蔬菜不同灌溉模式和施肥模式研究

姜言嬌 薛麗 武術蘭 黃峰

摘要：選取山東省部分地區進行實地調研，以探究山東省壽光市、諸城市、桓臺縣不同灌溉和施肥情況下蔬菜的產量和水分生產率的差異。調查發現，山東省蔬菜種植設施大部分為東西暖棚，施肥模式主要為雞糞、豆餅肥、稻殼糞等農家糞和商品有機肥配施，灌溉方式主要為滴灌和大水漫灌，不同種類蔬菜的灌溉方式、灌溉量、灌溉頻率都有差異。壽光市、諸城市、桓臺縣經過多年發展，形成了自己獨有的蔬菜種植模式。

關鍵詞：山東;蔬菜;施肥;灌溉;產量;水分生產力

中圖分類號：S630.6;S630.7?文獻標志碼：A?文章編號：1002-1302（2020）21-0166-05

水分和養分是制約我國糧食、蔬菜等作物產量提高的關鍵因素，為了滿足作物對水分和養分的基本需要，在農業生產中通常會通過灌溉和施肥來調節土壤的生產力，以達到高產的目的，但是不合理的灌溉和施肥不僅浪費了水肥資源，還會導致土壤肥力下降，造成地區的生態環境惡化[1]。蔬菜是人們日常生活中必不可少的飲食產品，在我國的農業生產體系中占據了十分重要的地位，是我國除糧食作物外栽培面積最廣、經濟地位最重要的農作物;1995—2016年期間蔬菜在農作物種植結構中的占比從6.35%上升到13.40%，2016年蔬菜種植面積為 2 232.828萬hm2，蔬菜產量達到 79 779.71 萬t，比糧食產量高29.5%[2]。設施蔬菜具有良好的經濟效益，發展空間很大。由于設施蔬菜具有高收益、集約化的特點，農戶往往為了追求種植規模和產量，大量投入水肥和農藥，導致了溫室氣體排放、有毒物質殘留和土壤酸化、鹽漬化等一系列生態環境問題[3]。近年來，我國在宏觀政策方面提出降低肥料用量的要求，地方農技推廣部門也在推廣測土配方施肥、水肥一體化等技術，許多專家學者也在積極研究減少環境惡化的種植技術。在這一背景下，有必要對典型蔬菜種植區的施肥和灌溉現狀進行調查分析，從而為宏觀管理提供科學依據。

研究設施蔬菜的施肥和灌水情況，提高蔬菜種植業的水肥利用率對于我國農業資源的有效利用具有十分重要的意義。目前我國有很多學者通過調研等形式研究了農業中的施肥和灌水問題，劉維哲等基于剩余價值法和陜西關中地區農戶調研數據對農業灌溉用水經濟價值和影響因素進行評價，結果表明，農戶的節水意識可以影響灌溉水經濟價值，這可以為研究地區農業生產中合理用水，提高水資源利用效率提供依據[4]。孫艷軍等對徐州市和連云港市60戶種植戶的日光溫室蔬菜生產情況進行調研，了解了蘇北地區日光溫室蔬菜發展的基本情況，發現溫室蔬菜種植中存在生產管理水平低、缺乏標準化等問題，并提出應用多功能、機械化裝置進行灌溉施肥等建議[5]。為了解農戶對測土配方施肥技術的接受程度，王思琪等對554戶農戶進行實地調研，并運用Ordered-Probit模型對調研數據進行分析，結果發現，農戶的年齡和學歷以及經濟收入水平等都會影響農戶對環境友好型技術的采納[6]。但是目前對于蔬菜種植業整體的施肥用水情況和田間管理措施缺乏總體的研究，本研究著眼于我國水資源缺乏問題，重點研究山東部分地區蔬菜種植業現狀，探究蔬菜在溫室設施和保護地種植下的水肥資源利用情況，以期為我國蔬菜種植業的水肥資源利用提供依據。

