福建蔬菜水肥一體化配置和使用現狀調查

張 青 栗方亮 曹榕彬 孔慶波*

（1 福建省農業科學院土壤肥料研究所，福建福州 350013；2 寧德市土壤肥料技術站，福建寧德 352100）

蔬菜作為生長周期短、需肥量較多的農作物，其經濟效益較高，種植面積逐年擴增，2019 年福建省蔬菜種植面積57.98 萬hm2，總產量1 437.32萬t（福建省統計局，2020），在福建農業生產中具有舉足輕重的地位。水肥一體化技術可有效控制灌水及施肥的數量和頻率，及時滿足蔬菜作物對水分及養分的需要，減少無效損耗，顯著提高水分及養分利用效率，具有節水、節肥、高產和高效等優點，能夠有效增加蔬菜作物的整體經濟效益。王文軍等（2018）研究表明，水肥一體化處理可以促進番茄植株對養分的吸收利用，在不影響番茄產量的前提下氮肥利用率提高了1.1%～4.1%。應霄（2020）研究表明，采用水肥一體化技術番茄產量增加11.66%，純收益比常規施肥增加12.5%。胡衛靜等（2019）研究表明，馬鈴薯水肥一體化全肥區處理比當地農民習慣施肥全肥區處理產量增加2 493 kg·hm-2，增幅9.07%，其研究結果與逯昀和劉毓俠（2017）的研究結果相似，馬鈴薯采用滴灌水肥一體化產量比習慣施肥增加49.07%。隨著農業農村部出臺“化肥農藥使用量零增長”行動，全面推廣水肥一體化，大部分菜農使用該技術都取得較好的效果，但有關蔬菜的水肥一體化配置及使用現狀調查報道較少。本文選取福建省蔬菜種植具有代表性的地區，通過問卷調查和實地考察的方式，了解福建省蔬菜水肥一體化中出水方式、注肥設備及肥料使用等情況，進一步推進水肥一體化技術在蔬菜生產中的應用和落實情況，以期促進福建省蔬菜產業更快、更好地發展。

1 調查方法及內容

1.1 基本概況

福建省位于我國東南沿海，地理坐標為北緯23°33′～28°20′，東經115°50′～120°40′，全省土地總面積為12.14 萬km2，海域面積為13.63 萬km2，屬中亞熱帶（閩西北）和南亞熱帶（閩東南）氣候區，年均氣溫為19.7 ℃，年均降水量為1 504 mm，日照時數1 700～2 300 h。根據蔬菜生長發育的生態條件要求，各地的自然環境條件和歷史栽培蔬菜品種的傳統習慣，把福建省蔬菜生產劃分為2個區域：沿海區域和內陸區域。沿海區域包括福州市、莆田市、廈門市、漳州市、泉州市、寧德市，內陸區域包括龍巖市、三明市、南平市。沿海區域主要蔬菜種類有番茄、黃瓜、菜豆（四季豆）、大白菜等；內陸區域中部分地區屬于耐寒蔬菜種植適宜區，多種植花椰菜、茄子、蘿卜、莧菜、普通白菜（小白菜）等。

1.2 調查方法

2018 年10—12 月采用隨機抽樣調查的方法，對福建省福州、廈門、莆田、泉州、漳州、龍巖、三明、南平、寧德9 個市的菜農2018 年度蔬菜水肥一體化設施及施肥方式進行調查。綜合考慮蔬菜種植面積及所在區域，每市隨機抽取2～3 個縣，每縣抽取2～3 個鄉，每鄉抽取2～3 個村，每村抽取5～8 戶。發放調查問卷760 份，回收有效問卷643份，回收率84.6%。被調查菜農在地理位置、產量和管理水平等方面均具有代表性，具體分布情況為：福州67 戶，廈門28 戶，莆田62 戶，泉州94戶，漳州84 戶，龍巖72 戶，三明81 戶，南平73戶，寧德82 戶。

1.3 調查內容

①沿海、內陸區域蔬菜種植基本情況（種植面積、施肥方式、栽培方式等）；②水肥一體化、過濾系統自動化程度；③水肥一體化設施配置及應用情況；④水肥一體化肥料選擇及投入情況；⑤水肥一體化與常規施肥經濟效益對比。

1.4 數據處理

采用Excel 2003 和DPS 軟件對調查數據進行整理匯總及統計分析。

2 結果與分析

2.1 蔬菜種植基本情況

本次調查總面積為1 067.38 hm2，調查結果如表1 所示。福建內陸區域和沿海區域的蔬菜栽培類型主要有智能溫室、連棟大棚、簡易大棚、小拱棚、露地等，其中露地、小拱棚和簡易大棚較為常見，占比分別為38.10%、33.12%和24.88%；而智能溫室應用較少，占比僅為0.47%。小規模的種植經營方式仍是福建蔬菜生產的主體。同時，不同栽培類型的施肥方式也有所不同，常規施肥在露地栽培中占比相對較高，而水肥一體化更受設施栽培的青睞。在被調查的643 戶蔬菜種植戶中，使用水肥一體化的戶數占調查總戶數的77.60%，說明當前福建省蔬菜生產中水肥一體化技術已得到廣泛應用。

