水肥一體化技術(shù)

劉紹鋒 朱蘭香

一、什么是水肥一體化技術(shù)

（一）水肥一體化技術(shù)的概念

水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù),又稱為“水肥耦合”“隨水施肥”“灌溉施肥”等。水肥一體化是借助壓力灌溉系統(tǒng)，將可溶性固體肥料或液體肥料配兌而成的肥液與灌溉水一起，均勻、準(zhǔn)確地輸送到作物根部土壤。采用灌溉施肥技術(shù)，可按照作物生長(zhǎng)需求，進(jìn)行全生育期需求設(shè)計(jì)，把水分和養(yǎng)分定量、定時(shí)，按比例直接提供給作物。

水肥一體化的兩大轉(zhuǎn)變：一是把澆地轉(zhuǎn)變成了澆作物；二是把澆水轉(zhuǎn)變成了澆營(yíng)養(yǎng)液。

壓力灌溉有噴灌和微灌等形式，目前常用形式是微灌與施肥的結(jié)合，且以滴灌、微噴與施肥的結(jié)合居多。微灌施肥系統(tǒng)由水源、首部樞紐、輸配水管道、灌水器四部分組成。水源有：河流、水庫(kù)、機(jī)井、池塘等；首部樞紐包括電機(jī)、水泵、過(guò)濾器、施肥器、控制和量測(cè)設(shè)備、保護(hù)裝置；輸配水管道包括主、干、支、毛管道及管道控制閥門；灌水器包括滴頭或噴頭、滴灌帶。

（二）水肥一體化技術(shù)適用范圍

水肥一體化技術(shù)適宜于有井、水庫(kù)、蓄水池等固定水源，且水質(zhì)好、符合微灌要求，并已建設(shè)或有條件建設(shè)微灌設(shè)施的區(qū)域推廣應(yīng)用。主要適用于設(shè)施農(nóng)業(yè)栽培、果園栽培和棉花等大田經(jīng)濟(jì)作物栽培，以及經(jīng)濟(jì)效益較好的其他作物。

（三）水肥一體化技術(shù)的特點(diǎn)

1.灌溉用水效率高。滴灌將水一滴一滴地滴進(jìn)土壤，滴水時(shí)地面不出現(xiàn)徑流，從澆地轉(zhuǎn)向澆作物，減少了作物的棵間蒸發(fā)。同時(shí)，通過(guò)控制灌水量，土壤水深層滲漏很少，減少了無(wú)數(shù)的田間水量損失。另一方面，從滴灌輸水系統(tǒng)來(lái)看，從水源引水開始，灌溉水就進(jìn)入一個(gè)全程封閉的輸水系統(tǒng)，經(jīng)多級(jí)管道傳輸，將水送到作物根系附近，用水效率高，從而節(jié)省灌水量。2.提高肥料利用率。水、肥被直接輸送到作物根系最發(fā)達(dá)部位，可充分保證養(yǎng)分的作用和根系的快速吸收。對(duì)滴灌而言，由于濕潤(rùn)范圍僅限于根系集中區(qū)域，使得肥料利用率大大提高。3.節(jié)省施肥用工。特別對(duì)保護(hù)地內(nèi)栽培的作物尤為明顯。過(guò)去傳統(tǒng)的灌溉施肥方法是每次是否要挖穴或開淺溝，施肥后灌水。而利用水肥一體化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水、肥同步管理，可節(jié)省大量勞動(dòng)力。4.可方便、靈活、準(zhǔn)確地控制施肥數(shù)量和時(shí)間。根據(jù)作物需求營(yíng)養(yǎng)規(guī)律進(jìn)行針對(duì)性施肥，做到缺什么補(bǔ)什么，缺多少補(bǔ)多少，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。提高利用率意味著施肥量減少，從而節(jié)省肥料。5.采用水肥一體化技術(shù)，有利于保護(hù)環(huán)境。不合理施肥，造成肥料的極大浪費(fèi)，大量肥料沒(méi)有被作物吸收利用而進(jìn)入環(huán)境，造成環(huán)境污染，通過(guò)控制灌溉深度，可避免將化肥淋澆至深層土壤從而造成土壤和地下水的污染。6.有利于應(yīng)用微量元素。金屬微量元素通常應(yīng)用螯合態(tài)（螯合態(tài)：就是形成螯合物的狀態(tài)，而螯合物就是在固-液界面上或固-氣界面上由多齒配體鍵結(jié)合形成的化合物），價(jià)格較貴，而通過(guò)滴灌系統(tǒng)可以做到精確供應(yīng)，提高肥料利用率，降低施用成本。7.水肥一體化技術(shù)的局限性。由于該項(xiàng)技術(shù)是設(shè)施施肥，前期一次性投資較大，同時(shí)對(duì)肥料的溶解度要求較高。

二、水肥一體化技術(shù)應(yīng)用模式

水肥一體化是農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的具體體現(xiàn)，也是農(nóng)業(yè)上由粗放管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變的一個(gè)模式。山東省農(nóng)業(yè)部門從1997年開始試驗(yàn)示范水肥一體化技術(shù)，為適應(yīng)不同水源條件、不同管理?xiàng)l件、不同作物的水肥一體化技術(shù)發(fā)展需要，探索出了8種技術(shù)應(yīng)用模式：蔬菜有單井單棚滴灌施肥模式、恒壓變頻滴灌施肥模式、重力滴灌施肥模式和噴水帶施肥模式；果樹有微灌（滴灌、微噴）施肥模式和輪灌微灌（滴灌、微噴）施肥模式；小麥有噴水帶施肥模式和可移動(dòng)立式噴灌施肥模式。

（一）單井單棚滴灌施肥模式（蔬菜）

適合單井單棚小面積或分散栽培農(nóng)戶，采用小功率供水泵，選配適宜的過(guò)濾和施肥等設(shè)備，隨時(shí)提水進(jìn)行灌溉施肥。

（二）恒壓變頻滴灌施肥模式（蔬菜）

適合集中連片、組織管理健全的棚區(qū)，一井供多棚，首部安裝恒壓變頻設(shè)備，選配適宜的過(guò)濾和施肥等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)分棚灌溉施肥。

（三）重力滴灌施肥模式（蔬菜）

適合水源地較遠(yuǎn)或地形落差較大的地塊，選配適宜的過(guò)濾和施肥等設(shè)備，需在高處配備蓄水池，靠高度差形成的重力進(jìn)行灌溉施肥。

（四）噴水帶灌溉施肥模式（蔬菜）

適合水源供水充足的地塊，選配適宜的過(guò)濾和施肥等設(shè)備。管帶成本較低，管道承壓與水泵要匹配。

（五）微灌施肥模式（果樹）

適合面積較小的果園，一次即可全部灌溉，可采用滴灌或微噴的灌溉施肥模式，選配適宜的過(guò)濾和施肥等設(shè)備。

（六）輪灌微灌施肥模式（果樹）

適合面積較大的果園，一次無(wú)法全部灌溉，需分片輪流灌溉，首部可安裝恒壓變頻設(shè)備，選配適宜的過(guò)濾和施肥等設(shè)備。

（七）噴水帶灌溉施肥模式（小麥）

適合田間有輸水管道口的水澆地，安裝施肥設(shè)備，采用適宜的噴水帶。

（八）可移動(dòng)立式噴灌施肥模式（小麥）

適合面積較大的田塊，需配置較大功率水泵，選擇適宜噴灑半徑的噴頭。

三、水肥一體化系統(tǒng)組成

水肥一體化系統(tǒng)由水源、首部樞紐、輸配水管網(wǎng)、灌水器、流量及壓力控制部件和測(cè)量?jī)x等組成。

（一）水源

池塘、河流、渠水、井水等水質(zhì)符合滴灌要求的均可作為滴灌的水源。

（二）首部樞紐

首部樞紐由水泵、過(guò)濾器、施肥器、控制和測(cè)控保護(hù)設(shè)備等組成。系統(tǒng)能否正常運(yùn)行，除灌水器外，還須謹(jǐn)慎地選擇首部樞紐。所選首部樞紐，特別是過(guò)濾器，是系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，過(guò)濾器是否能夠有效發(fā)揮作用，關(guān)系著灌水器是否能夠正常運(yùn)行，一旦過(guò)濾器出現(xiàn)故障，會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)將成千上萬(wàn)只灌水器堵塞，造成系統(tǒng)報(bào)廢。

（三）輸配水管網(wǎng)

1.輸配水管網(wǎng)包括干管、支管、毛管三級(jí)管道。干管和分干管均可采用PE管材，管徑根據(jù)流量分級(jí)配置，工作壓力多為0.63Mpa（6.3kg/cm2）；毛管目前多選用內(nèi)鑲式滴灌帶或邊縫迷宮式滴灌帶；首部及大口徑閥門多采用鐵件。干管或分干管的首端進(jìn)水口設(shè)閘閥，支管和輔管進(jìn)水口處設(shè)球閥。2.輸水管網(wǎng)的布置。（1）干支管布置：干管分總干管和分干管，總干管從首部樞紐沿斗渠方向布置，分干管沿農(nóng)渠方向（條田長(zhǎng)方向）布置與總干管成樹枝狀分布；分干管單側(cè)各布置若干條支管直（垂播種方向），分支管平行支管布置；分支管上三通管雙向各接一根毛管，支管間距是毛管鋪設(shè)長(zhǎng)度的2倍。干管鋪設(shè)的間距應(yīng)嚴(yán)格控制在120m以內(nèi)，一邊可控制60m。（2）毛管（滴灌帶）布置：滴灌帶可在作物播種后噴撒完除草劑后鋪設(shè)，如果苗期不需澆水也可在中期鋪，鋪設(shè)在兩壟中間，滴灌孔向上。

（四）灌水器

灌水器分為滴頭、滴灌管或微噴頭等。

四、水肥一體化技術(shù)要領(lǐng)

（一）微灌施肥系統(tǒng)的選擇

根據(jù)水源、地形、種植面積、作物種類，選擇不同的微灌施肥系統(tǒng)。保護(hù)地栽培（設(shè)施栽培）、露地瓜菜種植、大田經(jīng)濟(jì)作物栽培一般選擇滴灌施肥系統(tǒng)，施肥裝置保護(hù)地一般選擇文丘里施肥器、壓差式施肥罐或注肥泵。果園一般選擇微噴施肥系統(tǒng)，施肥裝置一般選擇注肥泵，有條件的地方可以選擇自動(dòng)灌溉施肥系統(tǒng)。

（二）灌水量、灌溉時(shí)間、灌溉次數(shù)的確定

根據(jù)種植作物的需水量和作物生育期的降水量確定灌水定額。露地微灌施肥的灌溉定額應(yīng)比大水漫灌減少50%，保護(hù)地滴灌施肥的灌水定額應(yīng)比大棚畦灌減少30%～40%。

一般來(lái)說(shuō)，灌溉的標(biāo)準(zhǔn)是20厘米～40厘米深度土壤保持濕潤(rùn)狀態(tài)為宜。灌水量的計(jì)算方式：首先根據(jù)行距計(jì)算出每畝灌水帶的總長(zhǎng)度，再根據(jù)滴頭間距計(jì)算出總的出水點(diǎn)，再根據(jù)每個(gè)出水點(diǎn)的出水量，就能計(jì)算出每畝的灌水量。

