設施蔬菜水肥一體化技術

楊文杰 別之龍 黃遠

1 設施蔬菜水肥一體化設施設備

水肥一體化，又稱灌溉施肥、管道施肥、隨水施肥等，是指利用管道灌溉系統，將液體肥料或可溶性固體肥料配制成的肥液與灌溉水一起定時、定量輸送到作物生長區域的方法。水肥一體化能夠根據土壤養分狀況和作物的需肥、需水規律與特點，做到精準灌溉、科學施肥，具有水肥均衡、節水節肥，易于控制溫濕度，減輕病害，提高水肥利用率，減少人力與物力的浪費，改善產品品質和生態環境的優點[1]。因此，應用水肥一體化可改善設施蔬菜生產中的水肥管理問題，并可用于開發沙地、陡坡地、鹽堿地等邊緣土地，有利于提高設施農業的生產能力和農業標準化、自動化、規模化和集約化發展，是一種現代化的施肥方式[2]。本文對設施蔬菜水肥一體化的技術要點進行了分析，對設施蔬菜的優質高效栽培、減肥增效具有一定的參考價值。

水肥一體化系統主要由水源、首部樞紐、輸水管網、施肥器等部分組成。

①水源 可選擇江、河、湖泊、池塘、水庫、溝渠或收集的雨水等地表水以及井水、泉水等地下水。水源應根據實際情況進行預處理，去除泥沙和雜質，再經首部樞紐處理，處理后的水質應符合GB/T 5084-2005《農田灌溉水質標準》和 GB/T 50485-2009《微灌工程技術規范》的規定。

②首部樞紐 包括水泵及動力機、過濾器、肥料注入裝置、測量控制儀等多種設施設備。

a.水泵。常用的水泵有潛水泵、深井泵、離心泵、管道泵等。根據水源狀況、灌溉面積選用適宜類型和功率的水泵，有條件時可配置2臺泵交替使用。

b.過濾裝置。一般安裝在水源附近。有沉淀池、攔污柵、砂石過濾器、篩網過濾器、離心過濾器和疊片過濾器等。進水端直接與水泵出水口相連，出水端與供水管網相連。過濾裝置應能夠過濾掉大于灌水器流道尺寸1/10～1/7的粒徑雜質。

c.施肥裝置。主要有肥液配制和施肥裝置設備。肥液配制設備包括施肥桶或施肥池，應選擇抗腐蝕材料，或在內壁涂防腐層。施肥裝置包括重力自壓式施肥、壓差式施肥裝置、文丘里施肥器、比例式注肥泵[3]。目前應用較多的是文丘里施肥器和比例式注肥泵，使用時根據實際情況進行選擇[4]。

d.控制設備和儀表。包括控制閥、流量和壓力調節器、流量表或水表、壓力表、安全閥、止逆閥、進排氣閥、電器控制柜或程序控制器、電磁閥或閘閥、傳感器、控制線路等，可根據需要選擇安裝。

③灌溉系統 根據不同作物和栽培設施選擇不同的灌溉系統，也可以多種灌溉方式并存，主要包含干管、支管、灌水器等設備。干管鋪設的間距應控制在120 m以內，毛管（滴灌帶）可在作物播種噴撒完除草劑后，鋪設在兩壟中間。灌水器是整個系統末端的灌水裝置，分為滴灌、微噴和噴灌系列[5]。符合NY/T 2623-2014《灌溉施肥技術規范中系統》布設技術要求。滴灌管應順行鋪設，距離作物主干基部5～15 cm。

2 水肥一體化的主要類型與模式

水肥一體化的類型應根據當地實際情況以及蔬菜的種類進行選擇。目前設施蔬菜水肥一體化常用的模式有文丘里施肥器+滴灌、文丘里施肥器+微噴灌和比例式施肥器+滴灌。茄果類、瓜類等蔬菜作物生產一般采用施肥器+滴灌模式，綠葉蔬菜生產一般采用施肥器+微噴模式[6，7]。 隨著用戶對灌溉設備和灌溉質量要求的提高，施肥設備由文丘里施肥器向比例式注肥泵轉變。此外，移動式免電源施肥車由于造價低、使用方便，有較大幅度增長趨勢[4]。

施肥模式有半程水肥一體化和全程水肥一體化[8]。半程水肥一體化常應用于土壤栽培，施肥采用基施和追施相結合的方式，基肥在定植前施足，結合耕地翻入土中，作物生長過程中采用水肥一體化方式追肥。全程水肥一體化常應用于無土栽培，蔬菜整個生長過程所需養分和水分全程采用水肥一體化方式供給管理。

3 水肥一體化的技術要點

3.1 肥料選擇

水肥一體化肥料選擇標準為溶解度高、養分含量高、肥料間相容性好、對灌溉水影響小、腐蝕性弱。固體肥包括大量元素、中量元素、微量元素，常用的普通大量元素固體肥有：尿素、硝酸鉀、硝酸銨、硫酸銨、硝酸鈣、磷酸、磷酸二氫鉀、磷酸二氫銨、氯化鉀等；中量元素肥料有硫酸鎂。液體肥包括氨基酸水溶肥、含腐植酸水溶肥、有機水溶肥以及大量元素水溶肥、中量元素水溶肥、微量元素水溶肥。根據作物類型和生長發育階段等選擇符合農業部行業登記的肥料。

