滴灌水肥一體化技術(shù)綜述

樊慶魯 尹飛虎 陳云董云社

（1.新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆 石河子832000；2.中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆烏魯木齊830000）

滴灌是目前最有效的節(jié)水灌溉方式。是按照作物需水要求，通過(guò)管道系統(tǒng)與安裝在毛管上的灌水器，將水和作物需要的水分和養(yǎng)分一滴一滴均勻而又緩慢地滴入作物根區(qū)土壤中的灌水方法。滴灌施肥技術(shù)是當(dāng)今世界上公認(rèn)的最先進(jìn)的精量灌溉、精準(zhǔn)施肥技術(shù)之一。它利用滴灌設(shè)施以最經(jīng)濟(jì)有效的方式供給作物所需的水分、養(yǎng)分，并使其限定在作物有效根域范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)供給的水分和養(yǎng)分及作物個(gè)體和群體的有效調(diào)控，旨在作物的不同生育階段將所需的不同養(yǎng)分和水分多次少量供給，肥水均勻浸潤(rùn)在特定區(qū)域的耕層內(nèi)，滿足作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，達(dá)到節(jié)水節(jié)肥、高產(chǎn)高效的目的。該技術(shù)源于以色列，已在世界上80 多個(gè)國(guó)家和地區(qū)得到廣泛應(yīng)用。

1.滴灌水肥一體化技術(shù)的定義

水肥一體化技術(shù)起始于以色列，以色列自20 世紀(jì)60 年代初開(kāi)始研究和應(yīng)用滴灌技術(shù)，水肥一體化技術(shù)是伴隨著滴灌技術(shù)而逐漸發(fā)展起來(lái)的。水肥一體化技術(shù)的英文名稱為Fertigation”，即“fertiliza-tion（ 施肥）”和“irrigation（ 灌溉）”組合而成，直譯為“施肥灌溉技術(shù)”，在我國(guó)稱為“水肥耦合技術(shù)”或者“水肥一體化技術(shù)”，目前基本統(tǒng)一采用“水肥一體化技術(shù)”這一概念［1］。

根據(jù)灌溉方式的不同，水肥一體化技術(shù)主要分為噴灌和微灌水肥一體化技術(shù)，后者包括滴灌和微噴兩種形式，其中滴灌發(fā)展最為迅速，應(yīng)用最為廣泛，節(jié)水最為顯著。

2.滴灌水肥一體化技術(shù)的原理

滴灌水肥一體化技術(shù)是基于滴灌系統(tǒng)發(fā)展而成的節(jié)水、節(jié)肥、高產(chǎn)、高效的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)水分和養(yǎng)分在時(shí)間上同步、空間上耦合，從根本上改變了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)用水方式和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，根據(jù)作物需水規(guī)律適時(shí)適量補(bǔ)水，不產(chǎn)生地面徑流，減少滲漏損失，使水的有效利用率提高。運(yùn)用滴灌隨水施肥，水溶性肥料可以按不同作物、不同作物的不同生育期按量精準(zhǔn)地供給作物根部，并能持續(xù)地供給，有利于作物根系吸收，提高了肥料利用率。降低肥料使用量，減少了肥料對(duì)土壤和水體環(huán)境污染。

3.滴灌水肥一體化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

3.1 節(jié)約肥料使用量

水肥一體化節(jié)本增效灌溉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了土壤施肥向作物施肥的轉(zhuǎn)變、水肥分開(kāi)向水肥一體的轉(zhuǎn)變，可精準(zhǔn)控制施肥時(shí)間、肥料用量、養(yǎng)分濃度和營(yíng)養(yǎng)元素間的比例，將肥料直接施于作物根部，易于作物吸收，節(jié)約肥料使用量，提高肥料利用率。據(jù)新疆農(nóng)墾科學(xué)院研究表明：在棉花等產(chǎn)量同比情況下，滴灌隨水施肥比常規(guī)施肥氮肥節(jié)省30%以上，氮肥利用率提高18%～25%，磷肥節(jié)省10%以上，磷的利用率提高5%-8%。

3.2 提高土地利用率

由于滴管系統(tǒng)采用管道輸水，田間不需要修毛渠，不要打田埂，比常規(guī)灌溉增加土地播種面積5%～7%。

3.3 提高水資源利用率

相比于傳統(tǒng)的大水漫灌，大量水資源浪費(fèi)在作物的非根系區(qū)，水分利用率只有45%左右，水肥一體化節(jié)本增效灌溉技術(shù)實(shí)現(xiàn)了渠道輸水向管道輸水的轉(zhuǎn)變、澆地向澆莊稼的轉(zhuǎn)變，將水肥相融合直接浸潤(rùn)于作物根部，有效減少水分的下滲和蒸發(fā)，使噴灌的水分利用率達(dá)75%，滴灌的水分利用率達(dá)95%［3］。

