我國水溶性肥料及水肥一體化的研究進展

梁嘉敏，楊虎晨，張立丹，陳小娟，陳 靜，樊小林，孫少龍

（華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642）

我國作為人口大國，人口總數(shù)目前居世界第一位。然而，我國的耕地大約只占世界現(xiàn)有耕地的9%，地少人多是限制我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素之一。作為農(nóng)業(yè)大國，我國堅守18 億畝的耕地紅線，要用現(xiàn)有耕地養(yǎng)活世界20%的人口，承受著巨大壓力。為了提高作物產(chǎn)量，農(nóng)民在作物種植過程中施用大量化肥［1］。在某種程度上，隨著施肥量的增加報酬量會增加。然而，當超過這一限度后，每單位投入所帶來的報酬則會逐漸降低，甚至?xí)?dǎo)致減產(chǎn)［2］。同時，過量施用肥料會破壞土壤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、微生物群落，甚至造成環(huán)境污染。與傳統(tǒng)的固體復(fù)合肥相比，水溶性肥料的利用率高，不會因過度施肥而造成環(huán)境污染、土壤養(yǎng)分失調(diào)等生態(tài)問題，是一種具有較好前景的可持續(xù)性肥料。隨著人們對生態(tài)環(huán)境的日益關(guān)注，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求不斷提高，水溶性肥料因其養(yǎng)分含量高、肥料利用率高、肥料成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點，成為推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。與傳統(tǒng)的漫灌施肥相比，水肥一體化技術(shù)可實現(xiàn)適量適時適地施肥和灌溉，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，有效降低生產(chǎn)成本，其肥料和水分的利用率高達90%。水溶性肥料并不是國內(nèi)首發(fā)研制的，從外國引進到自主研發(fā)經(jīng)歷了漫長的過渡期。進入21 世紀，國內(nèi)的水溶性肥料專利申請增多，生產(chǎn)技術(shù)取得進步，產(chǎn)品、產(chǎn)量逐年遞增。國務(wù)院在“十三五”期間，明確提出化肥零增長的計劃。在國家政策的引導(dǎo)和推動下，加速了新型肥料的發(fā)展，其中以水溶性肥料為代表的新型肥料及其一體化施用技術(shù)得到進一步推廣應(yīng)用。水肥一體化技術(shù)是水溶性肥料發(fā)展的堅實基礎(chǔ)，經(jīng)過長時間的探索實踐，我國水肥一體化技術(shù)不斷完善，國內(nèi)水溶性肥料的應(yīng)用從小范圍試驗轉(zhuǎn)變?yōu)榇竺娣e實施。未來幾年，水溶性肥料在肥料市場上的占比將不斷增加，水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用將推向全國各地，發(fā)展前景更加廣闊。水溶性肥料與水肥一體化技術(shù)相結(jié)合應(yīng)用，可提供適宜的水肥環(huán)境，有利于作物的生長發(fā)育，具有節(jié)水、節(jié)肥、高效的優(yōu)點。然而，水溶性肥料和水肥一體化技術(shù)也存在一定的局限性，需要相互適應(yīng)，相互調(diào)整，實現(xiàn)更大的價值。

