设施蔬菜水肥一体化技术

杨文杰 别之龙 黄远

1 设施蔬菜水肥一体化设施设备

水肥一体化，又称灌溉施肥、管道施肥、随水施肥等，是指利用管道灌溉系统，将液体肥料或可溶性固体肥料配制成的肥液与灌溉水一起定时、定量输送到作物生长区域的方法。水肥一体化能够根据土壤养分状况和作物的需肥、需水规律与特点，做到精准灌溉、科学施肥，具有水肥均衡、节水节肥，易于控制温湿度，减轻病害，提高水肥利用率，减少人力与物力的浪费，改善产品品质和生态环境的优点[1]。因此，应用水肥一体化可改善设施蔬菜生产中的水肥管理问题，并可用于开发沙地、陡坡地、盐碱地等边缘土地，有利于提高设施农业的生产能力和农业标准化、自动化、规模化和集约化发展，是一种现代化的施肥方式[2]。本文对设施蔬菜水肥一体化的技术要点进行了分析，对设施蔬菜的优质高效栽培、减肥增效具有一定的参考价值。

水肥一体化系统主要由水源、首部枢纽、输水管网、施肥器等部分组成。

①水源 可选择江、河、湖泊、池塘、水库、沟渠或收集的雨水等地表水以及井水、泉水等地下水。水源应根据实际情况进行预处理，去除泥沙和杂质，再经首部枢纽处理，处理后的水质应符合GB/T 5084-2005《农田灌溉水质标准》和 GB/T 50485-2009《微灌工程技术规范》的规定。

②首部枢纽 包括水泵及动力机、过滤器、肥料注入装置、测量控制仪等多种设施设备。

a.水泵。常用的水泵有潜水泵、深井泵、离心泵、管道泵等。根据水源状况、灌溉面积选用适宜类型和功率的水泵，有条件时可配置2台泵交替使用。

b.过滤装置。一般安装在水源附近。有沉淀池、拦污栅、砂石过滤器、筛网过滤器、离心过滤器和叠片过滤器等。进水端直接与水泵出水口相连，出水端与供水管网相连。过滤装置应能够过滤掉大于灌水器流道尺寸1/10～1/7的粒径杂质。

c.施肥装置。主要有肥液配制和施肥装置设备。肥液配制设备包括施肥桶或施肥池，应选择抗腐蚀材料，或在内壁涂防腐层。施肥装置包括重力自压式施肥、压差式施肥装置、文丘里施肥器、比例式注肥泵[3]。目前应用较多的是文丘里施肥器和比例式注肥泵，使用时根据实际情况进行选择[4]。

d.控制设备和仪表。包括控制阀、流量和压力调节器、流量表或水表、压力表、安全阀、止逆阀、进排气阀、电器控制柜或程序控制器、电磁阀或闸阀、传感器、控制线路等，可根据需要选择安装。

③灌溉系统 根据不同作物和栽培设施选择不同的灌溉系统，也可以多种灌溉方式并存，主要包含干管、支管、灌水器等设备。干管铺设的间距应控制在120 m以内，毛管（滴灌带）可在作物播种喷撒完除草剂后，铺设在两垄中间。灌水器是整个系统末端的灌水装置，分为滴灌、微喷和喷灌系列[5]。符合NY/T 2623-2014《灌溉施肥技术规范中系统》布设技术要求。滴灌管应顺行铺设，距离作物主干基部5～15 cm。

2 水肥一体化的主要类型与模式

水肥一体化的类型应根据当地实际情况以及蔬菜的种类进行选择。目前设施蔬菜水肥一体化常用的模式有文丘里施肥器+滴灌、文丘里施肥器+微喷灌和比例式施肥器+滴灌。茄果类、瓜类等蔬菜作物生产一般采用施肥器+滴灌模式，绿叶蔬菜生产一般采用施肥器+微喷模式[6，7]。 随着用户对灌溉设备和灌溉质量要求的提高，施肥设备由文丘里施肥器向比例式注肥泵转变。此外，移动式免电源施肥车由于造价低、使用方便，有较大幅度增长趋势[4]。

施肥模式有半程水肥一体化和全程水肥一体化[8]。半程水肥一体化常应用于土壤栽培，施肥采用基施和追施相结合的方式，基肥在定植前施足，结合耕地翻入土中，作物生长过程中采用水肥一体化方式追肥。全程水肥一体化常应用于无土栽培，蔬菜整个生长过程所需养分和水分全程采用水肥一体化方式供给管理。

3 水肥一体化的技术要点

3.1 肥料选择

水肥一体化肥料选择标准为溶解度高、养分含量高、肥料间相容性好、对灌溉水影响小、腐蚀性弱。固体肥包括大量元素、中量元素、微量元素，常用的普通大量元素固体肥有：尿素、硝酸钾、硝酸铵、硫酸铵、硝酸钙、磷酸、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、氯化钾等；中量元素肥料有硫酸镁。液体肥包括氨基酸水溶肥、含腐植酸水溶肥、有机水溶肥以及大量元素水溶肥、中量元素水溶肥、微量元素水溶肥。根据作物类型和生长发育阶段等选择符合农业部行业登记的肥料。