1 材料和方法

1.1 調研區域

山東省壽光市位于山東半島中部，屬暖溫帶季風區半濕潤氣候，年均氣溫12.7～12.9 ℃，據山東省壽光市氣象局統計資料顯示，壽光市多年年平均降水量為593.8 mm，降水多集中于夏季。壽光市的農業生產極易受到當地氣候的影響[7]，蔬菜種植更是如此。壽光市是我國著名的“蔬菜之鄉”，是我國最早建造冬暖式大棚的地區，始辦于2000年的由山東省政府與我國農業農村部、科學技術部等部門聯合舉辦的中國國際蔬菜科技博覽會每年4月20日至5月20日都會在山東省壽光市蔬菜高科技示范園舉辦[8]。壽光市的蔬菜種植技術發展為我國北方地區蔬菜種植開創了一種新的方式，壽光蔬菜種植技術近幾年也傳向全國各地，壽光一直被當作是蔬菜種植的“風向標”[9]。山東省諸城市屬于暖溫帶大陸性季風半濕潤氣候，年均氣溫為13.2 ℃左右，年降水量達741.8 mm，雨熱同季，光照充足的氣候條件十分適宜種植農作物。山東省在農村改革方面取得的成果一直十分顯著，諸城市的貿工農一體化、農業產業化經營一直備受關注。2019年2月，由濰坊市人民政府和中共濰坊市委協辦，中國社會科學院哲學研究所、中國社會科學院社會發展研究中心等部門主辦的“諸城模式”“濰坊模式”“壽光模式”與鄉村振興理論研討會在北京召開，會上各部門深入討論交流“3個模式”，并為我國鄉村振興和“三農”問題的解決提出了建議[10]。淄博市桓臺縣是山東省長江以北區域1990年建成的第1個噸糧縣，農業生產種植體系與我國華北平原種植體系相同，以種植小麥、玉米為主，是山東地區具有代表性的糧食生產區[11]。山東省桓臺縣位于山東半島中部的魯中山區和魯北平原的結合地帶，屬于暖溫帶大陸性季風氣候，年均降水量達586.4 mm，降水主要集中于夏季，地表水十分短缺，且時空分布不均勻，工農業用水以地下水為主，全縣人均水資源擁有量僅為 354 m3[12]?；概_縣適宜種植玉米、小麥等農作物，極少種植蔬菜，蔬菜種植面積僅為0.17萬hm2左右，占全縣耕地面積的5%左右，主要由少數精細化蔬菜公司和家庭采摘農場種植。

本研究選取山東省壽光市、諸城市、桓臺縣3個比較有代表性的地區進行蔬菜種植調研，調研地點主要集中在壽光市古城鎮、寒橋鎮、孫家集鎮、文家鎮和紀臺鎮等地，諸城市昌城鎮、枳溝鎮、賈悅鎮和石梓子鎮等地，以及桓臺縣新城鎮、果里鎮、荊家鎮、馬橋鎮和唐山鎮等地，具體如圖1所示。本次調研壽光市大棚105個、諸城市大棚147個和桓臺縣大棚126個，共計378個大棚。

1.2 調研內容和方法

針對設施蔬菜種植系統目前存在的不合理管理措施及帶來的環境問題，以山東省壽光市、諸城市和桓臺縣為研究對象，以調查問卷和一對一農戶面談方法對蔬菜設施建造情況、施肥情況和灌溉模式進行詳細調查，調研內容主要涉及農戶基本情況、施肥情況、灌溉情況、投入產出等基本情況。為進一步探究設施蔬菜的水分生產力，對蔬菜的灌溉用水進行定量處理和定性分析。通過式（1）、式（2）計算水泵灌溉每小時的出水量，然后通過灌水時長、灌溉次數等進一步求出蔬菜生育期灌溉總用水量。

式中：M為水泵每小時出水量;P為水泵功率;H為揚程;75%為大多數水泵效率;9.8 m/s2為重力加速度。

1.3 數據處理

數據和圖形采用Excel 2010進行處理，部分圖形使用ArcGIS 10.2進行處理。

2 結果與分析

2.1 蔬菜設施情況

山東省蔬菜種植設施主要有南北拱棚、東西暖棚（日光溫室）、露天等3種。在本次調研中，南北拱棚、東西暖棚和露天蔬菜占比分別為82%、15%和3%，如圖2所示。南北拱棚相比東西暖棚溫度稍低2～3 ℃，南北大拱棚投入資金為 35 000～40 000元/667 m2，東西暖棚投入資金為 60 000元/667 m2，露天基本不需要前期設施投入。番茄、黃瓜、蕓豆等蔬菜適宜種植在東西暖棚中，主要是由于東西暖棚的水熱條件適宜這幾種蔬菜生長，馬鈴薯、西葫蘆等適宜種植在南北拱棚中，露天條件下主要種植生姜、大蔥等蔬菜。由于不同的設施中種植的蔬菜種類不同，蔬菜產量沒有可比性，但通過農戶收益情況了解到，東西暖棚設施使用年限更久，收益相對更高。

