水肥一體化技術的應用

楊昌敏 易文裕 趙幫泰 程方平 張巍 劉琳

摘要：水肥一體化技術具有省時省工、節水節肥、增加產量、改善環境條件等方面的優勢，在農業生產上得到廣泛應用。四川省是蠶桑種養大省，應用推廣水肥一體化技術能有效緩解桑園水資源地理時空分布不均的問題，有效提高桑葉產量和質量，促進產業可持續發展。基于此，通過對四川水肥一體化技術研究應用情況梳理，得出水肥一體化技術在四川的應用主要集中在果蔬類經濟作物，在桑園應用較少的現狀。指出桑園水肥一體化技術應用存在設備使用維護成本高、技術應用推廣難以及缺乏配套智能裝備等制約因素。進一步提出開展適宜于丘陵山區的桑園水肥一體化新技術研究、完善典型桑區水肥一體化技術應用模式、推進智能水肥一體化灌溉系統研發等措施，以期加快推進四川桑園水肥一體化技術的應用推廣。

關鍵詞：水肥一體化；灌溉制度；智能化；桑園

中圖分類號：S888

文獻標識碼：A

文章編號：2095-5553 （2023） 04-0071-05

Abstract： The integrated technology of water and fertilizer has the advantages of saving time and labor， saving water and fertilizer， increasing production， improving environmental conditions and so on. It has been widely used in agricultural production. Sichuan Province is a major province of sericulture and cultivation. The application of water-fertilizer integration technology can effectively alleviate the uneven distribution of water resources in the mulberry park， effectively improve the yield and quality of mulberry leaves， and promote the sustainable development of the industry. By combing the research and application of the technology of water-fertilizer integration in Sichuan， it is concluded that the application of the technology of water-fertilizer integration in Sichuan is mainly concentrated in fruit and vegetable cash crops， and less in mulberry orchard. It analyzed the factors restricting the application of water-fertilizer integration technology in mulberry gardens， such as the high maintenance cost of equipment， the difficulty of technology application and promotion， and the lack of supporting intelligent equipment， and further proposed to carry out the research on the new technology of water-fertilizer integration in mulberry gardens suitable for hills and mountains， improve the application model of water-fertilizer integration technology in typical mulberry areas， and promote the research and development of intelligent water-fertilizer integration irrigation system. In order to accelerate the application and popularization of water and fertilizer integration technology in Sichuan mulberry garden.

Keywords：? water and fertilizer integration; irrigation system; intelligentization; mulberry field

0 引言

發展節水農業，推廣普及水肥一體化技術，是轉變農業發展方式、促進農業可持續發展的必由之路。近幾年來，我國大力倡導發展水肥一體化，并出臺了系列支持文件。2013年原農業部組織專家制定并印發了《水肥一體化技術指導意見》，從目標任務、技術要點、工作重點等方面為各級農業部門推廣應用該技術提供指導；《推進水肥一體化實施方案（2016—2020年）》指出“推廣普及水肥一體化等農田節水技術”；2021年中央一號文明確“推進農業綠色發展，持續推進化肥農藥減量增效”。

我國是桑樹原產地和絲綢發祥地，也是全球最大的蠶桑絲綢生產、出口國。四川省以“東桑西移”戰略為契機，立足蠶桑主產區地理環境、氣候特點和產業集群等條件，初步建成了以攀西、川南、川中北為核心的三大蠶桑產業帶。截至2021年，四川省桑園面積達123.3 khm2，同比增長3.3 khm2，增幅8.78%，居全國第二［1］。工業和信息化部、農業農村部等部委聯合印發的《關于印發‘蠶桑絲綢產業高質量發展行動計劃（2021—2025年）》通知，提出“建設規模化集約化蠶桑基地，推廣水肥一體灌溉”。水肥一體化技術適時、適量地滿足桑樹對水分和養分的需求，實現水肥同步管理和高效利用，有利于減輕勞動強度、促進綠色發展，是桑蠶業高質量發展方向，未來在桑園中應用空間廣闊。

