曾茜茜 陸世忠

摘 要 從不同地形（勢）的水肥一體化首部系統(tǒng)、進肥系統(tǒng)、肥料池建造和控制系統(tǒng)分析清遠市水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用情況。為促進水肥一體化技術(shù)推廣應(yīng)用，結(jié)合清遠市多年的推廣應(yīng)用經(jīng)驗，分析了在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中引入水肥一體化技術(shù)對經(jīng)濟、社會和生態(tài)發(fā)展的積極作用，提出了爭取各級財政支持、推動水肥一體化實施和強化技術(shù)指導(dǎo)、重視設(shè)備維護等措施。

關(guān)鍵詞 水肥一體化技術(shù);應(yīng)用模式;廣東省清遠市

中圖分類號：S365 文獻標(biāo)志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.15.054

水肥一體化又稱水肥耦合，是一項集灌溉與施肥于一體的新農(nóng)業(yè)技術(shù)，該技術(shù)借助一定的壓力系統(tǒng)，將水肥混合液通過施肥裝置和灌溉系統(tǒng)均勻、定量地輸送到作物根系附近，實現(xiàn)水肥的精準(zhǔn)利用與智能化管理。水肥一體化技術(shù)具有省心、省時、省工，節(jié)藥、節(jié)水、節(jié)肥，增產(chǎn)、增收、增效等價值。目前，水肥一體化技術(shù)已在發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用：美國是世界上微灌面積最大的國家;以色列在果樹、花卉和大田蔬菜等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域全面使用水肥一體化技術(shù)，使用面積占灌溉面積的1/2以上，位居世界之首;水肥一體化技術(shù)在歐洲大多數(shù)國家發(fā)展迅速。近年來，水肥一體化技術(shù)在我國得到了廣泛的推廣，應(yīng)用面積逐年增加，應(yīng)用范圍從華北地區(qū)擴大到西北旱區(qū)、東北寒溫帶和華南亞熱帶地區(qū)，應(yīng)用的栽培模式涵蓋設(shè)施栽培、無土栽培等，應(yīng)用的作物包括大田經(jīng)濟作物、蔬菜、花卉等。

1 ?清遠市水肥利用現(xiàn)狀

清遠市現(xiàn)有耕地面積25.67萬hm2，可供開發(fā)種植的坡度25°以下的荒地約10萬hm2，現(xiàn)有水果種植面積約6萬hm2，以柑橘、茶葉、水晶梨為主，枇杷、板栗、柿子、桃、火龍果等經(jīng)濟作物為輔。清遠市年平均降水量在2 000 mm左右，但由于時空分布不均，易發(fā)生季節(jié)性缺水和區(qū)域性缺水，部分地區(qū)還存在水源性缺水、水質(zhì)性缺水和水資源利用率低等問題，農(nóng)業(yè)發(fā)展面臨水資源匱乏的危機。清遠市是肥料消費大市，化肥年消費量在30萬t左右，使用量大但利用率低，只有30%左右，遠低于發(fā)達國家。農(nóng)民科學(xué)施肥意識不強，存在過量施肥、偏施化肥、配方施肥不合理等不良施肥習(xí)慣，造成了施肥效益低、肥料流失嚴(yán)重、利用率低等問題。因此，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)要先轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式，提高水肥利用率，改變“大水大肥”的不良習(xí)慣，變資源消耗型農(nóng)業(yè)為資源高效利用型農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1]。

2 ?存在的問題

2.1 ?未與農(nóng)藝、農(nóng)機相結(jié)合

建造水肥一體化設(shè)備的技術(shù)人員由于對水肥一體化技術(shù)缺乏系統(tǒng)認識，在建造時沒有結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦?、種植作物、肥料使用等農(nóng)藝知識，導(dǎo)致建造的設(shè)備操作復(fù)雜、功能閑置或無法使用、實用設(shè)計少，不符合實際應(yīng)用需求，出現(xiàn)設(shè)備使用1～2年后報廢、個別設(shè)備沒有使用就報廢的現(xiàn)象，造成資源浪費。

2.2 ?配套技術(shù)不健全

水肥一體化技術(shù)的售后服務(wù)包括設(shè)備的首部系統(tǒng)維護、田間系統(tǒng)維護、操作技術(shù)培訓(xùn)等方面，售后服務(wù)水平也會影響水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用。灌溉設(shè)備企業(yè)看重產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，但對售出的設(shè)備缺乏技術(shù)指導(dǎo)、售后服務(wù)不到位，進一步限制了水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用[2]。

