蔬菜高效水肥一體化灌溉技術的實踐與發(fā)展建議

呂名禮 張瑞 黃丹楓

摘 要：水肥管理是直接影響蔬菜穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和品質(zhì)提升的關鍵因素?？偨Y(jié)了我國蔬菜高效灌溉的4種主要模式，介紹了不同種類蔬菜的高效灌溉模式，分析了我國蔬菜高效水肥一體化灌溉技術存在的問題，并提出了發(fā)展建議。

關鍵詞：蔬菜；高效灌溉；水肥一體化；應用

中圖分類號：S365 文獻標識碼：A 文章編號：1001-3547（2016）14-0031-05

隨著“菜籃子”工程的實施，近年來我國的蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，在中國經(jīng)濟發(fā)展特別是在農(nóng)業(yè)結(jié)構調(diào)整過程中占有重要的地位。目前，我國年人均

蔬菜占有量已達311.10 kg，大大超過世界人均105.00 kg的水平[1]。施肥和灌溉是蔬菜生產(chǎn)中兩項重要的田間作業(yè)，肥料成本是生產(chǎn)成本的重要組成，灌溉水資源的利用與保護，關系到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護。長期以來，蔬菜灌溉施肥模式的落后與肥料的過度濫用，不僅制約了我國蔬菜生產(chǎn)的長期健康發(fā)展，也導致食品安全危機、環(huán)境污染等一系列嚴重問題的產(chǎn)生。

廣義的水肥一體化是指根據(jù)作物需求，對農(nóng)田水分和養(yǎng)分進行綜合調(diào)控和一體化管理，以水促肥、以肥調(diào)水，實現(xiàn)水肥耦合，全面提升農(nóng)田水肥利用效率。狹義的水肥一體化是將肥料溶解在水中，借助管道灌溉系統(tǒng)，使灌溉與施肥同時進行，適時適量地滿足作物對水分和養(yǎng)分的需求，實現(xiàn)水肥一體化管理和高效利用。研究表明，地表灌溉的利用率僅為45%，噴灌為75%，而滴灌高達95%，還可節(jié)約60%以上的肥料，節(jié)省80%以上的用工[2，3]。隨著農(nóng)業(yè)部對水肥一體化應用范圍以及重視程度不斷加大，蔬菜水肥一體化進程得到了有效推進。推廣水肥一體化技術就是將灌溉施肥效益最大化[4]。

1 蔬菜高效灌溉的主要模式

一套典型的高效灌溉系統(tǒng)通常由首部樞紐、控制系統(tǒng)、供水管網(wǎng)及灌水器等組成。首部樞紐一般包括取水口、提水增壓泵、過濾系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)；控制系統(tǒng)包括電器控制柜或程序控制器、電磁閥或閘閥、傳感器、控制線路等；供水管網(wǎng)包括總管、干管、支管和毛管；灌水器是整個系統(tǒng)末端的灌水裝置，分為滴灌、微噴和噴灌系列[5]。

1.1 滴灌

滴灌是按照作物的需水要求，通過整體式的滴灌帶、滴灌管，將安裝在毛管上的滴箭、滴頭或者其他孔口式灌水器把水或者肥液均勻而又精準地滴入作物根系區(qū)附近土壤中的灌水方法。滴灌不會破壞土壤結(jié)構，可以使土壤內(nèi)部水、肥、氣、熱等經(jīng)常保持在適宜作物生產(chǎn)的良好狀況，蒸發(fā)損失小，不產(chǎn)生地面徑流及深層滲漏。由于具有精準、微量、可控等特點，滴灌系統(tǒng)是高效水肥一體化灌溉中應用最多的載體。

1.2 微噴

微噴是利用折射、旋轉(zhuǎn)或輻射式等微型噴頭，或微噴帶等灌水器，將水或肥液均勻噴灑到作物表面或根區(qū)的灌水形式，微噴的工作壓力低、流量小，與滴灌一起均屬于微灌范疇。按用途不同分為以灌溉和以調(diào)節(jié)小氣候為目的2種，適用于所有適合葉面灌溉的蔬菜。

1.3 噴灌

噴灌是借助專業(yè)的噴頭將具有一定壓力的水噴灑到空中，散成細密均勻的水滴后降落到地面或作物葉面的灌水方法。因材質(zhì)不同，噴灌噴頭通常有塑料、合金和全銅等類型；從噴灑角度上來分，有全圓和可控角噴頭；從安裝形式上通常分為移動式、半固定式和固定式噴灌系統(tǒng)。常用的搖臂式噴頭噴灑半徑可從幾米到數(shù)十米。噴灌具有覆蓋范圍大、投資較低、安裝使用方便等特點，廣泛用于大面積種植的露天蔬菜基地。

1.4 潮汐灌溉

潮汐灌溉是一種針對盆栽植物的營養(yǎng)液栽培和為容器育苗所設計的底部給水的先進灌溉方式。潮汐灌溉系統(tǒng)由營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、栽培床、栽培容器組成。該方式利用落差原理，實現(xiàn)定時給水與施肥。將種植盆置于營養(yǎng)種植槽內(nèi)，營養(yǎng)液定期循環(huán)流動，需定期檢測和調(diào)節(jié)營養(yǎng)液。

2 主要蔬菜適宜的高效灌溉模式

水為蔬菜的生長提供必要條件，水、肥、氣、熱等基本要素中，水最為活躍。蔬菜是需水量較大的作物，與其他農(nóng)作物相比，蔬菜對水分尤為敏感。蔬菜生長期間灌水較為頻繁，灌水及時與否對產(chǎn)量高低和質(zhì)量好壞有明顯影響[6]。

2.1 根菜類

凡是以肥大的肉質(zhì)直根為產(chǎn)品的蔬菜都屬于根菜類。在我國栽培較多的有蘿卜、胡蘿卜、蕪菁、根用芥菜，尤以蘿卜和胡蘿卜[7]栽培最為普遍。根菜類為深根性植物，并以肉質(zhì)根為產(chǎn)品器官，主要根系分布在20～40 cm深的土層中，生產(chǎn)上多用種子直播，不耐移植，多露天栽培。這類蔬菜適宜的高效灌溉模式有滴灌和微噴。

①窄壟種植的根菜類 蘿卜、芋頭等蔬菜種植行距較大，以滴灌最佳。采用滴灌時，滴頭間距20～50 cm，流量1.38～4.00 L/h，通常每壟鋪設1條滴灌管，使用壽命長，耐蟲害，也可使用壁薄的貼片式滴灌帶，一次性投入成本較低。

②起寬壟栽植的根菜類 因定植密度較大，該類蔬菜根系和葉片分布都很密集，以微噴最適。應用微噴時，灌水器可采用噴灑半徑3 m左右的5429旋轉(zhuǎn)微噴頭，出水成細雨狀。旋轉(zhuǎn)微噴頭最好采用組合布置，組合間距3 m左右，相互交叉補充，以提高灌水的均勻性。露天灌溉的微噴頭可采用地插式安裝，根據(jù)植株高度選用一定高度的地插桿，通過輸水毛管連接管道和微噴頭。溫室栽培時，常采用倒掛的形式安裝微噴頭，輸水管道借助溫室結(jié)構鋪設在溫室頂部，不影響正常的其他作業(yè)，無需反復拆裝。

2.2 葉菜類

葉菜類蔬菜可細分為白菜類、甘藍類和綠葉菜類，常見的有大白菜、菜心、甘藍、花椰菜、小白菜[8]、生菜、菠菜等。葉菜類蔬菜的共同特點是根系淺，大部分分布在10 cm左右的土層中，吸收能力弱，一般栽植相對密集，生長周期最多幾個月，植株矮小。露天季節(jié)性栽培已不能滿足廣大消費者的市場需求，溫室大規(guī)模種植周年生產(chǎn)已經(jīng)成為主流。葉菜類蔬菜的葉面積較大，水分蒸發(fā)量大，整個生長期對土壤濕度和空氣相對濕度都有較高的要求，根據(jù)地形、栽培方式及土地租用年限，應選擇不同的高效灌溉模式。

①露天大面積種植的葉菜類 該類蔬菜適宜采用噴灌或微噴，均勻濕潤根系層土壤。為減少對葉面的沖擊，應用噴灌時，建議使用工作壓力低、噴灌均勻度高的搖臂噴頭，如3022雙噴嘴搖臂噴頭（噴灑半徑7 m左右，流量0.7～1.0 m3/h），或選用H33高均勻度阻尼旋轉(zhuǎn)噴頭（噴灑半徑11.0～14.3 m，流量0.66～1.94 m3/h）。對于葉片特別嬌嫩的葉菜，如生菜、小白菜[8]，應采用微噴。灌水器可選用5429旋轉(zhuǎn)微噴頭，地插式安裝以3 m左右的間距組合布置噴頭，實現(xiàn)全面灌溉濕潤。噴灌和微噴不僅可以滿足小白菜等葉菜頻繁均勻灌水的需要，還可以達到清洗葉面但不損傷嫩葉的效果。

②大規(guī)模設施栽培的葉菜類 適宜采用微噴，選擇倒掛形式安裝。如采用5429旋轉(zhuǎn)微噴頭，通常6 m寬的大棚布置2排噴頭，8 m寬的大棚可布置2～3排，噴頭間距3 m左右；如采用5428霧化微噴頭，則通常在每畦上方安裝1排為宜，噴頭間距

1 m左右。葉面肥可結(jié)合微噴同時施用，如采用霧化微噴頭，還可以實現(xiàn)水肥藥一體化作業(yè)，省工省力、均勻高效。微噴應少量多次，控制灌溉時間，以防植株間溫濕度過高，還可預防霜霉病和軟腐病，減少蚜蟲等蟲害的發(fā)生。

設施規(guī)?；~菜類蔬菜床植栽培，無論是基質(zhì)育苗還是穴盤栽植，其共同特點是栽培容器的底部留有出水孔。若需要葉面灌溉，適宜采用懸掛式自走噴灌機，專為溫室苗床栽培灌溉設計，噴灌機在懸掛于溫室頂部的軌道上運行，進行灌溉作業(yè)，以減少對溫室其他生產(chǎn)作業(yè)的影響；若只進行根部灌溉，可采用潮汐灌溉，采用潮汐灌溉方式的作物，其生長量明顯優(yōu)于人工澆灌方式，不但能降低壞疽葉和褶皺葉的發(fā)生，還可減少用水量達33%，提高水分利用效率達40%，同時，由于潮汐灌溉沒有淋浴作用，還能減少氮素使用量達30%～35%，大大提高氮素的利用效率。

③氣霧栽培的葉菜類 綠葉菜氣霧栽培采用霧化微噴灌溉，通常采用5427渦流霧化噴頭，將營養(yǎng)液霧化，使其直接包裹于植物根系，達到氣霧栽培的目的。由于水霧在空氣中受到根系的遮擋及重力作用，較難均勻地噴灑到每一株植株根部，會造成作物長勢不均，降低葉菜的品相。因此，在布置霧化微噴頭時需要加大密度，盡量滿足每株植株對水肥的需求，實現(xiàn)氣霧栽培的高質(zhì)高量。

2.3 茄果類

茄果類蔬菜是指茄科以漿果作為食用部分的蔬菜作物，包括番茄[9，10]、茄子和辣椒[11，12]等。茄果類是我國蔬菜生產(chǎn)中最重要的果菜類之一，加之適應性較強，全國各地普遍栽培，具有較高的經(jīng)濟價值，溫室大棚四季種植。茄果類蔬菜的共同特點是根系分布較淺，主要分布在30～50 cm的土層當中，根系密集，須根較多，再生能力較強，最適于育苗移栽。莖直立性或者蔓生，多支架栽培，營養(yǎng)生長與生殖生長同步進行。茄果類蔬菜灌溉要求既滿足需水要求，又不能使空氣濕度過大，空氣濕度大不僅阻礙正常授粉，而且病害發(fā)生嚴重，因此最適宜的高效灌溉模式是滴灌。因栽培基質(zhì)與種植方式的不同，需選擇不同類型的滴灌灌水器。

①起壟寬窄行栽培的茄果類 茄果類蔬菜多為有限生長型，起壟寬窄行栽培行距一般在50～

60 cm、株距30～35 cm，根系區(qū)域宜采用貼片式滴灌帶進行帶狀濕潤?？擅繅配佋O1～2條滴灌帶，使出水口朝上，滴頭間距約30 cm。若進行覆膜栽培，可在育苗移栽時將地膜和滴灌帶同時鋪設好，在合適的進水位置安裝文丘里施肥器或比例式注肥泵，以便實現(xiàn)水肥一體化。因茄果類蔬菜生長周期僅有幾個月，采用滴灌帶性價比高，回收方便，前期投入小，是茄果類蔬菜高效灌溉的一種良好方式。多年大規(guī)模種植茄果類蔬菜的種植戶宜選用滴灌管。相對于滴灌帶而言，滴灌管的管壁較厚，抗光降解、紫外線，耐壓、耐候性好，使用壽命更長。若作無限型生產(chǎn)，也可采用滴灌管代替滴灌帶，鋪設方法一樣，一次投入，長期受益。

②穴盤育苗后移栽基質(zhì)栽培的茄果類 1800系列滴箭作為滴灌中常用的一種灌水器，具有灌溉精準、出水均勻，且可以根據(jù)不同時段靈活調(diào)整滴水位置的獨特優(yōu)點，更加有利于實現(xiàn)精準化生產(chǎn)管理。一般采用單行布置，每壟鋪設1條PE管，將單支滴箭插在蔬菜根系附近的基質(zhì)中。此法成本投入較高，但可以確保植物根系最有效地吸收水肥，當通過穴盤育苗后移栽基質(zhì)栽培時，可根據(jù)植株根系的生長情況來調(diào)節(jié)滴箭位置，并使不同位置基質(zhì)中的養(yǎng)分均衡釋放。利用此種灌溉方式，上海華御農(nóng)業(yè)種植合作社高標準種植櫻桃番茄，大幅提高了番茄產(chǎn)量和品質(zhì)，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟效益。

2.4 瓜類

瓜類蔬菜多為一年生攀緣性或蔓性草本植物，最常見的有黃瓜[13]、西瓜、甜瓜[14]、南瓜、苦瓜[15]、絲瓜等。其共同特點是根系入土淺，主要分布在10～30 cm的土層中，再生能力弱，吸肥能力差，故灌水、施肥需要少量多次。由于不斷結(jié)果和采收，對營養(yǎng)元素需求量大。

①起壟種植的瓜類 適宜的灌溉模式為滴灌，常用灌水器類型有滴灌帶和滴箭。瓜類蔬菜的生育周期不足1 a，因此適合采用貼片式滴灌帶進行灌溉。露地栽培通常起壟行植，開花結(jié)果后要搭架固定，因此，滴灌帶應在幼苗移栽前鋪設好，以免后期鋪設損傷植株。鋪設方法大體是每一小高畦上鋪設2條滴灌帶，即每行植株鋪設1條，將滴灌帶順畦間鋪于小高畦上，使出水孔朝上。滴頭與作物主根宜錯開5～10 cm，避免滴頭長時間在主根位置滴水，造成爛根。在低溫季節(jié)，可以在滴灌帶上覆膜，覆膜具有保持土壤溫度、減少水分蒸發(fā)、促進作物根系發(fā)育等優(yōu)點。

②無土基質(zhì)栽培的瓜類 固體基質(zhì)對水、氣的通透性較強，使得瓜類蔬菜根系環(huán)境的水、氣更易調(diào)節(jié)，更加有利于根系的發(fā)育。特別是在采用容器栽培時，應選用滴箭作灌水器進行灌溉。用長度可以定制的毛管從供水PE支管上引出即可，另一端連接滴箭，滴箭的安插位置具有極大的靈活性。由于無土栽培容器的高度不一且擺放的行株距不一致，此時滴箭可靈活安裝和移動，適應性較強，以實現(xiàn)根部精準灌水施肥。

溫室瓜類蔬菜行植與露天種植的滴灌模式相似，溫室密閉性較高，應嚴格控制空氣濕度，以防病害發(fā)生。

2.5 食用菌類

食用菌含有豐富的蛋白質(zhì)和氨基酸，其含量是一般蔬菜和水果的幾倍到幾十倍。隨著技術的不斷改進和更新，新品種不斷增加，目前可不受地區(qū)資源條件的限制進行栽培。常見的食用菌有平菇、香菇、木耳等，其生長發(fā)育與環(huán)境的溫度、濕度、pH值等因素密切相關。目前主要的培育方式有設施和露地2種，適宜采用微噴灌調(diào)節(jié)生長環(huán)境。

露地食用菌培育多數(shù)在林下進行，其遮蔭、散射光充足，環(huán)境開闊，通風好，濕度其實是由水分蒸發(fā)轉(zhuǎn)化而來的，所以同樣需用微噴系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度和濕度。適合選擇5428霧化微噴頭，采用地插式安裝，地插桿有碳鋼和塑料2種材質(zhì)，高度不夠時應配套延長套裝。微噴頭先向培育基質(zhì)周圍環(huán)境補充水分，通過水分蒸發(fā)進而調(diào)節(jié)濕度，促進出菇，避免高溫高濕誘發(fā)鏈霉菌或過干使菇蕾枯萎死亡。溫度適宜、光線適中，則菌肉厚、菇柄短、色深、質(zhì)量好，搶占有利市場。

