液體施肥機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)關(guān)系分析*

張魯云，何義川，楊懷君，湯智輝，鄭炫，孟祥金

(1. 新疆農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所，新疆石河子，832000； 2. 塔里木大學(xué)機(jī)械電器工程學(xué)院，新疆阿拉爾，843300)

通訊作者：楊懷君，男，1983年生，吉林德惠人，碩士，副研究員，碩導(dǎo)；研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)機(jī)具理論與設(shè)計(jì)。E-mail： 258203931@qq.com

0 引言

我國(guó)是世界上水資源短缺的國(guó)家之一，而且全國(guó)降雨分布極不均衡，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是高耗水產(chǎn)業(yè)，因此，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)是關(guān)系到糧食生產(chǎn)安全、國(guó)計(jì)民生的重大課題。隨著近年來(lái)農(nóng)田節(jié)水技術(shù)、水肥一體化、膜下滴灌等技術(shù)模式的推廣應(yīng)用，液體肥料的使用取得了較好的效果。近幾年我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中噴(滴)灌面積迅速擴(kuò)大，全國(guó)已達(dá)247萬(wàn)hm2，既節(jié)省了寶貴的水資源，提高了水肥的利用率[1]，又滿足了農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明：水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用是目前解決我國(guó)干旱、荒漠、丘陵、山區(qū)缺水、灌溉和施肥困難的最有效的途徑和形式之一。各地可以根據(jù)自然環(huán)境實(shí)際情況選擇相應(yīng)的技術(shù)模式，不僅可以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益，而且充分利用邊緣、廢棄土地，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)。近年來(lái)，我國(guó)已經(jīng)把液體有機(jī)肥的施用列為重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃[2]，農(nóng)業(yè)部也已經(jīng)將液態(tài)肥料的使用列為我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。在我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域大力推廣水肥一體化技術(shù)的今天，與之相配套的液體肥料和相關(guān)機(jī)械設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用也逐步開(kāi)展。

以免耕、少耕播種和秸稈還田為主體的保護(hù)性耕作技術(shù)，近年來(lái)在國(guó)際上被視為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的一次技術(shù)革命，已經(jīng)被越來(lái)越多的國(guó)家所接受認(rèn)可。經(jīng)過(guò)十多年的生產(chǎn)實(shí)踐和大力推廣，適合于我國(guó)農(nóng)業(yè)特點(diǎn)的保護(hù)性耕作技術(shù)已經(jīng)逐步建立發(fā)展起來(lái)。但是從整個(gè)保護(hù)性耕作技術(shù)體系角度上分析，仍然有許多不足之處，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。其中經(jīng)多年保護(hù)性耕作之后，病蟲(chóng)草害的綜合性防治是最為薄弱的環(huán)節(jié)之一。液體施肥—打藥噴霧一體機(jī)，一機(jī)兩用，既提高了機(jī)具的利用率，又為保護(hù)性耕作技術(shù)的推廣實(shí)施提供了有力的保障。

本文系統(tǒng)闡述了液體施肥機(jī)械的發(fā)展歷程，分析了其與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的密切關(guān)系，國(guó)家應(yīng)制定相應(yīng)的優(yōu)惠政策，盡快掌握核心技術(shù)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化完善，農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝的有效結(jié)合，發(fā)展高效、低碳的綠色農(nóng)業(yè)。

1 國(guó)內(nèi)外液體肥料施用機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)液體肥料的研究最早開(kāi)始于20世紀(jì)30年代，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用液體肥料首先在美國(guó)得到應(yīng)用。美國(guó)農(nóng)業(yè)很早就開(kāi)始使用液氨等液體肥料，及相應(yīng)的液肥施用機(jī)械設(shè)備。主要由液體肥料罐、排肥分配器、施肥開(kāi)溝器和覆土裝置等組成。目前，農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家都已經(jīng)大規(guī)模普及液體肥料，液體肥施用機(jī)械品種繁多，功能齊全，完全實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)。

如圖1所示為3320型自走式液體施肥機(jī)[3]，發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率162 kW，功率大、燃油消耗低、性價(jià)比較高。配有更大的油箱和肥(藥)箱，肥箱容積可達(dá)3 028 L，比同類機(jī)型大20%左右，減少了作業(yè)中加肥(裝藥)次數(shù)，顯著提高了田間實(shí)際工作效率。整機(jī)采用駕駛室+肥箱+發(fā)動(dòng)機(jī)科學(xué)合理的布局，重量分配均衡，防陷性能好，對(duì)土壤壓實(shí)度小，機(jī)具在惡劣工作環(huán)境條件下通過(guò)性更高。底盤(pán)距離地面132 cm，實(shí)行高地隙作業(yè)，進(jìn)行施肥噴藥時(shí)不影響作物生長(zhǎng)。噴肥(藥)控制采用凱斯專利技術(shù)，噴霧作業(yè)的防漂移和防后滴效果更好。變速箱采用全負(fù)載變速系統(tǒng)，無(wú)級(jí)變速驅(qū)動(dòng)，最高時(shí)速可達(dá)48 km/h，四輪驅(qū)動(dòng)和先進(jìn)的飛機(jī)地輪式減震系統(tǒng)確保整機(jī)高效作業(yè)，是當(dāng)今世界上比較有代表性的先進(jìn)液體施肥(藥)機(jī)。該型機(jī)比較符合我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際情況，是實(shí)行機(jī)械化作業(yè)的大(中)型農(nóng)牧團(tuán)場(chǎng)和農(nóng)機(jī)合作社的理想機(jī)具。

圖1 3320型液體施肥機(jī)Fig. 1 3320 liquid fertilizer applicator

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)液體肥料使用相對(duì)于國(guó)外時(shí)間較晚，相應(yīng)的液體肥施用機(jī)械發(fā)展歷程較短[4]。20世紀(jì)50年代初期開(kāi)始使用手動(dòng)噴霧施肥器，60年代中期逐漸開(kāi)始使用動(dòng)力機(jī)械，70年代中后期在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械的同時(shí)，開(kāi)始研發(fā)國(guó)產(chǎn)機(jī)械，各種國(guó)產(chǎn)液體肥料施用機(jī)械相繼研制成功，促進(jìn)了液體肥料在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的使用發(fā)展。目前我國(guó)液體肥施用機(jī)械主要從國(guó)外進(jìn)口，國(guó)產(chǎn)機(jī)型種類較少。國(guó)產(chǎn)機(jī)型在實(shí)際使用當(dāng)中均存在著做工粗糙、排肥不穩(wěn)定、缺少電子監(jiān)控裝置、工作效率不高、肥料浪費(fèi)嚴(yán)重等諸多問(wèn)題，和國(guó)外同類機(jī)型相比還是有著相當(dāng)大的差距。

2 液體施肥機(jī)械與畜牧業(yè)發(fā)展關(guān)系分析

2.1 國(guó)外液體施肥機(jī)械與畜牧業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

歐美國(guó)家的農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)都非常發(fā)達(dá)，和我國(guó)的散戶耕種和游牧方式不同，農(nóng)業(yè)采用大農(nóng)場(chǎng)耕種方式[5]，而畜牧業(yè)則采用固定牧場(chǎng)方式。農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)全部都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，并且已經(jīng)形成了完整的配套產(chǎn)業(yè)。將畜牧業(yè)產(chǎn)生的糞污運(yùn)送到化糞池統(tǒng)一進(jìn)行處理，施肥時(shí)，先用攪拌機(jī)械將化糞池里的水分、糞污、沉淀物均勻攪拌，然后用抽吸裝置將液體肥料吸到儲(chǔ)肥罐內(nèi)，如圖2所示，再將液體肥料運(yùn)送到農(nóng)田由液體施肥機(jī)械進(jìn)行撒播，如圖3所示。而化糞池底部的固體肥料經(jīng)過(guò)沉淀、固化、粉碎之后收集到肥料撒播車(chē)上，由固體肥料撒播車(chē)進(jìn)行運(yùn)輸和撒施，對(duì)畜牧業(yè)所產(chǎn)生糞污全部進(jìn)行無(wú)公害處理。

