探析水肥一體化機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用

如何在有限的土地資源中提高農(nóng)作物產(chǎn)量，減少環(huán)境影響，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)、高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵。探討水肥一體化機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，對(duì)于指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。相關(guān)部門工作人員從提高水資源利用率、減少肥料施用量、減少病蟲草害發(fā)生、減少化學(xué)農(nóng)藥污染、降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本5個(gè)方面分析了水肥一體化機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，并進(jìn)一步探討了水肥一體化機(jī)械在不同作物生產(chǎn)中的應(yīng)用模式，論述了水肥一體化機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題及應(yīng)用推廣策略，以供參考與借鑒。

一、水肥一體化機(jī)械概述

水肥一體化機(jī)械是指將灌溉和施肥兩個(gè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程結(jié)合在一起的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)系統(tǒng)，其主要由水源與供水系統(tǒng)、肥料儲(chǔ)存與混合系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及軟件平臺(tái)5個(gè)部分組成。使用水肥一體化機(jī)械進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)水肥精確施用，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，減少環(huán)境污染，并有助于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。水肥一體化機(jī)械的工作原理是利用土壤溫濕度傳感器、控制器和自動(dòng)化系統(tǒng)，根據(jù)作物生長(zhǎng)需求，精確地控制水和肥料供給量。通過監(jiān)測(cè)土壤濕度、養(yǎng)分含量、氣候條件等因素，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)整灌溉和施肥頻率與強(qiáng)度。該系統(tǒng)通常包括一個(gè)或多個(gè)肥料儲(chǔ)存罐，肥料通過泵送系統(tǒng)與灌溉水混合后，通過管道網(wǎng)絡(luò)輸送到田間的滴灌、噴灌或微噴灌設(shè)備中，進(jìn)而直接作用于作物根部?，F(xiàn)代水肥一體化機(jī)械設(shè)備通常配備了智能控制系統(tǒng)，可以通過手機(jī)APP、電腦、平板等智能設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，相關(guān)人員無須到田間便可完成操作。

二、水肥一體化機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用

（一）提高水資源利用率

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要應(yīng)用較為原始和粗放的大水漫灌方式進(jìn)行灌溉，通過將大量水直接引入農(nóng)田，讓水自然流動(dòng)并覆蓋整個(gè)田地表面。這種灌溉方式的勞動(dòng)強(qiáng)度大，灌溉周期較長(zhǎng)，需要花費(fèi)大量時(shí)間來完成灌溉工作，尤其是在大面積農(nóng)田中，管理難度更高。由于水資源浪費(fèi)和勞動(dòng)力投入較大，大水漫灌的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本相對(duì)較高，尤其是在水資源稀缺地區(qū)，這種灌溉方式的水分利用率通常只有45%左右，經(jīng)濟(jì)性較差。水肥一體化機(jī)械能夠?qū)崿F(xiàn)水資源高效利用，通過傳感器和智能控制系統(tǒng)，根據(jù)作物實(shí)際生長(zhǎng)需求，精確地控制水資源供給量，并通過管道輸送將水資源直接浸潤(rùn)于作物根部，避免了傳統(tǒng)大水漫灌方式中的水資源使用過量或不足、水分下滲及蒸發(fā)等問題，從而大幅提高水資源利用效率。使用水肥一體化機(jī)械進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉，噴灌的水分利用率在 75%左右，滴灌和管灌的水分利用率在95%左右。

（二）節(jié)約肥料施用量

傳統(tǒng)施肥依賴農(nóng)民的種植經(jīng)驗(yàn)和較為粗放式的肥料施用方法，如撒施、溝施、穴施等。這些方法雖然在一定程度上滿足了作物養(yǎng)分需求，但其常規(guī)施肥中的肥料利用率僅為30%～40%，尤其是在現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)中，其缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)。一方面，由于傳統(tǒng)施肥方式的粗放性和不精確性，大量肥料未能被作物有效吸收，造成了資源浪費(fèi)，增加了生產(chǎn)成本；另一方面，傳統(tǒng)施肥方式容易導(dǎo)致化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)投入品隨水流進(jìn)入水體，造成面源污染，影響水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。水肥一體化機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用能夠精準(zhǔn)控制施肥時(shí)間和肥料供給量，并通過將灌溉和施肥有機(jī)結(jié)合，利用滴灌、噴灌等方式，直接將水肥輸送到作物根部，減少養(yǎng)分流失和環(huán)境污染。因此，應(yīng)用水肥一體化機(jī)械能夠節(jié)約肥料施用量，提高肥料利用率。以滴灌施肥為例，其肥料利用率在80%左右。

