王 凱

（河南省土壤肥料站，鄭州 450000）

水肥一體化技術是一項集灌溉、施肥于一體，高效節(jié)水節(jié)肥的現代化農業(yè)技術，為未來農業(yè)的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)灌溉模式相比，水肥一體化技術具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、省時等優(yōu)點，實現了水肥管理的革命性轉變［1］，即由渠道輸水轉變?yōu)楣艿垒斔⒂蓾驳剞D變?yōu)闈睬f稼、由土壤施肥轉變?yōu)樽魑锸┓省⒂珊唵未址诺乃史珠_模式轉變?yōu)榫_集約的水肥一體模式。該技術在世界范圍內尤其在缺水的干旱半干旱地區(qū)得到了廣泛的應用和推廣。我國水資源缺乏且分布不均衡，肥料利用率普遍偏低，水肥一體化技術的應用是提高水分利用效率、有效利用肥料的一項重要且必須的環(huán)節(jié)。本文主要分析了我國水肥一體化技術的發(fā)展歷程以及應用中存在的問題等，以為該技術的推廣提供借鑒。

1 水肥一體化技術的概念

水肥一體化技術起始于以色列。以色列自20世紀60年代初開始研究和應用滴灌技術，水肥一體化技術是伴隨著滴灌技術而逐漸發(fā)展起來的。水肥一體化技術的英文名稱為“Fertigation”，即“fertilization（施肥）”和“irrigation（灌溉）”組合而成，直譯為“施肥灌溉技術”，在我國稱為“水肥耦合技術”或者“水肥一體化技術”，目前基本統(tǒng)一采用 “水肥一體化技術”這一概念。根據灌溉方式的不同，水肥一體化技術主要分為噴灌和微灌水肥一體化技術，后者包括滴灌和微噴兩種形式，其中滴灌發(fā)展最為迅速，應用最為廣泛，節(jié)水最為顯著。

水肥一體化技術，從廣義上講，就是水和肥同時供給作物根系以滿足作物生長發(fā)育的一種技術。從狹義上講，則存在著多種說法。張承林等［2］認為水肥一體化技術是將肥料溶解在灌溉水中，由灌溉管道輸送給田間每一株作物，以滿足作物生長發(fā)育需要的一種技術。高祥照［3］認為水肥一體化技術是利用微灌系統(tǒng)，根據土壤的水分和養(yǎng)分狀況及作物對水和肥料的需求規(guī)律，將肥料和灌溉水一起適時適量、準確地輸送到作物的根部土壤，供作物吸收的一種技術。王留運等［4］認為水肥一體化技術是節(jié)水灌溉技術的一種，根據作物的需水需肥規(guī)律，將可溶性肥料溶解在灌溉水中，通過噴灌、滴灌等方式將養(yǎng)分輸送到作物根系土壤。徐堅等［5］認為水肥一體化技術是根據土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律及特點，將可溶性固體或液體肥料配對成的肥液，與灌溉水一起，通過可控管道系統(tǒng)均勻、準確地輸送到作物根部土壤，浸潤作物根系發(fā)育生長區(qū)域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量的一種農業(yè)新技術。張凌飛等［6］認為水肥一體化技術是將灌溉水與可溶性或液體肥料結合，通過借助外界壓力并同步運輸到作物有效根系鄰近的土壤，通過監(jiān)測土壤養(yǎng)分和土壤的干濕程度情況，及根據作物需水、需肥規(guī)律的特點，經由低壓管道滴灌體系穩(wěn)定、均勻、定量，按適宜比例提供作物適宜水量和肥料的一種農業(yè)新技術。中國國家農業(yè)部給出的定義為：水肥一體化是利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時進行灌溉與施肥，適時、適量地滿足農作物對水分和養(yǎng)分的需求，實現水肥同步管理和高效利用的節(jié)水農業(yè)技術。

雖然目前水肥一體化技術的概念不夠統(tǒng)一，但通過以上多種概述可以看出，水肥一體化技術的核心是水肥適時定量耦合，手段是建設科學的灌溉管道，目的是在滿足植物水肥需求的基礎上實現節(jié)水節(jié)肥；即綜合分析地塊地形、植物種類、氣候變化等條件的影響作用，選擇適宜的水肥一體化模式，通過田間鋪設科學合理的灌溉管道系統(tǒng)，實現灌溉水和肥料的完全耦合，并根據植物整個生長發(fā)育過程的水肥需求規(guī)律以及土壤水分養(yǎng)分狀況，適量及時地供給相應的營養(yǎng)元素和水分，從而達到植物增產和節(jié)本增效的雙重目的。

