作物需肥過(guò)程與人工施肥對(duì)比分析及優(yōu)化

張敬義 許慶廣

摘要：對(duì)于農(nóng)業(yè)來(lái)說(shuō)，灌溉和施肥一直是從事與農(nóng)業(yè)或農(nóng)業(yè)相關(guān)行業(yè)的熱題，從傳統(tǒng)的耕作施肥施肥技術(shù)至現(xiàn)代的水肥一體化施肥技術(shù)，施肥多少，如何進(jìn)行最有效的施肥一直是農(nóng)業(yè)中的難題。

關(guān)鍵詞：作物；施肥；肥液濃度

光合作用是一個(gè)一直伴隨著作物生長(zhǎng)、發(fā)育和結(jié)實(shí)的生理活動(dòng)。通過(guò)作物的光合作用，植物將二氧化碳和水合成有機(jī)物，并且釋放出氧氣以供所有的人和動(dòng)物生存。在植物進(jìn)行光合作用的過(guò)程中，除了二氧化碳和水等原料外，還需要比如氮、磷、鉀和鈣等元素以維持植物正常的生理活動(dòng)，這些元素是植物通過(guò)根系從土壤中獲取的，而土壤中這些元素的含量不一定滿足作物的需求，故需要人工向土壤中補(bǔ)充。

人工施肥的途徑包括傳統(tǒng)的施肥技術(shù)與現(xiàn)代水肥一體化的施肥技術(shù)。

所謂的傳統(tǒng)施肥技術(shù)，主要是進(jìn)行地面撒肥，再通過(guò)耕作措施將地面上的肥料翻至土壤內(nèi)部或者利用灌溉將地面上的肥料入滲至土壤內(nèi)部的方式。

這種施肥方式主要有以下幾個(gè)弊端。

由于人工施肥的可控性差，容易造成局部的肥料集中或者無(wú)肥，肥料集中的區(qū)域肥液濃度過(guò)高，最終使得作物根系細(xì)胞失水，影響作物的正常生長(zhǎng)，甚至導(dǎo)致作物因失水過(guò)多而死亡。局部無(wú)肥的區(qū)域則達(dá)不到施肥的目的，浪費(fèi)人力和物力。

容易造成區(qū)域地面殘留肥料，該現(xiàn)象是因?yàn)楣喔炔痪鶆蚧蛘吒鞑粡氐自斐傻?，最終造成土壤板結(jié)和肥料浪費(fèi)。

由于耕作過(guò)深或者灌溉水過(guò)多造成肥料被送至作物根系層以下的不可利用的區(qū)域，從而造成肥料浪費(fèi)。在地下水埋深較淺的地區(qū)很容易造成土壤鹽堿化。

現(xiàn)代的水肥一體化技術(shù)是通過(guò)施肥設(shè)備（施肥機(jī)或者小型的施肥器）將肥液輸進(jìn)供水管路之中，再通過(guò)灌溉過(guò)程將肥液輸至滴灌管的滴頭處，并從滴頭處隨灌溉水滴至作物根系處，以達(dá)到施肥的目的。

而現(xiàn)代水肥一體化施肥技術(shù)也不是十全十美的，也存在如下幾個(gè)弊端。

對(duì)操作人員的技術(shù)水平和管理水平要求較高。因培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員會(huì)增加相應(yīng)的成本，這就使得水肥一體化技術(shù)不會(huì)在短時(shí)間內(nèi)得到全面的發(fā)展和應(yīng)用。

水肥一體化施肥技術(shù)是通過(guò)灌溉實(shí)現(xiàn)的，在施肥的過(guò)程中會(huì)受到灌溉的約束，比如在不需要施肥而需要灌溉的時(shí)候，會(huì)有部分管道殘液進(jìn)入灌溉水中。

正因?yàn)槿斯な┓始夹g(shù)有以上的幾種弊端，故有必要對(duì)施肥過(guò)程進(jìn)行一個(gè)科學(xué)的分析，并從原理的角度出發(fā)，提出一些革新的措施。

作物的需肥過(guò)程是一個(gè)很復(fù)雜的過(guò)程，并且各類(lèi)作物對(duì)肥料的種類(lèi)、數(shù)量和施入時(shí)間的要求是不同的，并且同一種作物在不同的生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)肥料的種類(lèi)、數(shù)量和施入時(shí)間的要求也是不同的。而現(xiàn)實(shí)中的施肥是機(jī)械的、可控的，是與作物的理想需肥過(guò)程有差異，也是有矛盾的，這些矛盾主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

3.1 時(shí)間性

作物對(duì)肥料的需求過(guò)程在時(shí)間上是連續(xù)的，而人工施肥的過(guò)程是間斷的。這在一定程度上造成了作物在生長(zhǎng)過(guò)程中一直處于肥料剩余和肥料缺失的狀態(tài)。