圖2 吸肥作業(yè)Fig. 2 Fertilizer absorption operation

圖3 履帶式液體撒肥機(jī)Fig. 3 Crawler type liquid fertilizer spreader

2.2 我國(guó)液體施肥機(jī)械與畜牧業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)消費(fèi)水平也持續(xù)上升，人們對(duì)肉、蛋、奶等動(dòng)物蛋白質(zhì)的需求逐漸增加,截止2019年底，豬、牛、羊等大型牲畜約為9.63億頭[6]。但在我國(guó)畜牧業(yè)快速發(fā)展、農(nóng)牧民增收的同時(shí)，也伴隨著每年大約38億t的禽畜糞污產(chǎn)生，其中有40%左右的糞污沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就直接排放到自然界，畜牧養(yǎng)殖污染現(xiàn)狀已位居農(nóng)業(yè)污染源首位。禽畜業(yè)所產(chǎn)生的大量未經(jīng)處理的糞污對(duì)大氣、土壤和地下水等生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，成為江河、湖泊、水源地營(yíng)養(yǎng)富華的主要原因[7]，同時(shí)也對(duì)人類健康和禽畜業(yè)本身造成巨大危害。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：禽畜糞便排放量已達(dá)到工業(yè)固體廢棄物排放量的2.4倍，成為造成環(huán)境污染的主要因素之一。

習(xí)總書(shū)記在2016年12月21日主持召開(kāi)的中央財(cái)經(jīng)領(lǐng)導(dǎo)小組第14次會(huì)議強(qiáng)調(diào)要“加快推進(jìn)禽畜養(yǎng)殖廢棄物處理和資源化”，十九大報(bào)告中也提出“要推進(jìn)資源節(jié)約和循環(huán)化利用”“像對(duì)待生命一樣對(duì)待生態(tài)環(huán)境”。公務(wù)員辦公廳印發(fā)了相關(guān)《意見(jiàn)》，共13條，分為總體要求、建立健全禽畜養(yǎng)殖廢棄物資源化利用制度[8]、保障措施三部分。這是我國(guó)畜牧業(yè)發(fā)展史上第一個(gè)專門(mén)針對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢棄物，處理和利用出臺(tái)的指導(dǎo)性文件。到2020年建立起科學(xué)規(guī)范、權(quán)責(zé)明確、約束有力的禽畜養(yǎng)殖廢棄物資源化利用制度，全國(guó)禽畜糞污綜合利用率和規(guī)?；B(yǎng)殖場(chǎng)糞污處理裝備配套率分別達(dá)到75%和95%以上，這表明養(yǎng)殖業(yè)糞污的無(wú)害化處理已經(jīng)成為亟待解決的重大問(wèn)題。

將養(yǎng)殖業(yè)中產(chǎn)生的禽畜糞污通過(guò)化糞池轉(zhuǎn)化成液體肥料，再將液態(tài)有機(jī)肥料撒施到農(nóng)田里，不但能夠提高土壤的生物活性、改善土壤結(jié)構(gòu)、提高作物產(chǎn)量，還對(duì)養(yǎng)殖業(yè)產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行了資源再利用，有效的保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。我國(guó)近年來(lái)已經(jīng)把液態(tài)有機(jī)肥的使用列為重點(diǎn)發(fā)展規(guī)劃，農(nóng)業(yè)部也已經(jīng)把液態(tài)肥料的生產(chǎn)使用列為我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域“十四五”計(jì)劃重點(diǎn)推廣項(xiàng)目。如圖4所示為9YPE-10型液態(tài)肥撒播機(jī)[9]，該型機(jī)由拖拉機(jī)進(jìn)行牽引行走，采用真空泵作為動(dòng)力來(lái)源，完全實(shí)現(xiàn)了液態(tài)肥的自動(dòng)吸取和機(jī)械化撒施作業(yè)，是目前國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的液體施肥機(jī)型。

