水肥一體化技術(shù)在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

閆兆峰

(山東省濱州市沾化區(qū)大高鎮(zhèn)人民政府，山東 濱州 256800)

1.水肥一體化技術(shù)主要模式

水肥一體化技術(shù)模式主要包括噴灌、微灌和滲灌等。噴灌施肥是將可溶性肥料溶于水形成水肥混合液，利用水泵等加壓設(shè)備送到目標(biāo)灌溉區(qū)，再用噴頭等噴射到空中形成水霧或小水滴，均勻噴灑在果樹(shù)和土壤上。與普通灌溉模式相比，噴灌模式能夠使果園水分利用率提高50%，肥料利用率提高25%。但風(fēng)力大于3.5m/s的地區(qū)由于蒸發(fā)原因不適合使用噴灌模式。微灌施肥是通過(guò)管道系統(tǒng)和灌溉設(shè)備將水肥混合液以較小的流量持續(xù)、均勻地輸送到果樹(shù)根系附近土壤。微灌模式可以根據(jù)不同果樹(shù)生長(zhǎng)的需求和特點(diǎn)，隨時(shí)調(diào)節(jié)水分和肥料的供給量，且受環(huán)境風(fēng)力影響小，更加高效節(jié)能。目前微灌技術(shù)發(fā)展出滴灌、微噴灌等水分利用率比噴灌更高的灌溉方式，滴灌水分利用率達(dá)95%，微噴灌比大水漫灌節(jié)水80%。滲灌是在低壓條件下通過(guò)埋在作物根系活動(dòng)層的滲灌系統(tǒng)直接滲水供給作物根系。其優(yōu)勢(shì)在于節(jié)水、省肥、增產(chǎn)、增收和節(jié)約勞動(dòng)力成本，但因?yàn)榈晤^容易堵塞會(huì)影響應(yīng)用效果。滲灌與滴灌和傳統(tǒng)撒施肥料相比，可以促進(jìn)樹(shù)體葉片生長(zhǎng)和氮素利用，并提高果實(shí)產(chǎn)量及品質(zhì)。

2.水肥一體化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

2.1 節(jié)約資源和人力投入

采用水肥一體化技術(shù)可節(jié)約灌溉用水30%～70%，節(jié)約化肥施用量20%～50%，減少農(nóng)藥用量10%～40%，減少用工20%～60%。不同作物、不同種植模式，其應(yīng)用效果有所不同。

2.2 保護(hù)、改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境

采用水肥一體化技術(shù)，可以大大減輕化肥、農(nóng)藥帶來(lái)的環(huán)境污染和對(duì)有益生物的危害，降低盲目、過(guò)量施肥引起的土壤、水體污染，避免人工、機(jī)械施肥作業(yè)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)和作物根系的破壞，避免大水漫灌引起的土溫急劇變化，使土壤微生物活躍，田間有益生物增多，改善和保護(hù)了土壤生態(tài)平衡。

2.3 增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力和效益

采用水肥一體化技術(shù)，節(jié)本、提質(zhì)、增效，農(nóng)產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)率可提高10%～20%，產(chǎn)量可增長(zhǎng)10%～25%。

2.4 提高農(nóng)業(yè)抗旱減災(zāi)能力和農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的需要

多年推廣應(yīng)用結(jié)果表明，使用水肥一體化技術(shù)，在大幅度減少灌溉用水和肥料用量的情況下，甚至在嚴(yán)重旱災(zāi)情況下仍可實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)，能夠解決水肥資源瓶頸和農(nóng)業(yè)環(huán)境污染問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)土壤健康、種植科學(xué)、糧食增收的必由之路，對(duì)于提高糧食綜合生產(chǎn)能力保障國(guó)家糧食安全意義重大。

3.設(shè)施農(nóng)業(yè)中水肥一體化技術(shù)的運(yùn)用

3.1 節(jié)水灌溉技術(shù)

