1、山地果园灌溉施肥轻简技术模式研究李建 平1， 高 迎2， 王鹏 飞1， 曾立 华1， 刘洪 杰1， 刘俊 峰1( 1 河 北 农 业大学 机电工程学院 ， 河北 保定 071001; 2 长城汽车股份有限公司 ， 河北 保定 071000)摘 要 : 果园滴灌系统是矮化中间砧密植栽培苹果园水肥管理中一项重要技术要求 。为此 ， 针对山地果园的滴灌系统构成 、工作原理 、布置和地块规格设计 ， 以及农机作业便捷等方面分析了山地果园灌溉施肥轻简化作业技术模式 。结果表明 : 应用滴灌系统及时 、定量进行水肥补给 ， 促进了幼龄果树的枝条发育 ， 节约了水资源 ， 具有较高的综合效益 。关键词 :
2、山地果园 ; 滴灌 ; 水肥一体化 ; 轻简化作业中图分类号 : S275; S2 文献标识码 : A 文章编号 : 1003 188X( 2016) 08 0087 050 引言矮化中间砧苹果 苗具有修剪等树体管理简 捷 、技术规程易操作 、树行行间宽适于机械化进地作业等特点 ， 使得矮化中间砧密植集约栽培技术成为目前苹果栽培的重要模式 ， 对高效利用燕山 太行山连片特殊困难地区地势高 、通风且光照充沛的大规模荒坡梯田地 ， 实现果树等经济作物园区上山 、下滩 ， 向旱塬地 、瘠薄地发展 ， 有效保护基本农田的粮食作物种植安全具有重要意义 。矮化中间砧苹果园一般应选择在交通方便 、具有一定土
3、层厚度 、水源方便或灌溉条件易实现的地方建园 1。但面 对 燕山 太行山连片特殊困难地区水源缺乏 、地下淡水开采困难 、常年降雨集中易造成水涝灾害及冬春至夏初严重干旱少雨的情况 ， 需对栽植矮化中间砧苗木的梯田坡地进行整理并配套相应的灌溉设施 ， 为矮化中间砧苹果果树生长创建良好的条件 。1 山地果园滴灌系统农业灌溉是我国 用 水大户 ， 面临着干旱缺水和用水过程中水资源流失严重 、农田水分利用率低的问题 2， 因此采用渠道防渗 、喷灌 、滴灌等高效节水灌溉技 术 来提升农业节水潜力尤为重要 。滴灌可使灌溉水或水肥液成点滴 ， 缓慢 、均匀而又定量地浸润到果树根系最发达的区域 ， 使果树根系活
4、动区的土壤始终收稿日 期 : 2015 07 20基金项目 : 河北农业大学理工基金项目 ( LG20140103) ; 国家公益性行业 ( 农业 ) 科研专项 ( 201203016) ; 国家苹果产业技术体系果园机械岗专项 ( CAS 28)作者简介 : 李建平 ( 1978 ) ， 男 ， 河北保定人 ， 讲师 ， 博士研究生 ，( E mail) ljpnd527 126 com。保 持 在 最优含水状态 ， 且对地形和土壤的适应能力强 ; 受山地果园地形地势限制 ， 根据高效用水原则 ， 选择滴灌技术作为山地果园果树灌溉方式 ， 如图 1 所示 。山地果园滴灌系统的工作原理 : 深井
5、或低洼池塘的水经砂石过滤器过滤后 ， 经水泵泵送至储水池 ; 静止沉淀水中杂质后 ， 经叠式过滤器过滤由加压水泵将水送入与主水管路相连的支管管路 ; 支管管路铺设在果树主干旁 、地表之上 ， 在支管管路上设有等间距的滴灌头 。开启加压水泵进行果树灌溉作业 ， 通过布置在根系不同深度的土壤水分传感器控制各支管管路上阀门的开启和闭合 ， 实现果树用水的智能灌溉 。加压水泵的开启方式可通过无线遥控或人工操作等方式控制 ; 果园高温环境条件下通过开启球形阀门 ， 水经过侧支管路送至喷头喷洒到果树枝叶和果实上 ， 降低局域环境温度 、防止果实日灼 。通过统计果树各行分支滴灌带的灌溉流量 ， 可计算出整个
6、果园的灌溉用水量 ， 为高效利用政府分配的灌水定额提供分析和优化依据 ; 亦可记录果树生长不同时期的供水量 ， 进而实现果树生长需水与外界供水间的合理匹配 。由于燕山 太行山山区土层薄 、保肥保水性差 、自然降雨分布不均衡 ， 且灌溉条件有限 ， 因此要在燕山 太行山山区果园实现山地果园滴灌系统 ， 需对现存的家庭分片小地块进行整理 ， 使其地块连片易机械化作业 。同时 ， 增厚土层 ， 水平梯田修成外高内低型 ，便于截蓄天然降水 。2 地块 规 格设计矮化密植栽培苹果园 可 选择平地 ( 5 15) 坡度的低缓丘陵地或在 15 30坡度的山地 1。根据 地782016 年 8 月 农 机 化
