溫室葡萄水肥一體化系統設計及應用

洛陽明拓生態農業科技發展有限公司 趙海

洛陽地處黃河中下游，屬豫西丘陵地區，適合葡萄生長。偃師葡萄于2017 年被農業農村部評為地理標志農產品，全市種植面積1.9 萬hm2、產量50 萬t，葡萄一直是洛陽農業生產中的重要產業。隨著溫室葡萄生產技術的創新，經濟效益的逐步提高，近幾年種植面積不斷增大，市場競爭激烈，產品品質成了關鍵因素。目前農業從業人員老齡化嚴重，農資、勞動力成本日益增大，傳統的大水、大肥生產方式容易出現土壤板結、環境污染和葡萄品質下降等問題。因此，如何科學地進行水肥管理和保證葡萄品質成為溫室葡萄生產面臨的重要問題。

水肥一體化系統由水源工程、首部樞紐系統、輸配水管網和灌水器等組成，根據葡萄生長季不同節點的養分需求，借助壓力系統將可溶性肥料通過輸水管網和灌水器定時、定量、均勻浸潤葡萄根部生產區域，達到精準施肥、合理灌溉的管理目的。溫室葡萄水肥一體化技術應以節水灌溉基礎、以減本增效為目標，按照實地水源狀況、地勢地貌、葡萄種植形式等實際生產條件來設計灌溉施肥系統。本文以洛陽明拓現代農業示范園溫室葡萄裁培水肥一體化設計為例，分析水肥一體化系統應用在溫室葡萄生產中的綜合節本效果，為種植戶提供可參考、可復制的技術性設計方案，促進洛陽市及周邊區域葡萄產業持續發展。

一、項目園區概況

園區位于洛陽市佃莊鎮大郎廟村，全年年均氣溫14.2 ℃，無霜期224 d，年降水量678.35 mm，年平均日照為2 248.3 h，年均濕度63%，園區為褐壤土，pH為7.6，0～40 cm 土壤全氮含量1263 mg·kg-1，有效磷含量28.5 mg·kg-1，速效鉀含量137.5 mg·kg-1，有機質含量26 g·kg-1。種植的葡萄品種為緋脆，樹齡5 年，株距1.5 m，廠字水平架勢，樹勢基本一致，每667 m2產量為1750 kg 左右。

二、溫室葡萄水肥一體化設計

（一）溫室葡萄生長季水肥需求

溫室葡萄每個生長期對水需求不同，溫室內相對溫度較高、水分流失快，應及時掌握土壤水分狀況。葡萄萌芽前要做一次大水浸灌，根系土壤濕度控制在90%，深度以耕土層50～60 cm 為宜。葡萄萌芽到開花30～40 d，葡萄萌芽、葉片伸展等過程需要大量的水，可根據溫室溫度及時調整灌水量，根系土壤濕度控制在80%，深度以耕土層30～40 cm 為宜。葡萄花期10～15 d，應注意控水，否則會影響授粉授精，易出現大小粒、枝條徒長、養分過分消耗問題，從而造成減產。當葡萄花帽完全脫落后進入葡萄槳果膨大期，膨大期為30～40 d，這個階段果實迅速增大，水肥需求量大，應7 d 進行1 次水肥操作，根系土壤濕度控制在60%～70%，深度以耕土層40～50 cm 為宜。果實著色期始應適當控水，由于葡萄品種不同，生長周期為40～70 d，根系土壤濕度控制在50%～60%，深度以耕土層20～30 cm 為宜。其間注意觀察溫室變化及時調整灌水量。

（二）水源工程

園區自有35 m 的深水井，水質良好，達到GB 5804 農田灌溉水質標準。

（三）水肥一體化系統首部樞紐設計

水肥一體化首部樞紐設計主要包括加壓設備、變頻恒壓控制系統、安全防護設備、施肥設備、計量設備、逆止閥等組成。

1.加壓設備。水泵揚程要大于實際供水高度和距離，水泵流量總和要大于實際供水量。根據園區種植區域和灌溉方式，水泵選用揚程為35 m，流量30 t·h-1的潛水泵，為了防止水錘現象的產生，應在水泵出水口處安裝與泵聯動閥門。

2.變頻恒壓控制系統。變頻恒壓控制系統通過監測輸水管網設定壓力經微機控制變頻器的輸出頻率來保障輸水管網的恒壓灌溉。

3.施肥設備。施肥機通過自動化控制技術的應用，節約用水和能源，降低施肥成本，提高施肥質量。定時定量，節省人工，施肥濃度按需調節，使施肥更加精準。

4.計量設備。流量計是水肥一體化系統的“眼睛”，安裝在灌溉輸水主網入口處，便于統計葡萄生長季每個季節的水肥投入量。

5.安全防護設備。第一，鑒于園區水源是水井，考慮地下水會產生泥砂、碎石和有機物，為了防止輸水管網和灌水器堵塞，在首部設計二級過濾設施，一級采用流量為30 t·h-1離心式過濾器主要過濾砂石，二級采用過濾精度為130 MPa，流量30 m3·h-1，2 單元自動反沖洗疊片過濾器主要過濾水源中有機物，出水壓力不應低于0.3 MPa（注：過濾器的選型應和水泵流量相匹配）。第二，為了防止系統超壓對首部設備及輸水管網造成損害，本系統設計了持壓泄壓閥保護裝置。第三，在水源與施肥裝置之間安裝逆止閥，防止水溶肥發生倒灌污染水源。第四，在首部輸水管網最低處安裝安全閥和在管路最高處安裝自動排氣閥。

