農(nóng)業(yè)水肥一體化灌溉經(jīng)濟(jì)效益分析

焦有權(quán) 馮 吉

一、引言

根據(jù)國際灌排委員會的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全世界微噴灌面積達(dá)到了5303萬公頃以上，其中美國以1399萬公頃微噴灌面積居世界首位，以色列、芬蘭等國微噴灌已實(shí)現(xiàn)了總灌溉面積的90%以上，而我國還不足10%，還存在不小的差距，不過隨著我國科研工作者的努力，差距正在縮小。同樣，在設(shè)施農(nóng)業(yè)施肥方面，我國農(nóng)民施肥普遍比較盲目、過量施肥現(xiàn)象比較普遍，因?yàn)椴惶侠淼幕蛘哒f施肥不科學(xué)造成了嚴(yán)重的水土污染。目前我國氮肥的利用率也不高，據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，氮肥利用率35%左右，磷肥的利用率為10%-20%，鉀肥為35%-50%，肥料利用率低于世界發(fā)達(dá)國家的同期水平。作為農(nóng)業(yè)大國，化肥在我國糧食增產(chǎn)、農(nóng)民增收方面起到了一定的作用，但在我國糧食連續(xù)九年增產(chǎn)的背景下，如果不調(diào)整施肥理念和方法，化肥在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)方面的作用已經(jīng)很有限了。

自20世紀(jì)80年代開始，我國開始注重水肥一體化的試驗(yàn)、示范和推廣，特別是到了90年代中后期，水肥一體化開始受到重視，全國范圍內(nèi)推廣水肥一體化，節(jié)水灌溉的面積也逐年增長，達(dá)到了2700萬公頃以上。目前國內(nèi)外生產(chǎn)中常用的微灌隨水自動施肥裝置包括自壓注入式、文丘里裝置、專用注肥泵（如活塞泵、隔膜泵等)和壓差式施肥罐。研究和實(shí)踐均表明，微灌施肥灌溉裝置的種類及其性能對微灌系統(tǒng)的施肥均勻性具有重要影響。

隨著都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)的推進(jìn)，在北京水資源匱乏的現(xiàn)狀下，設(shè)施農(nóng)業(yè)（溫室、大棚)將成為北京都市型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分，并將有長足的發(fā)展，但設(shè)施農(nóng)業(yè)也是農(nóng)業(yè)用水大戶，微灌技術(shù)，尤其水肥一體化技術(shù)將是今后北京設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。

通過日光溫室實(shí)施微滴灌水肥一體化技術(shù)，通過可控管道系統(tǒng)供水、供肥，使水肥相融后，通過管道和滴頭形成滴灌、均勻、定時(shí)、定量，浸潤作物根系發(fā)育生長區(qū)域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量，同時(shí)根據(jù)不同的蔬菜的需肥特點(diǎn)，土壤環(huán)境和養(yǎng)分含量狀況；不同生長期需水，需肥規(guī)律情況進(jìn)行不同生育期的需求設(shè)計(jì)，把水分、養(yǎng)分定時(shí)定量，按比例直接提供給作物?？捎行Ы档驮O(shè)施作物生產(chǎn)中用水量，提高灌溉水利用效率；提高肥料利用率，節(jié)約肥料投入成本；降低因過量灌溉施肥引起的地下水的污染。

通過對所設(shè)施作物進(jìn)行膜下滴灌水肥一體化技術(shù)的的實(shí)施和對實(shí)施人員的技術(shù)、管理培訓(xùn)，將有效解決目前上述的實(shí)際問題，提高設(shè)施作物的產(chǎn)量、品質(zhì)、生產(chǎn)水平和生產(chǎn)效益。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、農(nóng)民增收。

二、材料與方法

試驗(yàn)在北京市房山區(qū)某農(nóng)場（E116°12'，N39°40')，共有溫室設(shè)施41棟，其中半地下土墻溫室31棟，溫室東西長80m（15棟)、100m（16棟)兩種，南北寬10m，鋼架結(jié)構(gòu)，下挖深度1m，后墻高3.6m，頂寬1.5m，底寬4.4m，四根立柱，南端高1.2m，外高0.8m，頂部用塑料薄膜覆蓋而成，周邊無遮擋物，田間光照充足。試驗(yàn)區(qū)種植番茄，原有灌水方式為大水漫灌，施肥方法為人工直接施肥或?qū)⒎柿先芙夂蟮谷肭离S水灌溉，施肥均勻度低。2016年8月，選擇典型溫室（長80m，寬10m)，安裝膜下帶式微噴水肥一體化灌溉系統(tǒng)，進(jìn)行灌溉與施工狀況觀察與記錄。

根據(jù)農(nóng)場的實(shí)際情況調(diào)研，原有的種植成本如下：灌溉7次，每次灌水28—30m3，共灌水196—210m3；施肥，在定植前基礎(chǔ)底肥沒有改變，定植后施肥6次，每次80kg，每棟施肥480kg，當(dāng)時(shí)價(jià)格（2400元/t)，每棟施肥成本1152元；病蟲害防治，噴藥6次，每次支出150元，共900元。人工投入，每次灌水需2個(gè)工日，施肥2個(gè)工日，除草14工日，噴藥3個(gè)工日，共計(jì)21個(gè)工日，當(dāng)時(shí)每個(gè)工日100元，人工成本2100元。

三、研究內(nèi)容

本項(xiàng)目以京郊設(shè)施農(nóng)業(yè)微灌技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀調(diào)研為基礎(chǔ)，選擇有典型代表意義的設(shè)施作物，采用膜下帶式滴灌水肥一體化的的微灌系統(tǒng)形式，進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，重點(diǎn)對微灌系統(tǒng)配套設(shè)備進(jìn)行分析研究，重點(diǎn)為灌溉、施肥一體化的實(shí)施方法。