3.4 提高人均管理定額和經(jīng)濟(jì)收入

常規(guī)灌溉種植玉米、小麥，每個(gè)勞動(dòng)力只能管理2～3 hm2，而滴灌水肥一體化種植玉米、小麥每個(gè)勞動(dòng)力管理7～10 hm2，管理定額提高2～3 倍，人均收入提高3～4 倍。

3.5 降低勞動(dòng)強(qiáng)度

滴灌水肥一體化技術(shù)改變了常規(guī)灌溉制度，減少了放苗、除草、打田埂、修毛渠、人工施肥和大水漫灌澆水等田間作業(yè)，既減輕了農(nóng)工的勞動(dòng)強(qiáng)度，又為充分解放勞動(dòng)力提供了技術(shù)條件，相應(yīng)地提高了勞動(dòng)效率。

3.6 減少雜草種子進(jìn)入農(nóng)田的途徑和田間病蟲(chóng)害的發(fā)生

由于滴灌水肥一體化技術(shù)通過(guò)首部過(guò)濾，然后通過(guò)管道輸水到田間，與常規(guī)大水漫灌相比杜絕了田間外雜草種子和病菌通過(guò)渠道水傳播來(lái)源，減少雜草種子進(jìn)入農(nóng)田的途徑，降低了除草的勞動(dòng)投入。另外，滴灌水肥一體化技術(shù)只滴灌作物根部，作物行間保持土壤干燥，降低了土壤濕度和田間空氣濕度，減少了病蟲(chóng)害的發(fā)生，降低了打藥的成本。

3.7 改善作物品質(zhì)增產(chǎn)增效

水肥一體化節(jié)本增效灌溉技術(shù)能適時(shí)、適量根據(jù)作物不同生長(zhǎng)期營(yíng)養(yǎng)規(guī)律精準(zhǔn)進(jìn)行灌溉施肥，明顯改善和優(yōu)化作物生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)果實(shí)果型飽滿并增加單果質(zhì)量，減少畸形果、腐爛果，提升果實(shí)口感，可在提高作物養(yǎng)分利用效率的同時(shí)提高作物產(chǎn)量，通?？稍霎a(chǎn)10%～20%［3］。

4.我國(guó)滴灌水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)自引入水肥一體化技術(shù)以來(lái)，其發(fā)展過(guò)程大致經(jīng)歷了四個(gè)階段： 起始階段、初步研究試驗(yàn)階段、試驗(yàn)示范推廣階段、規(guī)模化快速應(yīng)用階段。

4.1 起始階段

我國(guó)水肥一體化技術(shù)研究開(kāi)始于1974 年，由墨西哥引進(jìn)三套滴灌設(shè)備在不同省份建立了3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，面積5.3 hm2，試驗(yàn)取得了顯著的增產(chǎn)和節(jié)水效果。1975 年我國(guó)決定研制滴灌設(shè)備，并在全國(guó)各省設(shè)立試點(diǎn)，1976 年將滴灌研究列為重點(diǎn)科研項(xiàng)目之一，推動(dòng)了我國(guó)滴灌技術(shù)的深入研究［1］。1977 年新疆農(nóng)墾科學(xué)院魏一謙、羅家雄等專家學(xué)習(xí)以色列經(jīng)驗(yàn)、購(gòu)置部分滴灌器材，利用飲用水源，在蔬菜、瓜果等園藝作物開(kāi)展滴灌技術(shù)的試驗(yàn)研究。1979 年該團(tuán)隊(duì)參加了農(nóng)業(yè)部組織的滴灌技術(shù)試驗(yàn)協(xié)作計(jì)劃，并進(jìn)行了5.3 hm2試驗(yàn)示范，取得了顯著的節(jié)水、增產(chǎn)、省工效果，該成果1983 年獲新疆兵團(tuán)科技成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。從1974 年到1980 年，我國(guó)水肥一體化技術(shù)的研究處于學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外的起始階段［2］。

4.2 初步研究試驗(yàn)階段

20 世紀(jì)80 年代，在國(guó)家的支持下，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究單位和企業(yè)利用引進(jìn)國(guó)外灌溉設(shè)備和購(gòu)買專利、磨具等，進(jìn)行了消化吸收和仿制等研究工作，并在田間和溫室大棚開(kāi)展了應(yīng)用試驗(yàn)，取得了較好的效果。進(jìn)入90 年代，國(guó)家充分意識(shí)到中國(guó)水資源的短缺，重新大力推廣節(jié)水技術(shù)。啟動(dòng)了國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，引進(jìn)消化吸收及仿制了很多條滴灌生產(chǎn)線。因產(chǎn)品的生產(chǎn)成本很高，應(yīng)用對(duì)象主要集中在蔬菜、花卉、果樹(shù)等高經(jīng)濟(jì)價(jià)值作物上，大田作物應(yīng)用較少。

