一種多功能水肥一體化機械設(shè)備及其應(yīng)用

榮延軍，劉洪岺，張建凱，張 波，甘久霖，徐福勝

（濱海新區(qū)大港林果種苗站，天津 300270）

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化核心支撐是農(nóng)業(yè)機械化。水肥則是影響林果產(chǎn)業(yè)質(zhì)量的重要因素。水肥一體化技術(shù)是水與肥料融合同步的一項農(nóng)業(yè)新技術(shù)新方法[1]，具有節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥；省工、省力、省心；增量、增收、增效[1]等功效。目前，我國水肥一體化技術(shù)發(fā)展已經(jīng)由過去當(dāng)?shù)貞?yīng)用示范到現(xiàn)在的大規(guī)模應(yīng)用[1]。其模式特征均屬于固定式的設(shè)施管網(wǎng)滴灌體系，主要有水源工程、首部系統(tǒng)、輸配管道系統(tǒng)和灌水肥器等硬件系統(tǒng)組成[2]。該系統(tǒng)龐大復(fù)雜，其技術(shù)含量、建設(shè)投資、運行成本、對水源肥料質(zhì)量要求高，但其穩(wěn)定性、功能性、通用性、實用性、靈活性差，且易老化、易損壞、易出故障、易堵易漏、易致次生鹽堿累積、易影響林果園土壤耕作和樹體管理作業(yè)，而此類需要額外消耗電能，且價格較高[3]，其缺陷多、問題大、推廣困難，一般多應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)或小規(guī)模高附加值蔬菜栽培。我國目前還沒有一套能夠集水肥一體化技術(shù)管理各種優(yōu)勢、克服其所有缺陷的多功能機械設(shè)備以支撐和推動我國規(guī)?；筇铿F(xiàn)代農(nóng)業(yè)及林果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和提質(zhì)增效。我們項目組則通過發(fā)明一種果園水肥一體化多功能機械專利設(shè)備及其配套技術(shù)（專利號201920552315.5），致力于解決我國規(guī)?；筇铿F(xiàn)代農(nóng)業(yè)和林果產(chǎn)業(yè)水肥一體機械化多功能管理問題。

1 該專利設(shè)備系統(tǒng)特征

該專利發(fā)明一種果園水肥一體化多功能機械專利設(shè)備系統(tǒng)特征主要有Ⅰ配套主動力系統(tǒng)、Ⅱ發(fā)明主體設(shè)備系統(tǒng)和Ⅲ配套輔動力及儲罐系統(tǒng)配套集成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征如圖1所示。

說明：Ⅰ代表配套主動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：1'.拖拉機；10'.動力升降桿。Ⅱ代表發(fā)明主體設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：2'.可拆卸空心犁頭；3'.主體方形剛架構(gòu)；4'.深度控制輪；11'.鋒鋼刀片；12'.M分頭膠管支撐桿；13'.高壓泵；14'.覆土器。Ⅲ代表配套輔動力及儲罐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：5'.儲水罐；6'.出水管；7'.高壓泵柴油機；8'.吸水管；9'.儲水罐牽引桿。Ⅰ和Ⅲ配套設(shè)備是一般大型果園用于耕作和病蟲害防治噴藥都先行必備的動力和基礎(chǔ)設(shè)備。該專利發(fā)明主體設(shè)備Ⅱ?qū)儆谀K化集成應(yīng)用。