7、 研 究 第 8 期DOI:10.13427/ki.njyi.2016.08.018势坡度的陡缓程度 ， 合理选择坡地和梯田地两种形式成片 、成 规模栽植苹果树 。在地形复杂多样且气候因素 、土壤状况相差较大的不同地区 ， 每个果园园区面积可控制在 225 450hm2。按小区 整地 ， 并配备有排灌系统 。果园设主水管路 ， 各小区果园间设分支管路 ， 分支管路连接主水管路 。1 水源 2 砂 石过滤器 3 水泵 4 储水池 5 叠式过滤器 6 加压水泵 7 主水管路8 阀门 9 水表 10 土壤水分传感器 11 果树 12 球型阀门 13 分支滴灌带 14 喷头 15 侧支管路 16 压力
8、表 17 控制器图 1 山地果园灌溉系统Fig1 The mountainous orchard irrigation system21 地块 长 度设计地块长度对农机具作业机组空行的比重和机械化作业总的效率有着决定性影响 3。栽植 矮 砧密植苹果树的地块长度尽可能伸延连片 ， 不被道路 、渠道阻隔断 ， 地头机耕路宽度 2 3m， 有利于实现机械化作业 。地块长度与果园割草 、打药等农机具作业效率间的关系式为 =t1t1+ t2式中 农机具作业效率 ( %) ;t1割草 、打药等农机具作业所需时间 ( s) ;t2割草 、打药等农机具作业所需时间 ( s) 。地 块 越长 ， 农机具的作业效
9、率越高 。22 地块宽度设计考虑到矮砧密植苹果园内树行间草体的刈草等作业处置工序 ， 需考虑坡度值对农机具作业的制约作用 。随着坡度增大 ， 机具移动的阻力增加 ， 作业质量下降 ; 当拖拉机悬挂割草机组刈草作业时 ， 坡度每升高 1， 拖拉机牵引力的非生产损耗占 10% 4。地块宽度需考虑树下割草 、打药等农机具作业及机械转弯半 径 的要求 ; 在不同地块之间应有机耕道相连通 。矮砧密植栽培果园的苹果树冠控制在直径 2m 范围内 ， 且树下行内铺设防止生草的黑色地布 ， 黑色地布下敷设滴灌管 ; 地布宽度为 1m， 与苹果树冠单侧宽度相匹配 ， 地布外侧及树行行间进行自然生草 ， 用于调节果
10、园微域的水分和温度 。地块最佳的长宽比不仅要满足果树成龄挂果时果园割草 、打药等机具便于实现机械化作业的要求 ，还要保证果园作业机组实现正确的机具编组作业和配套使用的滴灌等先进农业技术 。从太行山 燕山山区中小地段上种植果园实现割草 、打药等机械化考虑 ， 地块的长宽比值要大 ， 使得果园割草 、打药等作业时机组的空行行程比变小 ， 提高机械化效率 。综合考虑地块宽度受山地坡度值 、栽植果树株行距及农机具使用等因素 5 6， 选定田面宽度为 2 4m。3 滴灌 系 统设计河北省 顺平县属暖温带半干旱季风区大陆性气候 ， 年降水量 570mm 左右 ， 大气降雨年内分配不均 ，降雨时节及其雨量分
11、布与果树周年生长需水要求不匹配 ， 不能满足果树春季发芽 、枝条发育 、开花坐果等物候期生长需水要求 。干旱少雨的春季对果树枝条发育 、开花坐果极其不利 ， 因此根据果树生长的物候期需水要求 ， 及时 、定量 、合理地进行灌溉是实现果树长势旺 、易成花 、坐果率高及保持果树年均产量稳定的重要措施 。以河北省顺平县北大悲村的山地矮砧密植苹果园为例 ， 需将地势低处深井的水通过水泵提升 49 8m 至山顶的储水池 ， 通过滴灌系统将水或在储水池混合的水肥液送至果树行内 。31 水泵的选择将深井的水提升至储水池的水泵选择包括水泵扬程的计算和型号选择 。882016 年 8 月 农 机 化 研 究 第
12、 8 期水泵扬 程 7的计算 式为Ht= Z + hh = fQmdbL式中 Z提 水 高度 ( m) ;h管道沿程压力损失和局部损失之和 ( m) ;f沿 程阻 力系数 ;Q出水流量 ( m3/h) ;d上 水 管 内径 ( mm) ;L上 水管长 ( m) ;m流量指数 ;b管径指数 。储水池的上水管道管径为 150mm， 水泵出水口流速为 1 50m/s， 上水管长 L =68 87m， 查表选择流量指数 m =1 77， 管径指数 b = 4 77， f = 0 000 915。将数据代入水泵扬程计算式 ， 计算得沿程压力损失为0 868m。局部阻力损失按沿程压力损失的 15% 计算
