蔣輝霞 李光輝 陳爽 曾文明 李玉玲

四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，四川成都

1 概述

近年來，四川省狠抓現(xiàn)代蠶桑產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)，推動(dòng)了蠶桑產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。蠶桑基地布局在川中北、川南、攀西三大產(chǎn)業(yè)帶的30個(gè)重點(diǎn)縣，但仍存在桑園路網(wǎng)、水網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施配套不足的問題。大部分桑園仍采用傳統(tǒng)的人工灌溉方式，其勞動(dòng)強(qiáng)度大、勞動(dòng)效率低、水利用系數(shù)低，用水成本高，亟需采用新型的灌溉方式以有效解決桑園的用水難題，助推蠶桑產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。水肥一體化技術(shù)作為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項(xiàng)綜合管理技術(shù)措施，將肥料按比例溶解于水中，通過田間供水系統(tǒng)將肥料和水均勻地輸送到作物的根部區(qū)域，把水和肥料同時(shí)供應(yīng)給農(nóng)作物。在丘陵地區(qū)桑園中合理應(yīng)用水肥一體化技術(shù)可顯著促進(jìn)桑樹生長、提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)、降低生產(chǎn)成本，增產(chǎn)增收效果明顯。

2 水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用

本文以綿陽市某縣桑樹種植基地為例，項(xiàng)目區(qū)在干旱期間桑葉減產(chǎn)40%左右，為了解決項(xiàng)目區(qū)的灌溉用水和施肥的問題，需建設(shè)水肥一體化系統(tǒng)，為作物及時(shí)提供水肥，從而促進(jìn)增產(chǎn)，獲得較好的綜合效益。

2.1 灌溉模式

項(xiàng)目區(qū)控灌面積約6.67 hm2，園區(qū)桑樹為大田種植形式。根據(jù)不同的桑樹樹齡，項(xiàng)目區(qū)采用了微噴灌和噴灌兩種灌溉模式。

2.2 灌溉片區(qū)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)圖

通過實(shí)地調(diào)研土壤及桑樹根系生長情況，選取合理的土壤濕潤比、灌水利用系數(shù)、設(shè)計(jì)濕潤深度、設(shè)計(jì)日耗水強(qiáng)度，對(duì)灌水小區(qū)和各級(jí)管道進(jìn)行合理布局，確定灌溉制度，進(jìn)行輪灌區(qū)劃分；通過系統(tǒng)水力計(jì)算，計(jì)算出流量、壓力需求。

噴灌片區(qū)與微噴灌片區(qū)共用一個(gè)首部樞紐，微噴灌片區(qū)設(shè)計(jì)灌水周期為2 d，分為10個(gè)輪灌區(qū)，每日工作時(shí)間為12 h，灌水器采用螺口折射噴頭，流量為40L/H，噴灑半徑為1 m，工作壓力為25 kg；噴灌片區(qū)灌水器采用噴槍，流量為18 m3/h，噴灑半徑為30 m，工作壓力為400 kPa，每次最多同時(shí)運(yùn)行兩個(gè)噴槍。

2.3 灌溉首部設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用不銹鋼立式多級(jí)泵機(jī)組，設(shè)計(jì)參數(shù)為流量50 m3/h，揚(yáng)程63 m，功率15 kW。首部過濾系統(tǒng)采用自動(dòng)反沖洗疊片式加離心二級(jí)過濾系統(tǒng)，過濾精度為120目，灌溉施肥采用水溶性肥料，通過配套3套注肥通道、施肥泵（3 kW）、控制器等自動(dòng)輸入灌溉管網(wǎng)系統(tǒng)。

2.4 輸配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)

噴灌區(qū)與微噴灌區(qū)輸水主管采用HDPEΦ110管道，微噴灌區(qū)干管采用HDPEΦ75管道、毛管采用PEΦ25管道。

2.5 智能管理與物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)