表1 蔬菜種植基本情況

2.2 蔬菜水肥一體化及過濾系統自動化程度

目前福建省蔬菜生產中水肥一體化操作方式主要有手動、半自動、全自動、遠程控制，過濾系統操作方式主要有手動、半自動、全自動。從表2可以看出，本次調查的菜農中手動操作進行水肥一體化作業的占比達67.33%，半自動、全自動和遠程控制的占比分別為22.04%、8.02%和2.61%，其中露地、小拱棚和簡易大棚栽培自動化程度較低，而智能溫室和連棟大棚自動化程度較高。過濾系統的自動化程度與水肥一體化相似，手動操作的占比高達75.95%。說明當前福建省蔬菜生產中水肥一體化和過濾系統以手動操作為主，自動化程度普遍偏低。

表2 福建省蔬菜水肥一體化和過濾系統自動化程度

2.3 蔬菜水肥一體化設備配置及應用情況

水肥一體化的出水方式主要有膜下噴灌、滴灌、噴灌、噴水帶和軟管澆施等。從表3 可以看出，42.08%的菜農采用膜下噴灌，此種方式一次性投資較高，但節水、節肥、省工效果明顯，小拱棚和簡易大棚栽培應用膜下噴灌的較多，占比分別為60.00%和31.90%；16.83%的菜農采用滴灌，簡易大棚、小拱棚和露地栽培應用較多，占比分別為51.19%、25.00%和14.28%；15.83%的菜農采用噴灌，露地和小拱棚栽培應用較多，占比分別為45.56%和43.03%；13.43%的菜農采用噴水帶，露地和簡易大棚栽培應用較多，占比分別為56.71%和38.80%；11.82%的菜農采用軟管澆施，多在露地栽培中使用，占比為72.88%；智能溫室和連棟大棚多采用滴灌或膜下噴灌。

表3 福建省蔬菜水肥一體化設備配置及應用情況

注肥方式主要有泵注式、泵吸式、壓差式、文丘里式和重力自壓式等。從表3 可以看出，大部分菜農采用泵注式和泵吸式，占比分別為34.87%和29.86%，主要應用于小拱棚、簡易大棚和露地栽培；采用壓差式、文丘里式和重力自壓式的菜農占比分別為14.23%、10.62%和10.42%，壓差式主要應用于小拱棚、簡易大棚和露地栽培，文丘里式主要應用于小拱棚和簡易大棚栽培，重力自壓式大部分應用于露地栽培。

2.4 蔬菜水肥一體化出水方式及肥料使用情況

從表4 可以看出，采用噴水帶方式每667 m2每次的用水量最多，達到3 000～6 000 L；其次是噴灌、膜下噴灌和軟管澆施；而滴灌方式每667 m2每次的用水量最少，≤1 500 L。在施肥濃度方面，滴灌需稀釋到0.2%～1.0%，軟管澆施需稀釋到0.5%～1.0%，膜下噴灌需稀釋到0.2%～0.5%，噴灌和噴水帶需稀釋到0.2%～0.3%。5 種出水方式應用的蔬菜種類也有所不同，膜下噴灌主要應用于果菜類和根莖類蔬菜，比如莖用萵苣、茄子、黃瓜、番茄等；滴灌主要應用于果菜類蔬菜，如茄子、黃瓜、番茄、絲瓜等；噴灌主要應用于葉菜類和根莖類蔬菜，如莧菜、大白菜、蕹菜（空心菜）、胡蘿卜、蘿卜等；噴水帶主要應用于花菜類和茄果類蔬菜，如花椰菜、茄子、黃瓜、番茄、絲瓜、苦瓜等；軟管澆施應用范圍較廣，如黃瓜、莧菜、馬鈴薯等均有應用。水肥一體化采用的肥料一般要求在田間溫度下能夠溶解于水且溶解度高、溶解速度快、肥料沉淀少，不易堵塞管道和出水器的水溶性肥料，主要分為單質型和復合型等。5 種出水方式中使用較為普遍的單質型水溶肥主要有尿素、尿素硝銨、硝酸銨、碳酸氫銨、磷酸二氫鉀、磷酸二氫銨、氯化鉀、硝酸鉀、硫酸鉀、硫酸鎂、硝酸鈣等，但由于其N、P、K 養分單一，菜農多方考慮也會選擇復合型水溶肥。不同出水方式對肥料的水溶性要求也不盡相同，滴灌對肥料的水溶性要求最高，噴灌次之，因而滴灌、膜下噴灌和噴灌使用單質型水溶肥的比例較高，占比分別為93.33%、95.23%和81.01%。而軟管澆施和噴水帶則因為出水孔徑偏大、不易堵塞等特點，菜農出于經濟方面的考慮多選擇使用較易溶于水的復合肥，占比分別達到62.38%、62.07%。

表4 福建省蔬菜水肥一體化出水方式及肥料使用情況

2.5 蔬菜水肥一體化與常規施肥的N、P、K 用量及產量對比情況

從表5 可以看出，9 種蔬菜常規施肥和水肥一體化施肥的N、P、K 比例相近，均是氮、鉀肥施用比例較高，磷肥施用比例較低。水肥一體化因其可以少量多次施肥、省肥省工的特點使兩者在N、P、K 投入量上存在差異，在產量相近的情況下，水肥一體化比常規施肥氮肥用量減少了17%左右、磷肥減少了9%左右、鉀肥減少了14%左右。采用水肥一體化的蔬菜產量增加了21.99%～29.90%，說明采用水肥一體化技術可以普遍減少N、P、K的投入量，提高蔬菜產量，具有明顯節肥、增產的效果。

表5 福建省蔬菜水肥一體化與常規施肥的N、P、K 用量及產量對比

2.6 蔬菜水肥一體化與常規施肥的經濟效益對比情況

從表6 可以看出，采用水肥一體化技術雖然減少了肥料的總投入量，但由于水溶性肥料的成本較高，造成肥料成本增加50%左右，同時還會產生水肥一體化設備折舊成本，而灌水成本和人工成本明顯降低，加之蔬菜產量增加（表5），最終9 種蔬菜水肥一體化處理的經濟效益比常規施肥增加32.12%～50.80%。

表6 福建省蔬菜水肥一體化與常規施肥的經濟效益對比 元·hm-2

3 討論與結論

大量研究結果表明，水肥一體化技術可以實現水分和養分在時間上的同步和空間上的耦合，有效解決傳統施肥方式水肥供應不協調和耦合效應差的弊端，可以明顯提高養分和水分的利用效率，同時也有助于降低蔬菜的養分流失量（Hagin &Lowengart，1995；Agrawal &Agrawal，2007；Zotarelli et al.，2009；孟亮 等，2017；王浩翔 等，2020）。本調查結果表明，福建省蔬菜生產中采用水肥一體化技術可以減少肥料投入量，氮肥減少了17%左右、磷肥減少了9%左右、鉀肥減少了14%左右。Hussein 等（2010）研究表明，溫室番茄滴灌施肥處理比常規施肥處理增產19.9%和23.7%。霍曉蘭等（2017）的研究也表明，露地番茄種植采用滴灌施肥技術較常規溝灌處理增產25.93%～27.45%。本調查結果與上述研究結果一致，采用水肥一體化技術比常規施肥處理蔬菜產量增加了21.99%～29.90%。

本調查結果表明，采用水肥一體化技術可明顯提高各種蔬菜作物的經濟效益，9 種蔬菜水肥一體化處理的經濟效益比常規施肥增加32.12%～50.80%。福建省蔬菜生產的主要類型是露地栽培，其次是小拱棚和簡易大棚栽培，三者分別占調查總戶數的38.10%、33.12%和24.88%；643戶菜農中，采用水肥一體化的占比為77.60%，說明福建省蔬菜生產水肥一體化普及率較高，但相關設備設施較落后，自動化程度普遍較低。調查中還發現，部分水肥一體化設施存在出水均勻性差、使用壽命短、容易破損等問題。

4 存在問題及對策建議

福建省蔬菜生產水肥一體化技術存在的主要問題：第一，自動化程度普遍較低。在采用水肥一體化的499 戶菜農中，水肥一體化和過濾系統使用手動操作的占比分別為67.33%和75.95%，需要大量的勞動力，由于近年來用工成本的逐漸增加，實現自動化是大勢所趨。第二，肥料的粗放使用阻礙了水肥一體化技術的應用推廣。大多數菜農由于價格因素放棄使用方便且符合蔬菜生長營養需求的復合型水溶肥，轉而選用復配的單質型水溶肥和廉價的普通復合肥料。復配的單質型水溶肥價格較低但配制過程復雜，菜農多根據生產經驗自行配制，缺乏科學正確的配比導致經濟效益提升十分有限。普通復合肥料由于原料選擇粗放、制備過程中往往加入不溶于水的粘結劑以便形成顆粒，導致其在水中溶解性較差，常常因肥料堵塞管道問題導致應用該技術的失敗。而菜農為了應對這一問題，多采用軟管澆施和噴水帶的出水方式，這些方式自動化程度較低、費工費時，阻礙了水肥一體化的進一步推廣與發展。

針對上述問題，提出以下解決方案：第一，完善相關設備設施，減少用工成本，如采用成本較低的單片機自動水肥一體化控制技術，在無人值守的情況下，將澆水、施肥、管道沖洗等流程控制融入自動化水肥一體化技術，減少滴灌管道堵塞的發生率。第二，開發低成本的水溶性復合肥，提高菜農收益，將更有利于水肥一體化技術的推廣。