1.1 該專利設(shè)備結(jié)構(gòu)功能

該專利發(fā)明設(shè)備主體是由方形鋼管焊接成的長方形鋼架構(gòu)3'，用于承載各種功能器具；3' 可調(diào)控深度5～45 cm，可伸縮長度2.5～4.5 m，以達到最佳作業(yè)幅度；3' 后邊兩端對稱分布兩個深度控制輪4'，用于平衡和輔助控制犁頭深入土壤作業(yè)深度；3' 主架兩側(cè)對稱分布空心犁頭2～8 個（一般林果園株行距（2～3 m）×（4～6 m）情況下使用2～4 個空心犁頭即可），以將水肥藥菌灌注地下；2' 呈18°寬燕尾翅三角形狀，用于開溝；2' 從犁尖到犁脖中間垂直焊接30 cm 長、2 cm 寬單刃長形鋒鋼刀片11'，刀刃朝上斜前，用于切割草團根系、大型土塊，并通過控制犁頭深度實現(xiàn)根系修剪；5' 是一般果園噴藥用儲水罐，在該專利發(fā)明應(yīng)用中同時用于儲存配置好的肥藥微生物菌等；3' 設(shè)置于1' 后邊、5' 前邊，直接和10' 連接；5' 設(shè)置于3' 后邊，直接連接拖拉機牽引鉤，7 固定在5' 后邊的車架上，以合理形成配套和順暢作業(yè)；3'、5'、13' 由6'、8' 連通、再由12' 支撐分頭膠管管節(jié)，以保證水肥藥菌的吸入和輸出；13' 提供吸取、輸送和灌注的動力；14' 實現(xiàn)給犁溝覆土保墑功能，以完成水肥一體機械化多功能作業(yè)。

1.2 該專利設(shè)備使用技術(shù)

（1）將該專利發(fā)明果園水肥一體化多功能機械配套設(shè)備40 拖拉機、和主體設(shè)備、儲水罐、各種膠管全部掛鉤連貫，根據(jù)作物及林果株行距調(diào)試好主體設(shè)備鋼架構(gòu)寬度，配置好空心犁數(shù)量。

（2） 根據(jù)使用說明，配制好300 倍稀釋配方水溶肥和20%呋蟲胺7 000 倍液配置到儲水罐中。

（3）進園后，將空心犁頭深入地下15 cm 深度，然后開動高壓泵柴油機，設(shè)置供水壓力3 個，計量水量1 t，40 拖拉機低速三檔位順行牽引。這樣，該專利設(shè)備及其配套新技術(shù)應(yīng)用可以實現(xiàn)1.5 人、15 min 完成0.27 hm2的（200 棵冬棗樹）水肥藥菌一體化多功能作業(yè)。

1.3 該專利設(shè)備配套產(chǎn)品及其使用技術(shù)

該專利設(shè)備配套北京環(huán)科益農(nóng)生物科技有限公司配方水溶肥新產(chǎn)品包括稀土配方高鉀型、平衡性水溶肥和微生物菌配方有機質(zhì)水溶肥，在本項目示范中均應(yīng)用300 倍液。

2 應(yīng)用的方式方法

2.1 應(yīng)用示范園概況

本項目應(yīng)用示范園位于天津市濱海新區(qū)太平鎮(zhèn)東升村，當(dāng)?shù)貙儆谂瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫13.2℃，≥10℃積溫4 323℃年，平均日照2 733 h，累年總輻射量121.1 kcal/cm2（5 354.6 兆焦耳/m2），生理輻射總量61.544 kcal/cm2，無霜期238 d，年均降水量416.8 mm，年蒸發(fā)量1 989 mm。降水主要集中7 月—8 月，降水量占全年的74.4%，土質(zhì)黏重，主要由鹽化潮土和海積鹽土構(gòu)成，平均含鹽4.73 %，平均有機質(zhì)含量0.4%。

2.2 應(yīng)用方法

本項目應(yīng)用示范以天津市濱海新區(qū)太平鎮(zhèn)東升村鑫盛冬棗種植專業(yè)合作社的20 hm2冬棗園做應(yīng)用示范園，以該園20 年生盛果期生長發(fā)育狀況基本一致的冬棗樹為試材，以該園10 hm2冬棗樹應(yīng)用T1：水肥一體化多功能機械專利設(shè)備及其配套新技術(shù)管理模式；以該園10 hm2冬棗樹應(yīng)用T2：水肥常規(guī)化人工挖穴埋肥樹帶起畦灌水施肥管理模式作對照。T1 和T2 均在冬棗樹萌芽期、花期、幼果膨大期和果實成熟前期，通用T1 配套的北京環(huán)科益農(nóng)生物科技公司300 倍配方水溶肥，分別實施4 次常用的人工肥水管理作業(yè)和4 次新模式水肥一體化作業(yè)。T1 第一次作業(yè)同時應(yīng)用20%護瑞7 000 倍用于地下施藥防治冬棗兩大主要害蟲綠盲蝽象和棗癭蚊危害。