在選擇肥料品種時要考慮以下問題：①肥料與灌溉水間的相互作用，灌溉水的溫度、水質、pH值、電導率和可溶性鹽含量等對肥料溶解度和酸堿度的影響；如硬度高的灌溉水應選擇酸性肥料（磷酸或磷酸二氫銨等磷肥）以防沉淀生成；早春低溫季節少用尿素，多用銨態氮肥和硝態氮肥等防止鹽析現象。②肥料對灌溉設備材質的腐蝕問題，如硫酸銨、硝酸銨、磷酸及硝酸鈣等避免使用鍍鋅鐵設備；磷酸二銨、硫酸銨、硝酸銨等避免使用青銅或黃銅設備。③作物對氯離子的耐性，對某些氯敏感作物 （如西瓜、馬鈴薯等）和鹽漬化土壤要控制使用氯化鉀，配合使用硫酸鉀和氯化鉀。④肥料間的相容性，對混合后會產生沉淀的肥料采用2個以上的貯肥罐分別貯存。

3.2 制定灌溉施肥管理制度

①水分管理 設施滴灌施肥的灌水定額應比大棚畦灌減少30%～40%；蔬菜適宜的計劃濕潤深度一般為20～30 cm。根據種植作物的需水規律、土壤理化性質、土壤墑情、蔬菜的根系分布、設施環境條件和技術措施等因素制定灌溉制度。包括作物不同生育期的灌水量、灌水次數、灌溉時間和每次灌水量的確定。以黃瓜為例：每茬春黃瓜的總灌溉量為3000～4500 m3/hm2，定植時澆足水，定植成活至初花期適當控水蹲苗，結果期供應足量的水分[9]。

②施肥制度 確定不同生長階段的施肥量[9]，可利用施肥量的計算公式：施肥量=（目標產量/1000×每形成1000 kg經濟產量的養分吸收量-2.25×土壤養分測定值×有效養分系數）/（肥料中有效養分含量×肥料利用率）。第一步，確定作物的目標產量，一般在當地近3 a平均產量的基礎上增加5%～10%，或與上季正常產量持平。第二步，計算達到目標產量的養分理論需求量。第三步，調整養分理論需求量，依據土壤養分含量的分析結果及有機肥的施用量進行調整。第四步，根據養分施吸比計算應施入的肥料量，一般設施栽培條件下氮肥（N）、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）的利用效率分別為55%～68%、30%～35%、70%～80%，可用比傳統栽培方法減少1/3～1/2的肥料用量來確定。第五步，按照作物各生長階段需肥規律配置養分。

以設施栽培黃瓜為例，目標產量為 60000 kg/hm2，每生產1000 kg 黃瓜吸收 N 3.2 kg、P2O51.8 kg、K2O 4.4 kg[9]，按照 N、P2O5、K2O平均利用效率分別為62.5%、32.5%、75.0%，在未計算土壤養分含量和肥料中有效養分含量的情況下，實現上述產量應每1 hm2施 N 192 kg、P2O5108 kg、K2O 234 kg；黃瓜抽蔓期、始瓜期、盛瓜期、結瓜后期N吸收率分別為 1.52%、14.80%、50.13%、32.70%，P2O5吸收率分別為0.86%、8.70%、46.78%、43.31%，K2O吸收率分別為0.87%、14.00%、47.36%、37.91%[8]， 則可計算出黃瓜設施栽培抽蔓期至結瓜后期肥水一體化的施肥制度。

③水肥耦合 按照總量控制、分段擬合、肥隨水走、少量多次的原則，合理分配作物不同生育階段的總灌溉水量和施肥量[7]。具體內容包括基肥與追肥的比例及不同生育期的灌溉施肥次數、時間、灌水量和施肥量等，并根據天氣情況、土壤墑情和作物長勢等因素進行調整。

④濃度控制 根據蔬菜種類、植株大小、生長階段、栽培方式等確定肥液的濃度，避免肥害或營養不足。通常控制肥料溶液有以下方法，EC值為1～3 mS/cm，或鹽濃度1～3 g/L，或根據肥料養分含量稀釋100～800倍，或按照肥料包裝說明書配制[8]。

⑤運行模式 一般按照 “清水—肥水—清水”的模式運行，即先用清水灌溉10 min，再用肥水灌溉，然后滴20 min左右清水，用于沖洗系統。

4 注意事項

①設施維護 使用過程中要對系統設備進行日常維護，定期檢查、及時維修系統的各種設備；過濾器每周拆卸清洗1次；定期清洗肥料罐；按設備說明書要求保養施肥器；灌溉施肥過程中，若遇到供水中斷，應盡快關閉施肥裝置的進水管閥門，防止肥液倒流。

②防堵塞 殘留的肥液會使滴頭處生長青苔、藻類等低等植物或微生物，肥料結晶或沉淀、灌溉水的雜質等均會導致滴頭堵塞。因此，應充分考慮不同灌溉方式對水質的要求，根據雜質類型、雜質多少進行水源凈化和過濾；生產中定期沖洗滴灌管尾端，一般滴完肥，根據土壤水分狀況滴清水將管道內的肥液沖洗干凈。過濾器前后壓差大于0.02 MPa時應清洗過濾器。

③防肥害 肥害可能是一次性過多施肥引起的，會抑制蔬菜生長。此外，苗期還會因為一次性大量施用銨態氮肥而引起氨中毒問題。

④防脫肥 尿素、硝態氮肥（如硝酸鉀、水溶性復合肥）易隨水流失，過量灌溉會造成養分流失到根層以下而造成脫肥，因此避免過量灌溉。

⑤養分平衡 茄果類、瓜類蔬菜除了對氮、磷、鉀需求量較大外，對鈣、鎂、硫需求也較高[9]，因此，施肥時應配合施用大量元素、中微量元素及有機肥、化肥，以達到養分平衡供給。

⑥灌溉及施肥均勻 無論是滴灌還是噴灌，都要保證灌溉均勻；盡量做到肥水混勻、保證每一植株水量和肥量一致。