1 水溶性肥料的分類與生產(chǎn)工藝

1.1 水溶性肥料的定義與分類

廣義上，水溶性肥料是指能夠快速溶解于水中的大量元素單質(zhì)水溶肥料、復(fù)合水溶肥料、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)定的水溶肥料和有機水溶肥料等［3］。與普通顆粒復(fù)混肥相比，水溶性肥料具有養(yǎng)分全且含量高、水不溶物含量低等優(yōu)點，能夠迅速溶于水中，被作物吸收利用［4］。根據(jù)不同分類標準，水溶性肥料的類型有所區(qū)別。按照物理形態(tài)的不同，水溶性肥料可以分為固體水溶肥料和液體水溶肥料，其中固體水溶肥料可根據(jù)固體的具體形態(tài)分為顆粒狀和粉末狀，而液體水溶肥料可以根據(jù)液體的具體形態(tài)分為清液型水溶肥料和懸浮型水溶肥料。按照功能的不同，水溶性肥料可以分為營養(yǎng)型水溶肥料和功能型水溶肥料，營養(yǎng)型水溶肥料主要補充作物生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)，包括大量元素水溶肥料、中量元素水溶肥料、微量元素水溶肥料等；功能型水溶肥料則會添加植物源、動物源、礦物源等功能活性物質(zhì)，包括含腐植酸、氨基酸、海藻酸等的有機水溶肥料，能夠改良土壤、刺激作物生長、改善作物品質(zhì)［5］。企業(yè)需要根據(jù)水溶性肥料的國家和地方標準進行研發(fā)、生產(chǎn)和登記水溶性肥料產(chǎn)品，其中，國家標準明確規(guī)定大量元素水溶肥料中的大量元素含量不低于50%，中量元素水溶肥料中的中量元素含量不低于10%，微量元素水溶肥料中的微量元素含量不低于10%；嚴格要求水不溶物含量均不高于5%，其稀釋250 倍后的肥液pH 值必須控制在3.0～9.0 之間，部分含腐植酸、氨基酸和海藻酸等有機水溶肥料的標準則由企業(yè)擬定。

結(jié)合我國實際情況，水溶性肥料及其一體化技術(shù)具有以下優(yōu)勢：第一，我國水資源時空分配不均，水肥一體化技術(shù)可以提高作物的水分利用率、節(jié)約水資源［6］；第二，水溶性肥料是一種經(jīng)濟又高效的肥料，其原材料通常是廉價的液氨和尿素，生產(chǎn)過程無需進行廢氣、廢渣、廢水的處理；第三，水溶性肥料的施肥作業(yè)基本實現(xiàn)全自動化，可節(jié)約勞動力成本，給農(nóng)戶帶來生產(chǎn)便利；第四，水溶性肥料隨水施用，直接施于根系或作物葉面，避免養(yǎng)分流失或被土壤固定，提高養(yǎng)分的有效性，其養(yǎng)分吸收率為常規(guī)復(fù)合肥的兩倍。

1.2 國外水溶性肥料的研究發(fā)展

農(nóng)業(yè)的發(fā)展離不開工業(yè)，化肥的生產(chǎn)需要雄厚的工業(yè)實力。美國、英國和以色列等發(fā)達國家的水溶性肥料研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)和灌溉施肥設(shè)備遙遙領(lǐng)先于其他國家，其中以色列在水溶性肥料的研發(fā)生產(chǎn)及其配套設(shè)備和施肥技術(shù)已經(jīng)非常成熟［7-8］。早在1925 年，英國就以簡單的固體肥料摻混制成一種水溶性肥料［9］。隨著市場需求量增大，其他國家也相繼開展相關(guān)研究，主要集中于復(fù)合養(yǎng)分液體肥和濃縮型懸浮液體肥。為了實現(xiàn)水肥一體化技術(shù)的大面積推廣，Milani 等［10］利用納米技術(shù)生產(chǎn)具有活性的全水溶性肥料，大大提高了肥料的水溶性，避免其在噴灌和滴灌設(shè)備上出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。此外，為優(yōu)化水溶性肥料，研究者不僅從生產(chǎn)技術(shù)上進行改進，還不斷完善其施肥技術(shù)。目前，美國是世界上水肥一體化技術(shù)應(yīng)用面積最大的國家，而以色列超過90%的耕地應(yīng)用了噴灌、滴灌等先進的水肥一體化技術(shù)［11］。

1.3 國內(nèi)水溶性肥料的研究發(fā)展

20 世紀90 年代，我國開始從國外引進水溶性肥料，由于其價格昂貴，主要應(yīng)用在高價值的花卉和經(jīng)濟作物上。2001 年，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院申請了多元素液體肥料專利，該肥料成本較低，主要應(yīng)用在蔬菜、果樹上。2002 年，中國科學(xué)院申請了以滴灌為基礎(chǔ)的酸性液體肥專利，該肥料溶解度高，且不會堵塞管道［9］。直到2005 年，我國的水溶性肥料市場才真正打開，雖然起步較晚，但發(fā)展速度較快。據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部肥料產(chǎn)品登記統(tǒng)計，截至2020 年6 月，全國水溶性肥料登記總數(shù)達14 453 個，其中大量元素水溶肥料、中量元素水溶肥料、微量元素水溶肥料、含腐植酸水溶肥料、含氨基酸水溶肥料和其他有機水溶肥料分別為3 528、1 573、2 673、3 208、3 043 和428個。近年來，國內(nèi)水溶性肥料的需求量和市場規(guī)模不斷擴大，然而，由于國內(nèi)水溶性肥料生產(chǎn)技術(shù)存在缺陷，進口水溶性肥料仍占較高的市場份額（表1）。

表1 國內(nèi)水溶性肥料部分進口公司品牌和登記號Table 1 Part of import brands of water-soluble fertilizers in China and the registration numbers

1.4 水溶性肥料生產(chǎn)工藝

固體水溶肥料的生產(chǎn)方法通常分為物理混合法和化學(xué)合成法。物理方法是指利用攪拌機器將氮、磷、鉀等單質(zhì)肥或復(fù)合肥料按照一定的比例直接配成水溶性肥料，產(chǎn)品形狀、色澤等性質(zhì)與原料有直接聯(lián)系，通常外觀、穩(wěn)定性比較差［12］。同時，物理方法的生產(chǎn)過程未涉及除雜程序，產(chǎn)品存在一定雜質(zhì)，是后續(xù)施肥時產(chǎn)生沉淀堵塞管道的主要原因?；瘜W(xué)合成法是指在一定溫度和酸堿度的條件下，通過反應(yīng)、除雜、蒸餾濃縮、冷卻結(jié)晶等步驟，將氮、磷、鉀等養(yǎng)分按比例制成水溶性肥料。與物理混合法相比，化學(xué)合成法制備的固體水溶肥料具有外觀好、質(zhì)地均勻、結(jié)晶純度高等優(yōu)點。此外，顆粒狀水溶肥料的生產(chǎn)則需要通過造粒工藝實現(xiàn)，如轉(zhuǎn)鼓造粒、圓盤造粒、塔式造粒。其中，塔式造粒工藝是最常用的方法，是將固體尿素、硝酸銨等氮肥進行加熱熔融，隨后加入磷、鉀等營養(yǎng)元素，混合均勻后送入高塔進行噴灑，最后冷卻結(jié)晶形成顆粒狀的水溶性肥料［13］。

液體水溶肥料的生產(chǎn)流程比固體水溶肥料復(fù)雜得多，主要是由于所有養(yǎng)分必須完全溶于水中，這在一定程度上限制了養(yǎng)分含量。液體水溶肥料的生產(chǎn)主要通過溶解、螯合等方法，將各種營養(yǎng)元素、助劑以及活性物質(zhì)溶解于水中制成均勻的液體水溶肥料，其生產(chǎn)工藝包括除雜凈化、原料溶解、養(yǎng)分螯合與復(fù)配、酸堿度調(diào)節(jié)等步驟［3］。液體水溶肥料的生產(chǎn)過程還需要監(jiān)測生產(chǎn)用水的水質(zhì)情況和生產(chǎn)過程中的反應(yīng)條件，嚴格執(zhí)行各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)。國內(nèi)企業(yè)經(jīng)歷了長時間摸索實踐后，對水溶性肥料的生產(chǎn)工藝進行了完善，革新自動化設(shè)備、改善配方設(shè)計和提高生產(chǎn)安全性。

2 水溶性肥料的施用技術(shù)

2.1 灌溉施肥

灌溉和施肥既相互影響又相互依存，水肥一體化技術(shù)能完美融合灌溉與施肥，具體指渠道灌溉、噴灌、滴灌等農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)施與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)［14］。灌溉施肥通常需要借助壓力系統(tǒng)，按照土壤的養(yǎng)分條件以及作物的需肥情況，將由可溶性肥料配兌成的液肥與灌溉水一起施用，具有節(jié)約、高效、省工、環(huán)保等優(yōu)點［15］。例如，利用配兌的腐植酸有機液體肥進行大田試驗，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)尿素相比，有機液體肥可減少施用12.5%的氮肥，且能明顯提高水稻的產(chǎn)量和氮素吸收效率［16］。Ahmad 等［17］利用腐植酸和黃腐酸基液肥對小麥產(chǎn)量的影響進行試驗，發(fā)現(xiàn)所有液肥處理的小麥產(chǎn)量均高于對照組，大大增加了經(jīng)濟收益。然而，灌溉施肥的應(yīng)用也存在一些限制因素，如水不溶物會堵塞管道，這與肥料生產(chǎn)的原料以及生產(chǎn)過程的除雜有關(guān)，尤其是含磷水溶肥料，磷元素不僅溶解度低，而且易與水中的某種溶質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，從而堵塞管道。滴灌施肥時，施肥前需要先滴水濕潤土壤，避免土壤表層鹽分積聚，施肥后需要繼續(xù)滴水清洗管道，可以減少導(dǎo)管堵塞的現(xiàn)象。

噴灌施肥也是一種節(jié)水灌溉施肥方式，其受系統(tǒng)的均勻系數(shù)影響最大，關(guān)系到作物對養(yǎng)分的吸收、利用和流失情況［18］。Home 等［19］以秋黃菊為試驗對象，比較溝灌、噴灌、坑灌3 種灌溉施肥方式對氮素利用率的影響，發(fā)現(xiàn)噴灌施肥的氮素利用率最高、滲漏流失量最少。水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用需要根據(jù)地形、氣候、作物等因素設(shè)計施肥模式，而不同模式也各有優(yōu)缺點（表2）。其中，文丘里施肥模式在國外已被廣泛使用，國內(nèi)也研制出多種同類型產(chǎn)品，其施肥原理是水流經(jīng)過縮小的斷面時，流速變大形成負壓吸入肥液，具有可移動性、便捷性、經(jīng)濟性等優(yōu)點。

表2 不同施肥模式特點Table 2 Characteristics of different fertilization modes

2.2 無土栽培

無土栽培是指在無土壤的介質(zhì)中培養(yǎng)植物的方法，包括水培、霧（氣）培、基質(zhì)栽培。早在1627 年，弗朗西斯·培根就提出無土栽培概念；1699 年，研究者進行了水栽培試驗；20 世紀，無土栽培才開始真正流行起來［20］。無土栽培中作物吸收的養(yǎng)分主要來源于營養(yǎng)液，由水、肥料和輔助物質(zhì)組成，水溶性肥料是制備營養(yǎng)液的主要來源。相比傳統(tǒng)的土培方法，無土栽培可以節(jié)約空間和時間，如溫室大棚可進行多層立體栽培，能有效控制作物對光照、水分、溫度、養(yǎng)分以及空氣的要求。土培情況下，養(yǎng)分容易隨水滲漏流失和被土壤膠體固定，無土栽培則可避免上述問題的發(fā)生，其肥料利用率可達90%。此外，無土栽培還能阻斷病蟲害的傳播途徑，避免土傳病害的發(fā)生，給作物提供良好的生長環(huán)境［21］。Miller等［22］利用水循環(huán)模式栽培生菜，發(fā)現(xiàn)回收液中的EC 值增加、養(yǎng)分濃度下降，未對植物生長產(chǎn)生明顯的負面影響，為營養(yǎng)液循環(huán)水培作物提供了參考。無土栽培是解決土地和水資源短缺以及耕地污染等環(huán)境問題的重要種植方法，適用于人口密集城市和海灘荒島的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)［23］。目前，利用人工配制營養(yǎng)液進行水培的栽培方式最為常見，可以提高作物的水肥利用效率。Abu-Shahba等［24］通過水培和土培兩種種植方式比較生菜的生長形態(tài)和生化參數(shù)，結(jié)果表明水培系統(tǒng)的耗水量低、作物生長好。經(jīng)無土栽培生產(chǎn)的作物不僅成熟早、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)，而且綠色環(huán)保、無污染，深受大眾喜愛，其中發(fā)達國家生產(chǎn)的蔬菜已有50%通過無土栽培生產(chǎn)。然而，無土栽培的應(yīng)用也存在一定阻礙。首先，無土栽培的應(yīng)用是向規(guī)?；?、自動化發(fā)展，其設(shè)備、設(shè)施以及監(jiān)控管理的資金投入高，目前僅應(yīng)用于蔬菜等小型作物；其次，由于基質(zhì)和營養(yǎng)液的緩沖能力較土壤弱，溫度升高水分蒸發(fā)加快，養(yǎng)分濃度提高影響根系生長發(fā)育；第三，管理技術(shù)復(fù)雜，需要實時監(jiān)控反饋。因此，無土栽培可以通過研發(fā)無土栽培專用型的水溶性肥料，簡化水培和霧培形式降低系統(tǒng)成本，向自動化、集約化、現(xiàn)代化、高效化發(fā)展。