13、， 即0 868 0 15 = 0 13( m) ， 则上水管道沿程压力损失和局部压力损失之和为 0 998m。查泵产品供应目录 8， 选 择 水 泵 100WSP5 50/81 5 型 ， 扬程 55m， 电动机功率 1 5kW。32 灌溉制度的确定灌溉制度确定要根据果园栽植苹果 、土壤 、灌溉面积来确定 9， 保证作物在枝条发芽 、开花 期 、结 果期 、果实膨大期能得到合理的灌溉 。在特别干旱的月份 ， 可缩短灌水周期 ， 增加灌水时间 ， 保证作物生长期的及时 、合理用水 。根据微灌工程技术规范 10和农 田低 压管道输水灌溉工程技术规范 11， 确定 果 园的灌溉制度 。1) 果树灌
14、水定额的设计 。根据微灌工程技术规范 ， 设计灌水定额的计算式为m = 01zp( max min) /式中 m设 计 灌水定额 ( mm) ;土 壤容重 ( g/cm3) ;z设计土壤湿润层深度 ( m) ;p设计土壤湿润比 ( %) ;max适宜土壤含水率上限 ;min适宜土壤含水率下限 ;灌溉利 用系数 。2) 果树灌水周期的设计 。根据作物耗水量最大值 ， 灌水周期计算式为T = (mEa) 式中 T设 计 灌水周期 ( d) ;Ea灌区苹果树最大需水量 ( mm/d) 。3) 灌溉 设 计流量 。计算公式为Q0=mATt式中 Q0灌溉系统设计流量 ( m3/h) ;t每天 灌 溉时间
15、 ( h) ;A灌溉总面积 ( m2) ;控制性作物的种植比例 ( %) 。33 滴灌系统工作制度灌溉系 统工作制度要根据果树栽植密度 、灌水时间及一次灌溉控制面积等因素来确定 。1) 一次性灌溉水延续时间的确定 。计算公式为t=mstsmnqd式中 t一次性灌水延续时间 ( h) ;st果树 的 株距 ( m) ;sm果树 的 行距 ( m) ;n滴管带滴头间距 ( m) ;qd滴灌滴 头流量 ( L/h) 。2) 灌水方式 。灌水方式采用轮灌 ， 根据栽培面积对果园进行分区 ， 各小区采用分组轮流供水灌溉的方式 。相对于续灌 ， 轮灌使灌水时间和灌水量集中 ， 减少了灌溉时间 ， 提高了灌
16、溉效率 。3) 轮灌组的划分 。对于果园种植连片集中的地块 ， 各地块进行轮灌的数目应根据各轮灌组的面积 、灌溉流量 、灌溉顺序和各级管道的输水能力 、经济管径及苹果树的需水要求确定 。同时 ， 使水源的供水量与计划灌溉的果树面积相协调 12。计算 公 式为NCTt式中 N轮 灌 组的数目 ;C系统 1 天的运行小时数 ( h) 。34 果园灌溉施肥技术341 果园灌溉施肥据联合国粮农组织 ( FAO) 的统计资料表明 : 使用化肥对大田等粮食作物生产的贡献率约占 50%。但是 ， 化肥中氮磷钾等元素的当季利用率不高 : 氮肥约30% 35% ， 磷肥约 15% 20% ， 钾肥不超过 60%
17、。化肥的损失率非常高 13， 不符 合 当前 “一控两减三基本 ”的农村污染治理要求 。常规的沟灌 、渠灌 、漫灌等自然灌溉施肥措施对地势不平 、果树生长所需的有效土层厚度不均匀且土壤养分低的丘陵山地种植的果树很难达到壮树丰产982016 年 8 月 农 机 化 研 究 第 8 期的目的 。相 对于水肥利用率约占 30% 50% 的常规灌溉方法 ， 采用水泵加压 、管路封闭的滴灌系统 ， 可将管路滴头滴出的水肥渗入到果树根系分布的土壤深度 ， 减少通过土壤深层渗漏水肥量 ， 进而提高水的利用率 ， 可达 75% 95%。根据果树各物候期的生长需肥要求 ， 将肥料溶于水中 ， 随水滴灌进入果树根
18、系附件 ， 使根系充分吸收肥料 ， 减少肥料的深层渗漏损失 ，提高肥效 ， 并且使深层地下水避免渗漏的肥料药剂的污染 。果园施肥是在灌溉同时将化肥等水溶性肥料融化入水中 ， 伴随灌溉进行施肥作业 ; 或将羊粪 、鸡粪等动物废弃物经过熟化处理后撒于果园地表 ， 经微型旋耕机旋耕混合后进行水灌溉 。应用果园滴灌系统可精确控制灌溉施肥次数 、灌溉水量及使用肥量 ， 实现水肥协同作用 ， 满足果树在不同气候条件 、土壤状况及不同生长物候期生长发育所需的水肥量 ， 实现在果树管理的时间和空间上精准调控 ， 创造适于果树生长的最优环境条件 。342 果园滴灌施肥效用果园滴灌施肥是将溶化的水肥液精确地施在果
