水肥一體化技術(shù)及其應(yīng)用分析

賈清彬，徐勤磊

（山東省郯城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 郯城 276100）

水肥一體化技術(shù)指的是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)技術(shù)。種植人員借助壓力系統(tǒng)或自然地勢(shì)落差，將可溶性固體或液體肥料按照比例以及種植作物所需肥力規(guī)律配置成肥液，并與灌溉水一同通過可控管道系統(tǒng)，進(jìn)入農(nóng)田，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)作物的供水供肥。灌溉水與肥料相融后，能通過管道完成對(duì)田地的滴灌工作，定量的灌溉水與肥液浸潤(rùn)農(nóng)作物根系，用以提升農(nóng)作物產(chǎn)量。當(dāng)前該技術(shù)能被應(yīng)用于我國(guó)農(nóng)業(yè)種植中，但在社會(huì)發(fā)展中也應(yīng)得以不斷更新發(fā)展，為農(nóng)業(yè)進(jìn)步提供保障。

1 水肥一體化技術(shù)應(yīng)用要領(lǐng)

水肥一體化技術(shù)是一項(xiàng)綜合性農(nóng)業(yè)技術(shù)，技術(shù)中涉及農(nóng)田灌溉、作物栽培、土壤耕作等多方面內(nèi)容，主要能從滴灌系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、肥料種類、灌溉施肥操作四方面入手，分析水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用要領(lǐng)。第一，建立完善滴灌系統(tǒng)。農(nóng)民在完成滴灌系統(tǒng)建立過程中，應(yīng)制定完整的設(shè)計(jì)方案，首先需要了解當(dāng)?shù)胤N植地形、農(nóng)田田塊、土壤質(zhì)地等的基本情況，結(jié)合當(dāng)?shù)厮刺卣鞯葍?nèi)容，設(shè)計(jì)完整的管道系統(tǒng)方案，確定管道埋設(shè)深度、長(zhǎng)度以及灌溉區(qū)域等。水肥一體化技術(shù)設(shè)計(jì)過程中還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注灌溉方式，如噴灌、微噴灌、泵加壓滴灌、滲灌等。關(guān)注過程中應(yīng)切忌采用大水漫灌的方式，否則容易導(dǎo)致灌溉過程中氮素?fù)p失，進(jìn)而降低水利用率。第二，建立完善施肥系統(tǒng)。在田間種植工作開展中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注農(nóng)作物施肥問題，了解蓄水池與混肥池的位置、容量、出口、施肥方式等，方便施肥工作順利開展。第三，選擇適合的廢料。水肥一體化技術(shù)中使用的廢料為液態(tài)肥料或可溶性固態(tài)肥料，氨肥、硫銨、尿素等均是較為常見的水肥一體化肥料。在選擇固態(tài)肥料過程中，應(yīng)關(guān)注肥料的水溶性，并且其溶于水后產(chǎn)生的雜質(zhì)較少，能方便灌溉工作開展。一般情況下，不能選擇復(fù)合肥。并且，如果肥料為沼液、腐殖酸液肥，必須先經(jīng)過過濾，防止灌溉過程中造成管道阻塞，影響灌溉效果。第四，嚴(yán)格關(guān)注灌溉與施肥操作。首先將肥料溶解于水中，并混勻，施加的肥料如果是液態(tài)肥，則可忽略攪拌與混合的方式，如果施加的肥料是固態(tài)肥，則應(yīng)混合攪拌，在必要時(shí)能采用分離技術(shù)，防止灌溉過程中出現(xiàn)沉淀等問題，影響農(nóng)田施肥效果。其次，應(yīng)嚴(yán)格控制肥料施加量。肥料注入的濃度應(yīng)控制在灌溉流量的0.1%左右。例如：對(duì)面積為0.2hm的農(nóng)田進(jìn)行水肥一體化灌溉，灌溉流量為50m。則肥液注入應(yīng)控制在50L/667m，如果施肥量過高則不僅可能導(dǎo)致作物死亡，甚至還可能會(huì)對(duì)周圍環(huán)境安全衛(wèi)生造成危害。最后，灌溉施肥應(yīng)嚴(yán)格遵循3個(gè)階段，第一階段，選擇不含肥料的水對(duì)農(nóng)田進(jìn)行浸潤(rùn)。第二階段，使用肥料溶液對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。第三階段，使用不含肥料的清水對(duì)農(nóng)田進(jìn)行灌溉。

總而言之，水肥一體化技術(shù)實(shí)際為一項(xiàng)整體性的技術(shù)，也是當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中減少成本的主要種植技術(shù)，但該技術(shù)的應(yīng)用初期需要投入較多的資金。農(nóng)業(yè)種植工作開展中，相關(guān)單位只要解決前期那農(nóng)業(yè)投資問題，并未農(nóng)民提供有效技術(shù)指導(dǎo)，就能完成對(duì)該技術(shù)的推廣，幫助農(nóng)民增收，提高農(nóng)業(yè)收益。

2 水肥一體化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

我國(guó)水肥一體化技術(shù)起源于1974年，由墨西哥引進(jìn)。我國(guó)水肥一體化技術(shù)經(jīng)過不斷試驗(yàn)與研究，覆蓋范圍逐漸擴(kuò)大，示范效果進(jìn)一步提升。

2.1 我國(guó)水肥一體化技術(shù)應(yīng)用模式

噴灌技術(shù)是對(duì)灌溉管道提供一定水壓支持，將水噴灑出去，在空中形成噴霧，水滴以細(xì)小迷霧方式下落到土壤中，完成灌溉工作的技術(shù)。該方式適用于各種土壤以及作物中，適應(yīng)性較強(qiáng)，灌溉工作人員能通過控制水壓的方式控制灌溉水量，并且灌溉更加均勻，能減少灌溉過程中水在土壤中徑流對(duì)土壤造成侵蝕。此外，該灌溉方式還能在一定程度上減少水資源的浪費(fèi)。但該灌溉方式需要對(duì)管道增壓，并且噴灑工作受到灌溉過程中風(fēng)力的影響，可能會(huì)在空氣中被吹散，造成一定損失。并且該灌溉方式還會(huì)增加空氣濕度，導(dǎo)致表層土壤被浸濕但深層土壤仍干燥的情況發(fā)生。

滴灌技術(shù)是在管道中施加一定壓力，將營(yíng)養(yǎng)液與水分融合，并通過滴頭將水與營(yíng)養(yǎng)的融合物均勻且緩慢地滴入作物周圍的土壤中的技術(shù)。該灌溉技術(shù)灌溉方式較為溫和，不會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，灌溉人員的工作壓力較小，不會(huì)產(chǎn)生無效蒸發(fā)情況，幾乎不會(huì)產(chǎn)生深層滲漏情況，灌溉一次延續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，能實(shí)現(xiàn)小水勤灌的效果，能在一定程度上減少水資源的浪費(fèi)。但滴灌過程中，滴頭容易被周圍土壤侵蝕，導(dǎo)致結(jié)垢情況發(fā)生，造成滴頭阻塞。同時(shí)灌溉過程中灌溉點(diǎn)很難被易懂，可能會(huì)導(dǎo)致區(qū)域位置鹽分累積，影響該區(qū)域位置作物根系生長(zhǎng)。為此，采用滴灌方式，應(yīng)嚴(yán)格控制水資源的質(zhì)量，灌溉初期需投入較多資金，安裝過濾器，定期清理滴頭，對(duì)其予以維護(hù)，以延長(zhǎng)其使用壽命，提升灌溉效果。

微噴灌技術(shù)指的是將營(yíng)養(yǎng)液以較大的流速以較低的壓力經(jīng)由微噴頭噴出，并直接噴灑在農(nóng)作物表面。該噴灌方式能提升水肥的利用率，具有較強(qiáng)靈活性，并能方便農(nóng)民開展噴灌工作，能在一定程度上調(diào)整田間小氣候。但該噴灌方式也有其缺點(diǎn)，就是在灌溉過程中對(duì)水質(zhì)的要求較為嚴(yán)格，噴灌工作開展之前需要對(duì)灌溉水予以過濾，避免灌溉水中融入雜草等雜質(zhì)，防止噴頭被阻塞。并且噴灑過程中的質(zhì)量，均勻程度等也受到灌溉過程中風(fēng)力的影響，可能會(huì)存在灌溉不均勻狀況發(fā)生。