（四）輸配水系統管道

輸配水系統主要由主管、干管、支管三級管道組成，主管、干管、支管應符合GB/T20203 的相關要求，分別采用110 mm、63 mm、50 mm、40 mm、32 mm 五種灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材，管道埋設深度為地面以下60 cm，防止管道凍傷，管道的末端最低處安裝放水閥用來冬季放水或清洗管道。

灌水器：將具備壓力補償效果的滴頭嵌入滴灌管中，使得滴灌管具備流量上的壓力補償效果，同時還保持了穩定的紊流效果。同時增加了防倒吸設計，使壓力補償滴灌管具備防倒吸功能，防止雜物吸入流道，且鋪設施工方便省力，使用壽命長。因此，根據溫室葡萄水肥需求選用16 mm、間距50 cm、流量2 L/h 的內嵌式壓力補償滴灌管。

三、灌水分區設制

在各個分區首部管道上安裝球閥，方便控制各個分區灌水。排氣閥能迅速排掉管道內的空氣，減少水壓對管道的沖擊，讓水流順利到達地頭。在進水端球閥的前面管道上垂直安裝。真空閥作用是在停止灌溉時防止毛管形成真空發生虹吸現象，虹吸能把土壤中細小的顆粒吸到滴頭中去，造成滴頭堵塞。真空閥應垂直安裝在進水端球閥的后面管道上。

按園區種植地塊實際情況，方便生產管理，設9個灌水分區。每個灌水分區需水量為26 t·h-1，按系統首部30 t·h-1供水量實行輪灌制度，3 次可以灌完。

四、施肥注意事項

每次施肥前、施肥后都應用清水沖洗管道20～30 min，防止肥液結晶而堵塞灌水器。肥液濃度不宜過濃，宜在1t 水中加入3 kg 可溶性肥料，肥料要求全水溶性，各元素之間不會發生拮抗反應，與其他肥料混合不產生沉淀，且應符合相關農業標準NY/T496和NY1107 的規定。用量不宜過大，防止浪費肥料和灌水器堵塞，每個生產季結束后打開毛管末端，用清水沖洗管道5～10 min。

五、應用試驗設計

試驗設常規施肥方法與水肥一體化施肥兩種處理，試驗地塊秋季施基肥用的種類和數量相同。葡萄生長季中，常規施肥以尿素、復合肥、高氮高鉀肥、硫酸鉀為主，施肥方式為撒施后大水漫灌，處理區以水溶性肥料為主，通過水肥一體化系統施入。施肥時期分別為：花期前肥施肥1 次，膨大期施肥4 次，著色期施肥4 次。（見表1）常規按每667 m2用水量約1000 kg。

表1 處理區每667 m2 施肥種類及數量

（一）不同施肥方法對葡萄產量及品質調查

在葡萄采收期對各處理區隨機采測取30 株，測量果穗質量、穗粒數、單粒質量，取平均值，分別對每個處理區用糖度儀隨機測取10 粒葡萄可溶性固形物含量。（見表2）

表2 每667 m2 不同施肥方法對葡萄產量及質量的影響

（二）成本效益核算

按市場價格計算肥料、人工等成本及產量效益。（見表3）

表3 每667 m2 不同施肥經濟效益分析

六、應用結果分析

（一）不同施肥方法水肥一體化系統對溫室葡萄產量及品質的影響

由表2 可知，與常規施肥方法相比，溫室葡萄采用水肥一體化系統產量增加187.2 kg、增長率為13%，單棵穗質量達到0.54 g、增長率為10%，單粒質量達14.12 g，增長率為7.1%，含糖量達到22.8%，比傳統施肥方法糖度提高了5.6%，增長率為32%。

（二）不同施肥方法水肥一體化系統對溫室葡萄經濟效益的影響

由表3 可見，與常規施肥方法相比，溫室葡萄采用水肥一體化系統產值每667 m2增加8424 元，增長率為13%。肥料成本每667 m2節省245 元，降低率為15%。每667 m2收益增加8669 元，增長率為14%。

七、結語

試驗結果表明，溫室葡萄應用水肥一體化系統能夠滿足葡萄生長季的養分需求，水肥一體化系統對溫室葡萄的產量和品質有明顯提高，減少肥料成本15%，節水節電20%～30%，減少人工成本80%，增長13%，增效15%。同時提高了肥料利用率，有利于農業生態環境保護。