2 我國水肥一體化技術的發(fā)展歷程

我國自引入水肥一體化技術以來，其發(fā)展過程大致經歷了三個階段：初步研究階段、試驗示范階段、規(guī)模應用階段［2，5］。

2.1 初步研究階段

我國水肥一體化技術研究開始于1974年，由墨西哥引進三套滴灌設備［4］，在不同省份建立了3個試驗點，面積5.3 hm2，試驗取得了顯著的增產和節(jié)水效果［2］。1975年我國決定研制滴灌設備，并在全國各省設立試點，1976年將滴灌研究列為重點科研項目之一［7］，推動了我國滴灌技術的深入研究。從1974年到1980年，我國水肥一體化技術的研究處于學習和借鑒國外的起步階段。

2.2 試驗示范階段

1980年，我國自主研制了第一代成套滴灌設備，填補了我國沒有滴灌設備產品的空白［4］。80年代初期到中期為我國引進國外噴灌技術和設備的高潮，80年代中期到90年代中期，通過消化吸收國外經驗研制開發(fā)了我國的噴灌設備［8］。即從1981年后，在引進國外先進生產工藝的基礎上，我國灌溉設備的規(guī)?；a逐步形成，水肥一體化技術試驗、示范面積逐步擴大。1985年我國滴灌面積發(fā)展到15 khm2［7］。1986年我國將“滴灌配套設備系列開發(fā)”列入國家星火計劃，促使大規(guī)模滴灌設備和施肥設備開始逐步推廣和大面積應用，主要用于日光溫室等設施農業(yè)的灌溉和施肥。1990年我國滴灌面積33 khm2，1995年達到 45 khm2［7］；90年代中期我國噴灌面積約900 khm2［8］。1980年一直到90年代中期，我國水肥一體化技術主要處于試驗研究和學習國外技術的階段，而且集中應用于設施農業(yè)和果園。

2.3 規(guī)模應用階段

20世紀90年代中期以來，水肥一體化技術理論和應用在我國得到了廣泛重視。目前水肥一體化技術已經由過去的試驗示范階段發(fā)展到規(guī)模應用階段，輻射到全國范圍內，涵蓋了果樹、花卉、苗木、蔬菜以及大田經濟和糧食作物。大田作物水肥一體化技術應用最早成功的例子是新疆的棉花膜下滴灌。1996年，新疆生產建設兵團開始集成研究滴灌技術，到1998年經過持續(xù)3年的試驗示范，成功地研究了與薄膜覆蓋技術相結合的干旱區(qū)棉花膜下滴灌綜合配套技術［9，10］。2002年，新疆棉花膜下滴灌面積從最初的1.67 hm2迅速擴大到120 khm2［11］。

現階段，我國水肥一體化技術的推廣尤其在大田作物上的應用，主要由政府推動。2002年國家農業(yè)部開始組織實施旱作節(jié)水農業(yè)項目，在全國范圍內建立水肥一體化技術核心示范區(qū)，集中開展試驗示范和技術集成，有效帶動了水肥一體化技術的推廣應用。2012年，國務院印發(fā)《國家農業(yè)節(jié)水綱要（2012－2020）》，強調積極發(fā)展水肥一體化技術。2013年農業(yè)部印發(fā)《水肥一體化技術指導意見》，提出到2015年，水肥一體化技術推廣總面積達到530萬公頃以上。2016年農業(yè)部制定的《推進水肥一體化技術實施方案（2016－2020年）》，提出到2020水肥一體化技術推廣面積1000萬公頃。同時我國通過開展水肥一體化技術研究示范，已經集成了一系列技術模式，如按區(qū)域可劃分為干旱半干旱區(qū)膜下滴灌、丘陵山區(qū)重力滴灌水肥一體化、平原微噴水肥一體化等模式；按設備劃分為移動式微灌水肥一體化、全自動智能水肥一體化、小型簡易自助式水肥一體化模式等；按設施條件劃分為普通大田水肥一體化模式、溫室膜面集雨水肥一體化模式等。

