水肥一體化技術在設施農業中的應用

閆兆峰

(山東省濱州市沾化區大高鎮人民政府，山東 濱州 256800)

1.水肥一體化技術主要模式

水肥一體化技術模式主要包括噴灌、微灌和滲灌等。噴灌施肥是將可溶性肥料溶于水形成水肥混合液，利用水泵等加壓設備送到目標灌溉區，再用噴頭等噴射到空中形成水霧或小水滴，均勻噴灑在果樹和土壤上。與普通灌溉模式相比，噴灌模式能夠使果園水分利用率提高50%，肥料利用率提高25%。但風力大于3.5m/s的地區由于蒸發原因不適合使用噴灌模式。微灌施肥是通過管道系統和灌溉設備將水肥混合液以較小的流量持續、均勻地輸送到果樹根系附近土壤。微灌模式可以根據不同果樹生長的需求和特點，隨時調節水分和肥料的供給量，且受環境風力影響小，更加高效節能。目前微灌技術發展出滴灌、微噴灌等水分利用率比噴灌更高的灌溉方式，滴灌水分利用率達95%，微噴灌比大水漫灌節水80%。滲灌是在低壓條件下通過埋在作物根系活動層的滲灌系統直接滲水供給作物根系。其優勢在于節水、省肥、增產、增收和節約勞動力成本，但因為滴頭容易堵塞會影響應用效果。滲灌與滴灌和傳統撒施肥料相比，可以促進樹體葉片生長和氮素利用，并提高果實產量及品質。

2.水肥一體化技術的優點

2.1 節約資源和人力投入

采用水肥一體化技術可節約灌溉用水30%～70%，節約化肥施用量20%～50%，減少農藥用量10%～40%，減少用工20%～60%。不同作物、不同種植模式，其應用效果有所不同。

2.2 保護、改善農業生態環境

采用水肥一體化技術，可以大大減輕化肥、農藥帶來的環境污染和對有益生物的危害，降低盲目、過量施肥引起的土壤、水體污染，避免人工、機械施肥作業對土壤結構和作物根系的破壞，避免大水漫灌引起的土溫急劇變化，使土壤微生物活躍，田間有益生物增多，改善和保護了土壤生態平衡。

2.3 增加農業生產能力和效益

采用水肥一體化技術，節本、提質、增效，農產品優質率可提高10%～20%，產量可增長10%～25%。

2.4 提高農業抗旱減災能力和農業綜合生產能力的需要

多年推廣應用結果表明，使用水肥一體化技術，在大幅度減少灌溉用水和肥料用量的情況下，甚至在嚴重旱災情況下仍可實現農作物穩產、增產，能夠解決水肥資源瓶頸和農業環境污染問題，是實現土壤健康、種植科學、糧食增收的必由之路，對于提高糧食綜合生產能力保障國家糧食安全意義重大。

3.設施農業中水肥一體化技術的運用

3.1 節水灌溉技術

早在20世紀70年代，國內就開始引進滴灌等節水灌溉設施，開始步入水肥一體化發展進程。從以往開展的番茄種植試驗來看，實施施肥灌溉一體化能夠使總灌溉水減少25%左右，氮、磷、鉀施用量減少約40%，但產量卻能提高9%。采用重力滴灌技術，能夠在對土壤墑情和養分展開分析的基礎上，結合農作物需水和需肥規律進行灌溉。依靠水源高度壓力，借助壓力管道系統及末端安裝的灌水器，能夠以小流量將肥料溶液均勻輸送到植株根系周圍土壤。采用壓力補償技術，能夠使出水孔大小保持在1mm左右。從實際應用情況來看，由于水溶性肥料價格較高，國內多采用顆粒雜質較多的復合肥，容易造成設備堵塞，因而要搭配使用膜下開孔、離心過濾等技術。北京等地則引進了潮汐灌溉技術，利用循環管路系統、一體化控制系統等實現育苗水流的潮汐式控制，并結合植物類別進行肥液配比，通過定時定量灌溉，保證水肥得到高效供給。該技術通過加強苗床上水、回水速度控制，實現營養液快進快排，能夠減少基質吸收的水分，節水24%～34%。內蒙古等地區引入了膜下滴灌、大型噴灌等技術，結合不同水文年型采取不同灌溉制度，從多年試驗和田間觀測結果來看，取得了較好的節水節肥效果。然而，相較于國外已經擁有相對成熟的水肥一體化產品，國內仍然缺少支持節水灌溉設施的一體化系統，導致技術推廣運用受到了限制。

3.2 平衡施肥技術

在水肥一體化技術的應用過程中，除了要注意節水灌溉外，還要實現肥料的高效利用，通過保持肥料平衡來實現節肥，保證植物生長需要得到滿足。以有機肥為基礎，通過對作物需肥量、肥效和土壤肥力的分析，設計了氮、磷、鉀等養分的適宜配比。為了在農業生產的全過程中保持肥力平衡，需要引進土壤肥力監測設備進行施肥預測和診斷，調整氮肥的比例，磷、鉀結合肥料在土壤中的供給和植物生長不同階段的需求，從而保證土壤保持合理的肥料結構。目前，在番茄等蔬菜高效栽培方面，肥料推薦信息系統的建設可以為農民生產提供指導，減少肥料資源的浪費，保護土壤環境質量。該系統采用國際先進的土壤養分快速測定技術，可測定氮、磷、有機質、土壤pH值等12種元素的含量，并存儲在土壤養分管理信息數據庫中。在不同種植區建立觀測站，結合GPS等技術進行定位，可以準確分析各地區的土壤肥力狀況。在該系統中，輸入了該地區蔬菜種植的種類和時間。該系統可以從數據庫中獲取相應的數據，分析植株各生育期的肥力需求，并將數據與實時測定結果進行比較，得出最優施肥比例。結合節水灌溉技術，可利用水溶性肥料在灌溉的同時完成施肥，減少無效肥料的供給。從實際應用效果來看，可使蔬菜增產10%以上。

3.3 智能監控技術

目前，我國設施農業的發展仍以日光溫室和單溫室為主，存在環境可控性差的問題，大規模噴灌技術不適合這些農業生產方式。隨著物聯網等技術的發展，美國、日本等國開始引進先進技術，完成水肥精準農業控制系統的研制，實現了農業環境的智能監測，滿足設施農業生產管理的需要。我國已經實現了水肥一體化技術和物聯網技術的綜合應用。以溫室環境為控制對象，利用模糊控制原理完成自動灌溉施肥系統的設計。小型灌溉施肥機的設計采用吸肥裝置完成，通過水肥混合精確控制營養液，可以滿足蔬菜標準化生產和管理的要求。隨著網絡技術的發展，能夠實現設施農業遠程測控的智能監控系統已經研制成功。通過無線接入可以實現環境信息的實時監控和遠程傳輸。同時，利用專家系統模型實現智能分析和精細管理。以水肥一體機為核心，完成田間各管理控制單元的布局，通過計算機或移動終端直接監測作物生長發育狀況。根據營養需求，采用控制設備和軟件對管道閥門、噴嘴發射器等進行控制，實現水肥的及時供應。此外，還可按約定比例設置各生育周期的水肥供應，通過定期定量灌溉施肥，簡化生產管理流程。利用該技術完成高效節水節肥一體化管理網絡的建設，可以實現園區的統一管理，降低設施農業的生產成本，提高生產效率。

4.設施農業中水肥一體化技術的發展

設施農業要更好地利用水肥一體化技術，首先要注重技術的推廣和支持。在技術推廣階段，政府應發揮宏觀指導作用，在農村開展宣傳教育，提高農民對相關技術的認識。考慮到技術應用需要大量的資金投入，需要出臺政策加強補貼，吸引更多的人使用技術。同時，設施農業的發展需要不斷引進各種新技術，水肥一體化技術的應用也處于探索階段，在配套體系的開發和設備設施的選擇上還存在一些缺陷。為了最大限度地發揮技術的效用，必須結合現代農業生產的需要，完善技術支撐體系的功能，促進相關技術的創新和發展，開發適宜的設備設施。隨著技術的成熟，設施成本將不斷降低，農業生產效率將得到有效提高。因此，可以為技術的大規模應用提供保障，有效地促進農業生產技術的發展。此外，引進各種先進的水肥一體化管理設施和設備，也對管理和操作人員提出了一定的技能要求。為保證技術的科學應用，政府還應成立專門的技術培訓隊伍，加強技術指導，通過定期和不定期的培訓，不斷提高操作人員的技能。通過加強跟蹤管理，確保及時實施設備設施維修保養，應用配套系統可以達到理想的節水節肥效果，為農業設施的振興和高效利用提供有力的技術支持。

結論

發展設施農業，還要引進配套的水肥一體化技術和設施設備，通過科學管理實現農業資源高效利用，從而取得增產增收的效果。結合這一目標，要加強技術推廣運用，并引進先進技術使配套系統功能得到完善，改善技術應用效果；強化人員培訓引導，保證設施設備得到有效維護和使用，以推動農業生產的進步與發展。