如在設施內(nèi)（溫室或工廠化栽培），宜采用霧化效果更好的5427渦流霧化噴頭，根據(jù)栽培模式的要求，采用匹配密度和組合形式的方式安裝?？梢灾苯诱{(diào)控溫室內(nèi)空氣濕度和溫度。設施內(nèi)采用霧化微噴系統(tǒng)，必須做好合適的通風和光照措施。

如果投資許可，可以采用高壓彌霧系統(tǒng)，微米級的水霧可以在空氣中懸浮，飄逸和擴散效果更突出，可有效調(diào)節(jié)空氣的濕度、溫度。在規(guī)?；O施內(nèi)布置，設備數(shù)量比微噴要少很多，設備的隱蔽性要好，不會影響設施內(nèi)光照等條件，還能增加空氣中負氧離子含量。

3 蔬菜高效水肥一體化灌溉技術的發(fā)展建議

3.1 存在的問題

雖然種植戶科學灌溉施肥的理念有所提升，但我國蔬菜生產(chǎn)中肥水管理過程仍存在諸多問題。

①土壤次生鹽漬化嚴重 設施菜地土壤質(zhì)量退化嚴重，已成為我國設施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的制約瓶頸之一[16]。

②蔬菜復種指數(shù)高 菜農(nóng)缺乏節(jié)水節(jié)肥觀念，年化肥用量高，肥料利用率低，不足30%[17]。

③蔬菜高效水肥一體化灌溉技術示范面積規(guī)模小，難以形成規(guī)?；芾?傳統(tǒng)的渠道輸水、地

面灌溉模式對農(nóng)業(yè)水資源的分配、灌溉操作和灌溉系統(tǒng)控制都依賴人工勞作，不但費時費力，而且資源浪費嚴重，效率低下。隨著水溶性肥料推陳出新，各種灌溉設備也在不斷跟進，但依然存在工程項目設計方案不合理、設施設備不配套、系統(tǒng)老化和技術人員匱乏等諸多問題。

3.2 發(fā)展建議

蔬菜高效水肥一體化灌溉技術是當前蔬菜生產(chǎn)的關鍵技術[18]，與地面溝灌相比，水肥一體化技術自動化程度較高，可以實現(xiàn)精確灌溉、精準施肥，具有省工、省肥、省水，增產(chǎn)、增收、增效，以及改善土壤及微生態(tài)環(huán)境、大幅減少農(nóng)業(yè)面源污染等優(yōu)點。水肥一體化灌溉模式還可以十分方便地配備土壤水分自動監(jiān)測、電磁閥自動控制、遠程信息傳輸?shù)任锫?lián)網(wǎng)控制設備，實現(xiàn)灌溉和施肥的自動控制甚至智慧控制，提高灌溉和施肥的及時性、有效性和簡便性，進而促進農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的標準化、信息化和集約化發(fā)展。

高效水肥一體化灌溉技術符合我國國情、土壤墑情和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展需求，在技術推廣上應加強以下4個方面。

①研發(fā)關鍵技術和配套產(chǎn)品 灌溉和施肥設備要質(zhì)量可靠、使用方便。水肥一體化用肥要水溶性好、配方科學、價格適宜；灌溉施肥制度要針對性強、簡便易行；土壤墑情監(jiān)測要實時自動、方便快速。

②建立地方特色的水肥一體化模式 在重點區(qū)域和重點作物上開展不同技術模式、水溶性肥料、灌溉設備、監(jiān)測儀器等對比試驗，摸索技術參數(shù)，建立具有地方特色的水肥一體化模式，提高針對性和實用性。進一步加強土壤墑情監(jiān)測，掌握土壤水分供應和作物缺水狀況，科學制定灌溉制度，全面推進測墑灌溉。

③加強技術示范培訓 依托區(qū)域示范基地建設，通過技術講座、田間學校、入戶指導等形式，逐級開展培訓，為大規(guī)模推廣應用奠定人才基礎。加強對種植大戶、合作社、家庭農(nóng)場的扶持，由大戶帶動周邊；項目規(guī)劃設計保持完整；加強組織指導和設備運行過程中的維護。

④建立水肥一體化技術配套設施的財政補貼機制 提高用于相關技術推廣的費用額度標準，將補貼資金真正用到實處。

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