我國(guó)滴管水肥一體化技術(shù)研究與發(fā)展現(xiàn)狀

王凱（河南省土壤肥料站，河南　鄭州　450000）

我國(guó)滴管水肥一體化技術(shù)研究與發(fā)展現(xiàn)狀

王凱
（河南省土壤肥料站，河南鄭州450000）

實(shí)踐證明，滴灌技術(shù)能大幅度節(jié)省農(nóng)業(yè)用水，增加作物產(chǎn)量，提高水產(chǎn)比，充分利用耕地，節(jié)省農(nóng)藥化肥使用量，減少農(nóng)田和食品的污染源。基于此，針對(duì)我國(guó)滴管水肥一體化技術(shù)展開(kāi)討論。

滴灌技術(shù)；水肥一體化；農(nóng)業(yè)

1　發(fā)展現(xiàn)狀

1.1滴灌發(fā)明

20世紀(jì)50年代末，以色列水利工程師西姆查·布拉斯父子首次提出了滴水灌溉的設(shè)想，并研制發(fā)明了滴灌裝置，使以色列農(nóng)業(yè)灌溉發(fā)生了根本性的革命。

1.2試驗(yàn)研究

20世紀(jì)70年代末，我國(guó)開(kāi)展了滴灌技術(shù)試驗(yàn)研究，農(nóng)業(yè)部組織啟動(dòng)了滴灌技術(shù)協(xié)作示范行動(dòng)，在西北干旱地區(qū)推廣了一定面積。

1.3灌溉成效

從不同地區(qū)開(kāi)展不同作物上的試驗(yàn)研究，一般節(jié)水30%～60%；一般增產(chǎn)25%～100%。自我國(guó)引進(jìn)以色列成套滴灌設(shè)備，與地膜植棉、玉米、馬鈴薯等技術(shù)相結(jié)合，發(fā)明了膜下滴灌；同時(shí)開(kāi)展了滴灌器材的國(guó)產(chǎn)化研究，取得了突破性進(jìn)展，田間一次性設(shè)施投資降低到進(jìn)口設(shè)備的1/4，為大田作物應(yīng)用滴灌技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

從“九五”末以來(lái)，基于國(guó)家“863”“攻關(guān)”“支撐”“公益性行業(yè)專(zhuān)項(xiàng)”及地方等科技項(xiàng)目的支持，圍繞滴灌水肥一體化關(guān)鍵技術(shù)及裝備開(kāi)展研究，取得了一批相關(guān)成果，支撐了我國(guó)滴灌水肥一體化的發(fā)展。

1.4滴灌設(shè)備

“十二五”前主要產(chǎn)品主要有單翼迷宮式滴灌帶、壓力補(bǔ)償灌水器、內(nèi)鑲式滴灌和小管徑滴灌帶、高抗堵塞灌水器及作物專(zhuān)用滴灌管（帶）等。

1.4.1水質(zhì)凈化裝置。包括篩網(wǎng)過(guò)濾器、疊片過(guò)濾器、砂石過(guò)濾器、水沙分離器、LZ型自動(dòng)清洗立式過(guò)濾器和自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器等。

1.4.2自動(dòng)反沖洗過(guò)濾控制器?？杀O(jiān)測(cè)16路壓力、流量信號(hào)，根據(jù)實(shí)際具體需要選擇若干過(guò)濾單元組成過(guò)濾系統(tǒng)，實(shí)時(shí)控制過(guò)濾和自清洗流程；同時(shí)，具備遠(yuǎn)程控制、檢測(cè)和報(bào)告自身工作狀態(tài)的功能。

1.4.3無(wú)線電磁閥控制器。采用315M信道進(jìn)行通信，具有功耗低、響應(yīng)快等特點(diǎn)，非常適合大面積農(nóng)田、公園綠地灌溉需要，無(wú)線電磁閥使用9 V堿性電池供電，更換方便。

1.4.4灌溉控制發(fā)射基站。可以控制48個(gè)閥門(mén)，支持48個(gè)輪灌組，具有輪灌、獨(dú)立灌溉等方式，能夠進(jìn)行多種方式的定時(shí)灌溉、自動(dòng)灌溉，具有電磁閥控制發(fā)射模塊、WiFi通信模塊等，可以多臺(tái)設(shè)備構(gòu)建灌溉控制局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)灌溉區(qū)域的覆蓋。

1.5其他配備

1.5.1注肥設(shè)備。包括壓差式、敞口式、自動(dòng)式（控制多種養(yǎng)分）等。

1.5.2田間作業(yè)機(jī)械。包括鋪管鋪膜播種一體機(jī)、地膜回收機(jī)、滴灌帶回收機(jī)等作業(yè)機(jī)具。

1.5.3滴灌專(zhuān)用肥。研制出適于多種作物隨水施肥的無(wú)機(jī)、有機(jī)無(wú)機(jī)、生物有機(jī)系列滴灌專(zhuān)用肥。

1.5.4管網(wǎng)配置。支管+輔管→大支管→長(zhǎng)短管。

1.5.5首部配置。固定→移動(dòng)壓力配置，高壓→微壓→自壓；控制系統(tǒng)，手動(dòng)→自動(dòng)。

1.6灌溉制度

研究提出在降雨量少、蒸發(fā)量大、鹽堿相對(duì)嚴(yán)重的區(qū)域，將傳統(tǒng)的“少量多餐”的“高頻灌溉”模式調(diào)整為“控總量、減灌次、增灌量”的“量次兼顧”的滴灌制度。

1.7施肥制度

研究總結(jié)出在不同降水量、不同土壤和不同作物采用不同的施肥方式，原則上提倡“有機(jī)肥基施、無(wú)機(jī)肥隨水施、全期配方施”的滴灌施肥制度，研究制定了19種作物的灌溉施肥制度和方案。

1.8配套技術(shù)

水、肥、藥、氣一體化，矮、密、早、膜的高光效栽培，深松+冬灌、豎井+暗排的水鹽調(diào)控。

1.9技術(shù)模式

滴灌技術(shù)的研究、應(yīng)用與推廣具有一定的區(qū)域性。根據(jù)不同地區(qū)因灌溉水源、供電狀況、地理?xiàng)l件及作物種類(lèi)等的不同，形成了多種水肥一體化技術(shù)模式。其是當(dāng)前河南、內(nèi)蒙、甘肅、吉林、遼寧和新疆等省區(qū)采取的主要模式。系統(tǒng)由首部、干管、支管和毛管四部分組成。根據(jù)毛管、支管鋪設(shè)的位置，分為地表式滴灌、膜下滴灌和地下滴灌3種。

1.10滴灌方式

1.10.1固定滴灌。其灌溉效果好、省工省力、操作方便，一次性投資月500～800元/667 m2，年運(yùn)行費(fèi)用120元/667 m2左右。適宜條田規(guī)整、規(guī)模較大、水源及電網(wǎng)配套的地區(qū)推廣。

1.10.2移動(dòng)滴灌。系統(tǒng)主要由移動(dòng)式首部和支、毛管三部分組成。首部設(shè)有自吸式組合過(guò)濾裝置，拖拉機(jī)牽引和傳動(dòng)，一臺(tái)首部可供多塊地共用，田間管網(wǎng)固定不動(dòng)。其特點(diǎn)：不設(shè)地埋管，一次性投資約為固定式滴灌的50%；運(yùn)行成本比固定式滴灌低30%；田間配置和使用方便，適宜分散的小地塊、電網(wǎng)不配套的地區(qū)推廣應(yīng)用。

1.10.3自壓滴灌。田間設(shè)施及灌溉技術(shù)與固定式相同，區(qū)別在于灌溉時(shí)不需動(dòng)力加壓，依托地形自然坡降形成的高差，滿(mǎn)足滴灌所需壓力。其特點(diǎn)：自壓滴灌無(wú)需能耗，運(yùn)行費(fèi)用低于加壓滴灌的20%；有高位水源或有承壓水的地區(qū)，或地面自然坡降≥15‰的地區(qū)適合發(fā)展。