（三）減少病蟲草害發(fā)生

傳統(tǒng)的施肥方式往往依賴單一肥料，如氮肥等，忽視了磷、鉀和其他微量元素的平衡供應(yīng)。長(zhǎng)期施用單一肥料不僅會(huì)導(dǎo)致土壤中某些養(yǎng)分過剩，造成養(yǎng)分失衡，還會(huì)影響作物健康，降低作物的抗逆性，使作物更容易受到病蟲害侵襲。例如，過量施用氮肥可能導(dǎo)致作物徒長(zhǎng)，莖葉過于柔嫩，反而增加了病菌和害蟲的入侵機(jī)會(huì)。不僅如此，傳統(tǒng)的施肥方式常伴隨大水漫灌，這種灌溉方式容易導(dǎo)致土壤濕度過高，為病菌和害蟲提供了適宜的濕度條件。特別是在高溫高濕環(huán)境下，霜霉病、白粉病等病害更容易發(fā)生和傳播。因此，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)越來越傾向于采用科學(xué)施肥技術(shù)，如測(cè)土配方施肥、精準(zhǔn)施肥、水肥一體化機(jī)械等。其中，水肥一體化機(jī)械通過水肥精準(zhǔn)施用，能夠有效促進(jìn)作物根系對(duì)營(yíng)養(yǎng)的吸收儲(chǔ)備，減少化肥對(duì)土壤的損傷，并具有改善土壤微生態(tài)環(huán)境、減少病菌、抑制雜草生長(zhǎng)等作用。

（四）減少化學(xué)農(nóng)藥污染

化學(xué)農(nóng)藥在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中起到了重要的病蟲害防治作用，但也帶來了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。一方面，化學(xué)農(nóng)藥在土壤中的降解速度較慢，容易長(zhǎng)期殘留在土壤中，形成累積效應(yīng)，造成土壤污染；另一方面，化學(xué)農(nóng)藥會(huì)通過雨水沖刷、灌溉回流等方式進(jìn)入河流、湖泊等地表水體，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，引發(fā)藻類暴發(fā)，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)。同時(shí)，部分農(nóng)藥具有較強(qiáng)水溶性，能夠滲透到地下水中，污染飲用水源。此外，化學(xué)農(nóng)藥在噴灑過程中，部分藥劑會(huì)揮發(fā)到空氣中，形成氣溶膠或微小顆粒，隨風(fēng)飄移，擴(kuò)散到周邊地區(qū)，不僅會(huì)污染農(nóng)田周圍的空氣，而且揮發(fā)到空氣中的農(nóng)藥可能會(huì)重新沉降到地面，污染土壤和水體，形成二次污染。水肥一體化機(jī)械是減少化學(xué)農(nóng)藥污染的重要途徑，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用符合綠色農(nóng)業(yè)的發(fā)展理念。精準(zhǔn)施用化學(xué)農(nóng)藥，能夠減少化學(xué)農(nóng)藥施用量，降低對(duì)土壤和水體污染的風(fēng)險(xiǎn)。

