清遠(yuǎn)市水肥一體化技術(shù)應(yīng)用分析

曾茜茜 陸世忠

摘 要 從不同地形（勢(shì)）的水肥一體化首部系統(tǒng)、進(jìn)肥系統(tǒng)、肥料池建造和控制系統(tǒng)分析清遠(yuǎn)市水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用情況。為促進(jìn)水肥一體化技術(shù)推廣應(yīng)用，結(jié)合清遠(yuǎn)市多年的推廣應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，分析了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中引入水肥一體化技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)發(fā)展的積極作用，提出了爭(zhēng)取各級(jí)財(cái)政支持、推動(dòng)水肥一體化實(shí)施和強(qiáng)化技術(shù)指導(dǎo)、重視設(shè)備維護(hù)等措施。

關(guān)鍵詞 水肥一體化技術(shù);應(yīng)用模式;廣東省清遠(yuǎn)市

中圖分類號(hào)：S365 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.15.054

水肥一體化又稱水肥耦合，是一項(xiàng)集灌溉與施肥于一體的新農(nóng)業(yè)技術(shù)，該技術(shù)借助一定的壓力系統(tǒng)，將水肥混合液通過(guò)施肥裝置和灌溉系統(tǒng)均勻、定量地輸送到作物根系附近，實(shí)現(xiàn)水肥的精準(zhǔn)利用與智能化管理。水肥一體化技術(shù)具有省心、省時(shí)、省工，節(jié)藥、節(jié)水、節(jié)肥，增產(chǎn)、增收、增效等價(jià)值。目前，水肥一體化技術(shù)已在發(fā)達(dá)國(guó)家得到廣泛應(yīng)用：美國(guó)是世界上微灌面積最大的國(guó)家;以色列在果樹(shù)、花卉和大田蔬菜等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域全面使用水肥一體化技術(shù)，使用面積占灌溉面積的1/2以上，位居世界之首;水肥一體化技術(shù)在歐洲大多數(shù)國(guó)家發(fā)展迅速。近年來(lái)，水肥一體化技術(shù)在我國(guó)得到了廣泛的推廣，應(yīng)用面積逐年增加，應(yīng)用范圍從華北地區(qū)擴(kuò)大到西北旱區(qū)、東北寒溫帶和華南亞熱帶地區(qū)，應(yīng)用的栽培模式涵蓋設(shè)施栽培、無(wú)土栽培等，應(yīng)用的作物包括大田經(jīng)濟(jì)作物、蔬菜、花卉等。

1 ?清遠(yuǎn)市水肥利用現(xiàn)狀

清遠(yuǎn)市現(xiàn)有耕地面積25.67萬(wàn)hm2，可供開(kāi)發(fā)種植的坡度25°以下的荒地約10萬(wàn)hm2，現(xiàn)有水果種植面積約6萬(wàn)hm2，以柑橘、茶葉、水晶梨為主，枇杷、板栗、柿子、桃、火龍果等經(jīng)濟(jì)作物為輔。清遠(yuǎn)市年平均降水量在2 000 mm左右，但由于時(shí)空分布不均，易發(fā)生季節(jié)性缺水和區(qū)域性缺水，部分地區(qū)還存在水源性缺水、水質(zhì)性缺水和水資源利用率低等問(wèn)題，農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨水資源匱乏的危機(jī)。清遠(yuǎn)市是肥料消費(fèi)大市，化肥年消費(fèi)量在30萬(wàn)t左右，使用量大但利用率低，只有30%左右，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家。農(nóng)民科學(xué)施肥意識(shí)不強(qiáng)，存在過(guò)量施肥、偏施化肥、配方施肥不合理等不良施肥習(xí)慣，造成了施肥效益低、肥料流失嚴(yán)重、利用率低等問(wèn)題。因此，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要先轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，提高水肥利用率，改變“大水大肥”的不良習(xí)慣，變資源消耗型農(nóng)業(yè)為資源高效利用型農(nóng)業(yè)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 ?存在的問(wèn)題

