張二朋 王維超

（1.鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450018；2.許昌市煙草公司襄城縣分公司，河南 許昌 461000）

肥水一體化系統(tǒng)的研究與在煙草上的推廣應(yīng)用

張二朋1王維超2

（1.鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院，河南 鄭州 450018；2.許昌市煙草公司襄城縣分公司，河南 許昌 461000）

肥水一體化系統(tǒng)是當(dāng)前節(jié)水農(nóng)業(yè)的重要模式之一，文章介紹了鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院研究開(kāi)發(fā)的一套肥水一體化系統(tǒng)，并簡(jiǎn)要介紹了該系統(tǒng)的示范推廣效果，總結(jié)了肥水一體化系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題，并對(duì)以后發(fā)展和推廣提出了一些建議。

肥水一體化；推廣應(yīng)用；煙草；節(jié)水灌溉

肥水一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體，肥料溶解于水中隨灌溉水輸送到作物根區(qū)的農(nóng)業(yè)新施肥技術(shù)[1]，和常規(guī)栽培管理技術(shù)相比具有省肥節(jié)水，省工省力，降低田間濕度，減少田間作物病害，減少對(duì)環(huán)境的污染，增產(chǎn)增效等優(yōu)點(diǎn)[2，3]。目前，在一些發(fā)達(dá)國(guó)家如以色列、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家已經(jīng)形成了完善的設(shè)備生產(chǎn)，肥料配制，推廣和服務(wù)的水肥一體化灌溉施肥技術(shù)體系[4]，世界總應(yīng)用面積超過(guò)1億畝。然而，我國(guó)的有關(guān)的設(shè)施灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用還處于起步階段，還存在著灌溉技術(shù)和施肥技術(shù)脫離，灌溉施肥工程管理水平低，灌溉施肥研究和技術(shù)培訓(xùn)不足等主要技術(shù)攻關(guān)問(wèn)題[5]。

農(nóng)業(yè)部辦公廳關(guān)于《水肥一體化技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)》要求以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，緊緊圍繞現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，按照轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、建設(shè)生態(tài)文明要求，突出重點(diǎn)區(qū)域和主要作物，確定主推技術(shù)模式，創(chuàng)新工作方法，著力推進(jìn)水肥一體化技術(shù)本土化，輕型化和產(chǎn)業(yè)化。鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究開(kāi)發(fā)出了一套通過(guò)對(duì)田間土壤信息、農(nóng)田環(huán)境信息的自動(dòng)化采集，運(yùn)用精準(zhǔn)灌溉技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)灌溉施肥過(guò)程的自動(dòng)化和智能化的肥水一體化技術(shù)體系，嚴(yán)格有效滿足作物需水需肥的同時(shí)又能節(jié)水節(jié)肥，保護(hù)環(huán)境。

1 肥水一體化系統(tǒng)簡(jiǎn)介

圖 1 肥水一體化系統(tǒng)模式圖

該肥水一體化系統(tǒng)是由鄭州在田農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院設(shè)計(jì)，以現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)為依據(jù)，結(jié)合計(jì)算機(jī)工業(yè)控制技術(shù)中的ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)控制滴灌系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)植物土壤濕度、土壤鹽分、環(huán)境溫度和光照的變化，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將傳感器信號(hào)反饋，結(jié)合傳感器融合技術(shù)和農(nóng)作物植株生長(zhǎng)周期等信息對(duì)滴灌動(dòng)作做出精確判斷，實(shí)現(xiàn)高效地施肥節(jié)水一體化自動(dòng)灌溉。

硬件部分主要包括工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、單片機(jī)、Zigbee無(wú)線傳輸設(shè)備、A/D數(shù)模轉(zhuǎn)換電路及開(kāi)關(guān)量控制模塊、土壤濕度傳感器、土壤鹽分、空氣溫濕度、水流量計(jì)、田間控制單元等部分。