19、树根部 ， 与常规地表撒肥等施肥方法相比 ， 在施肥作业用工 、肥料用量 、根系生长空间分布 、减少病虫害传播及行间草体管理等方面有显著区别 ， 有利于实现矮砧密植果树栽培的标准化和管理作业的轻简化 。在肥料用量上 ， 利用滴灌系统进行果树施肥的肥料及时到达根系分布空间 ， 根系能够充分并高效地吸收滴灌送来的肥料 ， 施入量比传统施肥减少率 30% 50% ， 且可防止肥料被水淋溶渗漏至地下水而污染深层地下水体 ; 在施肥作业用工量上 ， 利用滴灌系统进行施肥作业 ， 施肥的数量和施肥的时间可根据果树生长物候期的需求人工控制 ， 施肥及时 、速度快 ( 约67hm2/天 ) ， 比传 统 撒施
20、肥的劳动力用工节省率 90% ; 在果树根系生长空间分布上 ， 利用滴灌系统的果树根系分布在滴灌水浸润的深度位置 ， 防止根系向土壤湿润区过度生长 ， 造成地面果树枝条分布不均 ;在病虫害随水传播方面 ， 区别于地面大水漫灌 、渠灌等灌溉方式 ， 滴灌施肥是水肥的精确定位与利用 ， 可以减少腐烂病 、轮纹病等果树病害的随水传播 ; 在果树行间草体管理上 ， 由于滴灌施肥只湿润根层 ， 果树行间没有水肥供应 ， 杂草生长也会显著减少 ， 减少草体刈割用工 。另外 ， 滴灌系统还具有随水滴药防治土壤害虫 、线虫 、根部病害等作用 ; 且通过空气压缩机向埋于一定土壤深度的滴灌系统灌气 ， 解决较粘重
21、土壤果树根部缺氧问题等用途 。滴灌施肥系统可根据果树的需肥规律实现精确的水肥供应 ， 满足果树生长需求 ， 可以提前进入结果期 ， 并显著地增加产量和改善果实品质 14。4 灌溉 效 用分析41 苹果树物候期需水规律苹果正常生长的 不同的物候期内 ， 果 园田间持水量一般为 60% 80% 15; 灌溉时间和灌溉水量 应 依据果树在生长发育期内各物候期所需的水量及果园自身土壤的含水量来确定 。一般应做好花前水 、花后水 、果实膨大水和封冻水 4 个时期的灌水 。一般成龄果树 1 次最适宜的灌水量 ， 以水分完全湿润果树根系范围内的土层为宜 。河北省顺平县北大悲村的坡地矮砧密植苹果园总面积 5h
22、m2， 梯田田面宽度为 48 87m， 土壤 耕 作层干密度为 1 28g/cm3， 田 间 持 水量为 20 8% ; 苹果株行距为 200cm 400cm， 2 3 年生 ， 处于幼龄期 ， 冠层高度平均为 200cm， 主要根系深度为 40 60cm， 根系幅宽 30 40cm， 此范围即滴灌水入渗需要达到和起作用的深度 。结合顺平地区的气候条件 ， 选择在果树的周年管理内实行多次灌溉 ， 经济灌溉定额以 750 1 200m3/hm2为适 。42 灌溉效用滴灌为果树生长发育提供了相适宜的水肥条件 ，水肥渗入到果树有效根层深度和幅宽内 ， 有利于促进根系生长 、枝条新梢生长和花芽分化 、
23、叶和果实的生长 ， 奠定了增产的基础 。表 1 为 2013 2014 年矮砧密植苹果园灌溉用水对照表 。421 促进果树生长发育滴灌使果园土壤温度处于适宜的状态 ， 树体长势变化情况为 : 果树新稍枝条平均长度较畦灌 、不灌分别增加 9 8%、33% ， 果树枝条根茎粗度较畦灌 、不灌分别增加 17 9%、44 9%。表 1 果 树 滴 灌 、畦灌 、不灌枝条发育与用水比较表Table 1 Drip irrigation， irrigation， irrigation of fruit treebranches development and water table项目枝条长度/cm枝条粗度
24、/cm枝条发枝数/个灌水次数灌水定额/m3hm2用 工/个 hm2滴灌 568 158 15 12 1 350 68畦 灌 517 134 12 8 1 800 415不灌 427 109 5422 节水 省 工考虑 2013 2014 年矮砧密植苹果园所在顺平地092016 年 8 月 农 机 化 研 究 第 8 期区的年 度降雨量 、平水年与干旱年的降雨量差别及作物灌溉经验等因素影响 ， 果园滴灌的经济灌溉定额平均为 750 1200m3/hm2， 与大田地面灌溉定额 3150m3/hm2相比 ， 则年可节约水量 9 750 12 000m3， 极大 地节 约了水资源 。近两年试验表明 :