2.3 葉面施肥

植物主要通過根系吸收養(yǎng)分，也能通過葉面吸收部分養(yǎng)分。葉面施肥是根系受損、土壤干旱和缺素時的施肥替補方法，可以及時補充作物所需養(yǎng)分，快速緩解缺素癥狀［25］。尤其是中微量元素土施容易被固定，過量施用會對作物產(chǎn)生毒害作用，而葉面施肥可避免毒害作物，養(yǎng)分通過氣孔進入葉片，促進光合作用，有利于干物質(zhì)的積累。最初，葉面肥是以營養(yǎng)型葉面肥為主，將大量元素和微量元素溶于水配成一定濃度的溶液，噴于植物葉面起補充營養(yǎng)的作用。為追求更好的施肥效果，衍變出氨基酸型、腐植酸型和植物生長調(diào)節(jié)劑型等葉面肥，其中氨基酸型葉面肥通過氨基酸螯合鐵、錳、銅等金屬離子，增加養(yǎng)分的有效性；腐植酸型葉面肥添加的腐植酸活性物質(zhì)，可通過交換、吸附、配合等作用增加金屬離子的有效性；植物生長調(diào)節(jié)劑型葉面肥則在以上幾種葉面肥的基礎(chǔ)上添加植物生長調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)植物生長發(fā)育。同時，葉面肥可與農(nóng)藥一起噴施，這類葉面肥是藥肥型葉面肥，如硝酸鉀與農(nóng)藥配合噴施可提高農(nóng)藥藥效。Patel 等［26］研究了不同生長階段葉面施用硼對水稻的影響，發(fā)現(xiàn)分蘗期和灌漿期施用葉面硼可促進水稻生殖生長，明顯增加水稻產(chǎn)量。將氨基酸液體肥施用于大豆葉面，發(fā)現(xiàn)其可改善葉面微生物群落，進一步提高產(chǎn)量［27］。Shankarappa 等［28］通過扁豆的田間試驗，發(fā)現(xiàn)水凝膠結(jié)合葉面營養(yǎng)液施用，可以顯著增加單株莢果數(shù)，提高扁豆產(chǎn)量。水溶性肥料的施用遵守少量多次的原則，葉面噴施時更要注意噴施濃度，噴施濃度過大會出現(xiàn)燒葉現(xiàn)象［29］。此外，大部分葉片有較厚的角質(zhì)層，會降低養(yǎng)分的滲透率，某些元素的移動性差，葉面吸收比根系慢很多。葉面肥的施用效果也受環(huán)境影響，因此，施用葉面肥要避免在雨天進行，最好選擇在晴天或陰天上午9：00 前或下午16：00 后，還可通過添加濕潤劑防止葉面肥快速蒸發(fā)而失效。

3 水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用效果

水肥一體化技術(shù)是水溶性肥料發(fā)揮肥效的保障。我國水肥一體化技術(shù)的發(fā)展大致分3 個階段：第一階段是引入國外先進設(shè)備，第二階段是探索核心技術(shù)，第三階段是獨立研發(fā)與應(yīng)用。目前國內(nèi)在這一領(lǐng)域上的研究已有較大進展，主要包括試驗地點、作物、施肥方式、應(yīng)用效果等，其中試驗作物主要包括糧食作物（水稻、冬小麥、玉米、馬鈴薯）、水果（香蕉、菠蘿、柑橘、甘蔗、草莓、葡萄、蘋果）、蔬菜（番茄、黃瓜、辣椒）等。