2.2 蔬菜農家肥施用情況

蔬菜種植目前多采用農家肥和商品有機肥配施的方式。對本次調研的蔬菜施肥情況進行整理，比較分析3個地區不同的農家肥施用情況。如圖3所示，諸城市蔬菜農家肥以雞糞、稻殼糞為主，豬糞、牛糞和豆餅肥施用均比較少;壽光市農家肥主要為稻殼糞、雞糞和豆餅肥，由于當地養豬、養牛較少，基本不施用豬糞和牛糞;桓臺縣農家肥以雞糞為主，施用牛羊豬糞的較少，另外在調查戶中還出現了施用沼液沼渣的情況，該種植農場主要走生態循環農業路線。通過對3個調研地區進行比較可以發現，雞糞是山東地區蔬菜種植施用最普遍的農家肥，不合理地施用雞糞會造成燒根燒苗、誘發根際和病毒病害、滋生根結線蟲等問題。研究發現，雞糞的腐熟度與蔬菜的發芽指數等生物指標有密切的關系，低腐熟程度的雞糞可能影響蔬菜的播種和出苗，但腐熟程度高的雞糞不會影響蔬菜的出苗和成苗[13]。目前山東省蔬菜種植施用的雞糞通常購自相關公司，腐熟程度很高，個別農戶施用自己堆肥發酵的雞糞。施用雞糞可以增加土壤有效態養分含量、土壤微生物數量和酶活性等，可以有效改善土壤肥力[14]，充分腐熟發酵的雞糞是目前山東省蔬菜種植底肥施用普遍選擇的農家肥。腐熟徹底的豆餅目前也普遍被農戶接受，豆餅肥中含有大量蛋白質，可以轉化為氨基酸供作物吸收，營養價值十分豐富[15]。作物秸稈的不合理使用會影響生態環境，造成資源浪費，所以我國一直比較提倡施用稻殼糞，研究發現，稻殼糞中的生物質炭基肥與化肥配施可以在不影響蔬菜產量的情況下提高氮素農學利用率，改善蔬菜果實品質，可部分替代化肥[16]。雞糞、豆餅肥和稻殼糞是目前山東地區施用較多的農家肥，也是目前我國比較提倡使用的肥料。

2.3 蔬菜種植的灌溉方式

山東省蔬菜種植的灌溉方式主要有大水漫灌、溝灌、微噴、滴灌等，灌溉水源主要為地下水，設施蔬菜種植的灌溉方式主要為滴灌和大水漫灌，其中滴灌占比為50%左右，大水漫灌占比為25%左右（圖4）。不同蔬菜的灌溉周期不同，西紅柿、茄子和黃瓜等根系發達、葉面積大、生長速度相對較快的蔬菜需水量較大，灌水周期基本為7～10 d;菠菜和辣椒等生長期葉面積較小、根系不發達、生長和吸收速度較慢的蔬菜需水量相對較小，灌水周期為 10～15 d，農戶普遍表示，蔬菜是否需要灌水經常由地皮濕度決定，一般沒有固定的灌水周期，但普遍是冬天各種蔬菜的灌水次數會相應減少。

為了進一步了解調查地區的灌溉情況，對其灌溉水分生產力進行了相關整理計算。如表1所示，3個地區灌溉的水分生產力有所不同，主要發展蔬菜種植的壽光市灌溉用水投入較多，蔬菜產量大的同時所需的灌水量較大，水分生產力相對較低。西紅柿、黃瓜、辣椒和茄子的灌水量均超過 7 500 m3/hm2，其中黃瓜和茄子的灌水量更是超過了 10 000 m3/hm2，4種蔬菜的水分利用效率均較低。諸城市蔬菜產量較高，灌溉用水量比壽光市低，西紅柿、茄子等根系發達、葉面積大、生長速度相對較快的蔬菜需水量較大，灌水周期基本為7～10 d，灌水總量相對其他蔬菜較高，蕓豆、菜花的灌水量相對較低，調研蔬菜的水分利用效率均比較低，諸城市西紅柿、黃瓜的水分生產力高于壽光市。桓臺縣以種植糧食作物為主，少有蔬菜種植戶采取精細化蔬菜管理方式，西紅柿、茄子和辣椒等蔬菜均有較高的水分生產力。其中，西瓜、草莓和西紅柿等以家庭農場采摘為主的果蔬產量和水分利用效率很低，家庭農場管理者一般會通過充足灌水來滿足果蔬用水需求，保證果蔬品質。

