肥水一體化系統(tǒng)的研究與在煙草上的推廣應(yīng)用

張二朋 王維超

（1.鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450018；2.許昌市煙草公司襄城縣分公司，河南 許昌 461000）

肥水一體化系統(tǒng)的研究與在煙草上的推廣應(yīng)用

張二朋1王維超2

（1.鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450018；2.許昌市煙草公司襄城縣分公司，河南 許昌 461000）

肥水一體化系統(tǒng)是當(dāng)前節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要模式之一，文章介紹了鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院研究開發(fā)的一套肥水一體化系統(tǒng)，并簡要介紹了該系統(tǒng)的示范推廣效果，總結(jié)了肥水一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢和存在的問題，并對以后發(fā)展和推廣提出了一些建議。

肥水一體化；推廣應(yīng)用；煙草；節(jié)水灌溉

肥水一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體，肥料溶解于水中隨灌溉水輸送到作物根區(qū)的農(nóng)業(yè)新施肥技術(shù)[1]，和常規(guī)栽培管理技術(shù)相比具有省肥節(jié)水，省工省力，降低田間濕度，減少田間作物病害，減少對環(huán)境的污染，增產(chǎn)增效等優(yōu)點[2，3]。目前，在一些發(fā)達(dá)國家如以色列、美國、澳大利亞等國家已經(jīng)形成了完善的設(shè)備生產(chǎn)，肥料配制，推廣和服務(wù)的水肥一體化灌溉施肥技術(shù)體系[4]，世界總應(yīng)用面積超過1億畝。然而，我國的有關(guān)的設(shè)施灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用還處于起步階段，還存在著灌溉技術(shù)和施肥技術(shù)脫離，灌溉施肥工程管理水平低，灌溉施肥研究和技術(shù)培訓(xùn)不足等主要技術(shù)攻關(guān)問題[5]。

農(nóng)業(yè)部辦公廳關(guān)于《水肥一體化技術(shù)指導(dǎo)意見》要求以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，緊緊圍繞現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，按照轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、建設(shè)生態(tài)文明要求，突出重點區(qū)域和主要作物，確定主推技術(shù)模式，創(chuàng)新工作方法，著力推進(jìn)水肥一體化技術(shù)本土化，輕型化和產(chǎn)業(yè)化。鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院經(jīng)過長期研究開發(fā)出了一套通過對田間土壤信息、農(nóng)田環(huán)境信息的自動化采集，運用精準(zhǔn)灌溉技術(shù)和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)等，實現(xiàn)灌溉施肥過程的自動化和智能化的肥水一體化技術(shù)體系，嚴(yán)格有效滿足作物需水需肥的同時又能節(jié)水節(jié)肥，保護(hù)環(huán)境。

1 肥水一體化系統(tǒng)簡介

圖 1 肥水一體化系統(tǒng)模式圖

該肥水一體化系統(tǒng)是由鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院設(shè)計，以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)為依據(jù)，結(jié)合計算機(jī)工業(yè)控制技術(shù)中的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動控制滴灌系統(tǒng)，實時監(jiān)測植物土壤濕度、土壤鹽分、環(huán)境溫度和光照的變化，通過無線網(wǎng)絡(luò)將傳感器信號反饋，結(jié)合傳感器融合技術(shù)和農(nóng)作物植株生長周期等信息對滴灌動作做出精確判斷，實現(xiàn)高效地施肥節(jié)水一體化自動灌溉。

硬件部分主要包括工業(yè)控制計算機(jī)、單片機(jī)、Zigbee無線傳輸設(shè)備、A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及開關(guān)量控制模塊、土壤濕度傳感器、土壤鹽分、空氣溫濕度、水流量計、田間控制單元等部分。

傳感器信息顯示采集到的土壤水分、土壤鹽分、水流計算量、大氣等綜合信息，用戶可根據(jù)相應(yīng)的信息制定自動、手動、半自動灌溉計劃。在灌溉過程中，當(dāng)泵和相映單元的閥門打開時，操作界面即產(chǎn)生泵、閥、水流等即時效果。泵和閥門的控制將由未開啟是的紅色變?yōu)榫G色，并有水流動的即時效果產(chǎn)生，入遇到閥門或泵未打開，則不會產(chǎn)生水流效果，泵和閥成紅色或黃色，并在告警區(qū)域顯示告警，如遇告警請查看對應(yīng)單元的泵閥的狀態(tài)。

系統(tǒng)安裝設(shè)計了360度高清紅外球機(jī)，可對植株頁面進(jìn)行遠(yuǎn)程實時觀測，并在巡航當(dāng)中進(jìn)行頁面的近距離單株拍照，并將正常植株的頁面和受損植株（病蟲害）的頁面進(jìn)行對比、分析、編號，當(dāng)受損植株比例大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)植株時產(chǎn)生預(yù)警信息。

圖 2 肥水一體化操作界面

2 肥水一體化的推廣應(yīng)用

2.1 肥水一體化系統(tǒng)示范試驗情況

鄭州在田農(nóng)業(yè)科技研究院的肥水一體化系統(tǒng)示范試驗田位于河南許昌襄縣，試驗作物為煙草，示范面積200畝。

肥水一體化施肥特點：

2.1.1 肥料溶解與混勻。施用液態(tài)肥料時不需要攪動或混合，一般固態(tài)肥料需要與水混合攪拌成液肥，必要時分離，避免出現(xiàn)沉淀等問題。

2.1.2 施肥量控制。施肥時要掌握劑量，注入肥液的適宜濃度大約為灌溉流量的0.1%。例如灌溉流量為50m3/畝，注入肥液大約為50升/畝；過量施用可能會使作物致死以及環(huán)境污染。