3 獲得的效果和突破

3.1 關(guān)于T1 和T2 兩種示范模式各種成本、質(zhì)量、效益指標(biāo)

見表1 和表2。

3.2 關(guān)于T1 和T2 兩種示范管理模式應(yīng)用效益分析

從表1 和表2 可以看出，兩種管理模式T1 和T2 經(jīng)過4次作業(yè)的用水量和用肥量，T2 是T1 的400 倍和4 倍，分別實現(xiàn)專技節(jié)水率99.8%和節(jié)肥率75%。因此，該發(fā)明設(shè)備節(jié)水效果尤其顯著；如果不計用水價值，T2 模式水、肥、油、電、工費用是79 800 元，T1 模式則是15 180 元，實現(xiàn)降低綜合費用成本64 620 元，綜合節(jié)本率達81.0%。T1 模式節(jié)本效果更是突出。

從T1 和T2 兩種管理模式表現(xiàn)出的質(zhì)量和效益指標(biāo)看，T1 模式全面超越T2 模式。主要原因由于水分和養(yǎng)分（肥料）是作物生長的最基礎(chǔ)條件，是人為調(diào)控頻繁、影響最大的生長環(huán)境因子[4]，水肥一體化技術(shù)最大化地發(fā)揮水肥耦合效應(yīng)，實現(xiàn)水分和養(yǎng)分時空上同步，大幅度地提高水肥利用效率，使養(yǎng)分利用率可高達90%[5]，在節(jié)水的基礎(chǔ)上促進了冬棗樹生殖生長，在節(jié)肥的基礎(chǔ)上顯著地提高產(chǎn)量達23%。在節(jié)水和節(jié)肥的雙基礎(chǔ)上提高品質(zhì)指標(biāo)含糖量34.0%、維生素C 含量21.9%。分析原因水肥一體化技術(shù)施用鉀肥有效性較高，鉀利用率可超過90%[6]。因為鉀元素既能增產(chǎn)，還能改善果實品質(zhì)，如可溶性固形物和抗壞血酸濃度增加、改善果實顏色、延長保鮮期等[7]。T2 則因為大水大肥導(dǎo)致冬棗樹勢營養(yǎng)生長過旺，坐果率、含糖量和單果重分別降低70.8%、34.0%和27.9%，產(chǎn)量下降，品質(zhì)降低，成熟期也隨之延后1 個月，綜合因素導(dǎo)致T1 模式冬棗果實價格高于T2 達65.7%，這與吳海蘭等對紅棗的研究中發(fā)現(xiàn)水肥一體化固體肥、液體肥、滴灌、NPK 處理均不同程度提高了沙地紅棗含水量、總糖、還原糖、總黃酮、維生素C 等品質(zhì)指標(biāo)的含量，同時也有效降低了棗果酸度，其中水肥一體化液體肥處理提升棗果品質(zhì)最佳[8]和王新元等研究表明的灌水量較高時會降低蔬菜品質(zhì)，使果實內(nèi)可溶性糖、有機酸、可溶性固形物、可溶性蛋白和維生素C 含量降低[9]的研究結(jié)果相一致。

表1 T1 與T2 不同示范管理模式成本各項構(gòu)成及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Cost components and related technical indicators of different demonstration management modes of T1 and T2

表2 T1 與T2 不同示范管理模式質(zhì)量、效益及各項多功能技術(shù)指標(biāo)Tab.2 T1 and T2 different demonstration management modes quality, efficiency and various multi-functional technical indicators

4 結(jié)語

中國是果樹產(chǎn)業(yè)第一大國，林果產(chǎn)業(yè)對我國農(nóng)民增收和脫貧致富具有重要作用，隨著我國土地流轉(zhuǎn)政策發(fā)展，實現(xiàn)規(guī)模化大田林果園水肥一體機械化管理意義重大。該發(fā)明設(shè)備實用、耐用、成本低、集成度好、配套性強，使用靈活、機動簡易，農(nóng)民樂于接受，易于推廣，適應(yīng)性強，是我國實現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、機械化、規(guī)?；?、集約化和標(biāo)準(zhǔn)化的利器。