早在20世紀(jì)70年代，國(guó)內(nèi)就開(kāi)始引進(jìn)滴灌等節(jié)水灌溉設(shè)施，開(kāi)始步入水肥一體化發(fā)展進(jìn)程。從以往開(kāi)展的番茄種植試驗(yàn)來(lái)看，實(shí)施施肥灌溉一體化能夠使總灌溉水減少25%左右，氮、磷、鉀施用量減少約40%，但產(chǎn)量卻能提高9%。采用重力滴灌技術(shù)，能夠在對(duì)土壤墑情和養(yǎng)分展開(kāi)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合農(nóng)作物需水和需肥規(guī)律進(jìn)行灌溉。依靠水源高度壓力，借助壓力管道系統(tǒng)及末端安裝的灌水器，能夠以小流量將肥料溶液均勻輸送到植株根系周圍土壤。采用壓力補(bǔ)償技術(shù)，能夠使出水孔大小保持在1mm左右。從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，由于水溶性肥料價(jià)格較高，國(guó)內(nèi)多采用顆粒雜質(zhì)較多的復(fù)合肥，容易造成設(shè)備堵塞，因而要搭配使用膜下開(kāi)孔、離心過(guò)濾等技術(shù)。北京等地則引進(jìn)了潮汐灌溉技術(shù)，利用循環(huán)管路系統(tǒng)、一體化控制系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)育苗水流的潮汐式控制，并結(jié)合植物類別進(jìn)行肥液配比，通過(guò)定時(shí)定量灌溉，保證水肥得到高效供給。該技術(shù)通過(guò)加強(qiáng)苗床上水、回水速度控制，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)液快進(jìn)快排，能夠減少基質(zhì)吸收的水分，節(jié)水24%～34%。內(nèi)蒙古等地區(qū)引入了膜下滴灌、大型噴灌等技術(shù)，結(jié)合不同水文年型采取不同灌溉制度，從多年試驗(yàn)和田間觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，取得了較好的節(jié)水節(jié)肥效果。然而，相較于國(guó)外已經(jīng)擁有相對(duì)成熟的水肥一體化產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)仍然缺少支持節(jié)水灌溉設(shè)施的一體化系統(tǒng)，導(dǎo)致技術(shù)推廣運(yùn)用受到了限制。

3.2 平衡施肥技術(shù)

在水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，除了要注意節(jié)水灌溉外，還要實(shí)現(xiàn)肥料的高效利用，通過(guò)保持肥料平衡來(lái)實(shí)現(xiàn)節(jié)肥，保證植物生長(zhǎng)需要得到滿足。以有機(jī)肥為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)作物需肥量、肥效和土壤肥力的分析，設(shè)計(jì)了氮、磷、鉀等養(yǎng)分的適宜配比。為了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的全過(guò)程中保持肥力平衡，需要引進(jìn)土壤肥力監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行施肥預(yù)測(cè)和診斷，調(diào)整氮肥的比例，磷、鉀結(jié)合肥料在土壤中的供給和植物生長(zhǎng)不同階段的需求，從而保證土壤保持合理的肥料結(jié)構(gòu)。目前，在番茄等蔬菜高效栽培方面，肥料推薦信息系統(tǒng)的建設(shè)可以為農(nóng)民生產(chǎn)提供指導(dǎo)，減少肥料資源的浪費(fèi)，保護(hù)土壤環(huán)境質(zhì)量。該系統(tǒng)采用國(guó)際先進(jìn)的土壤養(yǎng)分快速測(cè)定技術(shù)，可測(cè)定氮、磷、有機(jī)質(zhì)、土壤pH值等12種元素的含量，并存儲(chǔ)在土壤養(yǎng)分管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。在不同種植區(qū)建立觀測(cè)站，結(jié)合GPS等技術(shù)進(jìn)行定位，可以準(zhǔn)確分析各地區(qū)的土壤肥力狀況。在該系統(tǒng)中，輸入了該地區(qū)蔬菜種植的種類和時(shí)間。該系統(tǒng)可以從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)，分析植株各生育期的肥力需求，并將數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較，得出最優(yōu)施肥比例。結(jié)合節(jié)水灌溉技術(shù)，可利用水溶性肥料在灌溉的同時(shí)完成施肥，減少無(wú)效肥料的供給。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，可使蔬菜增產(chǎn)10%以上。

3.3 智能監(jiān)控技術(shù)

目前，我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展仍以日光溫室和單溫室為主，存在環(huán)境可控性差的問(wèn)題，大規(guī)模噴灌技術(shù)不適合這些農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。隨著物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展，美國(guó)、日本等國(guó)開(kāi)始引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，完成水肥精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)的研制，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)環(huán)境的智能監(jiān)測(cè)，滿足設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的需要。我國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了水肥一體化技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的綜合應(yīng)用。以溫室環(huán)境為控制對(duì)象，利用模糊控制原理完成自動(dòng)灌溉施肥系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。小型灌溉施肥機(jī)的設(shè)計(jì)采用吸肥裝置完成，通過(guò)水肥混合精確控制營(yíng)養(yǎng)液，可以滿足蔬菜標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和管理的要求。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)施農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程測(cè)控的智能監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)研制成功。通過(guò)無(wú)線接入可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控和遠(yuǎn)程傳輸。同時(shí)，利用專家系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)智能分析和精細(xì)管理。以水肥一體機(jī)為核心，完成田間各管理控制單元的布局，通過(guò)計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端直接監(jiān)測(cè)作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況。根據(jù)營(yíng)養(yǎng)需求，采用控制設(shè)備和軟件對(duì)管道閥門、噴嘴發(fā)射器等進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)水肥的及時(shí)供應(yīng)。此外，還可按約定比例設(shè)置各生育周期的水肥供應(yīng)，通過(guò)定期定量灌溉施肥，簡(jiǎn)化生產(chǎn)管理流程。利用該技術(shù)完成高效節(jié)水節(jié)肥一體化管理網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，可以實(shí)現(xiàn)園區(qū)的統(tǒng)一管理，降低設(shè)施農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。

4.設(shè)施農(nóng)業(yè)中水肥一體化技術(shù)的發(fā)展

設(shè)施農(nóng)業(yè)要更好地利用水肥一體化技術(shù)，首先要注重技術(shù)的推廣和支持。在技術(shù)推廣階段，政府應(yīng)發(fā)揮宏觀指導(dǎo)作用，在農(nóng)村開(kāi)展宣傳教育，提高農(nóng)民對(duì)相關(guān)技術(shù)的認(rèn)識(shí)?？紤]到技術(shù)應(yīng)用需要大量的資金投入，需要出臺(tái)政策加強(qiáng)補(bǔ)貼，吸引更多的人使用技術(shù)。同時(shí)，設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展需要不斷引進(jìn)各種新技術(shù)，水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用也處于探索階段，在配套體系的開(kāi)發(fā)和設(shè)備設(shè)施的選擇上還存在一些缺陷。為了最大限度地發(fā)揮技術(shù)的效用，必須結(jié)合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，完善技術(shù)支撐體系的功能，促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展，開(kāi)發(fā)適宜的設(shè)備設(shè)施。隨著技術(shù)的成熟，設(shè)施成本將不斷降低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率將得到有效提高。因此，可以為技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用提供保障，有效地促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。此外，引進(jìn)各種先進(jìn)的水肥一體化管理設(shè)施和設(shè)備，也對(duì)管理和操作人員提出了一定的技能要求。為保證技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用，政府還應(yīng)成立專門的技術(shù)培訓(xùn)隊(duì)伍，加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)，通過(guò)定期和不定期的培訓(xùn)，不斷提高操作人員的技能。通過(guò)加強(qiáng)跟蹤管理，確保及時(shí)實(shí)施設(shè)備設(shè)施維修保養(yǎng)，應(yīng)用配套系統(tǒng)可以達(dá)到理想的節(jié)水節(jié)肥效果，為農(nóng)業(yè)設(shè)施的振興和高效利用提供有力的技術(shù)支持。

結(jié)論

發(fā)展設(shè)施農(nóng)業(yè)，還要引進(jìn)配套的水肥一體化技術(shù)和設(shè)施設(shè)備，通過(guò)科學(xué)管理實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)資源高效利用，從而取得增產(chǎn)增收的效果。結(jié)合這一目標(biāo)，要加強(qiáng)技術(shù)推廣運(yùn)用，并引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)使配套系統(tǒng)功能得到完善，改善技術(shù)應(yīng)用效果；強(qiáng)化人員培訓(xùn)引導(dǎo)，保證設(shè)施設(shè)備得到有效維護(hù)和使用，以推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)步與發(fā)展。