整體來看，目前我國水肥一體化技術處于發(fā)展的中級階段。并且隨著物聯網技術的發(fā)展以及該技術在農業(yè)領域的廣泛應用，基于物聯網的水肥一體化技術也得到了初步發(fā)展［12，13］，標志著水肥一體化技術將向數字化、信息化、智能化發(fā)展，應用前景廣闊。

3 我國水肥一體化技術應用過程中存在的問題

3.1 推廣應用面積小

我國水肥一體化技術的推廣應用尤其在大田糧食作物上，主要由政府來推動，整體推廣應用面積較小。據《2016年全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報》數據顯示，截至2016年底，我國灌溉面積73 177 khm2，耕地灌溉面積67 141 khm2，占全國耕地面積的49.6%；節(jié)水灌溉面積32 847 khm2，其中噴灌、微灌面積為9954 khm2，占節(jié)水灌溉面積的30.3%，占總灌溉面積的13.6%。

3.2 區(qū)域發(fā)展不平衡

我國水肥一體化技術主要應用于設施農業(yè)和果園等經濟效益較高的產業(yè)，而大田糧食作物的應用范圍比較窄。目前除了在西北干旱地區(qū)得到了普及應用，在其他降雨量較大、灌溉水資源相對豐富的地區(qū)，糧食作物規(guī)?；瘧妹娣e較少甚至沒有。截至2014年底，我國微灌工程面積4681.3 khm2，而西北6省區(qū)微灌面積達到3126.7 khm2，占全國的67%，其中新疆微灌面積高達2902.7 khm2，占全國的62%，占西北地區(qū)的93%［14］。發(fā)展不平衡的原因在于我國大部分地區(qū)耕地為一家一戶分散經營，集約化程度低，田間種植、耕作等方式繁雜，田間統(tǒng)一管理難度大，限制了大型現代化機械設備的應用；同時水肥一體化技術前期一次性購置灌溉施肥設備費用較大，小面積地進行應用，與傳統(tǒng)的漫灌等灌溉方式相比，經濟效益低，無法發(fā)揮該項技術節(jié)本增效的優(yōu)勢，使得部分地區(qū)對發(fā)展水肥一體化的重要性認識不夠，發(fā)展速度緩慢。

3.3 配套產品不到位

水肥一體化技術是將灌水和施肥有機融合的一項工程技術，對灌溉設備和水溶肥料的質量要求較高。在灌溉設備生產方面，我國存在生產企業(yè)規(guī)模小，生產工藝差，配套產品品種及規(guī)格少、精度較低、加工粗糙等問題［8］。此外，針對具體條件和作物的技術研發(fā)少，設備和產品的實用性不強，大型、精密、智能化設備開發(fā)不足［15］。在水溶肥料方面，我國水溶肥料市場比較混亂，產品生產規(guī)模較小，價格偏高，整體上呈現出多、亂、雜的特點。同時水溶肥的技術研究、產品開發(fā)和大規(guī)模應用尚處于起步推廣階段，高端的全水溶肥產品缺乏［16］。

3.4 配套技術服務缺乏

水肥一體化技術綜合了水利、灌溉、施肥、栽培、土壤等眾多學科知識，高標準的水肥一體化需要對不同作物、不同區(qū)域適宜的土壤墑情技術參數、滴灌技術參數、施肥技術參數有足夠的研究，在此基礎上才能依據各種作物的需水需肥規(guī)律，建立各種作物的灌溉施肥制度，形成完整的水肥一體化技術體系［17］。但目前技術與產品結合不夠緊密，有些地方只注重灌溉施肥設備配置，忽略了灌溉施肥制度優(yōu)化以及栽培措施的配套研究。由于學科之間的相對獨立，設備生產廠家重視管道設計和設備安裝，輕視肥料選擇和栽培學研究；農業(yè)技術人員具有豐富的栽培施肥經驗但缺乏農田工程設計等專業(yè)知識，綜合型技術人才缺乏［16］。此外，水肥一體化技術是對傳統(tǒng)灌溉施肥方式的變革，傳統(tǒng)的灌溉施肥制度、栽培方式以及其他農藝措施等不夠適用，因此需要依據不同作物的需求，提出合理的水肥配合比和生產要素組合，確定灌水次數、灌水定額、灌水周期，最佳灌水時期等，建立經濟高效的水肥耦合理論模式［18，19］。顯然，目前我國在這一方面的研究比較缺乏。