2.3 ?農(nóng)民認識不充分

水肥一體化技術(shù)通過精準(zhǔn)施肥、灌溉，提高水肥利用率，減少由于不合理利用化肥帶來的耕地質(zhì)量下降和資源浪費，降低成本，提高農(nóng)民收入。但清遠市農(nóng)民文化水平普遍不高，接受新事物的能力有限，仍習(xí)慣使用傳統(tǒng)的施肥方法，限制了水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用。

2.4 ?缺乏資源整合

農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣、農(nóng)田建設(shè)、水利等部門均有支持水肥一體化技術(shù)應(yīng)用的政策，但部門之間未進行資源整合，導(dǎo)致建造的設(shè)備質(zhì)量參差不齊，出現(xiàn)部分設(shè)備建造簡易、粗糙甚至重復(fù)建設(shè)等現(xiàn)象[3]。

3 ?不同模式的水肥一體化技術(shù)主要內(nèi)容

經(jīng)過不斷實踐、總結(jié)、優(yōu)化水肥一體化系統(tǒng)設(shè)計方案，在吸收國內(nèi)外先進技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合清遠市經(jīng)濟作物種植特點、旱坡地特點、電力資源情況、種植面積和水源情況等因素，從首部系統(tǒng)、進肥系統(tǒng)、肥料池建造和控制系統(tǒng)4方面對適用于清遠市的不同模式水肥一體化系統(tǒng)進行總結(jié)分析。

3.1 ?首部系統(tǒng)

3.1.1 ?綠色環(huán)保的首部系統(tǒng)

在沒有水電、落差高程20～30 m的山坡地，可以設(shè)計應(yīng)用綠色環(huán)保的水肥一體化技術(shù)首部系統(tǒng)，通過水源落差產(chǎn)生動力進行灌溉。應(yīng)用此模式的耕地面積較小，一般為6.67～10.00 hm2。

3.1.2 ?一次加壓首部系統(tǒng)

在坡度10°～25°、種植面積20～33 hm2、水源流量大和有三相380 V電源的地區(qū)，可以應(yīng)用一次加壓首部系統(tǒng)，一次加壓即可滿足灌溉需求。連州市、清新區(qū)、英德市等種植柑橘、茶葉、水晶梨等經(jīng)濟作物的山地可推廣應(yīng)用此模式。

3.1.3 ?二次加壓首部系統(tǒng)

在有220 V或380 V交流電源、可抽取地下水或其他水源的山坡旱地，或者坡度超過25°、一次抽水就會出現(xiàn)水源不能滿足灌溉需求或壓力不足問題，需要一級抽水到二級蓄水池，再由二級蓄水池提供水源到泵房，之后加壓到水、肥同步灌溉設(shè)備再到灌區(qū)的地域，可以設(shè)計應(yīng)用二次加壓首部系統(tǒng)。有220 V交流電源的地區(qū)應(yīng)用規(guī)模在6.67 hm2以內(nèi)，有380 V交流電源的地區(qū)應(yīng)用規(guī)模為20～33 hm2，清遠市可發(fā)展此模式的耕地面積有2萬hm2左右。

3.2 ?進肥系統(tǒng)

3.2.1 ?比例式進肥系統(tǒng)

比例式施肥系統(tǒng)需要一定的水壓來推動工作，水源落差動力或泵動力把經(jīng)一級疊片過濾器的肥料送到首部系統(tǒng)主管與水混合，可用于綠色環(huán)保的首部系統(tǒng)、一次加壓或二次加壓的首部系統(tǒng)。該系統(tǒng)的應(yīng)用面積一般在6.67～10.00 hm2。

3.2.2 ?注肥泵旁路式進肥系統(tǒng)

注肥泵旁路式進肥系統(tǒng)主要部件有過濾器、電磁閥、注肥泵、止回閥、流量計、流量大小控制開關(guān)、壓力監(jiān)測及首部主管道旁路。該系統(tǒng)能滿足面積在20 hm2以上的作物水肥需求。

3.3 ?肥料池建造

3.3.1 ?好氧式有機液體肥料池建造

好氧式有機液體肥料池建造一般采用混凝土或磚混結(jié)構(gòu)，容積一般在50～100 m3，露天或在肥料池上搭個簡易棚子遮雨，以牛糞為原料，通過好氧發(fā)酵生產(chǎn)有機液體肥料。然后將漚制好的有機液體肥料通過利用池與無機水溶性配方肥充分混合溶解進入首部系統(tǒng)，按一定比例混合進入田間滴灌系統(tǒng)。