圖4 液體施肥機(jī)Fig. 4 Liquid fertilizer applicator

3 液體施肥機(jī)械與林果業(yè)發(fā)展關(guān)系分析

3.1 國(guó)外液體施肥機(jī)械與林果業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

歐美蘇等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家從上世紀(jì)四五十年代就開(kāi)始大力發(fā)展林果業(yè)液體施肥機(jī)械技術(shù)裝備，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝相互結(jié)合較好，果園的標(biāo)準(zhǔn)化種植程度較高，現(xiàn)在果園機(jī)械化液體施肥的技術(shù)已經(jīng)十分成熟[10]。目前國(guó)際上比較前沿的果園液體施肥技術(shù)包括變(精)量施肥、分層施肥、測(cè)土配方施肥等。變(精)量施肥技術(shù)是將土壤特性、病蟲(chóng)害情況、天氣狀況等相關(guān)因素與作物的生長(zhǎng)過(guò)程相結(jié)合，在增長(zhǎng)、保質(zhì)的情況下，做到精準(zhǔn)施肥的新技術(shù)。分層施肥技術(shù)是根據(jù)植株根系的實(shí)際生長(zhǎng)狀況，將液體肥料施加到不同的深度，更加有利于根系對(duì)養(yǎng)料的吸收。測(cè)土配方施肥技術(shù)是結(jié)合土壤養(yǎng)分特征和作物吸肥特性兩方面因素，將氮磷鉀等養(yǎng)料成分溶于液體根據(jù)實(shí)際情況按比例配比的新型施肥技術(shù)。

美國(guó)生產(chǎn)的果園液體施肥機(jī)配備計(jì)算機(jī)輔助控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況，具有精準(zhǔn)控制施肥量和下肥深度、自動(dòng)調(diào)整開(kāi)溝角度和深度、躲避障礙物等多項(xiàng)功能[11]。機(jī)具采用靜液壓驅(qū)動(dòng)裝置，能夠適用于惡劣的作業(yè)環(huán)境，并且工作效率高。日本、韓國(guó)、意大利等以山區(qū)丘陵地形為主的國(guó)家，由于受到山區(qū)道路和地形起伏等自然環(huán)境因素的影響，多采用配套動(dòng)力在2.2～5.5 kW的小型果園液體施肥機(jī)，功耗低、結(jié)構(gòu)緊湊，能夠在山區(qū)丘陵和果園狹小低矮的環(huán)境中工作。近年來(lái)，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在果園液體施肥機(jī)上安裝各種傳感器和智能處理系統(tǒng)，通過(guò)3S技術(shù)對(duì)果樹(shù)、土壤、大氣進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，計(jì)算出相應(yīng)的液體施肥(藥)配方，從而完成對(duì)果樹(shù)的精準(zhǔn)施肥(藥)。

3.2 我國(guó)液體施肥機(jī)械與林果業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)果園種植面積和規(guī)模不斷擴(kuò)大，果園管理的機(jī)械化程度也在不斷提高，果園液體施肥機(jī)械也相應(yīng)得到了快速發(fā)展。針對(duì)果園的種植、中耕、開(kāi)溝、施肥、植保、采摘等一系列亟待解決的實(shí)際問(wèn)題，國(guó)內(nèi)高校和研究院(所)做了大量的工作，研制出多種樣機(jī)，其中有些機(jī)型已經(jīng)投入實(shí)際生產(chǎn)，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，如圖5所示為一種國(guó)產(chǎn)新型果園液體施肥機(jī)。

圖5 果園液體施肥機(jī)Fig. 5 Orchard liquid fertilizer applicator

金華市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所的張加清等針對(duì)設(shè)施園藝的情況研制出1KF-20型開(kāi)溝施肥機(jī)，該型機(jī)由柴油機(jī)提供動(dòng)力，經(jīng)變速箱將動(dòng)力傳至開(kāi)溝、施肥和行走機(jī)構(gòu)，整機(jī)布局合理，操作便捷，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)開(kāi)溝、覆土、施肥三道工序，具有作業(yè)效率高，省油省工省力的特點(diǎn)。西北農(nóng)業(yè)科技大學(xué)的韓冰、劉雯等研制的果園挖坑施肥機(jī)。該型機(jī)采用后懸掛方式懸掛于拖拉機(jī)后方作業(yè)，由拖拉機(jī)后部動(dòng)力輸出軸將動(dòng)力傳至施肥機(jī)變速箱，再經(jīng)錐形傳動(dòng)齒輪分別將動(dòng)力傳至挖坑和施肥裝置。工作時(shí)，螺旋鉆將土壤輸送至土壤收集器，收集器中的土壤與肥箱中的液體肥料充分混合，然后一起回填進(jìn)鉆坑，實(shí)現(xiàn)了鉆坑、施肥、覆土一體化作業(yè)。在挖坑覆土的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了土壤和肥料的有效融合，大大提高了液體肥料的利用效率。