4 我國水肥一體化技術發(fā)展對策

4.1 加強水肥一體化技術的基礎性研究

必須根據不同區(qū)域條件、不同植物種類、不同基礎設施建設等，對相關的土壤養(yǎng)分水分技術參數、灌溉技術參數、施肥技術參數進行研究，綜合考慮各個方面的要求，有針對性地建立起適宜的灌溉施肥制度、設備管理措施和田間栽培技術，形成完整的水肥一體化技術系統(tǒng)，這樣才能充分發(fā)揮該技術的最大效用。

4.2 加大財政扶持力度

政府應加大對節(jié)水農業(yè)的支持力度，尤其是加大對節(jié)水灌溉設備的投入和政策扶持力度；各級財政應將水肥一體化技術示范推廣經費納入地方財政預算，穩(wěn)定投資機制，對一些先進技術和設備設施納入財政補貼，同時也可制定一些政策廣泛吸引社會資金投入，依托種糧大戶、農業(yè)合作社等農業(yè)新型主體，建立起水肥一體化技術的推廣應用長效機制，并通過打造技術應用示范區(qū)，展現新技術、新設備、新成效，發(fā)揮示范帶動作用，以提高廣大農民應用水肥一體化技術的積極性和主動性。

4.3 加快土地的流轉承包

土地分散經營嚴重制約了現代機械技術的推廣應用，因此，政府應為土地的流轉承包提供有力的政策環(huán)境，鼓勵支持土地承包，大力發(fā)展種植大戶，盡力將經營分散、效益差的土地集中起來，實行集約化經營、產業(yè)化發(fā)展，以利于此項技術的推廣應用和效益的發(fā)揮。

4.4 強化水肥一體化設備和產品的研發(fā)

繼續(xù)加強科研攻關，研發(fā)各類灌溉設備、施肥設備、過濾設備，優(yōu)化機構，提高精度，增強耐久性和實用性，最大限度降低生產成本；同時利用物聯網技術，提升設備的微型化、智能化和信息化。針對水溶性肥料產品繁雜的問題，在研發(fā)高端產品的同時，制定應用于水肥一體化技術的水溶肥料標準，規(guī)范和引導水溶肥料市場優(yōu)化發(fā)展。

4.5 加強綜合性人才的培養(yǎng)力度

水肥一體化技術綜合了多學科的內容，相關技術人員掌握的知識技能愈全面系統(tǒng)，其服務能力愈強。該項技術的推廣過程中，應注重對相關技術人員的技術培訓，不斷更新其知識庫和提高其應用技能。從事產品研發(fā)的工程設計人員，應加強農業(yè)栽培、施肥、灌溉等技術的學習，這樣設計出的產品更符合農業(yè)生產實際要求；從事農業(yè)技術推廣的人員，也應加強對設備的設計和應用原理的學習，這樣才能熟練地使用相關裝備與設置，更好地推廣應用水肥一體化技術。

5 結語

水肥一體化技術作為目前提高水肥資源利用效率的最優(yōu)途徑，在農業(yè)生產中的應用范圍愈來愈廣泛，是農業(yè)發(fā)展的一種必然趨勢，尤其是水資源相對匱乏國家和地區(qū)的一種必然選擇。我國水資源緊缺，同時作為世界上肥料消費大國，節(jié)約用水和提高資源利用率已經成為我國農業(yè)發(fā)展進程中亟待解決的問題。近年來，我國水肥一體化技術在政府的推動下發(fā)展迅速，技術體系框架已經建立，但不夠成熟，仍然存在著很大的發(fā)展和提升空間，雖然部分地區(qū)水肥一體化技術水平已達到世界前列，但整體發(fā)展水平與以色列、美國等農業(yè)發(fā)達國家還有一定的差距。因此，結合我國國情，加速開發(fā)和研制與之適應成套、實用、先進的灌溉施肥設備，集成配套的灌溉施肥制度和栽培措施等，提升我國水肥一體化技術總體水平是我們今后的重要任務和努力方向。

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