灌溉定額確定后，依據(jù)作物的需水規(guī)律、降水情況及土壤墑情確定灌水時(shí)期、次數(shù)和每次的灌水量。一般來(lái)說(shuō)，作物根部土壤用手一攥成團(tuán)，土壤的含水量就達(dá)到了最佳狀態(tài)，否則，就應(yīng)該灌溉了。

（三）肥料的選擇

適合滴灌施肥的肥料應(yīng)該滿足以下要求：一是肥料中養(yǎng)分濃度較高；二是在田間溫度條件下完全溶于水，溶于水后不會(huì)產(chǎn)生沉淀；三是流動(dòng)性好，不會(huì)阻塞過(guò)濾器和滴頭；四是雜質(zhì)含量低，其所含調(diào)理劑物質(zhì)含量最小，能與其他肥料混合；五是不會(huì)引起灌溉水PH的劇烈變化；六是對(duì)控制中心和灌溉系統(tǒng)的腐蝕性小。生產(chǎn)中常做為滴灌肥料的種類有：尿素、硫酸銨、硝酸銨、硝酸鈣、硫酸鉀、氯化鉀、硫酸鋅、磷酸二氫鉀等。

（四）施肥的方法

1.肥料溶解與混勻：施用液態(tài)肥料時(shí)不需要攪動(dòng)或混合，一般固態(tài)肥料需要與水混合攪拌成液肥，必要時(shí)分離，避免出現(xiàn)沉淀等問(wèn)題。2.施肥量控制：施肥時(shí)要掌握劑量，注入肥液的適宜濃度大約為灌溉流量的0.1%。例如灌溉流量為50m3/畝，注入肥液大約為50升/畝；過(guò)量施用可能會(huì)使作物致死以及環(huán)境污染。3.水肥耦合（灌溉與施肥在時(shí)間、數(shù)量和方式上合理配合）。按照肥隨水走、少量多次、分階段擬合的原則，將作物總灌溉水量和施肥量在不同的生育階段分配，制定灌溉施肥制度，包括基肥與追肥比例、不同生育期的灌溉施肥的次數(shù)、時(shí)間、灌水量、施肥量等，滿足作物不同生育期水分和養(yǎng)分需要。適當(dāng)增加追肥數(shù)量和次數(shù)，實(shí)現(xiàn)少量多次，提高養(yǎng)分利用率。應(yīng)根據(jù)天氣情況、土壤墑情、作物長(zhǎng)勢(shì)等，及時(shí)對(duì)灌溉施肥制度進(jìn)行調(diào)整，保證水分、養(yǎng)分主要集中在作物主根區(qū)。4.滴灌施肥的程序分三個(gè)階段：第一階段，選用不含肥的水濕潤(rùn)；第二階段，施用肥料溶液灌溉；第三階段，用不含肥的水清洗滴灌系統(tǒng)。

（五）應(yīng)用測(cè)土配方施肥技術(shù)

肥料的施用量應(yīng)根據(jù)品種、地力、目標(biāo)產(chǎn)量等因素合理確定氮磷鉀比例及底肥、追肥的比例。

施肥應(yīng)遵循的原則是：農(nóng)肥、化肥相結(jié)合，底肥追肥相結(jié)合，在施用氮磷鉀基礎(chǔ)上，適當(dāng)配合微量元素。

（六）維護(hù)保養(yǎng)

要定期檢查維護(hù)系統(tǒng)設(shè)備，防止漏水，及時(shí)清洗過(guò)濾裝置。作物生育期第一次灌溉前和最后一次灌溉后應(yīng)用清水沖洗管道系統(tǒng)。冬季來(lái)臨前應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)排水，防止結(jié)冰爆管，做好易損部件保護(hù)。

水肥一體化技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用成功，其意義絕不僅僅在于節(jié)水節(jié)肥本身，隨著這項(xiàng)技術(shù)在更大范圍的推進(jìn)，它所引發(fā)的必將是中國(guó)農(nóng)業(yè)由傳統(tǒng)邁向現(xiàn)代的一次具有深遠(yuǎn)意義的革命。