3.3.2 ?厭氧式有機肥料池建造

厭氧式發(fā)酵池是密封式的，有進肥口與出肥口，容積在100 m3左右，把牛糞、羊糞、花生麩等原料通過厭氧式發(fā)酵制得有機液體肥。

3.3.3 ?牛尿等有機液體肥料池建造

牛尿有機液體肥料池一般由牛尿發(fā)酵池（30 m3）、牛糞水漚制發(fā)酵池（30 m3）、牛尿利用池（30 m3）組成。

3.4 ?控制系統(tǒng)

3.4.1 ?手動與自動控制系統(tǒng)

進水、進肥系統(tǒng)的開關(guān)、田間輪灌區(qū)開關(guān)、過濾器的清洗等都是通過球閥開啟或人工操作，建設(shè)簡單。首部系統(tǒng)的兩級過濾器、抽水電機、進肥系統(tǒng)、田間電磁閥等都可通過首部泵房的電柜進行手動或自動（編程序方式）控制操作，節(jié)省人力。

3.4.2 ?物聯(lián)網(wǎng)遠程控制系統(tǒng)

整個灌溉區(qū)由一套變頻電柜系統(tǒng)和一套物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)組成。變頻電柜系統(tǒng)設(shè)有手動功能和自動功能，設(shè)自動功能時能通過物聯(lián)網(wǎng)遠程控制系統(tǒng)，利用手機APP或電腦的GPRS網(wǎng)絡(luò)遠程遙控首部開啟或關(guān)閉灌溉程序。通過手機APP或計算機可遠程監(jiān)測環(huán)境和土壤溫度、土壤墑情等因子，通過遠程錄像可實時監(jiān)測各系統(tǒng)運行情況、作物生長情況，當(dāng)水池、肥料池水（肥）滿或缺水（肥）時有自動關(guān)閉功能，可確保系統(tǒng)安全運行[4]。

4 ?發(fā)展措施

4.1 ?爭取各級財政支持，推動水肥一體化實施

水肥一體化技術(shù)需要投入相關(guān)設(shè)備，建設(shè)成本相對較高，普通農(nóng)戶難以承擔(dān)。為順利開展水肥一體化技術(shù)推廣應(yīng)用，清遠市應(yīng)積極爭取各級財政資金支持，拓寬融資渠道，整合社會力量推進水肥一體化[2]。

4.2 ?強化技術(shù)指導(dǎo)，重視設(shè)備維護

水肥一體化設(shè)備的實際操作者以農(nóng)戶為主，由于缺乏操作指導(dǎo)和技術(shù)服務(wù)，農(nóng)戶在操作過程中遇到問題難以及時處理，影響設(shè)備的使用。因此，政府部門和企業(yè)應(yīng)根據(jù)實際情況做好技術(shù)指導(dǎo)，定期或不定期開展技術(shù)培訓(xùn)，將技術(shù)指導(dǎo)落實到農(nóng)戶[4]。此外，在水肥一體化設(shè)備應(yīng)用過程中，由于設(shè)備維護不到位，時常會出現(xiàn)設(shè)備噴頭堵塞等情況，影響設(shè)備的正常使用，因此企業(yè)應(yīng)對設(shè)備進行定期維護、更新[5]。

4.3 ?設(shè)計方案要簡潔、高效、綠色

設(shè)計推廣方案要簡潔、高效、綠色，要對建設(shè)地點的水源、地形、肥料來源、電力等情況進行詳細調(diào)查，科學(xué)評估后因地制宜地設(shè)計出適合不同區(qū)域、不同作物的水肥一體化建設(shè)方案。

5 ?水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用效果分析

5.1 ?效益分析

5.1.1 ?經(jīng)濟效益

通過示范與推廣，清遠市應(yīng)用水肥一體化技術(shù)的種植面積逐年增加。截至2020年，累計推廣水肥一體化技術(shù)應(yīng)用面積2.05萬hm2，其中茶葉應(yīng)用面積1 266.7 hm2，柑橘應(yīng)用面積1 400 hm2，葡萄、水晶梨應(yīng)用面積633.3 hm2，其他水果應(yīng)用面積1 000 hm2。茶葉平均每667 m2增產(chǎn)15.0 kg，柑橘平均每667 m2增產(chǎn)150.0 kg，葡萄、水晶梨平均每667 m2增產(chǎn)107.5 kg，其他水果平均每667 m2增產(chǎn)25.0 kg。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，茶葉、柑橘、葡萄和水晶梨每667 m2分別節(jié)省人工成本365元、135元、160元、35元，具有良好的經(jīng)濟效益。

5.1.2 ?社會效益

通過項目的示范與推廣，經(jīng)營主體對水肥一體化技術(shù)的認識進一步加深、化學(xué)肥料施用量減少、科學(xué)施肥水平得到提高、傳統(tǒng)的灌溉和施肥觀念得到轉(zhuǎn)變，這有助于化肥減量增效行動的推進和進一步提高肥料利用率。水肥一體化技術(shù)因其節(jié)水節(jié)肥、省時省工等優(yōu)點受到農(nóng)民的青睞，有利于解放農(nóng)村勞動力、推進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施、促進社會主義新農(nóng)村的建設(shè)。水肥一體化的應(yīng)用有利于發(fā)展綠色食品和有機食品，滿足人們對綠色食品和有機食品的需要。

5.1.3 ?生態(tài)效益

1）提高水肥利用率。水肥一體化技術(shù)是將肥料溶解于水中并通過灌溉系統(tǒng)直接輸送到作物根部附近，減少了肥料的淋溶損失和土壤固定損失，提高了水肥利用率。2）提高土地利用率。清遠市利用山坡地種植經(jīng)濟作物的面積達10萬hm2，傳統(tǒng)種植模式經(jīng)營面積小、施肥技術(shù)落后，不能很好地解決水肥問題，不符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展需要。通過實施不同模式的水肥一體化技術(shù)，有效提高了土地利用率。3）改善土壤理化性狀。水肥一體化技術(shù)可以使土壤保持良好的理化性狀，有效解決了溝灌、漫灌、畦灌造成的土壤板結(jié)等問題。4）減少農(nóng)業(yè)污染。目前，我國單位面積施肥量居世界前列，肥料利用率卻遠低于發(fā)達國家，大量肥料沒有被作物吸收利用，而是進入水體造成環(huán)境污染[5]。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)可將水肥精準(zhǔn)輸送到作物根部附近，避免了深層滲漏，減少了環(huán)境污染。同時，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)還可以提高作物對病蟲害的抵抗能力，減少農(nóng)藥的使用，進一步保護環(huán)境。

5.2 ?推進化肥零增長行動

在茶葉種植上應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，將有望實現(xiàn)減施化肥100%，冬季只施用有機肥就能滿足作物生長需要，解決由于多年大量施用化肥而造成的土壤板結(jié)和茶葉品質(zhì)下降等問題。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)有助于推進化肥零增長行動，滿足綠色農(nóng)業(yè)、有機農(nóng)業(yè)發(fā)展需要[6]。

5.3 ?使農(nóng)業(yè)管理趨向標(biāo)準(zhǔn)化

大面積應(yīng)用水肥一體化技術(shù)有利于實現(xiàn)農(nóng)業(yè)管理標(biāo)準(zhǔn)化，達到節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)成本和節(jié)人工的效果[7]。目前，清遠市除柑橘、茶葉、葡萄、水晶梨等作物應(yīng)用水肥一體化技術(shù)外，玉米、蔬菜、甘蔗等作物也適宜推廣水肥一體化技術(shù)，有巨大的市場潛力。

5.4 ?實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)操作，智能控制

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和信息技術(shù)的結(jié)合是新時代農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢?；谖锫?lián)網(wǎng)的水肥一體化系統(tǒng)，綜合利用通信技術(shù)、智能控制和傳感技術(shù)，實現(xiàn)自動化灌溉施肥、精準(zhǔn)施肥，減少了水肥資源浪費，降低了人工成本，提高了系統(tǒng)的使用效益。

5.5 ?有機液體肥料利用與推廣應(yīng)用

以牛尿、花生麩等為原料制作的有機液體肥料具有來源廣泛、成本低、不含重金屬、綠色安全和中微量元素齊全等優(yōu)點，配合其他水溶性配方肥，既有利于生產(chǎn)有機產(chǎn)品，又能滿足其他作物生長需要。施用有機液體肥既能解決水肥一體化應(yīng)用水溶性肥料問題，又能實現(xiàn)水肥一體化技術(shù)數(shù)字化，更有利于促進節(jié)本增效、提質(zhì)增效、安全高效、資源節(jié)約和環(huán)境友好的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)發(fā)展。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧 ?丁志祥）