1、水肥一體化技術條件下水分在土壤中的遷移規(guī)律

　　水分在土壤中的遷移規(guī)律主要受土壤性質和灌水特征（灌水量、滴頭流量等）因素的影響。土壤類型不同，水分在土壤中遷移規(guī)律也有所差異，在灌水特征相同的情況下，偏砂性土壤水分水平濕潤距離小于垂直濕潤距離。

　　因此充分了解不同條件下的水分的遷移規(guī)律，對于指導水肥一體化制定合理的灌溉施肥制度意義重大。

　　近年來，國內很多學者通過研究滴頭流量和灌水量等因素來了解水分在土壤中的運移分布規(guī)律，通過測定土壤濕潤鋒運移規(guī)律，分析不同灌水量和滴頭流量下的最大橫向、縱向濕潤直徑與其關系模型，進而確定滴灌設計的基本參數(shù)。

　　有研究表明初始含水率和容重對土壤濕潤體特征值有較明顯的影響，土壤濕潤體形狀和大小受灌水量的影響較大。楊直毅等對山地紅棗滴灌水分運移規(guī)律試驗研究結果表明土壤濕潤體的水平和垂直擴散距離與灌水量存在顯著的冪函數(shù)關系。

　　研究滴灌對棗園土壤水分運移和紅棗葉片的影響中發(fā)現(xiàn)土壤垂直濕潤峰與灌水量呈線性關系，而水平濕潤峰隨時間的變化呈顯著的二項式函數(shù)關系。

　　吳衛(wèi)熊等在分析廣西山區(qū)三種類型土壤在滴灌條件下土壤水分運移規(guī)律中發(fā)現(xiàn)：水分運移形狀不同，且運移速率以沙土最大，并提出沙土、壤土和黏土滴灌管在廣西山區(qū)較為適宜的掩埋深度及滴孔間距的分別為10、15 和20 cm; 而適宜的滴孔間距分別為25、30和35 cm。

　　另外，由于水分在土壤中的遷移過程較為復雜，田間試驗只能了解特定條件下的遷移規(guī)律，因此，國內外學者還提出了大量的適用于不同條件的土壤溶質運移的數(shù)學模型來模擬土壤中的水分及養(yǎng)分運動遷移過程，同時還開發(fā)了水分和溶質運移模擬軟件。目前常用的模型軟件包括HYDRUS系列模型、VS2DT 系列模型、SHAW 模型等。其中HYDRUS系列模型在土壤水鹽運移研究領域應用較多，且效果較好。

　　如Cote 等利用HYDRUS-2D模型模擬了在地下滴灌條件下土壤水分及溶質運移規(guī)律；李顯溦等應用HYDRUS軟件，模擬了淋洗壓鹽條件下暗管排水區(qū)域內的土壤水鹽運移過程；李久生等利用HYDRUS-2D 模擬了地表滴灌施肥條件下土壤水、氮的分布。近幾年來，我國學者還提出了可用于地表和地下滴灌條件下的土壤水分、鹽分運動模擬的數(shù)值模型-TIVS模型，能夠在膜下滴灌等條件下取得較好的模擬效果。除此之外，還有其他土壤水鹽運移模型WAV-ES 模型、PROFLOW 模型和2DFATMIC 模型以及土壤水分及氮素運移模型SOILD 模型、WHNSIM 模型和ANIMO 模型等。

　　雖然關于土壤水分遷移的數(shù)學模型很多，但不同模型的側重點不同，且數(shù)學模型的構建也不可能將所有影響因素考慮全面，因此在應用上不一定完全適合擬合，還需進一步根據(jù)實際情況進行調整和驗證。

2、水肥一體化技術條件下養(yǎng)分元素的遷移轉化規(guī)律

　　氮、磷、鉀等主要營養(yǎng)元素在果樹營養(yǎng)和生殖階段發(fā)揮著重要的作用，一般通過土壤供應將氮、磷、鉀營養(yǎng)元素維持在最佳水平，才能獲得果樹的高產量和好品質，而水肥一體化技術能根據(jù)果樹品種按需施肥并直接施于根區(qū)，進而減少養(yǎng)分的淋失。