2.1 ?未與農(nóng)藝、農(nóng)機(jī)相結(jié)合

建造水肥一體化設(shè)備的技術(shù)人員由于對(duì)水肥一體化技術(shù)缺乏系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，在建造時(shí)沒(méi)有結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦?、種植作物、肥料使用等農(nóng)藝知識(shí)，導(dǎo)致建造的設(shè)備操作復(fù)雜、功能閑置或無(wú)法使用、實(shí)用設(shè)計(jì)少，不符合實(shí)際應(yīng)用需求，出現(xiàn)設(shè)備使用1～2年后報(bào)廢、個(gè)別設(shè)備沒(méi)有使用就報(bào)廢的現(xiàn)象，造成資源浪費(fèi)。

2.2 ?配套技術(shù)不健全

水肥一體化技術(shù)的售后服務(wù)包括設(shè)備的首部系統(tǒng)維護(hù)、田間系統(tǒng)維護(hù)、操作技術(shù)培訓(xùn)等方面，售后服務(wù)水平也會(huì)影響水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用。灌溉設(shè)備企業(yè)看重產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，但對(duì)售出的設(shè)備缺乏技術(shù)指導(dǎo)、售后服務(wù)不到位，進(jìn)一步限制了水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用[2]。

2.3 ?農(nóng)民認(rèn)識(shí)不充分

水肥一體化技術(shù)通過(guò)精準(zhǔn)施肥、灌溉，提高水肥利用率，減少由于不合理利用化肥帶來(lái)的耕地質(zhì)量下降和資源浪費(fèi)，降低成本，提高農(nóng)民收入。但清遠(yuǎn)市農(nóng)民文化水平普遍不高，接受新事物的能力有限，仍習(xí)慣使用傳統(tǒng)的施肥方法，限制了水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2.4 ?缺乏資源整合

農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣、農(nóng)田建設(shè)、水利等部門(mén)均有支持水肥一體化技術(shù)應(yīng)用的政策，但部門(mén)之間未進(jìn)行資源整合，導(dǎo)致建造的設(shè)備質(zhì)量參差不齊，出現(xiàn)部分設(shè)備建造簡(jiǎn)易、粗糙甚至重復(fù)建設(shè)等現(xiàn)象[3]。

3 ?不同模式的水肥一體化技術(shù)主要內(nèi)容

經(jīng)過(guò)不斷實(shí)踐、總結(jié)、優(yōu)化水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，在吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合清遠(yuǎn)市經(jīng)濟(jì)作物種植特點(diǎn)、旱坡地特點(diǎn)、電力資源情況、種植面積和水源情況等因素，從首部系統(tǒng)、進(jìn)肥系統(tǒng)、肥料池建造和控制系統(tǒng)4方面對(duì)適用于清遠(yuǎn)市的不同模式水肥一體化系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)分析。

3.1 ?首部系統(tǒng)

3.1.1 ?綠色環(huán)保的首部系統(tǒng)

在沒(méi)有水電、落差高程20～30 m的山坡地，可以設(shè)計(jì)應(yīng)用綠色環(huán)保的水肥一體化技術(shù)首部系統(tǒng)，通過(guò)水源落差產(chǎn)生動(dòng)力進(jìn)行灌溉。應(yīng)用此模式的耕地面積較小，一般為6.67～10.00 hm2。

3.1.2 ?一次加壓首部系統(tǒng)

在坡度10°～25°、種植面積20～33 hm2、水源流量大和有三相380 V電源的地區(qū)，可以應(yīng)用一次加壓首部系統(tǒng)，一次加壓即可滿足灌溉需求。連州市、清新區(qū)、英德市等種植柑橘、茶葉、水晶梨等經(jīng)濟(jì)作物的山地可推廣應(yīng)用此模式。

3.1.3 ?二次加壓首部系統(tǒng)