膜下滴灌技術(shù)指的是將灌溉管道鋪設(shè)在膜下，通過管道將水肥送往滴灌帶中，并在滴灌帶上通過噴頭將水肥滴灌入土方中。該滴灌方式下管道很容易造成阻塞，影響滴灌效果，導(dǎo)致土壤中鹽分堆積，影響作物根部發(fā)展。并且該灌溉方式應(yīng)嚴(yán)格控制灌溉頻率，對(duì)水電保證率要求較高。

2.2 我國(guó)水肥一體化技術(shù)施肥方式

施肥是水肥一體化技術(shù)中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，種植人員應(yīng)結(jié)合種植條件以及種植作物需要選擇不同肥料，完成水肥溶液的制作。常見的水肥一體化技術(shù)施肥方式包含以下幾種。

文丘里施肥法是利用水管中壓力完成的施肥方式。當(dāng)水管中的水由高壓區(qū)流向低壓區(qū)時(shí)，文丘里管中的肥料就會(huì)在壓力的作用下提升流速，形成負(fù)壓，被負(fù)壓產(chǎn)生的真空吸力吸入管道中，混入灌溉系統(tǒng)中，完成水肥一體化灌溉。該方式下，施肥結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，灌溉中所需成本較低，無需對(duì)外部造成較大損耗。能適當(dāng)控制吸肥量，在灌溉全程中，能保持肥液濃度恒定。但該施肥方式僅適用于面積較小的種植場(chǎng)所中，在灌溉中會(huì)產(chǎn)生一定的壓力損害。

壓差式施肥法是由一個(gè)主管以及一個(gè)進(jìn)水管與一個(gè)排液管組成。水進(jìn)入管道后，分別流入主管道以及進(jìn)水管中，進(jìn)水管途徑肥料母液，將肥料稀釋后經(jīng)由排液管進(jìn)入主管，后與主管中的水混合流出，完成灌溉工作。該灌溉方式相對(duì)較為簡(jiǎn)單，灌溉施肥過程中能直接使用固體肥料，無需使用外力設(shè)備，但對(duì)于肥料濃度控制較難，并且施肥罐容量有限，需要頻繁介入人力操作，耗時(shí)較長(zhǎng)。

重力自壓式施肥法是利用高度差完成的水肥一體化技術(shù)方式，肥料母液池放置在較高位置，經(jīng)由肥料控制閥流入灌溉水池，混合后經(jīng)由灌溉水量閥門流出。該施肥方式下，種植工作人員能根據(jù)種植需要控制施肥流速以及濃度，能減少外部消耗，農(nóng)業(yè)工作人員對(duì)此消耗較小，便于操作。但該施肥方式容易導(dǎo)致灌溉池中滋生藻類植物。

3 水肥一體化技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì)

灌溉與施肥是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重中之重，我國(guó)為推進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，亟需深入了解農(nóng)作物生長(zhǎng)特點(diǎn)以及種植特點(diǎn)，創(chuàng)新水肥一體化技術(shù)與設(shè)備，建立完整的水肥一體化系統(tǒng)，切實(shí)提升水肥利用率，重點(diǎn)研究水肥一體化技術(shù)，并了解其發(fā)展趨勢(shì)。

3.1 多功能低消耗精準(zhǔn)化水肥一體化技術(shù)

能源是任何國(guó)家發(fā)展過程中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問題，任何行業(yè)運(yùn)行中能源消耗工作控制程度均能影響該行業(yè)發(fā)展可持續(xù)性。我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)下，更是將節(jié)約能源作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。為此，在水肥一體化技術(shù)發(fā)展中，農(nóng)業(yè)種植人員以及技術(shù)研發(fā)人員更加主動(dòng)開發(fā)低能耗，高精準(zhǔn)水肥一體化產(chǎn)品，以減少灌溉施肥過程能源消耗，提升水肥利用小效率。微灌溉技術(shù)作為水肥一體化技術(shù)中更加節(jié)約資源的灌溉方式，受到研發(fā)人員的關(guān)注，是當(dāng)前水肥一體化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)新技術(shù)研究中還應(yīng)更加關(guān)注灌溉與施肥工作有機(jī)結(jié)合，配備萬薩汗水肥藥裝備，確保水肥一體化系統(tǒng)功能性提升，實(shí)現(xiàn)水肥一體化技術(shù)高效性。

3.2 信息化與智能化

信息化技術(shù)與智能化技術(shù)是社會(huì)進(jìn)步的體現(xiàn)，也是當(dāng)前社會(huì)中多項(xiàng)工作開展的根本目標(biāo)，也是水肥一體化技術(shù)發(fā)展的根本趨勢(shì)之一。當(dāng)前信息化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、智能化技術(shù)等均能被有效利用，在水肥一體化技術(shù)中3s技術(shù)與傳感技術(shù)等也能利用于節(jié)水灌溉工作中。施肥工作在信息化技術(shù)與智能化技術(shù)的加入下，轉(zhuǎn)變其單一施肥效果，實(shí)現(xiàn)變量施肥目標(biāo)。該技術(shù)的應(yīng)用能進(jìn)一步提升水肥一體化技術(shù)的自動(dòng)化與智能化。將節(jié)水灌溉技術(shù)與作物信息采集技術(shù)相結(jié)合，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單位能借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)精準(zhǔn)化灌溉，并完成配套裝備研究。信息化技術(shù)與智能化技術(shù)廣泛應(yīng)用能突進(jìn)噴灌施肥工作向著節(jié)約技術(shù)方向發(fā)展。

4 水肥一體化技術(shù)研究重點(diǎn)

4.1 水肥流動(dòng)規(guī)律

水肥流動(dòng)規(guī)律是針對(duì)文丘里施肥方式開展的研究，該研究的根本目的是減少灌溉施肥過程中造成的壓力差損失。該技術(shù)研究過程中，重點(diǎn)調(diào)節(jié)文丘里施肥技術(shù)下肥料濃度隨著時(shí)間變化而產(chǎn)生的變化規(guī)律，為肥料施加推廣工作提供重要支撐。最終研究結(jié)果肥料濃度變化規(guī)律將作為后續(xù)施肥工作的技術(shù)指導(dǎo)。農(nóng)業(yè)工作人員能結(jié)合該技術(shù)，針對(duì)不同作物的生長(zhǎng)情況以及種植條件，了解作物對(duì)肥液的需求，結(jié)合作物種植方式，系統(tǒng)化規(guī)劃灌溉與施肥方式，完成水肥一體化干預(yù)，探究肥液特點(diǎn)與灌溉施肥均勻性關(guān)系，探索其對(duì)作物生長(zhǎng)情況影響。

4.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)方案是影響水肥一體化技術(shù)開展情況的重要因素，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案實(shí)際上就是加強(qiáng)水肥比例控制，借助施肥泵遠(yuǎn)離，促進(jìn)產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化，提升水肥一體化技術(shù)應(yīng)用成果，降低技術(shù)成本，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，解決施肥過程中吸力與壓力損失過高等問題。為提升水肥一體化技術(shù)水平，能借助柱塞泵遠(yuǎn)離，減少施肥灌溉中柱塞泵在柱塞反復(fù)運(yùn)動(dòng)下產(chǎn)生的壓力動(dòng)脈情況。為提升其技術(shù)性，需擴(kuò)大柱塞泵流量，擴(kuò)大其覆蓋面積，擴(kuò)大其適用范圍，優(yōu)化柱塞泵設(shè)計(jì)方式。針對(duì)不同系統(tǒng)能耗，施肥均勻需求以及經(jīng)濟(jì)化需求，設(shè)計(jì)人員以及農(nóng)業(yè)相關(guān)人員應(yīng)優(yōu)化選型方案，關(guān)注施肥設(shè)備技術(shù)情況，采用不同優(yōu)化算法優(yōu)化施肥設(shè)備建立多目標(biāo)配置優(yōu)化流程。常見算法有遺傳算法，蟻群算法與粒子群算法，針對(duì)不同種植需求以及施肥需求等，應(yīng)選擇不同算法。

4.3 產(chǎn)品研發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)化

灌溉與施肥設(shè)備是影響灌溉施肥效果的重點(diǎn)因素，故相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)施肥配套設(shè)備，利用現(xiàn)有施肥制度。針對(duì)不同區(qū)域作物種植工作特點(diǎn)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)于低壓管道與灌溉施肥設(shè)備的研發(fā)。針對(duì)我國(guó)種植特征與作物農(nóng)業(yè)施肥特點(diǎn)，開發(fā)水肥一體化設(shè)備，加大該技術(shù)推廣力度。通過不是，對(duì)于不同水肥一體化系統(tǒng)，還應(yīng)規(guī)范操作技術(shù)規(guī)范，指導(dǎo)農(nóng)民以科學(xué)方式完成水肥一體化技術(shù)實(shí)際應(yīng)用。農(nóng)業(yè)工作人員還應(yīng)重點(diǎn)研究高效液體肥料與水溶肥料灌溉方式，實(shí)現(xiàn)水肥一體化技術(shù)綠色化轉(zhuǎn)型，升級(jí)技術(shù)形式，提升技術(shù)效果。同時(shí)還應(yīng)建立水肥一體化設(shè)備行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，完善設(shè)備性能檢測(cè)方式，開展技術(shù)平臺(tái)，推進(jìn)該技術(shù)在市場(chǎng)中更加健康有序發(fā)展。

4.4 灌溉施肥制度

結(jié)合不同地區(qū)農(nóng)業(yè)種植工作，技術(shù)人員加強(qiáng)對(duì)土壤水分等種植要素研究，為水肥一體化技術(shù)研究工作提供技術(shù)參數(shù)支持。農(nóng)業(yè)種植人員研究農(nóng)作物種植過程中生長(zhǎng)不同階段水分與養(yǎng)分需求，結(jié)合其特征，探究不同水肥組合方式下對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)情況產(chǎn)生影響情況。在從基礎(chǔ)上，探究農(nóng)作物生長(zhǎng)、品質(zhì)與產(chǎn)量影響規(guī)律，結(jié)合天氣狀況，探究調(diào)節(jié)水肥情況的根本方式。采用綜合評(píng)定方式的目的是最大程度上提升農(nóng)作物產(chǎn)量，確定水肥比例，調(diào)節(jié)灌溉方式與次數(shù)，了解灌溉周期。在此基礎(chǔ)上建立高效化水肥一體化技術(shù)制度，完善設(shè)備與系統(tǒng)操作規(guī)范。

4.5 智能水肥一體化系統(tǒng)

積極利用先進(jìn)技術(shù)完成對(duì)水肥濃度的控制，完善施肥灌溉工作自動(dòng)化控制技術(shù)。同時(shí)農(nóng)業(yè)工作人員應(yīng)重點(diǎn)研究農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)檢驗(yàn)方式，以更加精準(zhǔn)、簡(jiǎn)便的方式確定其水肥需求情況，完成精準(zhǔn)化灌水施肥工作。同時(shí)以更加精準(zhǔn)適當(dāng)?shù)乃惴焖俨杉魑镄畔ⅲ瓿尚畔⒎答仯⒅贫ㄋ什呗浴?/p>

5 結(jié)論

綜上所述，水肥一體化技術(shù)合理化開展能發(fā)揮其節(jié)水、節(jié)肥等作用，對(duì)于提升農(nóng)作物產(chǎn)量與品質(zhì)方面效果積極。該技術(shù)妥善應(yīng)用對(duì)于緩解我國(guó)水資源短缺，遵循節(jié)能減排原則，維持生態(tài)文明，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面效果顯著，可推進(jìn)農(nóng)業(yè)工作可持續(xù)發(fā)展。故應(yīng)加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)研究的政策支持與經(jīng)濟(jì)支持，培養(yǎng)專業(yè)化技術(shù)人才，加強(qiáng)該技術(shù)研究與應(yīng)用，加強(qiáng)技術(shù)管理，將水肥一體化技術(shù)妥善應(yīng)用于農(nóng)業(yè)種植工作中。