研究灌水器流量及灌水均勻度的變化過程及系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及微灌系統(tǒng)適用性，根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)、試驗(yàn)研究結(jié)果，分析比較，提出適宜北京郊區(qū)設(shè)施作物膜下帶式滴灌水肥一體化的配套技術(shù)并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益分析。

1.設(shè)施作物微灌節(jié)水、施肥技術(shù)應(yīng)用中的主要技術(shù)問題剖析。

2.膜下滴灌系統(tǒng)設(shè)備配備與施工技術(shù)應(yīng)用與示范。包括膜下輸配水管道設(shè)計(jì)與施工，選擇適宜的過濾器、施肥器、控制與量測等設(shè)備。根據(jù)溫室或大棚設(shè)施作物種植區(qū)的地塊形狀、水源、當(dāng)?shù)貧夂?、作物生長特點(diǎn)、土壤、種植管理模式、滴灌技術(shù)特點(diǎn)等因素綜合分析，進(jìn)行壓力灌溉系統(tǒng)設(shè)備配備與施工的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，按照灌溉系統(tǒng)組成進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的安裝，主要包括水源供水系統(tǒng)安裝、地面支管安裝、灌水器安裝、系統(tǒng)運(yùn)行與調(diào)試、地膜鋪設(shè)等。

3.施肥系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用與示范。與節(jié)肥實(shí)驗(yàn)組對應(yīng)，利用灌溉系統(tǒng)的灌溉設(shè)備進(jìn)行施肥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試。主要包括水溶性良好肥料的選擇、過濾器的安裝、施肥器安裝，以及相關(guān)量測儀表的安裝等，并在運(yùn)行過程中進(jìn)行調(diào)試。

4.水肥一體化應(yīng)用與示范。這兩項(xiàng)技術(shù)綜合一起就是水肥一體化技術(shù)。在這兩項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)正常運(yùn)行后，根據(jù)番茄生長特點(diǎn)，進(jìn)行灌溉技術(shù)參數(shù)觀測，包括灌溉水量、施肥量、溫室濕度等，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。

5.形成水肥一體化操作規(guī)程。通過試驗(yàn)，確定針對設(shè)施番茄在膜下帶式微噴水肥一體化的應(yīng)用和示范過程中取得的相關(guān)參數(shù)，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整后取得適應(yīng)的成果后，針對設(shè)施番茄的灌溉、施肥特點(diǎn)，形成相關(guān)技術(shù)操作規(guī)程。

四、結(jié)論與分析

1.通過調(diào)研及試驗(yàn)研究，提出適宜試驗(yàn)地的膜下帶式滴灌水肥一體化的配套技術(shù)，提高農(nóng)民積極性，達(dá)到推廣水肥一體化技術(shù)的目的。通過水肥一體化配套技術(shù)推廣，對節(jié)約水資源、延長系統(tǒng)壽命、降低工程成本的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.設(shè)施番茄單個(gè)生命周期成本分析。在膜下微噴水肥一體化系統(tǒng)實(shí)施后，對典型示范區(qū)設(shè)施番茄進(jìn)行觀察和記錄，結(jié)果為：

（1)灌溉5次，每次灌水18m?，共灌水90m?。

（2)施肥在定植前基礎(chǔ)底肥沒有改變，定植后施肥5次，每次60kg，每棟施肥300kg，當(dāng)時(shí)價(jià)格2400元/t，每棟施肥共開支720元。

（3)病蟲害防治，由于覆膜減少溫室相對濕度，減少了病蟲害，噴藥3次，成本150元/次，共450元。

（4)人工投入，水肥一體化施肥無需單獨(dú)完成，地表覆膜不需要除草，該2項(xiàng)人工費(fèi)省去。灌水需要1個(gè)工日，噴藥需要3個(gè)工日，共4個(gè)工日，當(dāng)時(shí)每個(gè)工日100元，人工成本400元。

3.實(shí)施前后對比效益分析。根據(jù)水肥一體化灌溉前后費(fèi)用比較，計(jì)算出水資源節(jié)約率、肥料節(jié)約率和資金成本節(jié)約率，通過經(jīng)濟(jì)效益分析，論證水肥一體化項(xiàng)目的實(shí)施對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的實(shí)際貢獻(xiàn)率。

通用計(jì)算公式：

p=（H-h)/H

其中：p——節(jié)約率；H——實(shí)施前用量；h——實(shí)施后用量

（1)節(jié)水效益。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施前后數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)施前灌水量196——210m3，實(shí)施后灌水90m3，節(jié)水率為54—57%，遠(yuǎn)高于節(jié)水預(yù)計(jì)值10%—20%；

（2)節(jié)肥效益。根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施前后數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)施前施肥用量480kg，實(shí)施后用量300kg，節(jié)肥效率37.5%，遠(yuǎn)高于預(yù)計(jì)的5—10%。

（3)節(jié)約成本如下表：

!!注：上述是按照單個(gè)生長周期計(jì)算，每棟溫室每年至少種植2茬，共節(jié)約5164元/棟。

據(jù)調(diào)研，當(dāng)?shù)販厥掖笈锏纳a(chǎn)每年毛收入30000元，成本需要20000元，利潤約為10000元，節(jié)約成本占利潤的比重為55%，設(shè)施溫室推廣水肥一體化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益顯著。

[基金項(xiàng)目：劣質(zhì)水源滴灌系統(tǒng)砂石過濾器堵塞發(fā)生特性研究（XY- YF- 19- 19）]