在有220 V或380 V交流電源、可抽取地下水或其他水源的山坡旱地，或者坡度超過(guò)25°、一次抽水就會(huì)出現(xiàn)水源不能滿足灌溉需求或壓力不足問(wèn)題，需要一級(jí)抽水到二級(jí)蓄水池，再由二級(jí)蓄水池提供水源到泵房，之后加壓到水、肥同步灌溉設(shè)備再到灌區(qū)的地域，可以設(shè)計(jì)應(yīng)用二次加壓首部系統(tǒng)。有220 V交流電源的地區(qū)應(yīng)用規(guī)模在6.67 hm2以內(nèi)，有380 V交流電源的地區(qū)應(yīng)用規(guī)模為20～33 hm2，清遠(yuǎn)市可發(fā)展此模式的耕地面積有2萬(wàn)hm2左右。

3.2 ?進(jìn)肥系統(tǒng)

3.2.1 ?比例式進(jìn)肥系統(tǒng)

比例式施肥系統(tǒng)需要一定的水壓來(lái)推動(dòng)工作，水源落差動(dòng)力或泵動(dòng)力把經(jīng)一級(jí)疊片過(guò)濾器的肥料送到首部系統(tǒng)主管與水混合，可用于綠色環(huán)保的首部系統(tǒng)、一次加壓或二次加壓的首部系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用面積一般在6.67～10.00 hm2。

3.2.2 ?注肥泵旁路式進(jìn)肥系統(tǒng)

注肥泵旁路式進(jìn)肥系統(tǒng)主要部件有過(guò)濾器、電磁閥、注肥泵、止回閥、流量計(jì)、流量大小控制開(kāi)關(guān)、壓力監(jiān)測(cè)及首部主管道旁路。該系統(tǒng)能滿足面積在20 hm2以上的作物水肥需求。

3.3 ?肥料池建造

3.3.1 ?好氧式有機(jī)液體肥料池建造

好氧式有機(jī)液體肥料池建造一般采用混凝土或磚混結(jié)構(gòu)，容積一般在50～100 m3，露天或在肥料池上搭個(gè)簡(jiǎn)易棚子遮雨，以牛糞為原料，通過(guò)好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機(jī)液體肥料。然后將漚制好的有機(jī)液體肥料通過(guò)利用池與無(wú)機(jī)水溶性配方肥充分混合溶解進(jìn)入首部系統(tǒng)，按一定比例混合進(jìn)入田間滴灌系統(tǒng)。

3.3.2 ?厭氧式有機(jī)肥料池建造

厭氧式發(fā)酵池是密封式的，有進(jìn)肥口與出肥口，容積在100 m3左右，把牛糞、羊糞、花生麩等原料通過(guò)厭氧式發(fā)酵制得有機(jī)液體肥。

3.3.3 ?牛尿等有機(jī)液體肥料池建造

牛尿有機(jī)液體肥料池一般由牛尿發(fā)酵池（30 m3）、牛糞水漚制發(fā)酵池（30 m3）、牛尿利用池（30 m3）組成。

3.4 ?控制系統(tǒng)

3.4.1 ?手動(dòng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)

進(jìn)水、進(jìn)肥系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)、田間輪灌區(qū)開(kāi)關(guān)、過(guò)濾器的清洗等都是通過(guò)球閥開(kāi)啟或人工操作，建設(shè)簡(jiǎn)單。首部系統(tǒng)的兩級(jí)過(guò)濾器、抽水電機(jī)、進(jìn)肥系統(tǒng)、田間電磁閥等都可通過(guò)首部泵房的電柜進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)（編程序方式）控制操作，節(jié)省人力。