2.1.3 灌溉施肥的程序分3個階段。第一階段，選用不含肥的水濕潤；第二階段，施用肥料溶液灌溉；第三階段，用不含肥的水清洗灌溉系統(tǒng)。

2.2 肥水一體化示范效果

2.2.1 節(jié)水節(jié)肥肥水一體化系統(tǒng)灌溉是局部灌溉，灌水量是常規(guī)大水漫灌的30%-50%；由于肥料直接作用于作物根部，作物養(yǎng)分利用率高，比常規(guī)施肥節(jié)省肥料10%左右，減少了水肥的浪費。由于節(jié)水的特性，保證了干旱年份產(chǎn)量的穩(wěn)定性，減輕了生產(chǎn)風(fēng)險。另外可根據(jù)作物不同生長時期對水分養(yǎng)分的不同需求，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，真正達(dá)到按需分配。

2.2.2 對生長發(fā)育和病蟲害的影響。肥水一體化系統(tǒng)的示范煙田的葉面增大，根系增強(qiáng)，煙株長勢良好（圖3，表1）。示范區(qū)的煙葉花葉病和黑脛病比對照區(qū)分別減少了4%和3%，說明肥水一體化系統(tǒng)可以減輕煙草病害的發(fā)作（表2）。

圖 3 肥水一體化系統(tǒng)示范區(qū)煙草生長狀況

表 1 肥水一體化示范區(qū)與對照區(qū)不同生育期煙株地上及地下部農(nóng)藝性狀

表 2 示范區(qū)與對照區(qū)煙草花葉病和黑脛病發(fā)病情況

2.3 節(jié)能省工

肥水一體化灌溉平均每畝澆灌時間為0.5小時且1人即可操作，而傳統(tǒng)大水漫灌為2小時，需要2個人進(jìn)行。灌水的同時可適當(dāng)隨水施用部分化肥、農(nóng)藥，由于壟間缺水，限制了雜草的生長，減少的除草壓力大大節(jié)省了人工和農(nóng)事操作時間，得到了廣大種植戶的一致好評。

2.4 社會效益和生態(tài)效益

在煙草種植過程中，減少了肥料的大量施用，控制了灌水深度，可避免將化肥淋洗至深層土壤，從而大大減少由于不合理施肥、過量施肥等對土壤和地下水的污染。肥水一體化系統(tǒng)在當(dāng)?shù)責(zé)熮r(nóng)中得到了良好的反響，許昌煙草公司對此非常滿意，并受到國家煙草專賣局的贊揚，因此，堅定了煙農(nóng)種好煙的信心，產(chǎn)生的良好社會效益已經(jīng)顯現(xiàn)。

3 肥水一體化系統(tǒng)目前存在的問題及發(fā)展建議

3.1 對水質(zhì)，肥質(zhì)，肥料的水溶性、配肥技術(shù)要求較高，而有機(jī)肥、有機(jī)液肥很難通過肥水一體化系統(tǒng)施入土壤，極易堵塞毛管和噴頭。技術(shù)服務(wù)不到位，對各地的施肥制度優(yōu)化、施肥設(shè)備的開發(fā)和水溶肥料在肥水一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用缺乏必要的研究經(jīng)費和展示施肥平臺。

3.2 農(nóng)戶計算機(jī)操作水平較差，如何開發(fā)一個便于農(nóng)戶學(xué)習(xí)操作的計算機(jī)操作界面或者自動化控制面板，對于肥水一體化系統(tǒng)的應(yīng)用推廣具有重大意義。

3.3 全國煙田管理缺少系統(tǒng)的信息化管理，使肥水一體化系統(tǒng)在推廣過程中缺少相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐，難以實現(xiàn)精準(zhǔn)的施肥灌水操作，導(dǎo)致水肥的利用效率不能達(dá)到理想效果。

3.4 構(gòu)建推廣機(jī)制

充分發(fā)揮行政推動作用，整合行政管理、推廣機(jī)構(gòu)、科研教學(xué)單位、生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè)、農(nóng)民合作社等力量，形成系統(tǒng)推廣方案。積極爭取各級政府的支持，利用相關(guān)項目資金，扶持、引導(dǎo)、以推動肥水一體化的推廣工作，并充分發(fā)揮當(dāng)?shù)赝练收镜膬?yōu)勢，強(qiáng)化服務(wù)意識，提高專業(yè)技術(shù)水平和服務(wù)指導(dǎo)能力，發(fā)揮肥水一體化系統(tǒng)在肥料利用上的熱點。

3.5 注重宣傳引導(dǎo)

充分利用報紙、雜志、廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)等多媒體形式，為肥水一體化系統(tǒng)營造發(fā)展氛圍，廣泛宣傳肥水一體化技術(shù)增產(chǎn)增收、資源節(jié)約的效果及典型案例，營造社會各界廣泛關(guān)注、共同支持肥水一體化技術(shù)發(fā)展的良好氛圍。

[1]周彩珍，熊飛.大棚青黃瓜水肥一體化栽培技術(shù)[J].農(nóng)家科技，2013（4）：55.

[2]Bar-Yosef B.Advances in Fertiga?tion[J].Advances in Agronomy，1999，65: 1-77.

[3]Hagin J，Lowengart A.Fertigation for minimizeing environmentalpollution by fertil-izers[J].Fertilizer Research，1996，43: 5-7.

[4][5]張承林，鄧蘭生.水肥一體化技術(shù)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2013.

S435.72

A

1671-0037（2014）12-80-2

張二朋（1987.7-），男，碩士研究生，研發(fā)中心主任，研究方向：植物營養(yǎng)。