傳感器信息顯示采集到的土壤水分、土壤鹽分、水流計(jì)算量、大氣等綜合信息，用戶可根據(jù)相應(yīng)的信息制定自動(dòng)、手動(dòng)、半自動(dòng)灌溉計(jì)劃。在灌溉過(guò)程中，當(dāng)泵和相映單元的閥門(mén)打開(kāi)時(shí)，操作界面即產(chǎn)生泵、閥、水流等即時(shí)效果。泵和閥門(mén)的控制將由未開(kāi)啟是的紅色變?yōu)榫G色，并有水流動(dòng)的即時(shí)效果產(chǎn)生，入遇到閥門(mén)或泵未打開(kāi)，則不會(huì)產(chǎn)生水流效果，泵和閥成紅色或黃色，并在告警區(qū)域顯示告警，如遇告警請(qǐng)查看對(duì)應(yīng)單元的泵閥的狀態(tài)。

系統(tǒng)安裝設(shè)計(jì)了360度高清紅外球機(jī)，可對(duì)植株頁(yè)面進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀測(cè)，并在巡航當(dāng)中進(jìn)行頁(yè)面的近距離單株拍照，并將正常植株的頁(yè)面和受損植株（病蟲(chóng)害）的頁(yè)面進(jìn)行對(duì)比、分析、編號(hào)，當(dāng)受損植株比例大于系統(tǒng)預(yù)設(shè)植株時(shí)產(chǎn)生預(yù)警信息。

圖 2 肥水一體化操作界面

2 肥水一體化的推廣應(yīng)用

2.1 肥水一體化系統(tǒng)示范試驗(yàn)情況

鄭州在田農(nóng)業(yè)科技研究院的肥水一體化系統(tǒng)示范試驗(yàn)田位于河南許昌襄縣，試驗(yàn)作物為煙草，示范面積200畝。

肥水一體化施肥特點(diǎn)：

2.1.1 肥料溶解與混勻。施用液態(tài)肥料時(shí)不需要攪動(dòng)或混合，一般固態(tài)肥料需要與水混合攪拌成液肥，必要時(shí)分離，避免出現(xiàn)沉淀等問(wèn)題。

2.1.2 施肥量控制。施肥時(shí)要掌握劑量，注入肥液的適宜濃度大約為灌溉流量的0.1%。例如灌溉流量為50m3/畝，注入肥液大約為50升/畝；過(guò)量施用可能會(huì)使作物致死以及環(huán)境污染。

2.1.3 灌溉施肥的程序分3個(gè)階段。第一階段，選用不含肥的水濕潤(rùn)；第二階段，施用肥料溶液灌溉；第三階段，用不含肥的水清洗灌溉系統(tǒng)。

2.2 肥水一體化示范效果

2.2.1 節(jié)水節(jié)肥肥水一體化系統(tǒng)灌溉是局部灌溉，灌水量是常規(guī)大水漫灌的30%-50%；由于肥料直接作用于作物根部，作物養(yǎng)分利用率高，比常規(guī)施肥節(jié)省肥料10%左右，減少了水肥的浪費(fèi)。由于節(jié)水的特性，保證了干旱年份產(chǎn)量的穩(wěn)定性，減輕了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。另外可根據(jù)作物不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水分養(yǎng)分的不同需求，調(diào)整相應(yīng)的參數(shù)，真正達(dá)到按需分配。

2.2.2 對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育和病蟲(chóng)害的影響。肥水一體化系統(tǒng)的示范煙田的葉面增大，根系增強(qiáng)，煙株長(zhǎng)勢(shì)良好（圖3，表1）。示范區(qū)的煙葉花葉病和黑脛病比對(duì)照區(qū)分別減少了4%和3%，說(shuō)明肥水一體化系統(tǒng)可以減輕煙草病害的發(fā)作（表2）。

圖 3 肥水一體化系統(tǒng)示范區(qū)煙草生長(zhǎng)狀況

表 1 肥水一體化示范區(qū)與對(duì)照區(qū)不同生育期煙株地上及地下部農(nóng)藝性狀

表 2 示范區(qū)與對(duì)照區(qū)煙草花葉病和黑脛病發(fā)病情況

2.3 節(jié)能省工

肥水一體化灌溉平均每畝澆灌時(shí)間為0.5小時(shí)且1人即可操作，而傳統(tǒng)大水漫灌為2小時(shí)，需要2個(gè)人進(jìn)行。灌水的同時(shí)可適當(dāng)隨水施用部分化肥、農(nóng)藥，由于壟間缺水，限制了雜草的生長(zhǎng)，減少的除草壓力大大節(jié)省了人工和農(nóng)事操作時(shí)間，得到了廣大種植戶的一致好評(píng)。