3.1 糧食作物

水肥一體化技術(shù)在水稻、小麥、玉米等糧食作物上的應(yīng)用研究表明，與傳統(tǒng)施肥方式相比，滴灌和噴灌等新興灌溉施肥方式更能節(jié)水節(jié)肥（表3）。水稻、小麥研究結(jié)果顯示，肥料隨水施用可以促進作物對養(yǎng)分的吸收，起到及時追肥的作用，有效增加穗重、穗數(shù)和千粒重［30-34］。朱忠銳等［34］應(yīng)用噴灌施肥種植小麥，發(fā)現(xiàn)噴灌可減少水分蒸發(fā)和滲漏，有利于水分貯存。有限灌溉和合理減施氮肥，有利于小麥后期的干物質(zhì)積累。水肥一體化技術(shù)對玉米的株高、莖粗、生物量、穗重和穗粒數(shù)均有積極作用，還能減少氮素和水分的流失，提高肥料和水分利用率［35-36］。張國橋等［37］研究滴灌施磷對玉米利用磷素的影響，發(fā)現(xiàn)滴灌追施磷肥的效果較基施磷肥好，可滿足玉米后期對磷的需求，有效增加穗粒數(shù)、穗重和穗粗。此外，滴灌施肥為馬鈴薯創(chuàng)造適宜的生長條件，能有效提高成活率、減少薯塊變質(zhì)腐爛［38-39］。

表3 水肥一體化技術(shù)在糧食作物上的應(yīng)用效果Table 3 Application effect of fertigation technology on grain crops

3.2 水果

水肥一體化技術(shù)在水果上的應(yīng)用效果見表4，其中，香蕉、菠蘿、柑橘和甘蔗屬于熱帶作物，普遍生長在雨水充足的南方地區(qū)。甘蔗根系發(fā)達需水較多，水肥一體化能有效控制甘蔗不同時期的灌水量和施肥量，有利于甘蔗對肥料的吸收，顯著提高莖數(shù)、莖長、莖徑、莖重、蔗糖分和產(chǎn)量［40-41］。譚宏偉等［42］研究了滴灌對甘蔗減量施肥的影響，結(jié)果表明滴灌對甘蔗的苗期、分蘗期、伸長期和成熟期的養(yǎng)分吸收有促進作用。滴灌施肥能有效增加香蕉前期的青葉數(shù)、葉片寬度和SPAD 值，促進光合作用，為后期的香蕉發(fā)育打好基礎(chǔ)［43-44］。李小泉等［45］應(yīng)用膜下雙管滴灌種植香蕉，可縮短香蕉生長期，有效提高產(chǎn)量。水肥一體化技術(shù)能促進菠蘿對各營養(yǎng)元素的吸收，有效提高單果重、果實高度、果實直徑和種苗數(shù)，且有效調(diào)節(jié)果實的糖酸比，增加Vc 含量［46］。馬海洋等［47］研究了灌溉施肥對菠蘿產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)滴灌有利于根、莖、冠芽的養(yǎng)分向果實移動，促進干物質(zhì)的分配和積累。在減少化肥用量的情況下，采用水肥一體化技術(shù)種植柑橘能有效增加單果重、單果數(shù)和產(chǎn)量，同時提高果實可溶性固形物含量［48-50］。在草莓的應(yīng)用上，通過調(diào)整施肥比例能提高草莓可溶性固形物含量，且在減少20%化肥用量的情況下仍能提高草莓產(chǎn)量［51-52］。葡萄生長需水肥較多且抗病性差，滴灌施肥可改善生長小環(huán)境，減少病害發(fā)生，顯著提高葡萄品質(zhì)［53-54］。杜軍等［55］研究了滴灌施肥水肥一體化技術(shù)對葡萄生長的影響，發(fā)現(xiàn)滴灌施肥能有效促進葡萄新梢生長，有利于糖分輸送和積累。此外，滴灌施肥能有效提高蘋果對N、P、K 等養(yǎng)分吸收，進而提高果實可溶性固形物含量和Vc 含量等指標［56］。然而，不同生態(tài)區(qū)的水熱條件和土壤肥力差異明顯，應(yīng)用效果差別很大。路永莉等［57］在不同生態(tài)區(qū)應(yīng)用水肥一體化種植蘋果，發(fā)現(xiàn)在減少50%施肥量的條件下，渭北旱塬區(qū)種植的蘋果存在減產(chǎn)風險，而關(guān)中平原區(qū)種植的蘋果則有增產(chǎn)現(xiàn)象。

