水肥一體化技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策

陳 芳

(天津市農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，天津 300061)

0 引言

我國是水資源嚴(yán)重匱乏和分布極不均衡的國家，多年來水資源總量居世界第4位，但人均水資源占有量僅為世界人均水平的1/4，單位耕地面積水資源量約為世界平均水平的1/2[1]。水資源分布率占全球的60%，是典型的季風(fēng)性氣候，南部地區(qū)的降水量是北方地區(qū)的2～3倍，這導(dǎo)致我國南方地區(qū)水資源分布豐富，而北方地區(qū)水資源分布匱乏[2]。天津市地處華北平原，農(nóng)業(yè)用水資源緊缺，目前全市年實(shí)際農(nóng)業(yè)可用水12億m3，占總用水量43.6%[3]。傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的大水漫灌和過度增施化肥，既明顯浪費(fèi)水肥資源，又嚴(yán)重破壞土壤結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)環(huán)境。故而國家把資源節(jié)約型和環(huán)境友好型農(nóng)業(yè)建設(shè)做為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)改造和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志和戰(zhàn)略方針。水是命脈，肥是基礎(chǔ)，水肥一體化管理技術(shù)尤顯重要，而機(jī)械化、智能化生產(chǎn)技術(shù)則是推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和規(guī)?；?jīng)營的關(guān)鍵，明顯提高水肥資源的利用效率，滿足農(nóng)作物不同生育階段對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，達(dá)到栽培作物增產(chǎn)增收和品質(zhì)改良之目的，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)本增效，推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民富裕，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力之愿景。

1 發(fā)展概況

1.1 現(xiàn)狀

水肥一體化技術(shù)在節(jié)水節(jié)肥、增產(chǎn)增收、改良品質(zhì)、環(huán)境保護(hù)和省工省力等方面效果顯著，發(fā)達(dá)國家早已在生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用，而我國從設(shè)施栽培精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范工程逐步向果園和大田栽培中應(yīng)用，開始被廣大農(nóng)民和示范園區(qū)逐步接受。目前，在噴灌、微灌面積與低壓管灌面積方面有逐年增大趨勢，水肥一體化技術(shù)也從過去的小范圍試驗(yàn)示范逐漸發(fā)展到大面積的推廣應(yīng)用，全面覆蓋東北地區(qū)、華北地區(qū)、西南地區(qū)和南方大部分地區(qū)，其技術(shù)主要應(yīng)用于糧食、蔬菜、果樹、茶葉、花卉等多種農(nóng)作物的栽培上[4]。水肥一體化進(jìn)一步通過農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制設(shè)備的配置和運(yùn)行，形成信息化、精準(zhǔn)化、自動(dòng)化的智能型高效管理技術(shù)體系，但受一次性投入和運(yùn)行成本高，對(duì)施用物質(zhì)量要求嚴(yán)格和操作者科技水平等因素限制，目前僅在經(jīng)濟(jì)和科技實(shí)力雄厚的工廠化生產(chǎn)企業(yè)和部分現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與果樹示范區(qū)中應(yīng)用，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的花卉、水培蔬菜和優(yōu)質(zhì)果品等農(nóng)業(yè)產(chǎn)品。

1.2 應(yīng)用模式

1.2.1 設(shè)施栽培

智能型水肥一體化技術(shù)適用于具有一定規(guī)模、資金和科技力量雄厚，生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)附加值較高的工廠化生產(chǎn)企業(yè)和現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)示范園區(qū)。膜下滴灌適用于設(shè)施蔬菜覆膜栽培，單棚采用壓差式施肥罐或文丘里施肥器，多棚集中采用智能施肥機(jī)或注肥泵。微噴適用于設(shè)施育苗、花卉、食用菌栽培，安裝懸掛式微噴頭或自走式微噴設(shè)備，肥料按要求濃度用注肥泵注肥，既保證栽培作物水肥要求，又保障環(huán)境內(nèi)適宜濕度。

1.2.2 現(xiàn)代果園示范區(qū)