（五）降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)勞動(dòng)力的需求大，整體農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益偏低。水肥一體化機(jī)械通過高度自動(dòng)化和智能化設(shè)計(jì)，顯著降低了人工成本，特別是在大規(guī)模農(nóng)場(chǎng)和設(shè)施農(nóng)業(yè)中，其優(yōu)勢(shì)尤為明顯。水肥一體化系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間表自動(dòng)進(jìn)行灌溉和施肥，不需要農(nóng)民每天親自到田間進(jìn)行操作。同時(shí)，該系統(tǒng)還配備了各種傳感器（如土壤濕度傳感器、溫度傳感器、pH傳感器等），能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)田環(huán)境參數(shù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)節(jié)水肥供應(yīng)，避免了人工頻繁調(diào)整問題。此外，傳統(tǒng)的施肥方式通常需要農(nóng)民頻繁進(jìn)行開溝、撒肥、覆土等操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大且效率低。水肥一體化機(jī)械通過管道和滴灌帶直接將水肥輸送到作物根部，農(nóng)民只需定期檢查設(shè)備運(yùn)行情況，從而大幅減輕了體力勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了水肥施用量。由此可見，水肥一體化機(jī)械應(yīng)用具有高效、便捷、智能化、自動(dòng)化等特點(diǎn)，能夠有效降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中人力和時(shí)間、水肥等成本。

三、水肥一體化機(jī)械在不同作物生產(chǎn)中的應(yīng)用模式

（一）大田作物

在灌溉小麥、玉米等作物時(shí)，推薦使用噴灌、噴水帶、滴灌等方式。對(duì)于高海拔區(qū)域來說，水源與田地間存在顯著高度差，需要結(jié)合實(shí)際情況采用具備壓力補(bǔ)償功能的滴灌管道，以確保灌溉效率及均勻性。

1.滴灌模式。滴灌系統(tǒng)中滴灌管應(yīng)盡可能與作物種植行平行，同時(shí)管間間隔應(yīng)保持在50～60 cm。特殊情況下，如土質(zhì)較輕的沙土，則可以適當(dāng)縮小管間間距；若土質(zhì)黏性較大，則可以適當(dāng)增加管間間距。滴頭間距同樣需要根據(jù)實(shí)際土壤性質(zhì)進(jìn)行選擇，一般情況下滴頭間距主要保持在20～30 cm。

2.噴水帶模式。在安裝噴水帶時(shí)，應(yīng)根據(jù)其最大噴灑寬度確定位置，同時(shí)應(yīng)綜合土壤實(shí)際性質(zhì)。若土壤性質(zhì)為沙土，則噴水帶覆蓋寬度應(yīng)保持在1.0～1.5 m；若土壤性質(zhì)為壤土或黏土，則應(yīng)將其覆蓋寬度控制在1.5～2 m。

3.噴灌模式。噴灌系統(tǒng)中桿行距應(yīng)保持在20～24 m、桿間間距應(yīng)保持在20～22 m，噴灌管直徑應(yīng)保持在4～6 cm、高度控制在2～3 m。為確保噴管效果，需要選擇在無風(fēng)條件下進(jìn)行，避免出現(xiàn)噴灑不均勻的現(xiàn)象。

（二）蔬菜

在水肥一體化技術(shù)模式中，蔬菜作物通常選擇滴灌模式。對(duì)于設(shè)施蔬菜來說，可以選擇膜下滴灌，滴頭間距通?？刂圃?0～35 cm。若種植作物需水量較高，可根據(jù)實(shí)際情況將滴頭間距控制在15～20 cm，以確保水分供給充足。滴灌管鋪設(shè)通常為每行一根，若行距較密，則可選擇每?jī)尚幸桓匿佋O(shè)方法，以此提高水資源利用率。

此外，每次實(shí)施時(shí)需要做好以下幾點(diǎn)：第一，確保滴灌管出水口朝上，以防土壤顆粒堵塞滴頭；第二，每次施肥前應(yīng)先進(jìn)行20～30 min的清水灌溉，這樣能夠提高土壤濕潤(rùn)度，為后續(xù)施肥創(chuàng)造良好條件，避免肥料直接接觸干燥土壤而影響吸收效率；第三，施肥完成后，需繼續(xù)灌溉20 min左右的清水，這一過程能確保肥料養(yǎng)分充分滲透至作物有效根區(qū)，同時(shí)能防止肥料溶液滯留土壤表層而灼傷作物根部。

以番茄種植園、果園、桃園等為例，在實(shí)際種植中土壤含水量通常應(yīng)維持在田間持水量的70％～90％，濕潤(rùn)深度以25～30 cm為宜。每次灌溉用水量可控制在120～150 m3·hm-2，以保持適宜的土壤濕度，促進(jìn)作物健康生長(zhǎng)和高產(chǎn)。

四、水肥一體化機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中存在的問題

（一）投資和維護(hù)成本高

盡管水肥一體化機(jī)械在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和資源利用效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，然而在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。雖然有國(guó)家政策補(bǔ)貼，但水肥一體化機(jī)械設(shè)備購(gòu)置費(fèi)用仍然較高，包括水泵、過濾器、肥料儲(chǔ)存罐、滴灌帶、控制器等關(guān)鍵部件，對(duì)小型農(nóng)戶或經(jīng)濟(jì)條件較差的地區(qū)，初期投資成為一大障礙。不僅如此，水肥一體化機(jī)械安裝還需要專業(yè)技術(shù)人員，且后續(xù)設(shè)備維護(hù)和修理也需要一定的資金和技術(shù)支持，特別是復(fù)雜的自動(dòng)化系統(tǒng)，維護(hù)成本更高，造成農(nóng)民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)較重。

（二）肥料選擇與配比不夠合理

水肥一體化系統(tǒng)要求肥料必須是全溶性，以確保其能夠順利通過管道并均勻分布到作物根部。然而，市場(chǎng)上部分肥料的溶解性較差，容易在管道中沉淀或結(jié)晶導(dǎo)致堵塞，影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。此外，適合水肥一體化系統(tǒng)的專用肥料種類相對(duì)較少，且缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)民在選擇肥料時(shí)往往感到困惑，難以找到合適的產(chǎn)品。由于農(nóng)民不能選到適合的肥料，不僅無法充分發(fā)揮水肥一體化系統(tǒng)的效能，還可能造成資源浪費(fèi)和設(shè)備損壞。

（三）技術(shù)人員綜合素質(zhì)相對(duì)較低

受傳統(tǒng)思想觀念根深蒂固的影響，一些農(nóng)民習(xí)慣了傳統(tǒng)的灌溉和施肥方式，對(duì)新技術(shù)的接受度較低，認(rèn)為水肥一體化系統(tǒng)過于復(fù)雜，不愿意嘗試新的種植模式。由于缺乏系統(tǒng)培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)，農(nóng)民難以掌握設(shè)備的操作和維護(hù)技能，導(dǎo)致設(shè)備使用效率低下或頻繁出現(xiàn)故障。在一些偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)，農(nóng)民文化水平和技術(shù)素質(zhì)相對(duì)較低，難以理解復(fù)雜的水肥一體化機(jī)械原理和操作方法。特別是對(duì)于智能化程度較高的系統(tǒng)，如遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等功能，農(nóng)民往往感到無從下手，影響了系統(tǒng)正常運(yùn)行和效果發(fā)揮。此外，部分地區(qū)缺乏專業(yè)技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)，導(dǎo)致農(nóng)民在遇到設(shè)備故障或技術(shù)問題時(shí)，無法及時(shí)得到有效幫助和支持，影響了水肥一體化機(jī)械的推廣應(yīng)用。

五、水肥一體化機(jī)械在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用推廣策略

（一）加大資金支持力度，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)

1.加大政府補(bǔ)貼力度。補(bǔ)貼金額可以根據(jù)設(shè)備的規(guī)模和類型進(jìn)行差異化設(shè)置，特別是針對(duì)經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)的小型農(nóng)戶，應(yīng)提供更高補(bǔ)貼比例，降低初期投資成本。

2.加大金融支持力度。通過積極與金融機(jī)構(gòu)展開合作，推出專門針對(duì)水肥一體化設(shè)備的低息貸款項(xiàng)目。例如，貸款利率應(yīng)低于市場(chǎng)平均水平，還款期限應(yīng)根據(jù)農(nóng)戶的實(shí)際收入情況靈活設(shè)定，幫助農(nóng)民緩解資金壓力。