1 水肥一體化技術研究現狀

國外的灌溉施肥技術起步較早，以色列、美國、荷蘭等國都已經普及推廣水肥一體化，并形成灌溉施肥機系列產品，這些產品能夠精準提供作物養分和水分，有些還可根據作物類型、不同生育期特點、環境參數等提出不同灌溉策略，實現智能化灌溉施肥［2］。以色列人均淡水量320 m3，僅為世界人均水平的1/33，截至2018年，以色列90%以上的農業生產實現了水肥一體化管理［3-4］，包括果樹、花卉、溫室作物、大田蔬菜和大田作物；美國60%的馬鈴薯、33%的果樹和25%的玉米都采用水肥一體化技術，水肥一體化專用肥料占肥料總量的38%以上，節水灌溉技術達到世界先進水平［5］；荷蘭采用智能化水肥一體化灌溉技術，可根據作物不同時期需要水肥的量，自動配比水肥進行灌溉，實現智能化控制［6］；西班牙、日本、意大利等國也是水肥一體化發展較快的國家。總體來說，國外水肥一體化技術發展迅速，應用廣泛，通過結合物聯網技術、無線傳感網絡，運用自動控制、模糊邏輯控制等智能決策系統，采用先進算法，已實現對農作物水肥灌溉的精準智能調控和遠程操控［7-8］。我國水資源總量不足，時空分布不均，我國1974年首次從墨西哥引進滴灌技術，1980年自主研發了第一套滴灌設備，此后結合國外先進技術逐步實現設備規模化生產［9］。2000年以來，我國加大節水農業發展力度，滴灌等節水措施從單位試點逐漸向規模化轉變，通過建立核心示范區，輻射帶動周邊地區進行水肥一體化技術推廣［10-11］。經過多年發展，我國水肥一體化在技術模式、施肥方法、控制決策方面都取得了長足進步，目前可實現利用可編程邏輯控制器（PLC）對農作物灌溉的模糊自動控制，產品基本可以滿足作物灌溉施肥要求。近幾年，國內學者一直致力于提升一體化灌溉系統的智慧性和精準性，將模糊控制算法等智能決策控制方法應用于系統，力爭實現真正的農業遠程一體化智慧灌溉［8］，但目前實踐應用仍未較大突破依靠人工設定和操控層面，對于智能化控制、遠程化操作還需進一步提升和推廣，灌溉精準性、穩定性方面較發達國家還有一定差距。

目前國內水肥一體化技術主要通過噴灌、滴灌、微噴灌和膜下滴灌等方式實施，其中滴灌技術應用最為廣泛［5］。國內對水肥一體化技術的研究主要集中在同一技術模式在促進不同作物水肥利用率、作物生長、品質和產量提升研究以及不同模式在對同一農作物節水效果、品質提高方面的比較研究。

2 水肥一體化技術在四川的研究應用

據2018年數據統計，全國水肥一體化應用面積約3 333 khm2，四川省果蔬水肥一體化微灌技術示范推廣面積約66.7 khm2。四川省農業自然條件復雜，應用推廣水肥一體化技術，可有效促進水資源的科學開發和利用，因此四川緊跟國內技術研究方向，在對作物產量質量提升效果、技術模式應用選擇、裝置裝備研發等方面開展了研究。

1） 產量質量提升效果方面，熊建勇等［12］通過對蔬菜大棚開展水肥一體化在肥料、農藥投入、產量、收益方面的比較試驗，得出使用水肥一體化節省化肥、農藥均在30%左右，增加產量達20%，農戶增收30%。楊海龍等［13］對丹棱縣2018—2019年柑橘園有機肥替代化肥效果進行監測，以“有機肥+配方肥”“果+沼+畜”“有機肥+水肥一體化”3種技術模式進行對比，通過對各模式下土壤有機質含量變化情況、土壤有機質分級變化情況的統計、計算分析，得出“有機肥+水肥一體化”對土壤機質提升效果最為顯著，是最佳技術模式的結論。吳玉丹［14］以樂至縣孔雀鄉林業園區三年生青花椒作為試驗對象，對傳統灌溉方式與水肥一體化灌溉方式下青花椒生長特性和果實特性變化分析，得出：水肥一體化一次性提高水源利用率20%左右，節肥20%～30%，增產10%～20%。如以經營期20年計算，青花椒水肥一體化年均產值增長3.993萬元/hm2，累計產值增加79.86萬元/hm2，成本投入減少2.1萬元/hm2，成本收回時間縮短3年。