根據(jù)不同品種果樹自身生長發(fā)育規(guī)律及水肥(養(yǎng)分)需求量，選擇適合的灌溉技術(shù)[5]。采用噴灌、滴灌、涌泉灌或小管流出式灌溉，施肥用壓差式施肥罐或文丘里施肥器。

1.2.3 大田作物、規(guī)模化產(chǎn)業(yè)園區(qū)

適用于小麥、玉米、露地蔬菜等農(nóng)作物栽培，多采用微噴帶、固定噴灌或指針式、直走式、卷盤行走式噴灌機(jī)具，配置注肥泵或智能施肥機(jī)。

1.3 應(yīng)用效果

劉玉青等[6]進(jìn)行的溫室越冬茬番茄栽培水肥一體化技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對(duì)比研究結(jié)果表明：水肥一體化技術(shù)比傳統(tǒng)技術(shù)節(jié)水1 710 m3/hm2，省水30%左右；節(jié)肥1 717 kg/hm2，省肥1/3，節(jié)省肥料投入3 160元/hm2；在不同土壤質(zhì)地溫室內(nèi)栽培單產(chǎn)在15 552～16 362 kg/hm2，分別增收4.85%～6.77%；節(jié)省用工381 d/hm2，按80元/(人·d)計(jì)算，可節(jié)省人工成本30 480元/hm2，扣除設(shè)備投入年均費(fèi)用、運(yùn)行維修等費(fèi)用，總計(jì)節(jié)約成本在20%以上。

袁麗敏等[7]通過設(shè)施辣椒水肥一體化氮肥減量增效試驗(yàn)證明，在相同栽培形式下，施N量減少到147.9 kg/hm2，比傳統(tǒng)施肥量減少50%，利用率可提高30.57%，單產(chǎn)增加33 966 kg/hm2，增產(chǎn)36%，結(jié)本增效純收益為54 114.6元/hm2，既節(jié)省了農(nóng)業(yè)資源，又明顯提高了經(jīng)濟(jì)效益。目前應(yīng)用的水肥一體化技術(shù)，經(jīng)過進(jìn)一步減氮對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果減少氮15%，氮肥利用率提高6.47%，節(jié)本增效54 114元/hm2，改造水肥一體化傳統(tǒng)農(nóng)藝技術(shù)也可取得顯著效益。

鄭育所等[8]進(jìn)行的設(shè)施膜面軟體集雨窖水肥一體化新技術(shù)研究結(jié)果表明，有效集雨、高效節(jié)水灌溉、水肥耦合的一體化集成，具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、改善水質(zhì)、增產(chǎn)、增效的效果。

崔增團(tuán)等[9]進(jìn)行的水肥一體化滲灌技術(shù)在蘋果上的應(yīng)用模式研究結(jié)果表明，“有機(jī)肥+水肥一體化(物聯(lián)網(wǎng)+自動(dòng)施肥+滲灌)”技術(shù)模式通過推廣應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，通過滴灌將水肥直接輸入到果樹根部，結(jié)合果樹病蟲害綠色防控技術(shù)，蘋果果品品質(zhì)得到提高，化肥利用率提高20%，水分利用率提高10%以上，減少投入和用工成本30%，節(jié)本增效8 299.5元/hm2。

2 問題與對(duì)策

2.1 智能制造水平落后，亟待多學(xué)科融合發(fā)展

智能機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)薄弱，缺少核心技術(shù)，研發(fā)成本高，科技力量不足：智能型水肥一體化機(jī)械設(shè)備制造工藝相對(duì)落后，尚未真正掌握核心技術(shù)，很多自動(dòng)化控制系統(tǒng)的精密元器件仍依賴進(jìn)口，研發(fā)單位分散、技術(shù)力量不足、經(jīng)費(fèi)短缺，造成價(jià)格高、配套組裝契合度低、維護(hù)成本提高等普及使用的瓶頸[10]。為此，針對(duì)智能型水肥一體化機(jī)械設(shè)備的制造，應(yīng)整合研發(fā)單位與企業(yè)的科技資源，加大投入，提升機(jī)械制造工藝水平，突破核心技術(shù)難點(diǎn)，確保機(jī)械設(shè)備的精確性、可靠性和配套性；利用5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，融合網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，融合人機(jī)工程概念，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜性，開展專屬智能型機(jī)械成套設(shè)備的研發(fā)與生產(chǎn)，增加用戶的使用愉悅感，克服“閉門造車”的設(shè)計(jì)理念；廣泛接觸國外先進(jìn)技術(shù)，與國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)緊密結(jié)合，盡快研發(fā)制造出適應(yīng)我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，性能優(yōu)良，價(jià)格適宜的智能型水肥一體化成套裝備，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展和生產(chǎn)效率的提升。