4.3 試驗(yàn)示范推廣階段

“九五”“十五”期間，國(guó)家科技部、水利部等部門共同實(shí)施了國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目和國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程項(xiàng)目，加快了滴灌設(shè)備、技術(shù)的創(chuàng)新和國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，促進(jìn)了技術(shù)成果的示范推廣。1996 年，新疆兵團(tuán)引進(jìn)以色列成套滴灌設(shè)備，將滴灌技術(shù)與地膜覆蓋技術(shù)有機(jī)結(jié)合，創(chuàng)造了膜下滴灌技術(shù)。之后幾年，開(kāi)展了相關(guān)技術(shù)及農(nóng)藝措施試驗(yàn)研究，充分發(fā)揮其節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)省機(jī)力、省工和增產(chǎn)、增效作用，為干旱地區(qū)發(fā)展高效節(jié)水灌溉技術(shù)開(kāi)辟了一條新路。在設(shè)備引進(jìn)和產(chǎn)業(yè)化方面，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)滴灌材料企業(yè)做了大膽嘗試，使得滴灌材料成本降低很多，加速了大田作物應(yīng)用滴灌技術(shù)的進(jìn)程。

4.4 規(guī)?；焖賾?yīng)用階段

“十一五”以來(lái)，是中國(guó)滴灌技術(shù)發(fā)展最快、成效更突出的時(shí)期。滴灌設(shè)備及器材全面實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化、產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品的質(zhì)量及性能的穩(wěn)定性、可靠性大幅度提升，達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平；相關(guān)配套技術(shù)及產(chǎn)品日趨完善，工程與農(nóng)藝措施的結(jié)合更加緊密，水溶性肥料的開(kāi)發(fā)及施肥技術(shù)發(fā)展迅速，增產(chǎn)、增效顯著；滴灌技術(shù)應(yīng)用作物種類增多，范圍擴(kuò)大，應(yīng)用區(qū)域面積迅速增大。

5.滴灌水肥一體化技術(shù)發(fā)展前景展望

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部提出到2020 年，我國(guó)農(nóng)業(yè)要實(shí)現(xiàn)“控制農(nóng)業(yè)用水總量，減少化肥、農(nóng)藥使用量，化肥、農(nóng)藥用量實(shí)現(xiàn)零增長(zhǎng)”。同時(shí)，我國(guó)仍然面臨著要以占世7%的耕地養(yǎng)活了占世22%的人口問(wèn)題。在此背景下，大力發(fā)展滴灌和水肥一體化將有利于解決控水減肥與糧食需求增長(zhǎng)之間的矛盾，對(duì)于提高肥料利用率并減輕對(duì)環(huán)境的壓力，保障糧食安全、保護(hù)生態(tài)環(huán)境具有極其重要的意義［2］。

滴灌技術(shù)是集裝備和技術(shù)于一體的先進(jìn)灌溉技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)設(shè)施化、規(guī)范化、自動(dòng)化的有效途徑，它能使種植業(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，能大大提高農(nóng)業(yè)資源產(chǎn)出率和勞動(dòng)生產(chǎn)率。實(shí)踐證明：滴灌技術(shù)可節(jié)水50%以上；單位面積糧食作物增產(chǎn)20%以上，水產(chǎn)比提高80%以上；單位耕地的播種面積增加5%～7%；單位面積等產(chǎn)量的農(nóng)藥化肥使用量減少30%以上，有效降低了農(nóng)田和食品的污染源。

滴灌技術(shù)是一種廣譜的節(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、山地等都適宜使用，適宜使用滴灌的作物種類也很廣泛。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：我國(guó)目前適宜采用滴灌的經(jīng)濟(jì)作物有油料、棉花、麻類、糖料、煙草、藥材、蔬菜、瓜果等，面積約5066.67 萬(wàn)公頃；灌區(qū)小麥、玉米等糧食作物播種面積約4000 萬(wàn)公頃；果園面積約920 萬(wàn)公頃，且大部分分布在坡地和丘陵山區(qū)，缺少水源工程設(shè)施；設(shè)施溫室、大棚面積約166.67 萬(wàn)公頃；治沙造林（僅經(jīng)濟(jì)林） 約366.67 萬(wàn)公頃［2］?？梢?jiàn)，滴灌技術(shù)在我國(guó)有著廣闊的發(fā)展前景。