水肥一體化技術在桑園中的應用*

蔣輝霞 李光輝 陳爽 曾文明 李玉玲

四川省農業機械研究設計院，四川成都

1 概述

近年來，四川省狠抓現代蠶桑產業基地建設，推動了蠶桑產業快速發展。蠶桑基地布局在川中北、川南、攀西三大產業帶的30個重點縣，但仍存在桑園路網、水網等基礎設施配套不足的問題。大部分桑園仍采用傳統的人工灌溉方式，其勞動強度大、勞動效率低、水利用系數低，用水成本高，亟需采用新型的灌溉方式以有效解決桑園的用水難題，助推蠶桑產業高質量發展。水肥一體化技術作為現代農業發展的一項綜合管理技術措施，將肥料按比例溶解于水中，通過田間供水系統將肥料和水均勻地輸送到作物的根部區域，把水和肥料同時供應給農作物。在丘陵地區桑園中合理應用水肥一體化技術可顯著促進桑樹生長、提高產量和改善品質、降低生產成本，增產增收效果明顯。

2 水肥一體化技術的應用

本文以綿陽市某縣桑樹種植基地為例，項目區在干旱期間桑葉減產40%左右，為了解決項目區的灌溉用水和施肥的問題，需建設水肥一體化系統，為作物及時提供水肥，從而促進增產，獲得較好的綜合效益。

2.1 灌溉模式

項目區控灌面積約6.67 hm2，園區桑樹為大田種植形式。根據不同的桑樹樹齡，項目區采用了微噴灌和噴灌兩種灌溉模式。

2.2 灌溉片區設計

項目現場圖

通過實地調研土壤及桑樹根系生長情況，選取合理的土壤濕潤比、灌水利用系數、設計濕潤深度、設計日耗水強度，對灌水小區和各級管道進行合理布局，確定灌溉制度，進行輪灌區劃分；通過系統水力計算，計算出流量、壓力需求。

噴灌片區與微噴灌片區共用一個首部樞紐，微噴灌片區設計灌水周期為2 d，分為10個輪灌區，每日工作時間為12 h，灌水器采用螺口折射噴頭，流量為40L/H，噴灑半徑為1 m，工作壓力為25 kg；噴灌片區灌水器采用噴槍，流量為18 m3/h，噴灑半徑為30 m，工作壓力為400 kPa，每次最多同時運行兩個噴槍。

2.3 灌溉首部設計

系統采用不銹鋼立式多級泵機組，設計參數為流量50 m3/h，揚程63 m，功率15 kW。首部過濾系統采用自動反沖洗疊片式加離心二級過濾系統，過濾精度為120目，灌溉施肥采用水溶性肥料，通過配套3套注肥通道、施肥泵（3 kW）、控制器等自動輸入灌溉管網系統。

2.4 輸配水管網設計

噴灌區與微噴灌區輸水主管采用HDPEΦ110管道，微噴灌區干管采用HDPEΦ75管道、毛管采用PEΦ25管道。

2.5 智能管理與物聯網平臺設計

智能管理與物聯網系統包括感知系統、傳輸系統、智能應用系統三大系統。

1）感知系統。感知系統主要包括：土壤墑情系統、田間氣候監測站等。土壤墑情系統用于實時測量土壤溫度、土壤濕度及土壤電導率信息；田間氣候監測站用于對空氣溫度、空氣濕度、光照度、風向、風速、雨量、光合總輻射、大氣壓等氣象環境要素進行全天候現場精確測量。

2）傳輸系統。傳輸系統主要包括遠程監控系統等，用于將感知系統采集的土壤參數、氣候參數等無線傳輸至智能應用系統，同時將智能應用系統發出的指令無線傳輸至相應的控制系統。

3）智能應用系統。智能應用系統主要包括加壓設備起動控制系統、過濾設備控制系統、施肥控制系統、遠程灌溉控制系統、中央管理平臺等，用于對無線傳輸的數據進行分析處理并發出指令。

3 系統功能

系統主要功能，一是實現整個灌溉系統的智能控制；二是從水源取水，經過首部樞紐的加壓系統、施肥系統、過濾系統、量測系統、智能控制系統、智能管理與物聯網系統，通過輸配水管網、灌水器將水肥灌入田間輸送到作物根系；三是在桑園安裝遠程監控系統，進行全天候連續監控；四是可實時動態觀察作物生長狀況及設備的運行狀況，對整個水肥一體化灌溉系統的運行進行管理和控制；五是通過采集的土壤信息、氣象信息等進行分析處理，當需要灌水和施肥時，發出灌水和施肥啟停指令。

4 效益分析

4.1 節本增效

水肥一體化灌溉工程在蠶桑產業的實施，將大大提高項目區水肥利用率，提高本區蠶桑的產量和品質，促使農業節本增效，增加農民收入，從而更大地調動農民的積極性，促進農業結構調整和農業可持續發展。

4.2 節水節肥

項目實施后，可達到顯著的節水、節肥效果。同時，由于生態環境的改善，增產效益明顯，桑葉優質率提高20%。節水率達到30%～40%，節肥率達40%～50%。

4.3 省工效益

實現水肥一體化灌溉后，減少了灌水時間，節省了勞動力，平均每公頃減少勞動工日30個，勞動工日按150元/工日計算，可大大節省勞力投資。

4.4 提高耕地綜合生產能力

可使項目區農業基礎設施得到改善，土、肥、水資源得到合理有效利用，為促進農業可持續發展奠定基礎。通過項目實施，改善土壤物理、化學、生物性狀，增強土壤保水保肥、供水供肥及防污染和抗逆能力，提高耕地綜合生產能力。實施水肥一體化技術，減少了化肥、農藥的施用量，從而減少了以上物質的有害成分在土壤中和大氣中的殘留，為無公害和綠色農產品生產營造了良好的環境。