2.4 社會(huì)效益和生態(tài)效益

在煙草種植過(guò)程中，減少了肥料的大量施用，控制了灌水深度，可避免將化肥淋洗至深層土壤，從而大大減少由于不合理施肥、過(guò)量施肥等對(duì)土壤和地下水的污染。肥水一體化系統(tǒng)在當(dāng)?shù)責(zé)熮r(nóng)中得到了良好的反響，許昌煙草公司對(duì)此非常滿意，并受到國(guó)家煙草專(zhuān)賣(mài)局的贊揚(yáng)，因此，堅(jiān)定了煙農(nóng)種好煙的信心，產(chǎn)生的良好社會(huì)效益已經(jīng)顯現(xiàn)。

3 肥水一體化系統(tǒng)目前存在的問(wèn)題及發(fā)展建議

3.1 對(duì)水質(zhì)，肥質(zhì)，肥料的水溶性、配肥技術(shù)要求較高，而有機(jī)肥、有機(jī)液肥很難通過(guò)肥水一體化系統(tǒng)施入土壤，極易堵塞毛管和噴頭。技術(shù)服務(wù)不到位，對(duì)各地的施肥制度優(yōu)化、施肥設(shè)備的開(kāi)發(fā)和水溶肥料在肥水一體化系統(tǒng)中的應(yīng)用缺乏必要的研究經(jīng)費(fèi)和展示施肥平臺(tái)。

3.2 農(nóng)戶計(jì)算機(jī)操作水平較差，如何開(kāi)發(fā)一個(gè)便于農(nóng)戶學(xué)習(xí)操作的計(jì)算機(jī)操作界面或者自動(dòng)化控制面板，對(duì)于肥水一體化系統(tǒng)的應(yīng)用推廣具有重大意義。

3.3 全國(guó)煙田管理缺少系統(tǒng)的信息化管理，使肥水一體化系統(tǒng)在推廣過(guò)程中缺少相應(yīng)的數(shù)據(jù)支撐，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的施肥灌水操作，導(dǎo)致水肥的利用效率不能達(dá)到理想效果。

3.4 構(gòu)建推廣機(jī)制

充分發(fā)揮行政推動(dòng)作用，整合行政管理、推廣機(jī)構(gòu)、科研教學(xué)單位、生產(chǎn)供應(yīng)企業(yè)、農(nóng)民合作社等力量，形成系統(tǒng)推廣方案。積極爭(zhēng)取各級(jí)政府的支持，利用相關(guān)項(xiàng)目資金，扶持、引導(dǎo)、以推動(dòng)肥水一體化的推廣工作，并充分發(fā)揮當(dāng)?shù)赝练收镜膬?yōu)勢(shì)，強(qiáng)化服務(wù)意識(shí)，提高專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平和服務(wù)指導(dǎo)能力，發(fā)揮肥水一體化系統(tǒng)在肥料利用上的熱點(diǎn)。

3.5 注重宣傳引導(dǎo)

充分利用報(bào)紙、雜志、廣播、電視、網(wǎng)絡(luò)等多媒體形式，為肥水一體化系統(tǒng)營(yíng)造發(fā)展氛圍，廣泛宣傳肥水一體化技術(shù)增產(chǎn)增收、資源節(jié)約的效果及典型案例，營(yíng)造社會(huì)各界廣泛關(guān)注、共同支持肥水一體化技術(shù)發(fā)展的良好氛圍。

[1]周彩珍，熊飛.大棚青黃瓜水肥一體化栽培技術(shù)[J].農(nóng)家科技，2013（4）：55.

[2]Bar-Yosef B.Advances in Fertiga?tion[J].Advances in Agronomy，1999，65: 1-77.

[3]Hagin J，Lowengart A.Fertigation for minimizeing environmentalpollution by fertil-izers[J].Fertilizer Research，1996，43: 5-7.

[4][5]張承林，鄧蘭生.水肥一體化技術(shù)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2013.

S435.72

A

1671-0037（2014）12-80-2

張二朋（1987.7-），男，碩士研究生，研發(fā)中心主任，研究方向：植物營(yíng)養(yǎng)。