1.10.4自動(dòng)化滴灌。系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制中心、自動(dòng)氣象站、自動(dòng)定量施肥器、自動(dòng)反沖洗過(guò)濾裝置、自動(dòng)模擬大田土壤蒸發(fā)儀、自動(dòng)監(jiān)測(cè)土壤水分張力計(jì)和遠(yuǎn)程終端控制器（CRTU）、液力閥或電磁閥等組成。通過(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)土壤水分狀況，結(jié)合氣候、土質(zhì)等條件，對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)適量灌溉，比人工控制節(jié)水5%～10%，是滴灌技術(shù)未來(lái)發(fā)展的方向。

1.10.5低壓微水頭。系統(tǒng)由支管和毛管兩部分組成；利用灌溉渠道與田塊的水位差和地面自然坡降實(shí)現(xiàn)自流灌溉。要求地面坡度在1‰～5‰，水頭壓力30～40 cm。其特點(diǎn)：投資少，一次性田間設(shè)施投入約120元/667 m2，年運(yùn)行成本80元/667 m2；滴孔大，抗堵塞性好；灌溉效果低于加壓滴灌。宜于在電網(wǎng)不配套、同一地塊內(nèi)種多種作物、投資能力有限等條件下應(yīng)用。

1.11滴灌的優(yōu)點(diǎn)

微噴帶技術(shù)屬微灌范疇。在我國(guó)華南、華北季節(jié)性缺水的補(bǔ)充灌溉區(qū)，可獲得較好的效果。該技術(shù)田間灌溉系統(tǒng)主要由干管、支管和微噴帶組成。一次性投入略低于滴灌。其特點(diǎn)：運(yùn)行成本低（約50～70元/季），等水量灌溉速度快，抗堵塞性好，但灌溉及節(jié)水效果次于滴灌。其適宜于密植作物和牧草灌溉。

目前我國(guó)大田作物滴灌面積約達(dá)0.067億hm2，涉及19種作物。勞動(dòng)生產(chǎn)率和灌溉保證率明顯提高，有利高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，水產(chǎn)比提高，肥料利用率提高，機(jī)械作業(yè)層次減少，土地利用率提高，抑制雜草生長(zhǎng)，提高經(jīng)濟(jì)效益，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)等，更具體表現(xiàn)如下。

一是勞動(dòng)生產(chǎn)率和灌溉保證率提高。一般提高兩三倍，灌溉面積增加1.5倍左右，灌溉保證率提高15%以上。二是水產(chǎn)比提高。滴灌技術(shù)節(jié)水40%以上，增產(chǎn)25%以上，水產(chǎn)比明顯提高。滴灌棉花水產(chǎn)比達(dá)到1.0∶1.5，即1 m3產(chǎn)1.5 kg籽棉，比常規(guī)灌溉提高1.4倍。三是土地利用率提高。滴灌系統(tǒng)采用管道輸水，田間不需修斗、農(nóng)、毛渠及田埂，節(jié)約了土地，土地利用率提高5%～7%。四是肥料利用率提高。采用滴灌隨水施肥，氮肥當(dāng)季利用率提高40%以上，磷肥當(dāng)季利用率提高24%以上。五是減少機(jī)械作業(yè)層次。實(shí)施滴灌種植，減少了開(kāi)溝修毛渠、中耕、化控、打藥等機(jī)耕作業(yè)環(huán)節(jié)和次數(shù)，農(nóng)機(jī)作業(yè)量節(jié)省15%左右。六是抑制雜草生長(zhǎng)。滴灌水通過(guò)過(guò)濾器進(jìn)入管道傳輸?shù)教镩g，杜絕了渠道輸水過(guò)程中草種的傳播，同時(shí)因滴灌屬局部灌溉，作物行間始終比較干燥，有效抑制了雜草種子的萌發(fā)和生長(zhǎng)。七是社會(huì)效益突出。灌溉面積增大，農(nóng)民收入增長(zhǎng)，帶動(dòng)了塑料、化工、機(jī)械、電子等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。八是標(biāo)志性創(chuàng)新。隨水施肥，即肥料隨著水走；水肥一體化，水肥融為一體；滴灌與地膜覆蓋結(jié)合，有效地減少了水肥損失；一次性滴灌帶的開(kāi)發(fā)，較好地解決了水質(zhì)差、易堵塞的問(wèn)題；輪灌方式的改變，將傳統(tǒng)的附管輪灌方式改為大支管輪灌，提高了效率、降低了成本。九是技術(shù)及產(chǎn)品創(chuàng)新。滴灌專(zhuān)用肥的開(kāi)發(fā)，性?xún)r(jià)比優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品；自動(dòng)化控制的突破，用電動(dòng)閥替代傳統(tǒng)電磁閥，提高了穩(wěn)定性、減少了水頭損失；田間作業(yè)機(jī)械的研制，鋪管、鋪膜及管膜回收機(jī)械的開(kāi)發(fā)，提高了工效，促進(jìn)了技術(shù)推廣；滴灌制度的突破，在鹽堿區(qū)實(shí)施“控總量、減次數(shù)、增灌量”的滴灌制度，有效地控制了耕層鹽分的集聚；施肥技術(shù)的革新，在干旱區(qū)實(shí)施“有機(jī)肥基施、無(wú)機(jī)肥隨水施、全期配方施”的滴灌施肥方式，減少了肥料損失、提高了利用率。