果園施肥作業(yè)是林果業(yè)生產(chǎn)中十分重要的環(huán)節(jié)，對(duì)提高果品質(zhì)量和增加林果產(chǎn)量起著重要的作用。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)果品的要求也從溫飽需求型向品質(zhì)需求型轉(zhuǎn)變。高品質(zhì)的水果要求更加科學(xué)合理精準(zhǔn)的水肥管理方式，施肥不當(dāng)將會(huì)嚴(yán)重影響水果品質(zhì)。目前，我國(guó)果園施肥作業(yè)中還存在著工作效率不高、機(jī)械化程度較低、肥料配比不科學(xué)、施肥深度不合理等一系列問(wèn)題，不僅造成了肥料的浪費(fèi)和環(huán)境污染，還影響了果樹(shù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，從而造成水果品質(zhì)的下降。發(fā)展適合于我國(guó)特色林果業(yè)現(xiàn)狀的果園液體施肥機(jī)械可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高果品質(zhì)量、增加經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)林果產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展具有積極的推動(dòng)作用。

3.3 液體施肥機(jī)械與林果業(yè)發(fā)展

林果業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)的重要組成部分，長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)水果種植面積和產(chǎn)量均穩(wěn)居世界前列。以水果生產(chǎn)種植大省新疆為例：2017年全疆各種特色林果種植面積為146.67萬(wàn)hm2,總產(chǎn)量達(dá)到1 000多萬(wàn)t，總產(chǎn)值達(dá)到700億元，在特色林果種植面積較大的地州、縣市，林果業(yè)收入已占農(nóng)戶人均收入的45%以上，與此同時(shí)，全疆有530萬(wàn)以上的從業(yè)人員從事特色林果業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)銷(xiāo)售。由此可見(jiàn)，林果業(yè)已經(jīng)逐漸成為我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)民脫貧致富增收中占有十分重要的地位。

在果樹(shù)種植階段，合理施肥是提高果樹(shù)產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵[12]。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在果園施肥中多以固態(tài)、化學(xué)肥料為主，在施用中一直存在著利用率低、肥效緩慢和水土污染等問(wèn)題，特別是在氣候干旱、水資源短缺地區(qū)，果樹(shù)生長(zhǎng)受到嚴(yán)重影響。果樹(shù)所需養(yǎng)料得不到滿足，品質(zhì)和產(chǎn)量都達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，不僅消耗了大量肥料，還容易造成燒根或者是枝葉徒長(zhǎng)。究其根本原因，還是肥料配比不合理和施肥方式不科學(xué)。果樹(shù)在不同的生長(zhǎng)階段所需的營(yíng)養(yǎng)成分和用量都不盡相同，這就需要根據(jù)果樹(shù)的需肥量和根系分布等諸多因素，進(jìn)行更加科學(xué)的水肥管理，提供充足的養(yǎng)料成分促進(jìn)果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育。

液體肥料可以方便快捷的掌握用量和成分配比，能夠隨時(shí)準(zhǔn)確控制肥料用量，確保適時(shí)精準(zhǔn)施肥。根據(jù)果樹(shù)不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段對(duì)養(yǎng)料的需求情況，設(shè)定合理的配比濃度、肥料成分和作業(yè)時(shí)間，使用液體施肥機(jī)械進(jìn)行施肥作業(yè)。將液體肥料通過(guò)施肥機(jī)械直接施加到果樹(shù)根系部位，有利于植物對(duì)養(yǎng)料成分的吸收利用，實(shí)現(xiàn)集中有效供肥，充分發(fā)揮肥效。這不僅避免了撒施化肥、固體肥料所造成的養(yǎng)分流失、不易溶解、污染環(huán)境和土壤板結(jié)固化等問(wèn)題，還減少了人工、水費(fèi)和肥料的成本投入。