表4 水肥一體化技術(shù)在水果上的應(yīng)用效果Table 4 Application effect of fertigation technology on fruits

3.3 蔬菜

水肥一體化技術(shù)在番茄、黃瓜和辣椒等蔬菜上應(yīng)用有較多實例（表5）。水肥一體化技術(shù)通過少量多次施肥，促進作物對氮磷鉀等養(yǎng)分的吸收，進而提高果實的可溶性糖、可溶性固形物和Vc 含量［58-61］。王文軍等［59］應(yīng)用水肥一體化技術(shù)生產(chǎn)番茄，發(fā)現(xiàn)能有效提高果實番茄紅素含量；江雨倩等［62］研究了滴灌生產(chǎn)黃瓜對耕地N2O 排放的影響，發(fā)現(xiàn)在滴灌條件下土壤的濕潤區(qū)逐步擴大，干濕交替減少，限制了硝化或反硝化的發(fā)生條件，有效減少N2O 的排放。運用水肥一體化技術(shù)可延長辣椒兩次的生育期，促進辣椒對養(yǎng)分的分配，有利于果實干物質(zhì)的積累［63-64］。傳統(tǒng)蔬菜農(nóng)業(yè)存在嚴重的水肥浪費問題，水肥一體化技術(shù)節(jié)水、節(jié)肥、高效，成為解決農(nóng)業(yè)環(huán)境污染問題的突破口。

表5 水肥一體化技術(shù)在蔬菜上的應(yīng)用效果Table 5 Application effect of fertigation technology on vegetables

3.4 其他作物

水肥一體化技術(shù)在其他作物上的應(yīng)用效果見表6。水肥一體化技術(shù)可直接將肥水輸送到作物根部，有利于作物吸收養(yǎng)分，對茶樹根系、新梢、芽頭均有促進生長的作用，同時能改善土壤的理化性質(zhì)［65］。唐顥等［66］研究茶園應(yīng)用滴灌施肥的效果及土壤養(yǎng)分效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)滴灌施肥可提高土壤pH 值，降低堿解氮含量，弱化土壤酸化作用。此外，水肥一體化技術(shù)在花生上的應(yīng)用表明，通過滴灌施肥可以增加莢果和籽仁的產(chǎn)量，進而對花生具有增產(chǎn)作用［67］。水肥一體化技術(shù)在棉田上的應(yīng)用主要是氮肥，采用滴灌施肥可節(jié)約氮肥和減少環(huán)境污染［68］。鄧忠等［69］研究滴灌施肥對棉花蕾鈴脫落的影響，發(fā)現(xiàn)肥水過高或過低會使各器官養(yǎng)分失調(diào)，適宜追施氮肥可延長棉鈴增長，保證有效鈴數(shù)和良好株型結(jié)構(gòu)。

表6 水肥一體化技術(shù)在其他作物上的應(yīng)用效果Table 6 Application effect of fertigation technology on other crops