在选择肥料品种时要考虑以下问题：①肥料与灌溉水间的相互作用，灌溉水的温度、水质、pH值、电导率和可溶性盐含量等对肥料溶解度和酸碱度的影响；如硬度高的灌溉水应选择酸性肥料（磷酸或磷酸二氢铵等磷肥）以防沉淀生成；早春低温季节少用尿素，多用铵态氮肥和硝态氮肥等防止盐析现象。②肥料对灌溉设备材质的腐蚀问题，如硫酸铵、硝酸铵、磷酸及硝酸钙等避免使用镀锌铁设备；磷酸二铵、硫酸铵、硝酸铵等避免使用青铜或黄铜设备。③作物对氯离子的耐性，对某些氯敏感作物 （如西瓜、马铃薯等）和盐渍化土壤要控制使用氯化钾，配合使用硫酸钾和氯化钾。④肥料间的相容性，对混合后会产生沉淀的肥料采用2个以上的贮肥罐分别贮存。

3.2 制定灌溉施肥管理制度

①水分管理 设施滴灌施肥的灌水定额应比大棚畦灌减少30%～40%；蔬菜适宜的计划湿润深度一般为20～30 cm。根据种植作物的需水规律、土壤理化性质、土壤墒情、蔬菜的根系分布、设施环境条件和技术措施等因素制定灌溉制度。包括作物不同生育期的灌水量、灌水次数、灌溉时间和每次灌水量的确定。以黄瓜为例：每茬春黄瓜的总灌溉量为3000～4500 m3/hm2，定植时浇足水，定植成活至初花期适当控水蹲苗，结果期供应足量的水分[9]。

②施肥制度 确定不同生长阶段的施肥量[9]，可利用施肥量的计算公式：施肥量=（目标产量/1000×每形成1000 kg经济产量的养分吸收量-2.25×土壤养分测定值×有效养分系数）/（肥料中有效养分含量×肥料利用率）。第一步，确定作物的目标产量，一般在当地近3 a平均产量的基础上增加5%～10%，或与上季正常产量持平。第二步，计算达到目标产量的养分理论需求量。第三步，调整养分理论需求量，依据土壤养分含量的分析结果及有机肥的施用量进行调整。第四步，根据养分施吸比计算应施入的肥料量，一般设施栽培条件下氮肥（N）、磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）的利用效率分别为55%～68%、30%～35%、70%～80%，可用比传统栽培方法减少1/3～1/2的肥料用量来确定。第五步，按照作物各生长阶段需肥规律配置养分。

以设施栽培黄瓜为例，目标产量为 60000 kg/hm2，每生产1000 kg 黄瓜吸收 N 3.2 kg、P2O51.8 kg、K2O 4.4 kg[9]，按照 N、P2O5、K2O平均利用效率分别为62.5%、32.5%、75.0%，在未计算土壤养分含量和肥料中有效养分含量的情况下，实现上述产量应每1 hm2施 N 192 kg、P2O5108 kg、K2O 234 kg；黄瓜抽蔓期、始瓜期、盛瓜期、结瓜后期N吸收率分别为 1.52%、14.80%、50.13%、32.70%，P2O5吸收率分别为0.86%、8.70%、46.78%、43.31%，K2O吸收率分别为0.87%、14.00%、47.36%、37.91%[8]， 则可计算出黄瓜设施栽培抽蔓期至结瓜后期肥水一体化的施肥制度。

③水肥耦合 按照总量控制、分段拟合、肥随水走、少量多次的原则，合理分配作物不同生育阶段的总灌溉水量和施肥量[7]。具体内容包括基肥与追肥的比例及不同生育期的灌溉施肥次数、时间、灌水量和施肥量等，并根据天气情况、土壤墒情和作物长势等因素进行调整。

④浓度控制 根据蔬菜种类、植株大小、生长阶段、栽培方式等确定肥液的浓度，避免肥害或营养不足。通常控制肥料溶液有以下方法，EC值为1～3 mS/cm，或盐浓度1～3 g/L，或根据肥料养分含量稀释100～800倍，或按照肥料包装说明书配制[8]。

⑤运行模式 一般按照 “清水—肥水—清水”的模式运行，即先用清水灌溉10 min，再用肥水灌溉，然后滴20 min左右清水，用于冲洗系统。

4 注意事项

①设施维护 使用过程中要对系统设备进行日常维护，定期检查、及时维修系统的各种设备；过滤器每周拆卸清洗1次；定期清洗肥料罐；按设备说明书要求保养施肥器；灌溉施肥过程中，若遇到供水中断，应尽快关闭施肥装置的进水管阀门，防止肥液倒流。

②防堵塞 残留的肥液会使滴头处生长青苔、藻类等低等植物或微生物，肥料结晶或沉淀、灌溉水的杂质等均会导致滴头堵塞。因此，应充分考虑不同灌溉方式对水质的要求，根据杂质类型、杂质多少进行水源净化和过滤；生产中定期冲洗滴灌管尾端，一般滴完肥，根据土壤水分状况滴清水将管道内的肥液冲洗干净。过滤器前后压差大于0.02 MPa时应清洗过滤器。

③防肥害 肥害可能是一次性过多施肥引起的，会抑制蔬菜生长。此外，苗期还会因为一次性大量施用铵态氮肥而引起氨中毒问题。

④防脱肥 尿素、硝态氮肥（如硝酸钾、水溶性复合肥）易随水流失，过量灌溉会造成养分流失到根层以下而造成脱肥，因此避免过量灌溉。

⑤养分平衡 茄果类、瓜类蔬菜除了对氮、磷、钾需求量较大外，对钙、镁、硫需求也较高[9]，因此，施肥时应配合施用大量元素、中微量元素及有机肥、化肥，以达到养分平衡供给。

⑥灌溉及施肥均匀 无论是滴灌还是喷灌，都要保证灌溉均匀；尽量做到肥水混匀、保证每一植株水量和肥量一致。