　　有效利用養(yǎng)分元素的遷移轉化規(guī)律在很大程度上影響了水肥調控技術的應用效果，因此準確掌握和了解水肥一體化技術條件下養(yǎng)分元素的遷移轉化規(guī)律意義重大。

（1）水肥一體化條件下氮素在土壤中遷移轉化規(guī)律

　　氮素是果樹生長發(fā)育必不可少的元素之一，能夠促進果樹生長發(fā)育和養(yǎng)分吸收。目前水肥一體化技術應用中較為常見的氮肥主要有尿素、銨態(tài)氮和硝態(tài)氮肥等。

　　明確氮肥在進入土壤后的遷移轉化規(guī)律，才能減少氮素淋溶損失，采取有效措施調控植物生長階段氮素的供應。Alva 等發(fā)現(xiàn)滴灌施肥能夠顯著減少硝態(tài)氮的流失。

　　Clothier 等提出了滴頭周圍土壤非飽和尿素溶液的非穩(wěn)定水和氮三維運輸近似理論，成功定位了由尿素衍生的惰性硝酸鹽和活性銨的滲透，為水氮耦合高效利用提供了理論依據(jù)。習金根等采用室內土柱模擬方法研究了滴灌施肥條件下不同種類氮肥在土壤中的遷移轉化特性，結果顯示3 種氮肥在2 種土壤類型中的淋失量均是硝態(tài)氮＞尿素態(tài)氮＞銨態(tài)氮。

　　黃吳進等研究發(fā)現(xiàn)溫室滴灌施肥條件下土壤硝態(tài)氮量隨灌水量和施肥量的增加而增加，隨土層深度的增加而逐漸減少。

　　目前，水氮平衡管理是水肥一體化技術的難點，關系到生態(tài)安全。在相同灌溉條件下，氮素淋洗量隨著施氮量的增加而增加。需頻繁使用低濃度氮才能最大限度的減少硝態(tài)氮的淋溶損失，提高氮素利用率，這樣也能使土壤中N的殘留達到最小化，但是耦合頻率過于頻繁，將降低水的利用效率。

　　當施氮量為234 kg · hm- 2，平均每年的淋洗量為71kg · hm- 2，當施氮量增加4.72 倍時，淋洗量也增加3.09 倍。在田間試驗中，施氮量為189 kg· hm-2的條件下，每年的氮素淋洗量僅為25 kg· hm-2，超過正常灌溉量1.13 倍時，淋洗量增至47 kg· hm-2[62]。

　　研究表明歷經(jīng)30 a（年）后，施用于農作物的合成氮肥約15%仍然殘留在土壤的有機物之中，且約10%的氮肥已從土壤向地下水滲透，且將持續(xù)保持至少50a 的低量泄漏。Ju進一步指出，Sebilo 等文章報道的情況只適合于對體系低量供氮或平衡供氮條件下。

（2）水肥一體化條件下磷素在土壤中遷移轉化規(guī)律

　　傳統(tǒng)使用的磷肥屬于可溶性，但不適合水肥一體化技術，因為在溶解過程中會伴有其他反應發(fā)生，且不溶性成分很高，則易堵塞滴頭。目前灌溉施肥常用的磷肥有磷酸二氫鉀、聚磷酸銨肥料等。

　　通過研究土壤中磷肥遷移分布規(guī)律，改善土壤供磷狀況，減少磷肥損失，提高磷肥利用率，尤其是有效性P肥的可持續(xù)性供應在果樹生產中尤為重要。

　　有研究表明，與撒施相比較，滴灌施肥能夠使土壤溶液保持較高的磷濃度。王虎等對水分和速效磷運移分布規(guī)律的研究中發(fā)現(xiàn)速效磷在滴頭處及濕潤鋒附近含量相對較高，并隨土層深度增加逐漸減小，同時隨徑向距離增大呈現(xiàn)先減小再增加的趨勢。