3.2 數(shù)量性

作物對(duì)肥料的需求過(guò)程在數(shù)量上是精確的，而人工施肥的過(guò)程是粗略的。這使得施肥數(shù)量與作物的需肥數(shù)量有了差異，從而使得作物需肥與人工施肥是不協(xié)調(diào)的，甚至是矛盾的。

3.3 種類(lèi)的差異性

由于各類(lèi)作物的對(duì)肥料中各種元素的需求是不同的，就是同種作物在不同齡期對(duì)肥料中各種元素的需求也是不同的。人工施肥只能人為的把施肥過(guò)程劃分為有限的階段，在該階段內(nèi)作物對(duì)肥料中各種元素的需求是不變的，再進(jìn)行施肥會(huì)造成在相應(yīng)時(shí)間段內(nèi)肥料中各種元素的供求是不平衡的。

綜上所述，人工施肥由于存在上述問(wèn)題，使得施肥過(guò)程與作物的需肥過(guò)程有了差異，如何改善人工施肥的過(guò)程，減小這種差異，是科學(xué)施肥亟需考慮的問(wèn)題。

由于人工施肥存在上述問(wèn)題，下面針對(duì)以上的3個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化施肥過(guò)程。

（1）改善施肥過(guò)程，減弱時(shí)間性和數(shù)量性的差異。建議采取縮小施肥的時(shí)間間隔即增加施肥次數(shù)，并且減小施肥的數(shù)量，如圖2所示，最終使得土壤肥料實(shí)際含量曲線與作物的需肥曲線盡量逼近，減小作物的對(duì)肥料需求過(guò)程中的肥料缺失和肥料剩余的幅度，在一定范圍內(nèi)緩解了作物的肥料脅迫和肥料濃度過(guò)高的抑制作用。但是，無(wú)限制的縮小施肥的時(shí)間間隔和減小施肥的數(shù)量在現(xiàn)實(shí)中是不可能實(shí)現(xiàn)的，只能在可容許的范圍內(nèi)調(diào)整人工施肥的次數(shù)和數(shù)量。

（2）減少不同肥料種類(lèi)的施用，并且根據(jù)作物的生長(zhǎng)階段劃分時(shí)段。對(duì)于同一種作物，在整個(gè)生長(zhǎng)期對(duì)肥料中各種元素的需求是不同的，但是在某種生長(zhǎng)期內(nèi)（例如棉花的分蘗期），對(duì)肥料中各種元素的需求基本是穩(wěn)定的，為了科學(xué)的劃分作物的需肥時(shí)段，可以根據(jù)作物的自然生長(zhǎng)階段劃分，即在同一段時(shí)間內(nèi)可以劃分較長(zhǎng)的施肥時(shí)段，以便于人工操作。在相鄰時(shí)段的過(guò)渡期可以加密施肥時(shí)段，以滿足作物在過(guò)渡期對(duì)肥料中各種元素的需求。

水肥一體化施肥技術(shù)是現(xiàn)代施肥技術(shù)中比較先進(jìn)的施肥技術(shù)，也是比較容易實(shí)現(xiàn)的施肥技術(shù)。由于其過(guò)程是隨著灌溉（灌溉方式一般為滴灌）進(jìn)行，具有施肥作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)、施肥過(guò)程中肥料施加速率均勻等優(yōu)點(diǎn)。

如何評(píng)價(jià)施肥的效果，是水肥一體化系統(tǒng)應(yīng)用富有爭(zhēng)議的一個(gè)話題。有人認(rèn)為施肥速度越快越有利于施肥過(guò)程的進(jìn)展，即效果越好，其實(shí)不然。下面通過(guò)作物吸水作用角度出發(fā)，進(jìn)行說(shuō)明。

水肥由作物的細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過(guò)程是通過(guò)滲透作用實(shí)現(xiàn)的，如果細(xì)胞外（即土壤中）的水肥濃度過(guò)高，甚至大于細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞液濃度時(shí)，會(huì)使得滲透作用減弱，甚至使得細(xì)胞內(nèi)的水分向細(xì)胞外滲透，造成細(xì)胞失水，植物萎蔫。

因此，土壤中的肥料濃度并不是越大越好，而是應(yīng)控制在應(yīng)一定的濃度范圍，即土壤中的肥料濃度c應(yīng)不超過(guò)作物的容許濃度[c]。即評(píng)價(jià)水肥一體化施肥效果應(yīng)該使土壤中的肥料濃度c盡量的接近而不超過(guò)作物的容許濃度[c]為指標(biāo)，即土壤水分濃度的飽和度η表示，其中η=c/[c]*100%。

其中，η在小于1的前提下，越大越好；當(dāng)η>1時(shí)，表示施肥濃度過(guò)大，已經(jīng)超過(guò)了作物的容許程度。

本文從作物的需肥規(guī)律出發(fā)，從原理的角度分析了人工施肥的弊端與不足。并且提出了優(yōu)化施肥的方式，并且針對(duì)水肥一體化的施肥效果的角度提出了衡量施肥效果優(yōu)劣的指標(biāo)。