水肥耦合技术模式助推柴达木枸杞产业提质增效

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　　摘 要：柴达木盆地作为我国典型的干旱区，其生态问题历来受到高度关注。枸杞产业是目前该区域优先发展的重点产业，在防治沙化和水土保持方面发挥了巨大的生态作用。水肥耦合技术模式针对柴达木盆地水资源有效化利用、节水技术与施肥技术脱节、肥料利用效率低下、忽视土壤水分养分基础条件、对枸杞生长发育特性缺乏了解、灌溉施肥设备生产技术装备落后等问题，在调查分析柴达木盆地30000hm2枸杞园土壤条件的基础上，依据枸杞生长特点及养分吸收特性，研制10余种枸杞现蕾期、花果期、幼龄期不同阶段枸杞水溶性滴灌肥配方;結合创新集成的滴灌施肥设施，集成了枸杞水肥耦合技术模式，获得多项科研成果，实现了枸杞产业节水、节肥、水肥高效耦合和环境友好、高产优质的目标，为青海省柴达木枸杞产业提质增效发挥了关键作用。
　　关键词：水肥耦合;柴达木盆地;枸杞产业;提质增效
　　中图分类号：S-3
　　 文献标识码：A
　　 DOI：10.19754/j.nyyjs.20190715006
　　
　　1 项目背景
　　柴达木盆地是一个水资源短缺，但可开发土地资源相对丰富的地区，盆地年均降雨量不足250mm，是我国典型的大陆性荒漠气候干旱区，柴达木干旱区的生态问题也一直受到国家的高度重视[1-2]。该地区土地面积为2530.15×104hm2，占青海省国土面积的36.32%，其中耕地面积3.97×104hm2，占柴达木地区土地面积的0.16%。有限的耕地资源需要相应的产业发展来提高单位面积的产出和收益。枸杞作为当地新兴的朝阳产业[3]，截止2018年底，柴达木盆地人工营造枸杞经济林面积已达30000hm2。由于枸杞具有抗旱、耐盐碱的特性，是理想的经济、生态兼用树种，在防治沙化和水土保持方面发挥了巨大的环保作用，改善了盆地的生态环境。目前枸杞产业是当地农业产业结构调整的重要手段，也是改善生态环境、增加农业和农民收入的有效途径[4-5]。
　　2 枸杞生产中面临的问题和挑战
　　随着柴达木干旱区枸杞种植面积的不断增大，发展速度不断加快，产业发展难题也随之出现。主要表现在以下几方面。
　　2.1 水资源有效化利用问题
　　干旱缺水是当前青海省枸杞各产区所面临的新问题[6]。枸杞种植依靠雪水灌溉，但近年来冬季降雪量减少，也影响了枸杞的正常灌溉，加之近几年栽培面积的迅速增大，灌溉用水越来越紧缺。漫灌方式下枸杞全年用水量为800～900m3/667m2，节水滴灌条件下大幅减少为230～300m3/667m2，节水率达60%以上[7]。种植30000hm2枸杞年可节水2.7亿m3。枸杞投入产出比方面适宜采用节水灌溉，但在水资源十分稀缺的柴达木盆地，漫灌方式仍然占绝大部分，因而枸杞节水灌溉技术的应用显得尤为重要。
　　2.2 节水技术与施肥技术脱节问题
　　现有节水滴灌设施仅用于灌水[8]，施肥继续沿用传统的“人工近株多点埋肥法”，导致枸杞施肥时人工成本高居不下，且工作效率低下，两人一组每日施肥完成面积仅在2668～3335m2，其主要原因是缺乏适合的水溶肥产品及相关科学施肥技术的指导[9]。
　　2.3 肥料利用效率低下问题
　　传统施肥方式下肥料选择以尿素、磷酸二铵为主，极少数种植户会添加有机肥和钾肥等品种。由于肥水不同步，土壤剖面中次年还可挖出未完全溶解的肥料颗粒，以2a苗为主体的种植园为例，尽管每667m2投入的化肥商品量达到300kg以上，但肥料利用效率极低，造成肥料资源的浪费，大量的肥料投入会造成潜在的环境危机[3，8]。使用高含量水溶性全元肥可大幅提高肥料利用率，水肥同步，减少施肥人工投入。
　　2.4 忽视土壤水分养分基础条件
　　盆地耕作土壤母质多属洪积物，枸杞种植区多分布于盆地细土带上，由于多次洪积过程导致土壤中存在不透水层[10]，即土壤中存在一个“微型水库”，因此，水分供给时只需要保持表层30cm以上土体湿润即可，干旱时节只需根据情况适当增加1～2次水分供给便可满足生长需求。此外，柴达木盆地气候干旱，土壤瘠薄，速效养分含量普遍较低，老园区和新开垦园区间土壤养分亦有明显差异[11]。因此生产中应充分考虑土壤水肥条件，依据土壤测试结果，有针对性进行水肥供给。