智能管理與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)包括感知系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、智能應(yīng)用系統(tǒng)三大系統(tǒng)。

1）感知系統(tǒng)。感知系統(tǒng)主要包括：土壤墑情系統(tǒng)、田間氣候監(jiān)測(cè)站等。土壤墑情系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)測(cè)量土壤溫度、土壤濕度及土壤電導(dǎo)率信息；田間氣候監(jiān)測(cè)站用于對(duì)空氣溫度、空氣濕度、光照度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量、光合總輻射、大氣壓等氣象環(huán)境要素進(jìn)行全天候現(xiàn)場(chǎng)精確測(cè)量。

2）傳輸系統(tǒng)。傳輸系統(tǒng)主要包括遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等，用于將感知系統(tǒng)采集的土壤參數(shù)、氣候參數(shù)等無線傳輸至智能應(yīng)用系統(tǒng)，同時(shí)將智能應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)出的指令無線傳輸至相應(yīng)的控制系統(tǒng)。

3）智能應(yīng)用系統(tǒng)。智能應(yīng)用系統(tǒng)主要包括加壓設(shè)備起動(dòng)控制系統(tǒng)、過濾設(shè)備控制系統(tǒng)、施肥控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程灌溉控制系統(tǒng)、中央管理平臺(tái)等，用于對(duì)無線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析處理并發(fā)出指令。

3 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)主要功能，一是實(shí)現(xiàn)整個(gè)灌溉系統(tǒng)的智能控制；二是從水源取水，經(jīng)過首部樞紐的加壓系統(tǒng)、施肥系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)、量測(cè)系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)、智能管理與物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過輸配水管網(wǎng)、灌水器將水肥灌入田間輸送到作物根系；三是在桑園安裝遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行全天候連續(xù)監(jiān)控；四是可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察作物生長狀況及設(shè)備的運(yùn)行狀況，對(duì)整個(gè)水肥一體化灌溉系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行管理和控制；五是通過采集的土壤信息、氣象信息等進(jìn)行分析處理，當(dāng)需要灌水和施肥時(shí)，發(fā)出灌水和施肥啟停指令。

4 效益分析

4.1 節(jié)本增效

水肥一體化灌溉工程在蠶桑產(chǎn)業(yè)的實(shí)施，將大大提高項(xiàng)目區(qū)水肥利用率，提高本區(qū)蠶桑的產(chǎn)量和品質(zhì)，促使農(nóng)業(yè)節(jié)本增效，增加農(nóng)民收入，從而更大地調(diào)動(dòng)農(nóng)民的積極性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

4.2 節(jié)水節(jié)肥

項(xiàng)目實(shí)施后，可達(dá)到顯著的節(jié)水、節(jié)肥效果。同時(shí)，由于生態(tài)環(huán)境的改善，增產(chǎn)效益明顯，桑葉優(yōu)質(zhì)率提高20%。節(jié)水率達(dá)到30%～40%，節(jié)肥率達(dá)40%～50%。

4.3 省工效益

實(shí)現(xiàn)水肥一體化灌溉后，減少了灌水時(shí)間，節(jié)省了勞動(dòng)力，平均每公頃減少勞動(dòng)工日30個(gè)，勞動(dòng)工日按150元/工日計(jì)算，可大大節(jié)省勞力投資。

4.4 提高耕地綜合生產(chǎn)能力

可使項(xiàng)目區(qū)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施得到改善，土、肥、水資源得到合理有效利用，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。通過項(xiàng)目實(shí)施，改善土壤物理、化學(xué)、生物性狀，增強(qiáng)土壤保水保肥、供水供肥及防污染和抗逆能力，提高耕地綜合生產(chǎn)能力。實(shí)施水肥一體化技術(shù)，減少了化肥、農(nóng)藥的施用量，從而減少了以上物質(zhì)的有害成分在土壤中和大氣中的殘留，為無公害和綠色農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)營造了良好的環(huán)境。