2　滴灌水肥一體化存在的主要問(wèn)題

2.1工程規(guī)劃設(shè)計(jì)欠規(guī)范

絕大部分地區(qū)還沒(méi)有將滴灌工程納入農(nóng)田水利工程；滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)與當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境、水源水質(zhì)、作物及栽培耕作方式結(jié)合不夠緊密，田間設(shè)計(jì)和系統(tǒng)配置不盡合理。

2.2水肥一體化不到位

注重田間工程設(shè)施多，與農(nóng)藝技術(shù)結(jié)合考慮少；灌溉、施肥制度屬地化研究不夠，水肥一體化技術(shù)不到位；滴灌的綜合效益沒(méi)有得到充分發(fā)揮。

2.3設(shè)備及產(chǎn)品不配套、成本高

滴灌器材標(biāo)準(zhǔn)不完善，生產(chǎn)不規(guī)范，質(zhì)量不穩(wěn)定；田間作業(yè)機(jī)械不配套，水溶性肥料產(chǎn)品混亂，產(chǎn)品檢測(cè)監(jiān)督體系尚未形成，各地滴灌器材及產(chǎn)品成本仍較高等。

2.4技術(shù)、認(rèn)識(shí)、基礎(chǔ)儲(chǔ)備不足

滴灌技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，交叉學(xué)科多，涉及到工程、農(nóng)藝、生態(tài)、環(huán)境等方面。加之滴灌技術(shù)在我國(guó)是一項(xiàng)新興技術(shù)，人們?cè)谶@方面的認(rèn)識(shí)水平、知識(shí)水平很低，基礎(chǔ)差、技術(shù)儲(chǔ)備不足，難能支撐這一技術(shù)的發(fā)展。

3　前景展望

3.1現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需求

滴灌技術(shù)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的主要支撐技術(shù)之一，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)設(shè)施化、規(guī)?；?、自動(dòng)化、規(guī)范化的有效途徑，能使種植業(yè)最基本的兩項(xiàng)農(nóng)事活動(dòng)（灌溉、施肥）實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化，大大提高農(nóng)業(yè)資源產(chǎn)出率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。

3.2社會(huì)發(fā)展需求

水安全、耕地安全、糧食安全、食品安全是確保我國(guó)可持續(xù)和諧發(fā)展的基本國(guó)策。實(shí)踐證明，滴灌技術(shù)能大幅度節(jié)省農(nóng)業(yè)用水，增加作物產(chǎn)量，提高水產(chǎn)比，充分利用耕地，節(jié)省農(nóng)藥化肥使用量，減少農(nóng)田和食品的污染源。

3.3滴灌技術(shù)適應(yīng)性廣

滴灌是一種廣普的節(jié)水技術(shù)，干旱半干旱、季節(jié)性或突發(fā)性缺水地區(qū)的洼地、坡地、山地等都適用。適宜使用滴灌的作物種類(lèi)也很廣泛，滴灌技術(shù)的應(yīng)用前景廣闊。

S147.2；S275

A

1674-7909（2016）12-61-2