3.4.2 ?物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

整個(gè)灌溉區(qū)由一套變頻電柜系統(tǒng)和一套物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)組成。變頻電柜系統(tǒng)設(shè)有手動(dòng)功能和自動(dòng)功能，設(shè)自動(dòng)功能時(shí)能通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，利用手機(jī)APP或電腦的GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程遙控首部開(kāi)啟或關(guān)閉灌溉程序。通過(guò)手機(jī)APP或計(jì)算機(jī)可遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)環(huán)境和土壤溫度、土壤墑情等因子，通過(guò)遠(yuǎn)程錄像可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各系統(tǒng)運(yùn)行情況、作物生長(zhǎng)情況，當(dāng)水池、肥料池水（肥）滿或缺水（肥）時(shí)有自動(dòng)關(guān)閉功能，可確保系統(tǒng)安全運(yùn)行[4]。

4 ?發(fā)展措施

4.1 ?爭(zhēng)取各級(jí)財(cái)政支持，推動(dòng)水肥一體化實(shí)施

水肥一體化技術(shù)需要投入相關(guān)設(shè)備，建設(shè)成本相對(duì)較高，普通農(nóng)戶難以承擔(dān)。為順利開(kāi)展水肥一體化技術(shù)推廣應(yīng)用，清遠(yuǎn)市應(yīng)積極爭(zhēng)取各級(jí)財(cái)政資金支持，拓寬融資渠道，整合社會(huì)力量推進(jìn)水肥一體化[2]。

4.2 ?強(qiáng)化技術(shù)指導(dǎo)，重視設(shè)備維護(hù)

水肥一體化設(shè)備的實(shí)際操作者以農(nóng)戶為主，由于缺乏操作指導(dǎo)和技術(shù)服務(wù)，農(nóng)戶在操作過(guò)程中遇到問(wèn)題難以及時(shí)處理，影響設(shè)備的使用。因此，政府部門(mén)和企業(yè)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況做好技術(shù)指導(dǎo)，定期或不定期開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)，將技術(shù)指導(dǎo)落實(shí)到農(nóng)戶[4]。此外，在水肥一體化設(shè)備應(yīng)用過(guò)程中，由于設(shè)備維護(hù)不到位，時(shí)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)備噴頭堵塞等情況，影響設(shè)備的正常使用，因此企業(yè)應(yīng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)、更新[5]。

4.3 ?設(shè)計(jì)方案要簡(jiǎn)潔、高效、綠色

設(shè)計(jì)推廣方案要簡(jiǎn)潔、高效、綠色，要對(duì)建設(shè)地點(diǎn)的水源、地形、肥料來(lái)源、電力等情況進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，科學(xué)評(píng)估后因地制宜地設(shè)計(jì)出適合不同區(qū)域、不同作物的水肥一體化建設(shè)方案。

5 ?水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用效果分析

5.1 ?效益分析

5.1.1 ?經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)示范與推廣，清遠(yuǎn)市應(yīng)用水肥一體化技術(shù)的種植面積逐年增加。截至2020年，累計(jì)推廣水肥一體化技術(shù)應(yīng)用面積2.05萬(wàn)hm2，其中茶葉應(yīng)用面積1 266.7 hm2，柑橘應(yīng)用面積1 400 hm2，葡萄、水晶梨應(yīng)用面積633.3 hm2，其他水果應(yīng)用面積1 000 hm2。茶葉平均每667 m2增產(chǎn)15.0 kg，柑橘平均每667 m2增產(chǎn)150.0 kg，葡萄、水晶梨平均每667 m2增產(chǎn)107.5 kg，其他水果平均每667 m2增產(chǎn)25.0 kg。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，茶葉、柑橘、葡萄和水晶梨每667 m2分別節(jié)省人工成本365元、135元、160元、35元，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5.1.2 ?社會(huì)效益

通過(guò)項(xiàng)目的示范與推廣，經(jīng)營(yíng)主體對(duì)水肥一體化技術(shù)的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步加深、化學(xué)肥料施用量減少、科學(xué)施肥水平得到提高、傳統(tǒng)的灌溉和施肥觀念得到轉(zhuǎn)變，這有助于化肥減量增效行動(dòng)的推進(jìn)和進(jìn)一步提高肥料利用率。水肥一體化技術(shù)因其節(jié)水節(jié)肥、省時(shí)省工等優(yōu)點(diǎn)受到農(nóng)民的青睞，有利于解放農(nóng)村勞動(dòng)力、推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施、促進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村的建設(shè)。水肥一體化的應(yīng)用有利于發(fā)展綠色食品和有機(jī)食品，滿足人們對(duì)綠色食品和有機(jī)食品的需要。

