，沟内的深层土与表层覆盖土上下对调循环，改善土壤结构；地表下层垂直灌溉供水，“穴贮肥水”技术与“水肥一体化”滴灌系统结合，株间滴灌处打孔开穴施加生物炭基肥,既有利于滴灌水肥的快速渗透，又有利于水肥的有效保持，将传统水平灌溉转变为垂直灌溉方式，保证了水肥快速渗透，根系有效吸收，节水节肥，滴灌水通气或者利用过氧化氢(H2O2)进行化学增氧调控，提高灌溉水氧气含量，改善中、下层根系呼吸代谢(原土壤透气性强，但水含氧量低的话，根系会发生窒息)，提高根系活力；利用微生物肥，改善土壤微生物群落组成，调控根际微生态环境，进而改善根系构型的内在因子，如侧根密度、根系活力等。这一技术的实施，有效改善了根系集中分布区域的土壤环境，避免了传统大水灌溉引起的土壤板结、根系窒息、富营养化等副作用，防止水肥资源浪费，减少根系冗余消耗，为苹果提质增产、减肥减水奠定基础。

1 苹果根系的呼吸代谢与环境调控

根系健壮是植株健康、优质丰产的前提。呼吸代谢是根系最基本的生命活动，是根系一切物质代谢与能量代谢的前提。维持良好的呼吸代谢与光合同化物的征调利用，是根系调控的保障。果树地上部分生长发育会影响根系呼吸代谢水平的变化，而土壤氧气含量变化与根域环境温度调节是根系呼吸的重要外部影响因素。保证根系生长土壤环境的健康，维持根系生长适宜的土壤氧气含量及稳定的根际温度环境，对果树根系调控具有重要意义。

土壤氧气含量是根系正常呼吸代谢的保障，适宜的土壤结构和良好的透气性是保证植株正常发育的重要条件；根系涝害时会限制根系的有氧呼吸，破坏根系正常的生理功能，严重时导致根系凋亡。自然条件下，随着土壤深度的增加，土壤氧气含量降低，导致根系呼吸代谢受限，根系活力与侧根密度降低。通过改善土壤透气性、根区通气、化学增氧等手段可以提高土壤氧气含量，有效改善根系呼吸代谢，提高深层土壤根系活力与侧根密度。

温度也是果树根系生长的重要因素。温度较低根系呼吸代谢减弱，根系物质与能量代谢水平较低，根系处于相对静止生长状态；土壤条件适宜，根系能够保证稳定的呼吸代谢及生长发育；适宜的高温会致根系呼吸代谢旺盛，提高对地上部碳同化物的征调比例与利用效率，引起根系的大量发生，导致夏季发根高峰。因此，健壮的根系，除了水肥，还需要环境中气体和温度的保障。

2 中国苹果园主要土壤特征

土壤是植物根系生长的主要载体，土壤健康是果树根系健壮和植株健康的保障。中国果树“上山下滩”种植，果园立地条件相对较差，土壤有机质含量普遍较低，多不足1%，除了影响土壤透气性，也会影响土壤中无机元素的有效含量及保持。化肥大量施用但无法在土壤中得到有效保持，造成土壤无机离子富营养化、土壤板结及土壤酸化。且低有机质含量的土壤环境，有益微生物数量少，群落组成简单，不利于根系的生长。

3 苹果园水肥气生一体化技术要点

3.1 果园土壤表层覆盖

苹果园表层进行自然生草或者农作物秸秆覆盖，有效保护表层环境稳态。自然生草是任由优势野生杂草自然生长，控制草高度，及时刈割，留茬高度15 cm左右。农作物秸秆覆盖，可根据当地种植作物选用，玉米、谷子、大豆等秸秆等均可，沿行平铺于树冠下方，无需粉碎，省工省力，可连续覆盖。

3.2 中层单侧开沟局部优化

果树行间单侧开沟，紧靠树冠边缘，开沟宽10～15 cm、深50～60 cm，将土表的有机肥与表层覆盖秸秆或覆盖草混合填入，将挖出的下层土再覆盖于树冠表层，使上、下层土互换。行间左右侧隔3～5年1次交替开沟局部优化，既保证改善土壤结构的持续稳定性，又可减少有机肥和人工投入，省工节肥。

3.3 下层垂直增氧滴灌

灌溉采用成本低的简易滴灌模式，结合“穴贮肥水”技术，株间打孔，直径15～20 cm，深度50～60 cm，填充稻壳炭与有机肥，灌溉水可快速垂直渗透。改传统的地表水平供给水肥为地下垂直供给水肥。滴灌时，利用物理通气(通气泵进行灌溉水通气)或过氧化氢等化学增氧手段提高水中氧气含量，防止灌溉窒息产生的负面影响(非粘性土，如果水含氧量低的话，会产生根系窒息)，由传统的“水平灌溉”转变为“垂直增氧滴灌”，增加土壤氧气含量，维持根系呼吸。

3.4 滴灌水溶肥配合微生物肥

滴灌所用无机水溶肥，配合促进根系生长的微生物菌肥，增加局部环境中有益微生物数量，提高根系活力。以通过打孔穴施的稻壳炭、有机肥等作为无机元素和微生物的载体，保证肥料效果的持续性。

4 展望

4.1 局部优化的土壤环境是水肥气生优良效应载体

中国果园土壤有机质含量低，通气性差，载体效应差。有机质作为无机元素的优良载体，能够保证无机肥料的有效性和持续供应；优良的通气环境，能够保持局部空间的氧气含量，维持根系呼吸，同时也为微生物的多样性提供了良好的代谢场所。利用局部的土壤改良，提升水肥利用效率，减肥节水；并且利用改良空间的边际效应，稳定根系生长，减少根系冗余消耗，调控根系理想构型，保障树体健康。

4.2 果园根系管理要注意消除技术措施的负面作用和注重技术的本土化

根系管理是果园优质丰产的核心。水、肥、气等是植物根系生长发育的必须要素，是果园根系管理的关键。然而，如果根系需求的水肥等管理措施不当，会产生极大的负面作用，例如果园灌溉水氧气含量过低时，会导致根系窒息或凋亡；水肥一体化的无机营养元素，如果没有良好的保存载体，会导致土壤离子含量过高，土壤酸化等。消除这些措施的负面效果是果树根系管理提升的重点。水与气结合提高灌溉水氧气含量；结合为无机营养提供载体；水溶肥与微生物肥结合改善环境微生态系统；滴灌与穴贮肥水结合，保证水分的快速渗透和有效吸收；局部优良环境与整体结合，保证根系生长空间。

果园根系管理更要重视技术的本土化，根据矮化树体或乔化树体差异以及果园土壤特征，技术可适当改进简化，实现技术的最大有效化，降低生产资料和劳动投入。本技术表层农作物秸秆覆盖，投入成本低；中层单侧开沟局部优化，一次施肥，可以保持3～5年的肥料效果，节肥约30%；简易滴管系统与穴贮肥水结合，节水约40%。

图1 苹果园水肥气生一体化技术及对苹果根系的影响