4 問題與展望

4.1 存在問題

近幾年，我國的水溶性肥料發(fā)展迅速，水溶性肥料產(chǎn)品登記數(shù)逐漸增加，對水溶性肥料的應(yīng)用研究不斷增多。然而，目前在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)技術(shù)、配套設(shè)施、推廣應(yīng)用和市場規(guī)范上仍存在一些問題：（1）產(chǎn)品質(zhì)量問題突出，水溶性肥料的產(chǎn)品在運輸存儲過程中容易出現(xiàn)脹氣、分層結(jié)晶、吸濕結(jié)塊、黏度增加等情況。脹氣主要是由于溫度、氣壓、濕度等環(huán)境條件的變化，分子發(fā)生運動，反應(yīng)產(chǎn)生氣體。吸濕結(jié)塊是固體水溶肥料的主要問題，固體水溶肥料易受環(huán)境濕度的影響，吸濕后結(jié)塊變形，不利于后續(xù)使用［70］。分層結(jié)晶和黏度增加主要發(fā)生在液體水溶肥料，當溶液中的養(yǎng)分處于飽和狀態(tài)時，溫度降低，溶解度發(fā)生變化，養(yǎng)分容易析出，黏度增大，嚴重時會分層結(jié)晶。（2）生產(chǎn)技術(shù)落后，國內(nèi)規(guī)模化生產(chǎn)水溶性肥料的企業(yè)較少，生產(chǎn)工藝缺乏創(chuàng)新性，生產(chǎn)技術(shù)方面仍然比不上發(fā)達國家，農(nóng)民對國內(nèi)產(chǎn)品信任度不高［71］。（3）配套設(shè)施不完善，我國農(nóng)業(yè)種植范圍廣，區(qū)域地理位置、水土資源和作物種類相差大，普通的灌溉設(shè)施無法滿足各地區(qū)的需求。（4）推廣應(yīng)用效果不佳，媒體的報道與實際不符，夸大或抹黑效果都會影響農(nóng)民的選擇。（5）市場規(guī)范模糊，市面上水溶性肥料的種類繁多，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，時常出現(xiàn)假冒偽劣產(chǎn)品，主要是由于市場準入規(guī)則不健全、政府監(jiān)督管控不力。

4.2 展望

水資源與土地資源是困擾我國糧食生產(chǎn)的重大因素。近幾年，礦物資源的大量開采，某些稀有的礦物資源開始出現(xiàn)短缺。因此，依靠進口肥料維持生產(chǎn)不是長久之計，必須要制定長遠、合理和科學(xué)的解決方法。顯然，水溶性肥料是緩解以上問題的制勝法寶，既可以節(jié)約農(nóng)業(yè)用水和提高肥料的利用率，而且能緩解耕地退化問題。盡管國內(nèi)對水溶性肥料的研究應(yīng)用已經(jīng)取得一定進展，但其推廣應(yīng)用受到各種因素的限制。一方面，國內(nèi)缺少高新技術(shù)人才，企業(yè)未掌握核心技術(shù)；另一方面，水溶性肥料行業(yè)發(fā)展較快，市場投資過熱，企業(yè)偏重于生產(chǎn)銷售，缺少創(chuàng)新研究的投入。

目前，全世界的肥料正在向高濃度、液體化、緩效化、高利用率發(fā)展，水溶性肥料是一種養(yǎng)分含量高且營養(yǎng)全面、可自動化實施的高效肥料。隨著我國可持續(xù)農(nóng)業(yè)的推進，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開始重視綠色環(huán)保的高新技術(shù)，水溶性肥料的發(fā)展可以朝著功能化和高效化方向發(fā)展。水溶性肥料的配方不再僅限于大量元素、中量元素或微量元素，可針對作物需肥特性進行配方設(shè)計，額外添加氨基酸、海藻酸和腐植酸等生物活性物質(zhì)，促進作物生長。同時，需要考慮農(nóng)民的利益，從生產(chǎn)原料、生產(chǎn)工藝、包裝運輸?shù)确矫婵刂瞥杀?，合理定價。建立龍頭品牌，吸引科技人才加入研發(fā)團隊，打造特色產(chǎn)品。政府、企業(yè)可通過基層實踐、鄉(xiāng)村培訓(xùn)等活動打破農(nóng)民對肥料的傳統(tǒng)概念，灌輸水肥一體化的先進理念，讓農(nóng)民親身親切體會水溶性肥料的優(yōu)點。