3.提供一定的設(shè)備維護(hù)保障。一方面，建立專業(yè)維護(hù)團(tuán)隊(duì)，定期為農(nóng)民提供設(shè)備檢查和維護(hù)服務(wù)。維護(hù)團(tuán)隊(duì)可以定期到田間地頭進(jìn)行巡檢，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。例如，每年進(jìn)行2～4次全面檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，避免設(shè)備故障影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。另一方面，設(shè)立技術(shù)服務(wù)熱線和在線平臺(tái)，提供24 h的技術(shù)支持和故障排除服務(wù)。農(nóng)民可以通過電話、微信、APP等方式隨時(shí)咨詢技術(shù)問題，技術(shù)人員應(yīng)在接到求助后的24 h內(nèi)回應(yīng)，并盡快解決問題。

（二）科學(xué)配置肥料

1.加大專用肥料研發(fā)力度。鼓勵(lì)肥料生產(chǎn)企業(yè)加大研發(fā)投入，開發(fā)適合水肥一體化系統(tǒng)的全溶性肥料。這些肥料應(yīng)具有良好的溶解性和穩(wěn)定性，能夠在管道中順暢流動(dòng)，避免沉淀或結(jié)晶。相關(guān)部門可以通過科研項(xiàng)目資助、技術(shù)創(chuàng)新獎(jiǎng)勵(lì)等方式，支持企業(yè)開展相關(guān)研發(fā)工作。

2.完善水肥一體化專用肥料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。相關(guān)部門應(yīng)盡快制定和完善水肥一體化專用肥料質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范市場(chǎng)秩序，確保農(nóng)民能夠購(gòu)買到合格的產(chǎn)品。

3.加大力度推廣智能施肥系統(tǒng)。智能施肥系統(tǒng)可以根據(jù)作物不同生長(zhǎng)階段的需求，自動(dòng)調(diào)整肥料種類和用量，提高施肥精度，各地應(yīng)加大推廣力度，普及智能施肥系統(tǒng)相關(guān)信息。

（三）培養(yǎng)專業(yè)人員，加強(qiáng)技術(shù)指導(dǎo)

1.組織專業(yè)技術(shù)人員深入農(nóng)村，開展水肥一體化技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)和指導(dǎo)。培訓(xùn)內(nèi)容包括設(shè)備操作、維護(hù)、故障排除等，幫助農(nóng)民掌握系統(tǒng)使用方法，可以通過現(xiàn)場(chǎng)演示、視頻教學(xué)、發(fā)放操作手冊(cè)等多種形式，增強(qiáng)培訓(xùn)效果。

2.利用互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)應(yīng)用，提供遠(yuǎn)程培訓(xùn)課程和技術(shù)咨詢服務(wù)。農(nóng)民可以通過在線平臺(tái)觀看視頻教程、參加直播講座，隨時(shí)隨地學(xué)習(xí)水肥一體化技術(shù)。此外，還可以通過微信群、QQ群等方式，建立技術(shù)交流社區(qū)，方便農(nóng)民隨時(shí)提問和分享經(jīng)驗(yàn)。

3.積極與農(nóng)業(yè)院校和職業(yè)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)合作。開設(shè)水肥一體化技術(shù)相關(guān)的職業(yè)培訓(xùn)課程，培養(yǎng)一批懂技術(shù)、會(huì)操作的專業(yè)人才。培訓(xùn)課程包括理論學(xué)習(xí)、實(shí)踐操作、案例分析等內(nèi)容，確保學(xué)員能夠全面掌握水肥一體化技術(shù)。

六、結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式主要依賴人工灌溉和施肥，這種方式不僅效率低下，還容易造成水資源浪費(fèi)、土壤污染及養(yǎng)分流失等問題。水肥一體化機(jī)械是一種創(chuàng)新性農(nóng)業(yè)管理技術(shù)，其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用不僅能解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題、實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化水肥供給，還能顯著減少環(huán)境污染、促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠色轉(zhuǎn)型。未來，相關(guān)部門應(yīng)進(jìn)一步加大水肥一體化機(jī)械應(yīng)用推廣力度，積極推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)向可持續(xù)、綠色的方向轉(zhuǎn)型。

作者簡(jiǎn)介：董振濤（1974—），男，河南洛陽(yáng)人，本科，工程師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。