4 液體施肥機(jī)械與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展關(guān)系分析

4.1 液體施肥的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

從全球范圍來(lái)看，《2017年全球糧食危機(jī)》(Global Report on food crises 2017)報(bào)告中指出，糧食問(wèn)題已經(jīng)成為全球問(wèn)題，各國(guó)都為解決這一嚴(yán)峻問(wèn)題做出了積極的努力[13]。但是由于水資源日益匱乏且污染嚴(yán)重、肥料利用效率不高、勞動(dòng)力短缺等因素，再加上全球人口逐年增長(zhǎng)，糧食安全問(wèn)題成了重中之重。以液體施肥為代表的新型水肥一體化技術(shù)，可以有效地保障全球糧食安全并推動(dòng)農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

與傳統(tǒng)的固體肥料相比，液體施肥技術(shù)具有節(jié)肥、省水、高效、環(huán)保的特點(diǎn)，具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

1) 水肥用量容易保持均衡：因液體肥料有易溶于水的特性，可以根據(jù)作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)和規(guī)律，液態(tài)肥料隨時(shí)供給作物各個(gè)階段所需營(yíng)養(yǎng)成分，保持肥水用量均衡。

2) 節(jié)水、省肥，節(jié)約成本：液體施肥技術(shù)可以從作物根部直接進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)供給，相對(duì)于固體廢料，有效減少水肥的浪費(fèi)。研究結(jié)果表明，液體施肥量?jī)H相當(dāng)于傳統(tǒng)固體施肥用量的一半，而且用水量減少三分之一左右。

3) 省工、省時(shí)，提高工效[14-15]：液體施肥技術(shù)將澆水、施肥一同進(jìn)行管理，達(dá)到了節(jié)省工序的效果。南方丘陵果園地區(qū)采用水肥一體化技術(shù)之后，節(jié)省人工95%以上，澆水時(shí)同步完成施肥作業(yè)，十分有利于果樹(shù)的生長(zhǎng)發(fā)育和果品產(chǎn)量。

4) 改善土壤物理結(jié)構(gòu)：相對(duì)于固體肥料，液體肥料容易使土壤中微生物保持活性，濕度維持穩(wěn)定，有利于肥料養(yǎng)分發(fā)酵分解轉(zhuǎn)化，便于植物吸收利用。

5) 有利于保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境：液體施肥技術(shù)的使用，減少了肥料的使用量，提高了肥料的利用率，減輕了施肥時(shí)對(duì)土壤、大氣和水源的污染。

6) 減輕病蟲(chóng)草害的發(fā)生：可以通過(guò)往液體肥料中添加藥物，降低作物病蟲(chóng)草害的發(fā)生。

7) 提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)：以施加液體肥料為代表的水肥一體化技術(shù)，可以有效節(jié)省各種農(nóng)資投入成本，對(duì)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)全程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)種植管理，最大限度的發(fā)揮農(nóng)作物的生長(zhǎng)潛力，提高作物產(chǎn)量，保證產(chǎn)品收益，達(dá)到低投入高收益的最終目標(biāo)。

4.2 液體施肥技術(shù)分析對(duì)比

液體肥料施肥方式可以分為地表和地下撒施。地表撒施液體肥一般是通過(guò)配備液體噴頭的撒播機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，或是通過(guò)施肥機(jī)尾部的施肥管進(jìn)行地表施肥，或是通過(guò)在尾管前端加裝分撥器的移動(dòng)靴進(jìn)行施肥作業(yè)。地下撒施液體肥料常見(jiàn)的的有開(kāi)溝靴鏟噴灑方式，蝶形開(kāi)槽噴灑方式，曝氣開(kāi)槽噴灑方式和鑿鏟式開(kāi)槽噴灑方式。不同的應(yīng)用領(lǐng)域和影響因素，使用不同的施肥技術(shù)。這些影響因素包括：土壤類型、土壤條件(施肥深度、砂石含量、濕度和硬度)、地理?xiàng)l件(坡度、地塊大小和土地平整度)，以及液體肥料的類型和成分。具體情況對(duì)比分析如表1所示。

表1 常見(jiàn)施肥技術(shù)對(duì)比分析Tab. 1 Comparative analysis of common fertilization techniques