3 討論與建議

3.1 蔬菜種植模式討論

蔬菜種植業是壽光市的第一產業，壽光蔬菜的種植面積為5萬hm2，總產量超過450萬t[17]。2018年，壽光市規劃建設面積為12 000 hm2的現代農業高新技術集成示范區，積極響應國家政策引進水肥一體化、高效生態農業等高新技術企業。壽光蔬菜產業對壽光市其他產業發展都產生了很大影響，蔬菜產業集群的不斷發展不僅產生出蔬菜銷售、加工配送等下游產業，還孕育了化肥、農藥、種苗、種子生產等上游產業，同時促進了壽光地區農業協會和科研機構的發展[18]。李俊良等前期的研究表明，山東壽光蔬菜種植存在施肥灌溉不合理、土壤酸化、土壤鹽化、病蟲害問題嚴重等現象[19]，所以通過實地調研了解壽光市現有蔬菜種植業實際情況的意義重大。山東省濰坊市諸城市與壽光市同屬于全國農村經濟實力百強縣，作為農業產業化的發源地，諸城市從19世紀80年代末就開始發展農業產業化，積極推行“商品經濟大合唱”“貿工農一體化”及農業產業化，在探索農業作為城市龍頭企業帶動城鄉經濟發展的道路上已經走在前列。目前，諸城市已經形成了包括肉雞、蔬菜、食品等在內12大主導產業，早在2009年全市就有超過70%的農民參加農業產業化體系建設，80%以上的農業總產值都由農產品加工創造[20]。與壽光市相比，諸城市的農業發展更加多樣化，不僅僅局限于蔬菜一種主導產業，但近幾年諸城市的蔬菜發展態勢也十分顯著，規模也在日益擴大。諸城市蔬菜種植面積達 23 000 hm2，總產量超過100萬t，其中日光溫室和塑料大棚種植面積占蔬菜總種植面積的25%以上[21]。目前，諸城市形成了以栽培設施化和提高產出效益為重點，著力建設的高效優質安全蔬菜基地。桓臺縣目前有通過國家無公害農產品認證的特色四色韭黃，建成了國家級農業標準示范區[22]，也有被山東省農業農村廳評為“無公害蔬菜產地”生產的“姬橋”牌翠綠實稈芹菜，還有明清年間就享有盛譽，栽培歷史悠久的新城細毛山藥等特色產品，縣區內也有若干西紅柿、西瓜、甜瓜采摘的家庭農場。

壽光市的蔬菜種植主要走專業化和集約化道路，通過蔬菜種植進一步發展蔬菜配送銷售等下游產業和化肥、農藥、種子生產等上游產業，蔬菜種植的集約化發展對壽光市經濟發展影響很大。諸城市蔬菜種植主要走農業產業化道路，農業發展更加多樣化，不僅僅局限于蔬菜一種主導產業，在做好蔬菜基本種植的基礎上進一步擴大種植規模?；概_縣主要種植小麥、玉米等糧食作物，縣區現有蔬菜種植走品牌化和家庭采摘農場路線，在蔬菜種植規模不大的地區也可以提倡此種蔬菜種植模式。

3.2 建議

針對本次蔬菜調研結果，給出以下幾點建議：在施肥方面要積極調整肥料施用結構，重視有機肥的生產和投入，在保證蔬菜產量不降低的條件下，減少化肥投入，追肥時應減少氮肥和磷肥施用量，增加鉀肥投入量，采取適當措施提高肥料利用效率。此外，要有針對性地施用中微量元素肥料，重視不同蔬菜的需肥特點、土壤養分狀況以及中微量養分的管理。要根據不同蔬菜的營養特點、土壤的供肥性能、肥料種類及性質確定適宜的施肥時期和肥料施用量，推行肥料分次施用技術和設施蔬菜水肥一體化技術。在灌溉方面，要根據不同蔬菜類型選擇適宜的灌溉方式和灌水量，根系發達、葉面積大、生長速度相對較快的蔬菜需水量較大，要適當增加灌水量，生長期葉面積較小、根系不發達、生長和吸收速度較慢的蔬菜需水量相對較少，要適當減少灌水量。同一種類蔬菜的不同品種間需水量存在差異，要多種植耐寒和早熟的蔬菜品種，以減少灌溉量。

4 結論

山東省蔬菜種植設施主要有東西暖棚、南北拱棚和露地種植等3種，蔬菜效益較高的是東西暖棚種植模式。蔬菜種植主要配施雞糞、豆餅肥和稻殼糞等農家糞和商品有機肥，將其作為底肥一次性施入，調研結果顯示，農家糞的施用比例大于商品有機肥，與往年情況相比，商品有機肥的施用比例在增加。山東省蔬菜種植主要采用滴灌、大水漫灌、溝灌、微噴、滴灌等灌溉方式，滴灌和大水漫灌是應用最為普遍的方式，也最能被種植戶接受。不同蔬菜的灌水量不同，調研顯示，黃瓜、茄子等需水量大的蔬菜，種植戶灌溉量相對較多。對調研數據的水分利用效率進行定性分析發現，諸城市番茄產量最高，桓臺縣番茄水分利用效率最高，壽光市番茄灌水量最高，水分利用效率較低;壽光市黃瓜產量最高，灌水量也高，桓臺縣黃瓜產量最低，水分利用效率在3個城市中最低，諸城市黃瓜產量較高，灌水量少，水分利用效率最高。本研究調研的“壽光模式”“諸城模式”和“桓臺模式”可以為其他地區蔬菜種植提供參考和經驗借鑒。

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