　　2.5 对枸杞生长发育特性缺乏了解
　　枸杞在1a的生长周期内，对养分的吸收有一定的科学规律，营养生长期和花果期具有明显的养分吸收差异，且全生育期对氮磷钾养分的吸收也有侧重[12]，一味盲目地采用外省模式进行施肥，不能满足枸杞不同生长阶段对养分的需求，造成枝旺花多但坐果少，从而影响农户的经济收益。
　　2.6 灌溉施肥设备生产技术装备落后
　　针对性设备和产品的研究和开发不足，特别是施肥及配套设备产品品种规格少，形式比较单一，技术含量低，未考虑到与肥料溶解速率兼容问题，缺乏不同模式下的灌溉施肥设备，这些问题的存在严重影响了该项技术的大面积推广应用[13]。
　　[BT（1+1]3 水肥资源合理高效利用是柴达木产业升级的必然选择
　　作为节水技术的有效支撑，水肥耦合技术是实现枸杞产业化肥减施增效的重要技术手段[14]。该技术可节省肥料用量和控制肥料的入渗深度，减轻施肥对环境的污染风险;通过适时、适量地供给作物肥料和水分，有利于维持理想的土壤水分、通透性，减少土表蒸发和渗漏损失，使灌溉水利用率可达90%以上;由于实现水、肥同步管理，可有效提高肥料利用率，节省施肥用工[15]。水肥耦合作为一种主要的灌溉施肥方式，不仅可以有效地节约宝贵的耕地、水和肥料资源，还可有效调节作物水分和养分的供应，可在平地、缓坡地广泛实施，因而在水资源有限地区具有广阔的应用前景。但是，青海省的自然条件又与河西走廊、新疆内陆盆地很不相同，海拔远高于河西走廊和新疆，很难直接借用其它地区的成果，因此有针对性地研发适合青海省旱区的水肥耦合技术模式才能对症解决青海省枸杞生产中面临的各种问题。 　　柴达木盆地作为典型的绿洲灌区，干旱缺水是严重制约农业发展的主要因素，农业用水占总用水量的80%左右，且田间生产均以大水大肥为主，水的利用率只有30%～40%，水资源匮乏和肥料利用率偏低的矛盾表现得更为突出，不但浪费了水、肥资源，还导致了土壤退化和环境危机，推广水肥耦合技术成为解决这些问题的有效措施[16-17]。因此，针对柴达木干旱区开展基于水肥耦合技术的化肥减施技术集成和示范十分必要，符合青海省农业可持续发展的需要。
　　4 水肥耦合新技术助推枸杞产业提质增效
　　近年来，省科技厅组织省农林科学院土壤肥料研究所通过承担实施《枸杞水溶性滴灌肥开发与示范》（2014-NS-513）、《高效节水集成与示范推广》（2012-N-A8）等科技项目，分别围绕水溶性滴灌肥配方研制、水肥耦合技术及装备研发等方面开展研究示范并取得了阶段性成果。
　　核心技术：该项目在调查分析青海省柴达木盆地2000hm2枸杞园土壤条件的基础上，依据枸杞年周期内生长特点及养分吸收特性，充分考虑其对大中微量元素的需求，研制优化枸杞滴灌肥基础配方，并根据枸杞现蕾期、花果期、幼龄期等不同生育阶段研制提出了10余种符合青海省实际的枸杞水溶性滴灌肥配方;结合创新集成的滴灌施肥设施，开展了水溶性滴灌肥生产及中试;利用枸杞高效水肥耦合等技术集成，制定定量供水供肥的灌溉施肥制度，实现了节水、节肥、水肥高效耦合、环境友好、高产优质目标。
　　设备研发：此外，根据枸杞园不同规模施肥作业特点，研制开发出适宜于333.33hm2以上的大面积厂房式、333.33hm2以下中型固定式及小型移动式3种水肥一体化灌溉系统和生产模式，并建成年生产2万t规模的水溶性滴灌肥生产线，在德令哈怀头他拉镇建立了万亩枸杞水肥耦合技术示范基地。
　　技术应用：通过应用水肥耦合新技术，枸杞营养生长期叶绿素含量提高了35.2%，叶片厚度、叶面积等指标均优于传统生产模式，实现枸杞生产较传统生产模式节水57%、节肥63.8%、节省劳工81.3%，枸杞产量提高22.9%，平均节本增效达4550元/667m2，万亩示范基地可增加收入4550万元，真正实现了枸杞生产“三减一增”的目的，项目取得了良好的经济、社会及生态效益，在全省大规模推广具有重要的示范意义。
　　此项技术的应用，在带动枸杞产业由量变到质变的过程起着重要的带动作用，目前柴达木盆地枸杞种植中有机、绿色产品中占一小部分，绝大部分枸杞种植仍为习惯种植方式，产品等级低，市场价格难以上升，无法达到出口产品外销。通过水肥耦合新技术的应用，对青海省枸杞绿色产品生产提供了有力的技术支撑，对产业发展具有引领作用，从而加速产业的创新升级。
　　5 取得的科技成果
　　5.1 “柴达木盆地枸杞种植区土壤养分综合评价及空间变异特征研究”（成果登记号9632016J0081）
　　2012—2016年，课题组以柴达木盆地4大枸杞种植区为研究区域，采取野外地调查采样和室内分析的技术手段，利用典型区域采集的土壤样点研究了柴达木盆地枸杞主产区土壤主要养分指标的丰缺状况，明确了土壤养分分级标准，并应用GIS技术制作了养分空间分布图，直观呈现了各养分明显的空间分布格局;利用地统计学方法对青海省枸杞主产区土壤养分空间变异特征进行研究，从区域尺度和乡镇尺度分别对样点数据进行了半方差函数模型分析，明晰了不同尺度下土壤养分的空间变异来源。依据背景值评价法对柴达木盆地枸杞主产区的土壤重金属进行了评价，其结果对指导青海省枸杞产业合理布局具有重要意义。2015年鉴定省级成果该研究成果，经专家委员会鉴定达到国内领先水平。
　　5.2 “柴达木盆地枸杞养分吸收特性及滴灌肥配方设计”（成果登记号9632014Y0305）
　　课题组采用田间滴灌试验和室内分析的技术手段，研究了柴达木盆地典型枸杞种植区的枸杞养分含量变化规律，明确了不同生育期养分在枸杞植株内的分布特征和年周期内枸杞养分吸收量。利用百公斤枸杞干果吸收量，提出了枸杞滴灌肥基本配方，并针对格尔木、都兰、乌兰和德令哈4个主要枸杞种植区的土壤养分状况进行了配方修正，确定了符合柴达木盆地土壤条件的滴灌肥配方，对推动当地枸杞水肥一体化技术推广具有现实意义。获得省级成果经专家委员会鉴定该研究成果达到了国内先进水平。
　　5.3 “枸杞水溶性滴灌肥的研制”（成果登记号9632017Y0093）
　　本课题基于处于不同生育阶段枸杞对养分需求规律的研究，自主研发了枸杞水溶性滴灌肥。明确了其在柴达木盆地枸杞营养生长期和生殖生长期的肥效反应;研发的滴灌肥氮磷钾含量为52.52%、水不溶物0.1%和重金属等指标符合国家相关水溶肥标准。建立肥料中试生产线1条，滴灌肥生产基地1个，建立水溶肥应用示范基地1个，累计示范面积达到2267hm2，产量提高22.9%。该研究成果达到国内领先水平。
　　5.4 “柴达木盆地枸杞水肥耦合技术模式创建”（成果登记号9632017Y0094）
　　本课题针对柴达木盆地土壤构型，初步构建了枸杞水肥耦合的技术体系，制定了“枸杞水肥耦合技术规范”。研发了厂房式、中型固定式和小型移动式水肥一体化系统，实现了枸杞灌溉施肥的“轻简化、高效化和低成本化”。枸杞水肥耦合技术模式的应用，实现了枸杞产业的“三减一增”，化肥用量降低63.8%，節水57%，产量提高22.9%，人工成本节约81.3%，建立示范基地1个。
　　6 结语
　　枸杞水肥耦合技术的应用，在带动枸杞产业由量变到质变的过程起着重要的带动作用，目前海西地区枸杞种植中有机、绿色产品仅占一小部分，绝大部分枸杞种植仍为传统的“大肥大水”种植方式，产品等级低，市场价格难以上升，无法达到出口产品外销。通过水肥耦合新技术的应用，对青海省有机、绿色产品生产提供了有力的技术支撑，对枸杞产业发展具有引领作用，从而加速产业的创新升级。 　　把科学技术研究成果与枸杞产业发展结合起来，是符合中国国情和青海省情并实现产业提质增效的可靠途径，对青海省现代农业发展具有极其重要的战略意义。通过以上成果的实施，有力地增强了枸杞水肥一体化技术的科技含量，在施肥技术上应用按需施肥、测土施肥的平衡施肥技术，提高了肥料利用率，进一步改善了农产品品质，使枸杞产业稳步扩展。同时“三减一增”的应用效果，节肥节水节省人工的同时，产量有所提升，对推动青海省“资源节约型、环境友好型”农业建设具有重要作用。因此，此项技术的应用和推广将极大地推动青海省枸杞产业的健康稳步发展，对促进产业提质增效和农民增收均具有重要意义。基于柴达木盆地绿洲农业的特点，发展節水灌溉技术和水肥耦合技术具有广阔的前景，下一步希望从政府层面积极推动该项技术在设施农业等领域的进一步推广应用。
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　　作者简介：
　　李月梅（1974-），女，副研究员，研究方向：农业资源与环境。
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