溫室葡萄水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

洛陽(yáng)明拓生態(tài)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司 趙海

洛陽(yáng)地處黃河中下游，屬豫西丘陵地區(qū)，適合葡萄生長(zhǎng)。偃師葡萄于2017 年被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部評(píng)為地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品，全市種植面積1.9 萬(wàn)hm2、產(chǎn)量50 萬(wàn)t，葡萄一直是洛陽(yáng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要產(chǎn)業(yè)。隨著溫室葡萄生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新，經(jīng)濟(jì)效益的逐步提高，近幾年種植面積不斷增大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，產(chǎn)品品質(zhì)成了關(guān)鍵因素。目前農(nóng)業(yè)從業(yè)人員老齡化嚴(yán)重，農(nóng)資、勞動(dòng)力成本日益增大，傳統(tǒng)的大水、大肥生產(chǎn)方式容易出現(xiàn)土壤板結(jié)、環(huán)境污染和葡萄品質(zhì)下降等問(wèn)題。因此，如何科學(xué)地進(jìn)行水肥管理和保證葡萄品質(zhì)成為溫室葡萄生產(chǎn)面臨的重要問(wèn)題。

水肥一體化系統(tǒng)由水源工程、首部樞紐系統(tǒng)、輸配水管網(wǎng)和灌水器等組成，根據(jù)葡萄生長(zhǎng)季不同節(jié)點(diǎn)的養(yǎng)分需求，借助壓力系統(tǒng)將可溶性肥料通過(guò)輸水管網(wǎng)和灌水器定時(shí)、定量、均勻浸潤(rùn)葡萄根部生產(chǎn)區(qū)域，達(dá)到精準(zhǔn)施肥、合理灌溉的管理目的。溫室葡萄水肥一體化技術(shù)應(yīng)以節(jié)水灌溉基礎(chǔ)、以減本增效為目標(biāo)，按照實(shí)地水源狀況、地勢(shì)地貌、葡萄種植形式等實(shí)際生產(chǎn)條件來(lái)設(shè)計(jì)灌溉施肥系統(tǒng)。本文以洛陽(yáng)明拓現(xiàn)代農(nóng)業(yè)示范園溫室葡萄裁培水肥一體化設(shè)計(jì)為例，分析水肥一體化系統(tǒng)應(yīng)用在溫室葡萄生產(chǎn)中的綜合節(jié)本效果，為種植戶(hù)提供可參考、可復(fù)制的技術(shù)性設(shè)計(jì)方案，促進(jìn)洛陽(yáng)市及周邊區(qū)域葡萄產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展。

一、項(xiàng)目園區(qū)概況

園區(qū)位于洛陽(yáng)市佃莊鎮(zhèn)大郎廟村，全年年均氣溫14.2 ℃，無(wú)霜期224 d，年降水量678.35 mm，年平均日照為2 248.3 h，年均濕度63%，園區(qū)為褐壤土，pH為7.6，0～40 cm 土壤全氮含量1263 mg·kg-1，有效磷含量28.5 mg·kg-1，速效鉀含量137.5 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量26 g·kg-1。種植的葡萄品種為緋脆，樹(shù)齡5 年，株距1.5 m，廠字水平架勢(shì)，樹(shù)勢(shì)基本一致，每667 m2產(chǎn)量為1750 kg 左右。

二、溫室葡萄水肥一體化設(shè)計(jì)

（一）溫室葡萄生長(zhǎng)季水肥需求

溫室葡萄每個(gè)生長(zhǎng)期對(duì)水需求不同，溫室內(nèi)相對(duì)溫度較高、水分流失快，應(yīng)及時(shí)掌握土壤水分狀況。葡萄萌芽前要做一次大水浸灌，根系土壤濕度控制在90%，深度以耕土層50～60 cm 為宜。葡萄萌芽到開(kāi)花30～40 d，葡萄萌芽、葉片伸展等過(guò)程需要大量的水，可根據(jù)溫室溫度及時(shí)調(diào)整灌水量，根系土壤濕度控制在80%，深度以耕土層30～40 cm 為宜。葡萄花期10～15 d，應(yīng)注意控水，否則會(huì)影響授粉授精，易出現(xiàn)大小粒、枝條徒長(zhǎng)、養(yǎng)分過(guò)分消耗問(wèn)題，從而造成減產(chǎn)。當(dāng)葡萄花帽完全脫落后進(jìn)入葡萄槳果膨大期，膨大期為30～40 d，這個(gè)階段果實(shí)迅速增大，水肥需求量大，應(yīng)7 d 進(jìn)行1 次水肥操作，根系土壤濕度控制在60%～70%，深度以耕土層40～50 cm 為宜。果實(shí)著色期始應(yīng)適當(dāng)控水，由于葡萄品種不同，生長(zhǎng)周期為40～70 d，根系土壤濕度控制在50%～60%，深度以耕土層20～30 cm 為宜。其間注意觀察溫室變化及時(shí)調(diào)整灌水量。

（二）水源工程

園區(qū)自有35 m 的深水井，水質(zhì)良好，達(dá)到GB 5804 農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（三）水肥一體化系統(tǒng)首部樞紐設(shè)計(jì)

水肥一體化首部樞紐設(shè)計(jì)主要包括加壓設(shè)備、變頻恒壓控制系統(tǒng)、安全防護(hù)設(shè)備、施肥設(shè)備、計(jì)量設(shè)備、逆止閥等組成。

1.加壓設(shè)備。水泵揚(yáng)程要大于實(shí)際供水高度和距離，水泵流量總和要大于實(shí)際供水量。根據(jù)園區(qū)種植區(qū)域和灌溉方式，水泵選用揚(yáng)程為35 m，流量30 t·h-1的潛水泵，為了防止水錘現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)在水泵出水口處安裝與泵聯(lián)動(dòng)閥門(mén)。

2.變頻恒壓控制系統(tǒng)。變頻恒壓控制系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)輸水管網(wǎng)設(shè)定壓力經(jīng)微機(jī)控制變頻器的輸出頻率來(lái)保障輸水管網(wǎng)的恒壓灌溉。

3.施肥設(shè)備。施肥機(jī)通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用，節(jié)約用水和能源，降低施肥成本，提高施肥質(zhì)量。定時(shí)定量，節(jié)省人工，施肥濃度按需調(diào)節(jié)，使施肥更加精準(zhǔn)。

4.計(jì)量設(shè)備。流量計(jì)是水肥一體化系統(tǒng)的“眼睛”，安裝在灌溉輸水主網(wǎng)入口處，便于統(tǒng)計(jì)葡萄生長(zhǎng)季每個(gè)季節(jié)的水肥投入量。

5.安全防護(hù)設(shè)備。第一，鑒于園區(qū)水源是水井，考慮地下水會(huì)產(chǎn)生泥砂、碎石和有機(jī)物，為了防止輸水管網(wǎng)和灌水器堵塞，在首部設(shè)計(jì)二級(jí)過(guò)濾設(shè)施，一級(jí)采用流量為30 t·h-1離心式過(guò)濾器主要過(guò)濾砂石，二級(jí)采用過(guò)濾精度為130 MPa，流量30 m3·h-1，2 單元自動(dòng)反沖洗疊片過(guò)濾器主要過(guò)濾水源中有機(jī)物，出水壓力不應(yīng)低于0.3 MPa（注：過(guò)濾器的選型應(yīng)和水泵流量相匹配）。第二，為了防止系統(tǒng)超壓對(duì)首部設(shè)備及輸水管網(wǎng)造成損害，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了持壓泄壓閥保護(hù)裝置。第三，在水源與施肥裝置之間安裝逆止閥，防止水溶肥發(fā)生倒灌污染水源。第四，在首部輸水管網(wǎng)最低處安裝安全閥和在管路最高處安裝自動(dòng)排氣閥。

（四）輸配水系統(tǒng)管道

輸配水系統(tǒng)主要由主管、干管、支管三級(jí)管道組成，主管、干管、支管應(yīng)符合GB/T20203 的相關(guān)要求，分別采用110 mm、63 mm、50 mm、40 mm、32 mm 五種灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材，管道埋設(shè)深度為地面以下60 cm，防止管道凍傷，管道的末端最低處安裝放水閥用來(lái)冬季放水或清洗管道。

灌水器：將具備壓力補(bǔ)償效果的滴頭嵌入滴灌管中，使得滴灌管具備流量上的壓力補(bǔ)償效果，同時(shí)還保持了穩(wěn)定的紊流效果。同時(shí)增加了防倒吸設(shè)計(jì)，使壓力補(bǔ)償?shù)喂喙芫邆浞赖刮δ?，防止雜物吸入流道，且鋪設(shè)施工方便省力，使用壽命長(zhǎng)。因此，根據(jù)溫室葡萄水肥需求選用16 mm、間距50 cm、流量2 L/h 的內(nèi)嵌式壓力補(bǔ)償?shù)喂喙堋?/p>

三、灌水分區(qū)設(shè)制

在各個(gè)分區(qū)首部管道上安裝球閥，方便控制各個(gè)分區(qū)灌水。排氣閥能迅速排掉管道內(nèi)的空氣，減少水壓對(duì)管道的沖擊，讓水流順利到達(dá)地頭。在進(jìn)水端球閥的前面管道上垂直安裝。真空閥作用是在停止灌溉時(shí)防止毛管形成真空發(fā)生虹吸現(xiàn)象，虹吸能把土壤中細(xì)小的顆粒吸到滴頭中去，造成滴頭堵塞。真空閥應(yīng)垂直安裝在進(jìn)水端球閥的后面管道上。

按園區(qū)種植地塊實(shí)際情況，方便生產(chǎn)管理，設(shè)9個(gè)灌水分區(qū)。每個(gè)灌水分區(qū)需水量為26 t·h-1，按系統(tǒng)首部30 t·h-1供水量實(shí)行輪灌制度，3 次可以灌完。

四、施肥注意事項(xiàng)

每次施肥前、施肥后都應(yīng)用清水沖洗管道20～30 min，防止肥液結(jié)晶而堵塞灌水器。肥液濃度不宜過(guò)濃，宜在1t 水中加入3 kg 可溶性肥料，肥料要求全水溶性，各元素之間不會(huì)發(fā)生拮抗反應(yīng)，與其他肥料混合不產(chǎn)生沉淀，且應(yīng)符合相關(guān)農(nóng)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T496和NY1107 的規(guī)定。用量不宜過(guò)大，防止浪費(fèi)肥料和灌水器堵塞，每個(gè)生產(chǎn)季結(jié)束后打開(kāi)毛管末端，用清水沖洗管道5～10 min。

五、應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)常規(guī)施肥方法與水肥一體化施肥兩種處理，試驗(yàn)地塊秋季施基肥用的種類(lèi)和數(shù)量相同。葡萄生長(zhǎng)季中，常規(guī)施肥以尿素、復(fù)合肥、高氮高鉀肥、硫酸鉀為主，施肥方式為撒施后大水漫灌，處理區(qū)以水溶性肥料為主，通過(guò)水肥一體化系統(tǒng)施入。施肥時(shí)期分別為：花期前肥施肥1 次，膨大期施肥4 次，著色期施肥4 次。（見(jiàn)表1）常規(guī)按每667 m2用水量約1000 kg。

表1 處理區(qū)每667 m2 施肥種類(lèi)及數(shù)量

（一）不同施肥方法對(duì)葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)調(diào)查

在葡萄采收期對(duì)各處理區(qū)隨機(jī)采測(cè)取30 株，測(cè)量果穗質(zhì)量、穗粒數(shù)、單粒質(zhì)量，取平均值，分別對(duì)每個(gè)處理區(qū)用糖度儀隨機(jī)測(cè)取10 粒葡萄可溶性固形物含量。（見(jiàn)表2）

表2 每667 m2 不同施肥方法對(duì)葡萄產(chǎn)量及質(zhì)量的影響

（二）成本效益核算

按市場(chǎng)價(jià)格計(jì)算肥料、人工等成本及產(chǎn)量效益。（見(jiàn)表3）

表3 每667 m2 不同施肥經(jīng)濟(jì)效益分析

六、應(yīng)用結(jié)果分析

（一）不同施肥方法水肥一體化系統(tǒng)對(duì)溫室葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

由表2 可知，與常規(guī)施肥方法相比，溫室葡萄采用水肥一體化系統(tǒng)產(chǎn)量增加187.2 kg、增長(zhǎng)率為13%，單棵穗質(zhì)量達(dá)到0.54 g、增長(zhǎng)率為10%，單粒質(zhì)量達(dá)14.12 g，增長(zhǎng)率為7.1%，含糖量達(dá)到22.8%，比傳統(tǒng)施肥方法糖度提高了5.6%，增長(zhǎng)率為32%。

（二）不同施肥方法水肥一體化系統(tǒng)對(duì)溫室葡萄經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表3 可見(jiàn)，與常規(guī)施肥方法相比，溫室葡萄采用水肥一體化系統(tǒng)產(chǎn)值每667 m2增加8424 元，增長(zhǎng)率為13%。肥料成本每667 m2節(jié)省245 元，降低率為15%。每667 m2收益增加8669 元，增長(zhǎng)率為14%。

七、結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)結(jié)果表明，溫室葡萄應(yīng)用水肥一體化系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足葡萄生長(zhǎng)季的養(yǎng)分需求，水肥一體化系統(tǒng)對(duì)溫室葡萄的產(chǎn)量和品質(zhì)有明顯提高，減少肥料成本15%，節(jié)水節(jié)電20%～30%，減少人工成本80%，增長(zhǎng)13%，增效15%。同時(shí)提高了肥料利用率，有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)。