25、 灌溉节水量滴灌较畦灌节约 25% ， 省工 80% ， 不仅促进了果树的良好成长 ， 同时实现节水省工的轻简化作业 。423 调控果园微域气候矮砧密植果园连片集中后成为一个有效局部气候环境 ， 应用滴灌系统可有效调控果园区域的空气湿度 、温度 ， 不仅有利于土壤水分含量满足果树生长物候期所需水分要求 ， 还能保持土壤表层结构和水土养分 ， 减少地表径流 ， 还为鸟类 、昆虫等动物和微生物提供了生息繁育的场所 。5 结论分析了山地果园 滴灌系统构成和工作原理 ， 确 定了山地果园宽度和长度等地块规格及灌溉制度等参数 。同时 ， 从便于果园割草 、打药等机组作业等角度讨论了山地果园灌溉施肥轻简化
26、技术模式 ， 实现了应用滴灌系统促进幼龄果树枝条发育 、保持地温及节约水资源的综合高效益目的 。参考文献 : 1 刘钟 鸣 苹 果矮化密植栽培技术要点 J 河北果树 ， 2012( 4) : 37 38 2 谭华 不同形状地块滴灌田间管网优化研究 D 兰州 : 兰州 理工大学 ， 2009 3 范玉芳 重庆丘陵区梯田规划与工程设计分析 D 重庆 :西南大学 ， 2010 4 汤国安 基于 DEM 坡度图制图中坡度分级方法的比较研究 J 水土保持学报 ， 2006， 20( 2) : 157 160 5 李华 延安黄土丘陵沟壑区土壤水分特征研究 D 杨凌 :西北农林科技大学 ， 2007 6 夏
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29、 Irrigation Technology in the Upland OrchardLi Jianping1， Gao Ying2， Wang Pengfei1， Zeng Lihua1， Liu Hongjie1， Liu Junfeng1( 1 College of Mechanical and Electrical Engineering， Agricultural University of Hebei， Baoding 071001， China; 2Great Wall Motor Company Limited， Baoding 071000， China)Abstract:
30、 The drip rrigation is an important irrigation system of dwarfing cultivation and management techniques of inter-stock apple orchard in planting and Cultivation Through the drip irrigation system in upland orchard， working principle，layout and block size design， agricultural machinery operation conv
31、enient and so on， analysis the technology of light andsimple operation in upland Orchard Application of drip irrigation system and water and fertilizer for timely quantitative，promote the development of young fruit tree branches， saves water resources， and has the high comprehensive benefitKey words: upland orchard; drip rrigation; integration of irigation and fertilization; lightweight irrigation technology192016 年 8 月 农 机 化 研 究 第 8 期