2.2 解決制約因素影響，擴(kuò)大技術(shù)應(yīng)用規(guī)模

制約因素主要有種植規(guī)模小且分散，農(nóng)田水利工程落后，水源不足，水質(zhì)較差，不以灌溉用水量收費(fèi)；追肥多，普遍應(yīng)用可溶性的肥料，個(gè)別經(jīng)濟(jì)實(shí)力較好的集體，在國家惠農(nóng)資金資助下建成的節(jié)水灌溉示范區(qū)，重建設(shè)，輕管護(hù)，新技術(shù)效果不明顯。隨著國家鄉(xiāng)村振興、土地流轉(zhuǎn)等惠農(nóng)政策的不斷深入推進(jìn)，土地經(jīng)營規(guī)模逐漸擴(kuò)大，部分農(nóng)村進(jìn)城創(chuàng)業(yè)人員、積累一定經(jīng)濟(jì)實(shí)力的企業(yè)家和部分有志農(nóng)村創(chuàng)業(yè)的高學(xué)歷科技人才，有著強(qiáng)烈的農(nóng)村創(chuàng)業(yè)意愿。應(yīng)根據(jù)目前形勢，制定出更多、更優(yōu)惠的扶持和鼓勵(lì)政策，以推動(dòng)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變，促進(jìn)鄉(xiāng)村振興的質(zhì)量和速度。

2.3 降低設(shè)備運(yùn)管費(fèi)用，促進(jìn)應(yīng)用效益提高

水肥一體化技術(shù)，尤其是智能型水肥一體化技術(shù)，設(shè)施設(shè)備和運(yùn)行管護(hù)費(fèi)用高。水肥一體化技術(shù)對(duì)水肥藥等農(nóng)業(yè)資源的節(jié)約和農(nóng)業(yè)環(huán)境的保護(hù)意義重大，作用明顯。盡管回鄉(xiāng)創(chuàng)業(yè)人員有一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)知識(shí)，但不足以完成農(nóng)田水肥一體化工程建設(shè)和設(shè)施設(shè)備與材料購置的需要。為此，應(yīng)制定和完善以政府為主導(dǎo)，多渠道融資、投資入股、優(yōu)化金融服務(wù)等政策和措施，以保障這些有志農(nóng)村現(xiàn)代化發(fā)展之士的愿景能順利實(shí)施，快速發(fā)展，取得明顯的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，徹底改變農(nóng)業(yè)效益和生產(chǎn)力低下的舊面貌，促進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

2.4 提升整體科技水平，推動(dòng)新技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用

首先是機(jī)械設(shè)備、材料，尤其是智能型成套設(shè)備，質(zhì)量有待進(jìn)一步提高，制造成本亦需明顯下降，增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的配套性能；其次是缺少科學(xué)應(yīng)用和精準(zhǔn)維修的專業(yè)科技隊(duì)伍；再次是工程建設(shè)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化程度不足，工程質(zhì)量得不到有效的保障。

機(jī)械設(shè)備制造企業(yè)應(yīng)優(yōu)化機(jī)械設(shè)備制造工藝，制定產(chǎn)品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品精度，增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備配套和通用功能，努力降低生產(chǎn)成本。國家應(yīng)對(duì)生產(chǎn)企業(yè)給予一定的設(shè)備改造資金支持，以及產(chǎn)品提質(zhì)增效、提高配套性和通用性的技術(shù)幫助；應(yīng)用和維護(hù)專業(yè)隊(duì)伍的建設(shè)方面，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)經(jīng)營主體對(duì)現(xiàn)有操作人員邀請有經(jīng)驗(yàn)的使用維護(hù)人員進(jìn)行培訓(xùn)，或派科技人員去相關(guān)技術(shù)先進(jìn)單位或職業(yè)培訓(xùn)部門短期培訓(xùn)。教育部門也應(yīng)考慮建設(shè)和增設(shè)適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技發(fā)展所需要的綜合實(shí)用型人才培養(yǎng)的職業(yè)教育體系和機(jī)構(gòu)。水肥一體化工程建設(shè)單位應(yīng)努力提高工程質(zhì)量，組建專業(yè)施工隊(duì)伍，制訂工程建造工藝流程規(guī)范，以及科學(xué)施工、工程監(jiān)理和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

2.5 加快水源改良，研發(fā)適用肥料，提高應(yīng)用效果

符合水肥一體化，尤其是智能型技術(shù)機(jī)械裝備所需達(dá)標(biāo)的水肥資源不足。水肥一體化技術(shù)是資源節(jié)約型和環(huán)境友好型現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)，我國水資源匱乏，尤其是長江以北區(qū)域更甚。農(nóng)田灌溉用水體量大，地表水多利用自然降水，河道坑塘水庫雨季貯水和經(jīng)凈化處理的工業(yè)和生活污水；追肥多施用水溶性差價(jià)格便宜的普通化肥，且施用量過多，既浪費(fèi)資源增加成本，又破壞土壤結(jié)構(gòu)。水肥一體化技術(shù)機(jī)械裝備要求潔凈的中性水質(zhì)，以防對(duì)機(jī)械設(shè)備的腐蝕和堵塞，以及對(duì)土壤環(huán)境的破壞；追施的肥料要求水溶性和溶解穩(wěn)定性好，以保障易于勾兌，濃度均勻不分解沉淀。

應(yīng)對(duì)所有污水排放企業(yè)或單位嚴(yán)格檢查，尤其是對(duì)農(nóng)村小型企業(yè)要嚴(yán)加管理，增加對(duì)污水凈化單位的政策與經(jīng)濟(jì)支持，嚴(yán)格檢測凈化水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，貯存水源應(yīng)用單位要增加用水的過濾凈化設(shè)備。要求對(duì)化肥生產(chǎn)企業(yè)要通過技術(shù)研發(fā)、工藝設(shè)備改造和先進(jìn)技術(shù)與工藝設(shè)備引進(jìn)，增加水溶性優(yōu)良的化肥產(chǎn)量和品質(zhì)，努力降低生產(chǎn)成本。提高水肥一體化技術(shù)，尤其是智能型技術(shù)在節(jié)約農(nóng)業(yè)資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境中所產(chǎn)生的顯著效果。

2.6 完善作物栽培和土壤技術(shù)需求資料

水肥一體化技術(shù)實(shí)施地域土壤基礎(chǔ)資料和栽培作物不同生育階段水肥需求規(guī)律等資料欠缺，不能充分發(fā)揮新技術(shù)節(jié)本增效、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的顯著作用。實(shí)施前必須熟悉和掌握實(shí)施地域內(nèi)土壤基礎(chǔ)條件，如質(zhì)地、容重及鹽分，以及有機(jī)質(zhì)和N、P、K有效成份含量等資料；清楚地了解所栽培作物不同重要生育時(shí)期對(duì)水肥的需求規(guī)律，并制定出與水肥一體化技術(shù)相匹配的規(guī)范化栽培技術(shù)體系。

在當(dāng)?shù)赝寥婪柿瞎芾聿块T詳細(xì)查閱土壤普查存檔資料的基礎(chǔ)上，與農(nóng)藝科技人員緊密配合委托有資質(zhì)單位現(xiàn)場取樣，進(jìn)行土壤基礎(chǔ)狀況相關(guān)項(xiàng)目分析。要獲得栽培作物不同生育階段如育苗、定植、開花、結(jié)果等時(shí)期水肥需求規(guī)律資料。一方面查閱相關(guān)栽培技術(shù)文獻(xiàn)和當(dāng)?shù)乜蒲信c推廣單位開展的相同作物研發(fā)技術(shù)成果，再與相同作物種植經(jīng)驗(yàn)豐富的農(nóng)民座談并取得當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)部門的農(nóng)藝科技人員的指導(dǎo)；還要清楚地了解實(shí)施地區(qū)的水資源和水利工程現(xiàn)狀，最后制訂出水肥一體化技術(shù)實(shí)施與作物相配套，符合當(dāng)?shù)刭Y源條件的灌溉與施肥方案，遴選出經(jīng)濟(jì)適用的水肥一體化技術(shù)設(shè)備，以充分發(fā)揮新技術(shù)的明顯優(yōu)勢。