　　鄧蘭生等在研究滴灌施用磷肥在不同質地土壤中有效磷的移動性及磷濃度對磷移動距離的影響中發(fā)現(xiàn)，移動性大小為：砂壤土＞輕壤土＞重壤土，且在相同質地土壤中，磷移動距離隨施用濃度的增加而增大。

　　研究表明，在番茄不同生長階段，滴灌施肥土壤中有效磷含量均顯著高于畦灌和常規(guī)施肥處理。

（3）水肥一體化條件下鉀素在土壤中遷移轉化規(guī)

　　律鉀元素是果樹生長發(fā)育不可缺少的一種大量元素，熱帶水果對K元素的需求量最大。適當?shù)拟浽丶饶茉霎a，還能改善果實品質，如可溶性固形物和抗壞血酸濃度增加、改善果實顏色、延長保鮮期等。

　　鉀肥移動性好，水肥一體化技術施用鉀肥有效性較高，鉀利用率可超過90%。其中灌溉施肥常用的鉀肥有硝酸鉀、磷酸二氫鉀、氯化鉀等。采用滴灌對巴厘菠蘿施用K肥的研究中發(fā)現(xiàn)隨著施K量的增加，菠蘿增產6.17%，同時果實中可溶性總糖含量呈現(xiàn)增加趨勢，但糖酸比、維生素C和可滴定酸含量基本沒有變化。朱小平等發(fā)現(xiàn)，増施K肥能夠明顯改善葡萄品質，這與Sipiora 等在灌溉施鉀明顯提高葡萄中可溶性固形物和可溶性糖含量的研究一致。

　　而一些木本果樹（杧果、梨等）在施用K肥后幾乎沒有改善果實品質，這可能與木本果樹累積較高鉀元素、試驗周期短有關。目前對鉀元素在土壤中遷移轉化規(guī)律的研究還相對不足，鉀肥施用需要綜合考慮果樹類型、土壤類型和生殖階段等。

3、水肥一體化技術對果園土壤質量的影響

　　傳統(tǒng)灌溉施肥的施肥量要大于水肥一體化技術的施肥量，易造成肥料過量，加劇土壤鹽堿化、造成土壤板結等現(xiàn)象嚴重發(fā)生。而水肥一體化技術后土壤比較疏松，透氣性較好，土壤中的微生物種類增加且活動比較頻繁，加速土壤有機質的分解，有利于植物有效的吸收水分和養(yǎng)分。有研究表明N、P、K 合理配施能夠顯著提高土壤有機質和養(yǎng)分的含量。

　　高義民等對蘋果園的土壤養(yǎng)分變化的研究表明，NPK 肥處理增加了果園土壤中的有效氮、磷、鉀含量，且累積量在不同土層中的分布差異較大。水肥耦合方式對土壤營養(yǎng)及梨樹生長發(fā)育中研究發(fā)現(xiàn)常量水+半量肥（NH）處理中，梨樹根系分布層堿解氮、全磷和有效磷、有效鉀含量都優(yōu)于其他處理。

　　許娥研究發(fā)現(xiàn)滴灌能明顯提高土壤堿含量和養(yǎng)分含量，并減少肥料對環(huán)境的污染。同時適當增加土壤溫度，保持土壤溫度的穩(wěn)定性有利于果樹生長發(fā)育。

　　水肥一體化能明顯減少梨園土壤地表水分蒸發(fā)，減少水分流失，并能促進水分向梨園根系滲入。但有研究發(fā)現(xiàn)，長期滴灌施用銨態(tài)氮肥和尿素，容易導致施肥區(qū)的局部土壤酸化，尤其是一些緩沖性較差的土壤酸化現(xiàn)象會更為明顯。

　　與非滴灌區(qū)相比，長期滴灌施肥條件下，荔枝園土壤酸化明顯。因此，水肥一體化技術對果園土壤質量的影響還需進一步做深入研究。

來源：果樹學報

作者：劉思汝，石偉琦，馬海洋，王國安，陳清，徐明崗

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