重慶市水肥一體化技術應用現狀及發展建議

谷守寬 詹林慶 周佳 陳松柏 趙敬坤 金珂旭

摘 要 水肥一體化技術具有節水、節肥、省工、省時、提質和高效等優點，是實現化肥減量增效、保障農業綠色發展和助力鄉村振興的重要措施。為給重慶農業高效、綠色發展提供理論依據和技術支撐，在概述國內外水肥一體化發展現狀的基礎上，從灌溉方式、施肥技術和水肥運籌制度等方面介紹了重慶水肥一體化技術應用現狀，從工程設施薄弱、農田用水效率低、專業技術人才缺乏、培訓服務跟不上和水肥運籌制度缺乏等方面分析了重慶市水肥一體化技術主要存在的問題，從找準切入點、示范引領帶動、加強農業人才培養、要重視合力推進等方面提出了重慶市水肥一體化技術發展的可行性建議。

關鍵詞 水肥一體化;現狀;問題;建議;重慶市

中圖分類號：S365 文獻標志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.11.013

重慶市位于長江上游、四川盆地東部邊緣地區，地貌以山地丘陵和巖溶為主，地形起伏大，地表切割破碎，旱作耕地具有“陡、薄、瘦、蝕、旱”的特點。重慶屬亞熱帶季風性濕潤氣候，多年平均降水量約為1 184 mm，降水量相對較多，但是時空分配不均勻，季節性、區域性干旱和工程性缺水較為明顯，是典型的雨養農業區[1]。隨著現代農業快速發展，高強度、高密度農業生產現狀已成為常態，隨之而來的，便是農業投入品的大量使用，其中化肥起著重要的作用。但是過量施用化肥會加快土壤板結，加速土壤酸化，降低肥料利用率，浪費水肥資源，造成面源污染，危害人體健康[2]。根據2021年重慶統計年鑒統計，2020年重慶市農用化肥施用量（折純）89.83萬t，農作物總播種面積337.25萬hm2，折合每667 m2化肥施用量（折純）為17.76 kg，低于全國每667 m2化肥施用量（折純，20.89 kg）水平[3]。但是，受地形、氣候和施肥習慣等因素限制，重慶地區農民施肥技術水平較低，施肥方式落后，依舊是人挑背扛、人工撒施，不僅費工費時，還造成肥料的嚴重浪費。因此，改變傳統施肥方式，提高水肥利用效率，才能提高生產力水平，助力現代農業高效、綠色發展。因此，借助水肥一體化技術，發展高效施肥節水型現代農業是促進重慶市落實“藏糧于地、藏糧于技”的重要戰略舉措，是保障糧食和重要農產品供給能力的重要技術措施，也是助力鄉村振興的重要舉措。

1? 國內外水肥一體化技術發展現狀

1.1? 國外水肥一體化技術發展現狀

18世紀末，水肥一體化技術開始起源，英國人在人工配制的水培配營養液種植植物（最早的無土栽培技術）。法國布森高（Jean Baptiste Boussingault）在19世紀中葉以惰性材料作為介質并利用已知礦質元素的水溶液為植物提供養分，從而確定了9種植物必需營養元素和植物生長所需的礦質養分最佳比例[4]。到20世紀，溫室工業的快速發展，促進了無土栽培技術的突飛猛進，荷蘭、意大利、西班牙、法國、英國、蘇聯和以色列也開始了無土栽培商業化生產。從20世紀60年代開始，以色列大力發展和推廣水肥一體化技術，在全國一半以上的耕地安裝應用了水肥一體化設備系統，大大提高了水肥利用效率，也讓以色列從“沙漠之國”變成了“農業強國”。以色列在育苗、大田作物、果園、溫室蔬菜與花卉等作物上將灌溉技術、水溶肥技術、傳感器技術及智能設施設備相結合并廣泛推廣應用，2018 年，以色列將在全國90%以上的農業生產上均應用了水肥一體化管理技術。目前，以色列水肥一體化設備實現了定時定量施肥，農業廢水回收率在75%以上，水分利用率提高了40%～60%，肥料利用率提高了30%～50%[5]。目前，美國水肥一體化技術也已經達到世界先進水平，農場噴灌面積占50%以上[6]，水溶性肥料占肥料總量38%以上[7]，提高了作物對肥料的吸收利用效率，并且專門建立了專門的政府部門管理水肥一體化，創建農業服務云平臺，大力推廣水肥一體化管理和使用技術，大大提高了生產效率[8]。

1.2? 國內水肥一體化技術發展現狀

我國水肥一體化技術起步較晚，在1974年，開始從墨西哥引進了水肥一體化滴管設備并投入了試驗，試驗的增產和節水效果非常顯著，自此也拉開了我國水肥一體化技術序幕。20世紀80年代初，我國自主研制出了第一代擁有自主產權的國產成套滴管設備，隨后，在應用上由試驗到示范，再到大面積推廣，均取得了顯著的增產和節水效果，經過試驗示范與產品改進，我國逐漸形成標準化生產模式[9]。經過科研農技人員積極推廣應用，該技術在我國中、西部干旱半干早地區取得了顯著效果，滴灌施肥的理論及應用技術逐漸被重視。經過近半個世紀的發展，我國水肥一體化技術快速發展，不斷示范與技術推廣，效果也越來越顯著。

2000年開始，農業灌溉與施肥的理論與技術逐漸被重視，全國各地也開展了大量的技術研討和培訓專班，全國農業技術推廣服務中心每年都會在不同省市舉辦旱作農業節水技術培訓班，并邀請國內外專家系統地講解水肥一體化技術的理論和案例，并現場規模水肥一體化示范現場，大大加快了水肥一體化技術在全國范圍內的應用與推廣。目前，國內設施農業日趨成熟，也帶動了水肥一體化技術的不斷完善和發展。目前，科研院所、高效和企業密切合作，各地農業部門積極示范推廣，因地制宜，研究開發出了適合不同地區、不同生產條件的灌溉施肥設備和技術，例如文丘里施肥器、壓差施肥罐、施肥綜合控制系統、移動式灌溉施肥機、泵吸施肥法、重力自壓施肥系統、膜下滴灌施肥技術等[10]。當前，應用較為廣泛的水肥一體化技術模式主要包括噴灌、滴灌、微噴灌和膜下滴灌等[11]。

2? 重慶市水肥一體化技術應用現狀

由于受到地形地貌、氣候和經濟發展等因素的限制，重慶市水肥一體化技術發展起步較晚，發展相對落后。近年來，在農業供給側結構性改革的基礎上，為加快農業產業高效發展，重慶市各級政府和有關部門越來越重視設施農業的發展，特別是水肥一體化設備和技術，在重慶地區多種經濟作物上也得到了大面積示范示范與推廣應用。根據全國肥料節水專業統計調查數據顯示，截至2020年底，重慶市水肥一體化技術推廣播種面積3.80萬hm2，其中：蔬菜面積2.17萬hm2，果樹面積1.36萬hm2，其他經濟作物面積0.27萬hm2。

水肥一體化技術包括灌溉技術和施肥技術兩個方面，只有將灌溉與施肥有效結合起來，做到以水促肥，以肥節水，才能達到節水節肥、省工省時的效果。傳統的灌溉與施肥是分開來操作的，特別是施肥，直接撒施在土壤表面或者作物周圍，沒有水分進行及時溶解，會造成流失或揮發。因為只有養分以離子態的形式運輸到作物根系周圍，才能被作物吸收，這個過程需要水分作為媒介進行運輸[12]。灌溉與施肥如果不能有效地結合在一起，會造成肥料的浪費，難以達到預期效果[13]。

2.1? 灌溉方式

目前，我國設施灌溉耕地面積占總灌溉面積3%，與美國、英國和以色列等農業發達國家存在巨大差異，在有限的設施灌溉面積中，大部分沒有考慮通過灌溉設備系統施肥[4]。根據農業部門數據統計，2020年重慶市有效灌溉耕地面積占耕地總面積的25%左右，在這有限的灌溉面積中，水肥一體化設施面積占重慶市有限灌溉耕地面積7%左右，與其他省市存在一定差距。由于重慶以山地丘陵為主，一定程度上限制了灌溉設施的建設發展，目前重慶灌溉技術主要包括噴灌、微噴灌、滴灌和托管淋灌。

2.1.1? 噴灌

噴灌是利用水泵加壓或自然落差提供動力，將灌溉水通過壓力管道輸送到田間管道，經專用噴頭噴射到空中，形成細小的水滴，灑落在地面和作物表面，全面濕潤土壤滿足作物對水分的需要[4]。在重慶地區，噴灌適宜于各種作物，例如茶葉、葉類蔬菜等等。與傳統灌溉方式相比，噴灌具有顯著的節水節肥效果，同時，在重慶伏旱季節，還可以調節田間小氣候，防止干熱風和霜凍對作物的傷害。通過調查重慶市永川區永榮茶園，與常規灌溉施肥相比，茶園安裝噴灌系統后，茶葉每667 m2產量提高10%以上，品質明顯提升，化肥用量減少20%以上，用水減少30%以上，每667 m2用工減少2個以上，顯著提高了經濟效益。

2.1.2? 微噴灌

微噴灌是通過低壓管道將有壓水流輸送到田間，再通過直接安裝在毛管上或毛管連接的微噴頭或微噴帶將灌溉水噴灑在土壤表面的一種灌溉方式[4]。微噴灌可以直接在PE軟管上開0.5～1.0 mm的微孔出口，無需再單獨安裝出水器，在一定壓力下，灌溉水從孔口噴出，高度范圍在10～100 cm，是一種非常方便的灌溉方式。微噴灌灌水速率小，霧化程度高，在重慶地區，適宜應用在果樹、蔬菜、花卉、草坪和溫室菌類等作物上。應盡量選擇小流量噴水帶，噴水孔朝上安裝，鋪設長度不超過50 m。一定要與覆膜一起使用。膜下水帶其實就是相當于大流量的滴灌。不覆膜的噴水帶可能會帶來一定的病害。李基榮在重慶市合川區枇杷上應用微噴灌技術研究表明，與傳統灌溉技術相比，微噴灌技術節水50%以上，枇杷好果率提高50%左右，枇杷的產量和商品價值顯著提高[14]。另外，通過對重慶市草莓種植基地調查發現，草莓采用膜下微噴技術，與常規灌溉相比，大大降低了用工數量，每畝節水20%左右、節肥15%，實現了水肥的按需供給，提高了草莓的產量和品質，增加了農民的經濟收入。

2.1.3? 滴灌

滴灌是指具有一定壓力的灌溉水，通過滴管管道輸送到田間作物根部，以滿足作物生長需要的灌溉技術[4]。滴灌是一種局部精準灌溉方法，它澆的是作物本身，而不是土壤。由于根系都是跟著水肥跑的，所以滴灌條件下根系大部分密集生長在滴頭下方，其他地方很少根。因此，滴灌要關注的是根系的數量，而不是根系的分布范圍[15]。滴灌是通過延長灌溉時間來滿足作物灌溉量的。用滴灌可以完全滿足作物的水肥供應。過濾器是滴灌成敗的關鍵設備，一般選用120目。對于山地作物，一定要采用壓力補償滴灌，這樣可以保證山頂、山腰、山腳出水均勻，以滿足不同地形部位的作物對水肥的需求[16]。采用滴灌，施肥灌溉都可以調控，可以根據作物的需水需肥規律制訂標準的施肥和灌溉方案，確保作物健康生長。在重慶地區，滴灌廣泛應用在茄果類蔬菜、覆膜草莓和果樹等作物。通過對重慶市銅梁區柑橘園水肥一體化滴灌調查發現，與傳統大水漫灌施肥相比，應用水肥一體化滴灌系統可節水65%左右，節肥45%左右，做到了精準灌溉和均衡施肥，減輕了增施肥料對環境的污染，耕地品質更有保證，生態效益顯著增加，大大提高了果樹的產量和品質。

2.1.4? 托管淋灌

托管淋灌主要應用于果樹，一般需要借助水泵對灌溉水加壓進行淋灌的灌溉技術。灌溉方式工作效率低，灌溉量和施肥量的多少完全取決于操作者的人為判斷，灌溉和施肥的均勻度無保障，無法實現自動化，只適用于小面積種植。對于平地種植的果樹，可在果園中間位置建一個或多個肥料池，將肥料溶解在肥料池中，用清水泵或潛水泵提供動力，通過軟件對果樹一顆一顆的淋施水肥;對于山地種植的果樹，可在山頂修建肥料池，借助灌溉水壓重力自壓，進行拖管淋灌。如果果園的面積較大，可在園中鋪設PVC管道作為主管道和支管道，在PVC管道上設置多個取水口，軟管與取水口之間用快速接頭連接，這樣就可以通過更換不同的取水口對果園進行一片一片的灌溉和施肥，避免因軟管拖得太長而降低工作效率。在重慶地區，托管淋灌主要應用在蔬菜、果樹等作物。通過對重慶市萬州區玫瑰香橙果園調查發現，托管淋灌技術是集灌溉、施肥和打藥于一體，在一定程度上實現了節水、節肥、節藥、節勞、節費用增效益的效果，比原來用管道澆灌節水30%以上，實現化肥減量10%，節省農藥費用30%以上，節省勞力50%，節本增效綜合計算每667 m2節本增效300元以上。

2.2? 施肥技術

目前，重慶地區常用的施肥技術方法有重力自壓施肥技術和泵吸肥法技術，兩種技術均簡單、經濟、實用、耐用，但各有差異。

2.2.1? 重力自壓施肥技術

重力自壓式施肥法主要應用在安裝有微噴灌或滴灌設備的場地。在重慶山地丘陵地區，可以將水源輸送至高處的蓄水池，并在高于蓄水池液面處建一個或多個兌肥池，池子大小和形狀根據實際需要進行選擇，一般0.5～2.0 m3的方形或圓形，便于肥料攪拌與溶解。兌肥池底部通過管道流出肥液，在出口位置安裝PVC球閥，并于蓄水池相連通。兌肥池采用20～30 cm大管徑（如75 mm或90 mm PVC材質），管口用尼龍網（100～200目）包扎，防止雜物堵塞管道。

在施肥前，需計算好每個灌溉區所需要肥料總量，通過兌肥池進行溶解，肥料溶解后，打開主管道閥門，進行灌溉。然后打開兌肥池管道，肥料原液注入到主管道中，通過水流進行稀釋。利用調節球閥的開關大小，控制施肥速度。重慶地區，一般采用一邊滴灌一邊向蓄水池抽水，當蓄水池的水位變化不明顯時，施肥速度也趨于穩定，養分濃度也保持恒定。在施肥完成后，需要繼續灌溉10～30 min，對管道進行清洗，防止肥液腐蝕管道。一般情況下，兌肥池采用水泥建造，造價低廉，堅固耐用。或者也可采用一定容量的塑料桶作為兌肥池。在施肥過程中，也有些農戶直接將肥料倒入蓄水池，施肥時直接將肥液放干凈。但是蓄水池體積大，通常肥液放不干凈，附著在池壁上，非常容易滋生藻類青苔等植物，造成過濾設備堵塞。因此，應用重力自壓式灌溉施肥，一定要將兌肥池和蓄水池分開建設，二者不可共用。

采用重力自壓施肥技術施肥，水壓較小，過濾設備也有一定堵水作用，往往使灌溉施肥過程無法進行。一般情況下，可以通過在蓄水池出水口處連接一段PVC管道，長度為1.0～1.5 m，管徑為90 mm或110 mm，并在管道上轉出圓孔，直徑一般為30～40 mm，圓孔數量越多越好，同時將120目尼龍網布裁剪成管徑大小，并在一段開口，直接扎緊裁剪好的尼龍網布。此方法是通過增加進水面積而加大出水流量，另外，尼龍網已于清洗或更換，成本也比較低，容易購買，適用于農戶應用。

2.2.2? 泵吸肥法技術

泵吸肥法是通過泵加壓進行灌溉的一種技術。水泵一邊吸水一邊吸肥。泵吸肥法借助離心泵抽吸肥液進入管道系統，適用于幾百畝的種植面積。在重慶地區，一般情況下，在吸水管后面通過安裝逆止閥，防止肥液倒流而污染水體。通常在吸肥管入口處包扎過濾網（100～120目的不銹鋼或尼龍材質），防止管道吸入雜質而造成堵塞。泵吸肥法結構簡單，便于操作，無需借助外力，并可以采用敞口容器放置肥液。通過調節管道閥門控制施肥速度。但是，泵吸肥法也存在一定缺點，需要人為管控，并在肥液即將被吸完時及時關閉閥門，否則會吸入空起，造成泵無法運行。

移動灌溉施肥機適用于缺乏電力的場合，它可以實現灌溉與施肥的同步進行，利用柴油機或者汽油機加壓水泵，通過泵吸肥法原理，將施肥桶、空氣閥、過濾器組裝成一體，在結束灌溉與施肥后，搬回室內儲放。

2.3? 水肥運籌制度

水肥運籌制度是水肥一體化技術的核心，是將灌溉與施肥有機結合為一個整體，合理制訂科學可行的水肥運籌方案，才能實現真正意義上的水肥高效管理。制訂水肥運籌制度，首先要掌握作物在生長周期內對養分和水分的需求規律，然后選擇相應的肥料種類和用量，在作物各個關鍵生育期，科學分配養分比例和用量，同時提供足夠的水分供給。獲取途徑主要包括查閱資料、田間試驗、專家論證和總結驗證等。制訂水肥運籌制度的步驟主要包括以下5步。

1）確定作物目標產量。可以依據作物品種、種植密度、土壤肥力氣候和設施條件和上季產量水平等因素，確定目標產量。目標產量一般與與上季正常產量、或相同肥力土壤同種作物產量持平或增產10%左右。

2）計算實現目標產量所需要養分的理論值。一般情況下，通過翻閱資料和結合往年作物試驗數據，根據目標產量計算出作物養分理論需求量。

3）調整作物養分理論需求量。根據土壤養分含量檢測結果的分析，結合上一季度投入的肥料品種與用量、產量水平及作物長勢等綜合因素，調整作物養分理論需求量。

4）根據養分施吸比計算應施入的肥料量。按照“養分施/吸（亦稱保證系數）=肥料使用量/作物形成目標產量養分需要量”和“肥料（純）施用量=某養分理論需求量×施吸比”公式，計算作物應施入的肥料量。例如：李濤在研究蔬菜灌溉施肥時發現，氮（N）、磷（P2O5）、鉀（K2O）三者的施吸比范圍值分別為1.54～1.82（55%～66%）、2.86～3.33（30%～35%）、1.25～1.43（70%～80%）。張承林研究表明，在滴灌模式下，氮肥利用率可達70%～80%，磷肥利用率可達40%～50%，鉀肥利用率可達80%～90%。

5）按作物各個生長階段需肥規律配置養分。根據作物不同生長階段需肥特點和肥料特性，制訂分配施肥方案。以茄果類蔬菜為例，一般按照整地定植期、苗期、開花-結果初期、采收期4個時期進行灌溉施肥管理。

3? 重慶市水肥一體化技術發展中存在的問題

1）工程設施薄弱。全市水肥一體化設施薄弱，工程缺水問題依然突出。因田高水低，田塊分散，水肥一體化設施建設難度較大;加之歷史欠賬多，資金投入有限，后期管護不到位，水肥一體化設施仍然薄弱。

2）農田用水效率低。全市高效灌溉設施不足，農田用水效率低。由于灌溉設施工程設計和建設不合理，運行維護機制不健全，農田灌溉用水方式不科學，灌溉用水很大部分在輸水、配水和灌水過程中損失掉。生產中大水漫灌較為普遍，滴管噴灌技術僅在部分高效經濟作物中使用。2017年，全市農田灌溉水有效利用系數0.489，低于全國平均水平0.532。

3）專業技術人才缺乏。全市缺乏專業技術人才，研發能力滯后水肥一體化技術的涉及領域較為廣泛，包括氣候、水利、栽培管理等多門學科。水肥一體化技術的應用與研究起步較晚，實用型專業技術人才稀少，阻礙了水肥一體化技術的推廣進程。然而，當前中國對專業人員的培訓指導工作重視程度不足，易出現專業技術人才閉門造車現象。為了擴大技術的推廣范圍，需要提高專業技術人才隊伍的綜合素質，研發高性能、低成本的相關設備與水溶性好的肥料。

4）培訓服務跟不上。部分地區企業后期服務與維修跟不上，維修費用高，從而導致設備使用過程中出現問題不能及時解決。

5）水肥運籌制度缺乏。目前，全市缺乏性價比高的智能型水肥一體化灌溉設備，肥料配方、營養液濃度、施肥量、管理方法等仍然主要靠農戶個人經驗，缺少成熟的針對不同作物的專家決策知識，缺乏智能的灌溉決策系統。

4? 建議

1）找準切入點。政府部門要加大政策和資金扶持力度，因地制宜，認真思考，找到水肥一體化技術的切入點，建設農民專業合作組織，為農民提供相應技術支持和設備維護。

2）示范引領帶動。在各區縣特色產業上優先開展水肥一體化技術示范，建立旱作節水農業示范區。整合項目資源，結合高標準農田建設、農田水利建設、有機肥替代化肥等項目，開展水肥一體示范片建設。

3）加強農業人才培養，積極開展培訓，不斷提高農民科技文化水平。特別是要加強水肥一體化系統使用培訓，制訂簡單明了的操作規程，讓農戶真正掌握水肥一體化技術。

4）要重視合力推進。與企業合作，與科研單位合作，與新型經營主體合作，更要做好部門間的合作，加強農機與農藝的融合，結合遙感、人工智能技術，建立相關的專家決策系統，提高設備性能、精度和智能性，保證水肥一體化發展的實際需要。

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收稿日期：2022-02-23

作者簡介：谷守寬（1987—），男，山東濟寧人，碩士，農藝師，從事農業資源與環境、土壤養分管理及水肥一體化技術推廣。E-mail：gushoukuan@163.com。

*為通信作者，E-mail：84573760@qq.com。