2.7 促進(jìn)農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合，制定技術(shù)實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代技術(shù)的科技水平和配套機(jī)械設(shè)備的精準(zhǔn)度、穩(wěn)定性遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，水肥一體化技術(shù)實(shí)施還處于初級(jí)階段，尚未建立一套科學(xué)、可操作性強(qiáng)的規(guī)范化配套技術(shù)體系，研發(fā)資金不足，專業(yè)科技人員匱乏，水資源稀缺，肥料可溶性差，使用者對(duì)實(shí)施地環(huán)境基礎(chǔ)、栽培作物的水肥需求規(guī)律了解不深，限制了水肥一體化等現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用。

要深入系統(tǒng)開展水肥一體化技術(shù)研發(fā)，制訂完整可操作性強(qiáng)的設(shè)施建設(shè)、設(shè)備配置和配套栽培技術(shù)體系。各級(jí)政府科技主管機(jī)構(gòu)應(yīng)注重農(nóng)業(yè)現(xiàn)代技術(shù)的研發(fā)，列入科技發(fā)展規(guī)劃，加大投入力度，科技單位開展深入系統(tǒng)研發(fā)，組織農(nóng)機(jī)、農(nóng)藝、水利等多學(xué)科科研攻關(guān)，盡快制訂出標(biāo)準(zhǔn)化的工程建設(shè)方案，配置實(shí)用的機(jī)械設(shè)備，以及完整、科學(xué)、規(guī)范的作物栽培技術(shù)體系，以方便使用者實(shí)施。要加強(qiáng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)專業(yè)科技人才培養(yǎng)：一方面通過對(duì)現(xiàn)有科技人才培訓(xùn)，提高科技水平；另一方面則是通過正規(guī)的職業(yè)教育培養(yǎng)較高層次的專業(yè)科技人才，以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)快速發(fā)展的需求。加大對(duì)現(xiàn)有人才資助和支持，提高設(shè)施設(shè)備的維護(hù)和改造以及對(duì)正在實(shí)施的高科技技術(shù)進(jìn)一步研發(fā)和提升，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)的快速發(fā)展，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的科技進(jìn)步，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和明顯增加現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，以及加快鄉(xiāng)村振興意義重大。

3 結(jié)束語

水肥一體化技術(shù)是根據(jù)實(shí)施地域的土壤水肥含量和栽培作物水肥需求規(guī)律，將可溶性肥料與水配兌成液肥，利用壓差與灌溉水混合，經(jīng)可控管道定時(shí)定量按比例提供給農(nóng)作物，達(dá)到施用便捷、節(jié)本增效、保護(hù)環(huán)境和改良品質(zhì)之目的。智能型水肥一體化技術(shù)應(yīng)用，由于控制系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，核心技術(shù)和設(shè)備關(guān)鍵零部件制造技術(shù)達(dá)不到質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有機(jī)械設(shè)備不能滿足用戶節(jié)能、高效、精準(zhǔn)、穩(wěn)定和價(jià)廉的要求，制約了其普及應(yīng)用，但隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展、種植規(guī)模不斷擴(kuò)大，經(jīng)營主體對(duì)智能型水肥一體化技術(shù)和裝備需求迫切、意識(shí)增強(qiáng)，隨著國家科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，突破關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)成套機(jī)械設(shè)備的制造國產(chǎn)化，智能型水肥一體化等一批現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)必將得到迅猛發(fā)展，推動(dòng)我國農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化早日實(shí)現(xiàn)。