5.1.3 ?生態(tài)效益

1）提高水肥利用率。水肥一體化技術(shù)是將肥料溶解于水中并通過(guò)灌溉系統(tǒng)直接輸送到作物根部附近，減少了肥料的淋溶損失和土壤固定損失，提高了水肥利用率。2）提高土地利用率。清遠(yuǎn)市利用山坡地種植經(jīng)濟(jì)作物的面積達(dá)10萬(wàn)hm2，傳統(tǒng)種植模式經(jīng)營(yíng)面積小、施肥技術(shù)落后，不能很好地解決水肥問(wèn)題，不符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。通過(guò)實(shí)施不同模式的水肥一體化技術(shù)，有效提高了土地利用率。3）改善土壤理化性狀。水肥一體化技術(shù)可以使土壤保持良好的理化性狀，有效解決了溝灌、漫灌、畦灌造成的土壤板結(jié)等問(wèn)題。4）減少農(nóng)業(yè)污染。目前，我國(guó)單位面積施肥量居世界前列，肥料利用率卻遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，大量肥料沒(méi)有被作物吸收利用，而是進(jìn)入水體造成環(huán)境污染[5]。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)可將水肥精準(zhǔn)輸送到作物根部附近，避免了深層滲漏，減少了環(huán)境污染。同時(shí)，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)還可以提高作物對(duì)病蟲(chóng)害的抵抗能力，減少農(nóng)藥的使用，進(jìn)一步保護(hù)環(huán)境。

5.2 ?推進(jìn)化肥零增長(zhǎng)行動(dòng)

在茶葉種植上應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，將有望實(shí)現(xiàn)減施化肥100%，冬季只施用有機(jī)肥就能滿足作物生長(zhǎng)需要，解決由于多年大量施用化肥而造成的土壤板結(jié)和茶葉品質(zhì)下降等問(wèn)題。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)有助于推進(jìn)化肥零增長(zhǎng)行動(dòng)，滿足綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)發(fā)展需要[6]。

5.3 ?使農(nóng)業(yè)管理趨向標(biāo)準(zhǔn)化

大面積應(yīng)用水肥一體化技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化，達(dá)到節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)成本和節(jié)人工的效果[7]。目前，清遠(yuǎn)市除柑橘、茶葉、葡萄、水晶梨等作物應(yīng)用水肥一體化技術(shù)外，玉米、蔬菜、甘蔗等作物也適宜推廣水肥一體化技術(shù)，有巨大的市場(chǎng)潛力。

5.4 ?實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)操作，智能控制

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和信息技術(shù)的結(jié)合是新時(shí)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)?；谖锫?lián)網(wǎng)的水肥一體化系統(tǒng)，綜合利用通信技術(shù)、智能控制和傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉施肥、精準(zhǔn)施肥，減少了水肥資源浪費(fèi)，降低了人工成本，提高了系統(tǒng)的使用效益。

5.5 ?有機(jī)液體肥料利用與推廣應(yīng)用

以牛尿、花生麩等為原料制作的有機(jī)液體肥料具有來(lái)源廣泛、成本低、不含重金屬、綠色安全和中微量元素齊全等優(yōu)點(diǎn)，配合其他水溶性配方肥，既有利于生產(chǎn)有機(jī)產(chǎn)品，又能滿足其他作物生長(zhǎng)需要。施用有機(jī)液體肥既能解決水肥一體化應(yīng)用水溶性肥料問(wèn)題，又能實(shí)現(xiàn)水肥一體化技術(shù)數(shù)字化，更有利于促進(jìn)節(jié)本增效、提質(zhì)增效、安全高效、資源節(jié)約和環(huán)境友好的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧 ?丁志祥）