水肥一體化技術在設施農業中的應用分析

劉國杰

（聊城市農業農村局/聊城市農村改革和農業農村經濟服務中心，山東聊城 252000）

“米袋子”工程和“菜籃子”工程一直是關系國計民生的重大問題，直接影響著糧食安全。在不斷增產增收的大背景下，提高農業的現代化生產水平成為重難點問題。現代化農業技術不但要保證增產增收，而且要實現資源節約、生態和諧，促進可持續發展。設施農業是現代農業的重要組成部分，對水肥管理的要求很高，加強水肥一體化技術研究和推廣是重要的解決思路，有利于充分發揮設施農業的高產、優質、高效等優點。

1 設施農業與水肥一體化技術內涵

1.1 設施農業內涵

設施農業是在工程技術的支持下，盡可能控制與農作物生長相關的環境因素，實現高效生產的目的，是一種現代化的農業生產方式。與傳統農業相比，設施農業是在一個相對封閉的空間（如溫室大棚）中進 行，不能直接利用外界降雨，一些適合露地栽培的節水技術在設施農業生產中并不適宜，因此，設計灌溉系統成為設施農業發展的關鍵技術，影響著設施農業的規模化生產效益及推廣發展進程。

1.2 水肥一體化技術內涵

水資源供需矛盾是制約我國可持續發展的重要因素，而農業用水量占社會總用水量的60%以上，面對農業用水浪費嚴重的現象，必須積極推行節水灌溉技術，實現綠色發展。同時，作為世界化肥消耗大國，許多地方依然采用了撒施、淺施等施肥方式，存在著施肥不合理的問題，導致肥料利用率低，容易對土壤和水體造成污染。面對全球資源緊張、保護生態環境的壓力，必須轉變粗放式的農業生產方式。水肥一體化技術是將肥料溶解在水中，根據需水需肥規律，在管網系統壓力的作用下，按比例定時、定量、均勻地浸濕目標作物根系區域，從而形成直接補水補肥的效果，保證土壤中能夠滿足作物生長所需要的水肥量。水肥一體化技術具有資源利用率高、保護生態環境、節約勞動力和提高綜合效益等諸多優點，在20 世紀60 年代已經得到了初步的發展和應用，從肥料罐設施到自動控制系統設備，養分分布更加均勻，灌溉精確度更高。水肥同步的供應能力實現了質的變化，而且液體肥料逐漸增多，更適合于灌溉施肥，推動了水肥一體化技術的全面發展。我國的水肥一體化技術研究起步較晚，在結合對外引進和自主研發的情況下，雖然已經獲得了一定的成果和經驗，但是與世界發達國家相比仍然存在著較大差距[1]。

2 水肥一體化技術類型

水肥一體化技術經歷了不同發展階段，在不同地區、不同作物、不同經濟條件下，衍生出了多種水肥一體化系統。

2.1 簡易水肥一體化技術

簡易水肥一體化技術的應用能夠較好地適用于要求低、投資少等地區農戶，施肥槍就是一種典型的簡易水肥一體化系統，可以將適宜濃度的肥料溶液直接注入作物根部周邊土壤中，不需要挖坑或者開溝。該系統主要包括配藥罐、打藥機、管子和三輪車等，這是在噴藥機械裝置的基礎上改造而來的。在應用時，需要先測定土壤養分含量，根據作物生長周期需肥特征，制訂詳細的施肥方案，注意控制肥液濃度，確保稀釋攪拌充分，合理設置追肥孔，把握追肥時間。簡易水肥一體化系統是一種設備簡單、投資較低、省時省力的技術方法，能夠提高肥料利用率，減少根系損傷，但是對于現代農業而言，簡易水肥一體化技術存在許多不足之處，并不適用于大面積作業范圍，而且控制精確度不高，沒有實現自動化、信息化管理[2]。

2.2 滴灌水肥一體化技術

2.2.1 系統構成

滴灌水肥一體化技術是在滴灌節水技術的基礎上發展而來的，是一種相對成熟的水肥一體化技術，標志著農業灌溉技術的重要突破。滴灌水肥一體化系統主要包括水源工程、首部樞紐、管網、施肥裝置及滴水器等組成部分。水源工程涉及攔水、蓄水、引水、提水和沉淀等工作內容，需要保證水質和水量能夠滿足灌溉需求，實現有效的凈化處理，維護系統正常運轉。首部樞紐工程包括動力機、水泵、施肥裝置、過濾設施、安全保護及量測控制設備，從水源處取水，然后加入肥料，經過濾后，定時定量輸送到管網中，是水肥一體化系統的控制調配中心。輸配水管網包括各種干管、支管、毛管及相關連接件，負責將首部樞紐處理過的水流按要求輸送到各個角落。滴水器是將水流變成水滴，均勻地滴入土壤中。

2.2.2 肥料選擇

水肥一體化技術的應用對肥料選擇提出了一定要求。1）確保肥料的溶解性良好。盡可能使用完全速溶的專用肥料，如果不能完全溶解，那么需要提前在容器內溶解好，然后將上部溶液倒入施肥罐中，防止殘渣堵塞滴頭。2）選擇腐蝕性較小的肥料。這與水肥一體化系統的材料息息相關，如硝酸銨、硫酸銨容易腐蝕鍍鋅鐵，磷酸可以腐蝕不銹鋼等。另外，不同肥料之間也可能會發生相互影響，不能同時使用，需要嚴格控制[3]。

2.2.3 技術特點

滴灌水肥一體化技術具備提高資源利用率、降低勞動量等優點，自動化程度明顯高于施肥槍，同時由于出水量小，壓力問題可以忽略不計，可以均勻地浸潤作物根系，對作物生長影響較小，因此具有更廣的適用范圍，尤其是在沙漠少水的情況下，遵循少量多次的出水原則，能夠滿足作物基本的水分和養分需求，并且降低蒸發量。滴灌水肥一體化技術也有一定的局限性：1）滴頭直徑較小，很容易發生堵塞問題，隨著時間的延長，可能會使整個滴灌系統效率大大降低，在一些水質不佳的地方適用性并不強；2）滴灌的補水方式很容易形成地表鹽分積累的問題，對農作物生長和土壤性質均會產生不利影響。這些都是需要著重考慮的技術特點。

2.3 智能水肥一體化技術

隨著網絡信息技術的不斷發展，數字化、智能化已經成為現代農業發展的重要趨勢，尤其是農業物聯網的加快推進，促進了水肥一體化智能管理系統的研究應用。智能水肥一體化系統集合了水肥一體機、傳感器、觸摸屏及滴灌系統等，根據不同農作物生長需求進行針對性設計，能夠提升水肥一體化系統的應用效果。智能水肥一體機涵蓋了過濾器、信號采集器、濾網等主要設備。過濾器是一種先進高效、操作簡便的全自動過濾裝置，能夠將水肥中的雜質截留住，防止影響系統的運轉；信號采集器主要通過土壤中的濕度傳感器獲取土壤信息，通過相關程序轉換成數字信號，水肥一體化管理系統通過比對土壤水肥量值和系統設置值，自動下發指令，收到指令后，開始灌溉作業，達到系統設定數值后停止灌溉，從而實現自動化控制的效果。水肥一體化智能管理系統主要包括數據采集層、網絡傳輸層、數據處理層及遠程控制層能夠實現精確分析、合理決策、科學管控，需要強大的軟硬件支持，不但需要前期投入大量資金，而且對管理人員的技術能力也提出了一定的挑戰，因此，智能水肥一體化技術需要經歷一定的發展時間才可能達到廣泛應用的目標[4]。

3 存在的問題及解決策略

3.1 問題

3.1.1 技術層面

水肥一體化技術是現代設施農業發展的一項綜合管理技術，需要其他配套技術的大力支持。我國的水肥一體化技術研究應用起步較晚，影響農作物生長的因素有很多，針對于不同區域、不同農作物的需水需肥規律研究尚不全面，沒有形成完整的水肥一體化技術體系，導致實際運用效果達不到預期目標，而且從技術層面到產業層面仍然存在一定的距離，需要實現從理論到實踐的跨越。水肥一體化技術需要相關配套設施的支持，許多企業盲目引入或仿造外國設備，導致設備適用性差，或者質量難以得到保證。同時，缺乏高端的全水溶肥產品，并不能滿足水肥一體化系統的使用要求。

3.1.2 推廣層面

水肥一體化技術涵蓋了農田水利、灌溉工程、肥料、土壤及栽培等多種專業知識，在綜合性人才缺乏的情況下，很難兼顧各個方面，不能形成全面系統的技術指導。許多農業地區經濟不發達，農業技術推廣手段落后，在面對一些復雜技術產品時，很難做到講清楚、說明白。另外，水肥一體化系統的一次性投入相對較高，設備折舊年限較長，對于一些普通農戶而言，需要具備相當的經濟實力才敢于去嘗試。因此，在水肥一體化技術應用推廣中，農民的積極性并不高，對于一些復雜的技術，也缺乏足夠的能力去學習和掌握[5]。

3.2 應對策略

3.2.1 加強政策引導

水肥一體化技術是發展現代農業的重要手段，能夠有效改變我國農村農業的落后面貌，推動農業的健康持續發展，因此政府應加強政策引導。相關部門要積極聯合科研院所開展相關技術研究，根據當地農作物種植種類，建立各種作物灌溉施肥制度，完善水肥一體化技術體系，形成一套切實可行的水肥一體化技術應用模式，推動技術成果向產業成果轉化。不斷規范設備設施市場，嚴格把控水肥一體化系統生產質量；同時加強水溶肥市場監管，推動高質量全水溶肥產品的生產銷售[6]。對于一次性投入大的問題，相關部門應積極研究對策，給予資金補貼或者低息貸款，吸引廣大農戶和社會各方積極參與，讓他們能夠沒有后顧之憂地開展現代化農業生產。

3.2.2 加大推廣力度

好的技術、好的產品同樣需要強有力的宣傳推廣，制訂全方位、立體化的技術推廣方案，充分調動技術人員、企業、農民的積極性。增加農業技術推廣經費，完善基礎設施建設，保證農機推廣人員的綜合素質能夠滿足要求，通過線上、線下多種渠道，傳遞先進技術和經驗，提高農業信息化服務水平。在線下，可以通過會議、培訓、參觀及考察等方式進行現場宣講，讓農戶能夠切身感受到技術應用的優越性，積極樹立先進典型，營造相互學習、相互促進的良性發展氛圍。在線上，通過微信群、公眾號、短視頻平臺，講解水肥一體化技術要點，演示操作流程，傳達成功和失敗的經驗教訓[7]。水肥一體化技術培訓需要面對不同的群體，采取不同的培訓方式，制訂不同的培訓內容，盡可能提高培訓質量和效率，讓相關人員能夠全面高效地掌握技術要領，并根據存在的問題及時解決，防止消極情緒的蔓延，保證最終的推廣效果[8]。

4 結語

闡述了設施農業和水肥一體化技術的內涵，并針對簡易水肥一體化技術、滴灌水肥一體化技術、智能水肥一體化技術進行了分析，提出水肥一體化技術在設施農業應用推廣中存在的主要問題及應對策略。希望能夠起到積極的現實意義，充分認識水肥一體化技術的優勢，加強技術研究和宣傳推廣，促進現代農業健康可持續發展。