2） 技術模式應用選擇方面，鐘奇等［15］基于水肥一體化設施設備，研究在不同灌溉制度、不同施肥量處理下芒果產量和品質的表現，得出攀西地區芒果節水灌溉灌水持續時間90～110 d，滴灌的最佳灌水量0.10 m3/（株·次），微噴灌的最佳灌水量為0.19 m3/（株·次），灌水周期為13～16 d，灌水次數6～8次，滴灌效果優于微噴灌的結論，為攀西芒果園水肥管理提供一定的理論和實踐參考；伍仁軍等［16］為在四川煙田上更好地應用水肥一體化技術，提出了四川煙田水肥一體化在基礎研究、技術研發方面的思考，研究適用于家庭承包制的山地水肥一體化技術，探索實現用戶差異明顯情況下水肥一體化技術應用模式。王友富等［17］為了探討攀西地區冬作青薯9號節水節肥最佳栽培模式，以不同灌水量梯度和不同基施底肥量為試驗，研究其農藝性狀和生產性能表現，得出青薯9號水肥一體化高壟雙行膜下滴灌高產栽培模式最佳的灌水量和底肥施用量分別為2 100～2 400 m3/hm2和1 200～1 500 kg/hm2。

3） 裝置裝備研究成果方面，阮紅麗等［18］為提高茶園施肥精度，以四川典型主產區成齡茶樹為對象，分析茶園水肥的需求和特點，設計了一種水肥一體化灌溉施肥裝置，通過調節吸肥腔與進水腔的體積比，確定最佳的肥液混合比例，實現水肥的精確配比，以4%吸肥比例為設定值開展試驗，按照1.80 m3/h、1.60 m3/h、1.00 m3/h三個流量運行，施肥精度分別為1.00%、1.75%、0.75%，滿足使用要求。江連強等［19］發明了煙草種植水肥一體化組合機，具有自動配制一定濃度的液體肥功能，用于煙草、蔬菜、玉米等農作物種植，設備通用性較好。馬建偉等［20］設計了一種獼猴桃水肥一體化澆灌設備，在架體前端設置料桶，肥料通過料桶進行混合，便于均勻噴灑，適合小田塊作業。曾文明等［21］發明了一種丘陵山區自壓水肥一體化灌溉系統，依靠高位水池內水源從高到低自流的方式灌溉農作物，無需外部的動力源，成本較低，適合于交通不便的丘陵山區。

通過檢索和分析關于“四川水肥一體化”的研究文獻，四川在水肥一體化的技術模式、裝置裝備等方面有著積極的探索和研究，也取得了一定成果。但目前水肥一體化在四川的應用主要集中在果園、菜園、茶園、煙田等經濟效益較好的作物，在其他作物生產上應用推廣少。

3 水肥一體化技術在桑園的應用

國外蠶桑產業規模較大的有巴西、印度、越南、緬甸等國，俄羅斯和日本有小量規模。古巴雖然桑園面積較大，但主要用于畜禽飼料，桑園管理粗放，東南亞諸國基本上是傳統的生產方式，未查見水肥一體化在桑園的應用。

我國桑園水肥一體化技術的研究和應用：韋建朝等［22］論述了滴灌技術在桑園生產上的優點，從成本預算、效益方面分析了滴灌在桑園的應用前景，通過滴灌設施的應用，可以達到節水50%以上，比傳統施肥方法節省肥料30%，桑葉產量增加20%，可增加直接效益2.4萬元/hm2，增加綜合效益3.675萬元/hm2。王謝等［23］基于滴灌系統，對比分析了施用高氮水溶性肥料與農民習慣性施用碳銨肥對夏伐50 d后桑枝生長及桑葉產量和質量的影響，得出水溶性肥料施用后，增加了夏伐后桑枝的生長和枝干重量，提高了桑葉的整體養分和質量。李法德等［24］利用PLC、HMI無線傳輸技術和現代灌溉技術，開發了一套可通過手機/電腦遠程遙控的桑園智能水肥一體化系統，根據桑樹在各生長階段對氮、磷、鉀和中微量元素的不同需求，設置相應的灌溉時間和配肥比，一套系統可管理6.7 hm2桑園。蔣輝霞等［25］為解決綿陽市某縣桑樹種植的灌溉用水和施肥的問題，根據不同的桑樹樹齡，采用微噴灌和噴灌兩種灌溉方式，為桑樹及時提供水肥，獲得了較好的綜合效益，桑葉優質率提高了20%，節水率達到30%～40%，節肥率達40%～50%。

從文獻來看，目前桑園水肥一體化的研究和應用較少。從實地調研來看，就四川而言水肥一體化技術目前僅在武勝縣猛山鄉蠶桑現代農業園區、寧南縣碧窩村蠶桑現代農業園區、南充尚好桑茶基地、閬中蠶種場桑園基地、三臺蠶種場桑園基地等少數現代農業園區和具有一定規模的蠶種場桑園基地有應用，且灌溉智能化水平有待進一步提高。

4 桑園水肥一體化技術應用制約因素分析

四川桑園多分布于丘陵山地，水源主要為天然降水，雖大部分區域有一定的灌溉條件，但水分在時間和空間上分布不均勻。桑園管理中，每年需施肥3～4次，占生產管理總勞動量的30%左右，總施肥量大，勞動強度高。水肥一體化技術降低桑園施肥勞動強度，提高水肥利用率，實現桑葉高產、優質，是蠶桑產業發展的必然趨勢，但當前桑園應用推廣該技術還存在一些制約因素。

4.1 設備使用和維護成本高

水肥一體化硬件技術較成熟可靠，但不同于傳統灌溉，水肥一體化技術需要合理的工程設計、專業的灌溉設備以及完善的灌溉制度，使用成本較高，加之丘陵山區受地形地貌限制、水利設施不完善等因素影響，桑樹連片種植困難，水肥一體化所需材料成本明顯高于平原，一次性投入較高，后期過濾產品等維護成本高，一定程度限制了水肥一體化技術的應用。

4.2 技術應用推廣難

水肥一體化技術專業性較強，推廣中存在因缺乏專業農業科技人才，不了解設備操作流程，不懂科學維護，設備使用過程中出現問題不能及時解決等，造成設備使用壽命縮短，成本增加，進一步阻礙了水肥一體化技術的應用和設備推廣。

4.3 缺乏灌溉配套參數和智能設備

水肥一體化的實施對桑樹產生了明顯的經濟和生態效應，但就目前應用來說，桑樹水溶性肥料的研究和使用少；對于不同區域桑園水肥一體化相關參數的調控研究才剛起步，肥料配方、施肥量、管理方法等較多依靠個人經驗，缺乏成熟的智能灌溉決策系統和針對桑園的水肥一體成套產品。

5 桑園水肥一體化技術應用建議

5.1 開展適宜于丘陵山區的桑園水肥一體化新裝備研究

受丘陵、山地等復雜地形影響，桑樹種植區域通常被劃分為多個分區，且各個分區水肥需求量不同，應立足四川桑園種植自然條件、地理環境，加強適宜于丘陵山區的水肥一體化新技術、新裝備研究。如桑樹專用水溶性肥料研究，適用于山區環境、缺水缺電地塊和家庭承包制的移動式帶水源和電源的水肥一體化系統研究。研發針對桑園成本較低、易操作、可維護性強的輕簡型水肥一體化設備，降低用戶技術設備使用成本。

5.2 開展典型桑區水肥一體化試驗研究，進一步完善技術模式

水肥一體化是一項區域性和技術性都很強的技術，因此，有必要在各典型桑區，如攀西、川南、川中北三大蠶桑產業帶開展水肥一體化相關技術的試驗研究、示范。根據不同區域條件、不同桑樹用途（葉桑、果桑），開展桑樹各生長期的灌溉方式、灌水量、施肥量等對比試驗，以實現最大產量和最佳品質為目標，確定桑樹灌水施肥比例、周期和最佳時期，形成特定區域桑樹水肥一體化技術模式，完善灌溉制度和施肥方案，提高技術應用的針對性和實用性。

5.3 開展水肥一體化技術推廣應用，推進智能化灌溉系統研發

新建桑園應充分考慮水肥一體化技術的應用，并為技術應用提供相應條件，已建桑園應根據桑園大小、土壤狀況、水源等實際情況，合理規劃選擇適合的水肥一體化設備；技術應用中應加大技術指導、農業人才培養，建立健全良好的設備使用和維護制度，從技術層面降低設備運維成本；穩步加強資金投入，因地制宜推進水肥一體化技術推廣的規模化和標準化。同時，建立高效的桑田水肥信息化平臺，結合先進現代農業技術，逐步推進智能化水肥一體化灌溉系統研發和應用。

6 結語

2019年“川桑”產業被四川省人民政府確定為重點建設“10+3”產業體系，是四川省強農富民重點。水肥一體化在桑園中的研究和應用才剛剛起步，產品價格偏高，一次性投入較大，針對丘陵山區的設施設備還明顯不足。為了更好地在桑園生產上應用推廣水肥一體化，應做好各典型桑區的示范和推廣，以點帶面。同時要加快物聯網、人工智能和大數據技術等在智能水肥一體化裝備上的集成創新，配合土壤和作物監測系統，實現水肥一體智能化管理、精準化作業。

參 考 文 獻

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