4.3 液體肥料對(duì)土壤改良效果明顯

受到光蝕、水蝕、風(fēng)蝕等自然因素和過(guò)度種植、過(guò)度放牧等各種人為因素的影響[16]，導(dǎo)致的土地退化已經(jīng)成為我國(guó)乃至世界農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的主要問(wèn)題，而相應(yīng)因素所導(dǎo)致的土壤鹽堿化和次生鹽堿化則是土壤退化的主要原因。我國(guó)新疆、東北以及華北地區(qū)擁有的大面積鹽堿化土地，因無(wú)法耕種而變成了荒地，對(duì)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)、糧食作物的生產(chǎn)造成了極其嚴(yán)重的影響。

鹽堿化嚴(yán)重的土地，土壤中的鹽分離子會(huì)形成較低的土壤溶液滲透勢(shì)能，使根系吸收不到水分，造成作物生理干旱。另一方面，土壤中過(guò)多的鈉離子會(huì)對(duì)作物產(chǎn)生離子脅迫[17-18]，改變細(xì)胞蛋白質(zhì)和ATP酶活性，影響細(xì)胞膜的通透性和新陳代謝。其次，土壤過(guò)高的PH值在很大程度上會(huì)影響?zhàn)B分的有效吸收性。這些諸多因素都會(huì)顯著影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育，從而使鹽堿化嚴(yán)重的土地成為無(wú)法耕種的荒地。

多年田間實(shí)地測(cè)試研究表明，有機(jī)質(zhì)能夠有效降低鹽堿地PH值，提高土壤養(yǎng)分利用率，同時(shí)促進(jìn)脫鹽，抑制返鹽，保證作物正常生長(zhǎng)。液體復(fù)合肥是近年來(lái)發(fā)展較快的一種新型肥料，相對(duì)于固體肥料，液體肥料易溶于水和被作物根系吸收。還可根據(jù)土壤性質(zhì)調(diào)整養(yǎng)分配比和酸堿度，同時(shí)亦可添加氨基酸、黃腐殖酸等活性有機(jī)物質(zhì)，從而起到改善鹽堿土地物理性質(zhì)、釋放土壤養(yǎng)分活性、促進(jìn)作物生長(zhǎng)的作用。

4.4 液體施肥機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)

肥料作為“糧食的糧食”，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要物資投入[19]，是農(nóng)作物增產(chǎn)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，其合理使用和利用效率直接影響著作物的產(chǎn)出、農(nóng)民的收益、生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。但是傳統(tǒng)的固態(tài)肥撒播施肥方式，不僅易使肥料養(yǎng)分揮發(fā)和流失，產(chǎn)生資源浪費(fèi)，而且流失和多余的肥料成分使得土壤板結(jié)、水體氧華、大氣污染。液體肥是含有多種作物所需營(yíng)養(yǎng)元素的新型肥料，使用液體肥深施技術(shù)，讓液體營(yíng)養(yǎng)元素直達(dá)作物的根系部位，促進(jìn)了根系發(fā)育，增強(qiáng)了作物的吸收水分、養(yǎng)分和抗旱能力。

變量施肥技術(shù)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)作業(yè)體系中的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)按需變量全面平衡施肥，減少了肥料的用量和浪費(fèi)，提高了肥料的利用效率，減輕了施肥時(shí)對(duì)環(huán)境的不良影響，經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益非常顯著。變量施肥作業(yè)在國(guó)外已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)，我國(guó)近年來(lái)也進(jìn)口了許多變量施肥機(jī)械。但是，其中的說(shuō)明書(shū)、軟件大部分是英文界面，我國(guó)機(jī)手很難掌握。引進(jìn)的變量機(jī)具大多被用成了恒量機(jī)具，機(jī)械性能沒(méi)有被充分開(kāi)發(fā)利用，造成了資源浪費(fèi)。隨著我國(guó)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，研制開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)的變量液體施肥機(jī)械和必要的技術(shù)支持軟件，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)水平的改進(jìn)與提高有著重大意義。

5 發(fā)展液體施肥機(jī)械的建議措施

5.1 國(guó)家加大對(duì)液體施肥機(jī)的支持力度

自2004年我國(guó)實(shí)行農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼政策以來(lái)，國(guó)家農(nóng)業(yè)部門(mén)在農(nóng)戶購(gòu)買(mǎi)農(nóng)機(jī)具時(shí)提供了大量的優(yōu)惠政策和相應(yīng)補(bǔ)貼。這些措施的宣傳與推廣[20-21]，都極大地激發(fā)了廣大農(nóng)戶購(gòu)買(mǎi)農(nóng)機(jī)具的熱情，有效提高了我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的更新?lián)Q代速度。因此，在現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展過(guò)程中，國(guó)家農(nóng)機(jī)貼補(bǔ)政策應(yīng)繼續(xù)加大力度支持液體肥料及配套農(nóng)機(jī)具的推廣與應(yīng)用。

5.2 國(guó)外技術(shù)和自主研發(fā)相結(jié)合

為了加快液體施肥機(jī)械的研發(fā)制造與推廣使用進(jìn)程，我國(guó)農(nóng)機(jī)生產(chǎn)廠家應(yīng)引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外農(nóng)機(jī)具企業(yè)成熟的產(chǎn)品和先進(jìn)的制造技術(shù)，生產(chǎn)出符合我國(guó)現(xiàn)有工藝條件和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的液體施肥機(jī)。研發(fā)液體施肥機(jī)械的肥料箱、施肥器和液壓設(shè)備等關(guān)鍵部件，從國(guó)外進(jìn)口零部件逐漸過(guò)渡到國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)。通過(guò)研發(fā)生產(chǎn)科技含量較高的產(chǎn)品，掌握核心制造技術(shù)，最后形成液體施肥機(jī)械自主生產(chǎn)能力。

5.3 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化亟需液體肥及其相配套設(shè)備

隨著我國(guó)農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設(shè)的發(fā)展，農(nóng)民外出打工，農(nóng)村勞動(dòng)力短缺，土地集中規(guī)?；?，保護(hù)性耕種技術(shù)的實(shí)行，智能精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展等農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級(jí)，都離不開(kāi)液體肥料與其相配套的各類農(nóng)機(jī)具。

5.4 加強(qiáng)完善農(nóng)藝和農(nóng)業(yè)機(jī)械之間的相互結(jié)合

先進(jìn)、高效的農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)行的大田作業(yè)必須符合種植農(nóng)藝的規(guī)范，而種植農(nóng)藝也必須適應(yīng)機(jī)械化作業(yè)的要求，二者相輔相成、相互依存。但是我國(guó)農(nóng)業(yè)種植品種各異，生態(tài)環(huán)境差異很大，種植模式大多不符合機(jī)械化作業(yè)。因此，農(nóng)機(jī)和農(nóng)藝的有效結(jié)合才能使液體肥料的使用達(dá)到最佳效果，取得最高的費(fèi)效比。

6 結(jié)論

當(dāng)前，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域肥料正在向復(fù)合化、高濃度、液態(tài)化、緩釋化的方向上發(fā)展。由于液體肥料具有生產(chǎn)費(fèi)用低、養(yǎng)分含量高、易于被農(nóng)作物吸收、便于改變成分配比和機(jī)械化作業(yè)等諸多優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到廣泛使用普及。世界上發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)業(yè)集約化和產(chǎn)業(yè)化程度較高，具有機(jī)械化施肥的良好條件，因此，液態(tài)肥料得到了快速發(fā)展。我國(guó)自古以來(lái)都是傳統(tǒng)意義上的農(nóng)耕國(guó)家，肥料消費(fèi)量一直穩(wěn)居世界首位。但在每年肥料的消費(fèi)中，多以化肥和廄肥為主，液態(tài)肥料所占比例很小，與農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在著相當(dāng)大的差距。因此，我國(guó)液態(tài)肥料具有廣闊的發(fā)展前景。

發(fā)展資源節(jié)約型和環(huán)境保護(hù)性農(nóng)業(yè)機(jī)具有重大意義，也是我國(guó)農(nóng)業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。液體肥料的發(fā)展水平在一定程度上與國(guó)家的自然和地理?xiàng)l件、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平、肥料生產(chǎn)企業(yè)現(xiàn)狀以及農(nóng)戶對(duì)液體肥料的認(rèn)可度有很大關(guān)系。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有成熟實(shí)用施肥機(jī)型主要是液體肥葉片噴灑機(jī)具和固體肥料施用機(jī)械，而對(duì)肥料利用率較高、環(huán)境污染較少的液體肥料深施機(jī)械相關(guān)研究很少。液體肥料深施機(jī)械目前在我國(guó)仍處于初始階段，具有較好的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?/p>