水肥一体化技术在设施农业中的应用

闫兆峰

(山东省滨州市沾化区大高镇人民政府，山东 滨州 256800)

1.水肥一体化技术主要模式

水肥一体化技术模式主要包括喷灌、微灌和渗灌等。喷灌施肥是将可溶性肥料溶于水形成水肥混合液，利用水泵等加压设备送到目标灌溉区，再用喷头等喷射到空中形成水雾或小水滴，均匀喷洒在果树和土壤上。与普通灌溉模式相比，喷灌模式能够使果园水分利用率提高50%，肥料利用率提高25%。但风力大于3.5m/s的地区由于蒸发原因不适合使用喷灌模式。微灌施肥是通过管道系统和灌溉设备将水肥混合液以较小的流量持续、均匀地输送到果树根系附近土壤。微灌模式可以根据不同果树生长的需求和特点，随时调节水分和肥料的供给量，且受环境风力影响小，更加高效节能。目前微灌技术发展出滴灌、微喷灌等水分利用率比喷灌更高的灌溉方式，滴灌水分利用率达95%，微喷灌比大水漫灌节水80%。渗灌是在低压条件下通过埋在作物根系活动层的渗灌系统直接渗水供给作物根系。其优势在于节水、省肥、增产、增收和节约劳动力成本，但因为滴头容易堵塞会影响应用效果。渗灌与滴灌和传统撒施肥料相比，可以促进树体叶片生长和氮素利用，并提高果实产量及品质。

2.水肥一体化技术的优点

2.1 节约资源和人力投入

采用水肥一体化技术可节约灌溉用水30%～70%，节约化肥施用量20%～50%，减少农药用量10%～40%，减少用工20%～60%。不同作物、不同种植模式，其应用效果有所不同。

2.2 保护、改善农业生态环境

采用水肥一体化技术，可以大大减轻化肥、农药带来的环境污染和对有益生物的危害，降低盲目、过量施肥引起的土壤、水体污染，避免人工、机械施肥作业对土壤结构和作物根系的破坏，避免大水漫灌引起的土温急剧变化，使土壤微生物活跃，田间有益生物增多，改善和保护了土壤生态平衡。

2.3 增加农业生产能力和效益

采用水肥一体化技术，节本、提质、增效，农产品优质率可提高10%～20%，产量可增长10%～25%。

2.4 提高农业抗旱减灾能力和农业综合生产能力的需要

多年推广应用结果表明，使用水肥一体化技术，在大幅度减少灌溉用水和肥料用量的情况下，甚至在严重旱灾情况下仍可实现农作物稳产、增产，能够解决水肥资源瓶颈和农业环境污染问题，是实现土壤健康、种植科学、粮食增收的必由之路，对于提高粮食综合生产能力保障国家粮食安全意义重大。

3.设施农业中水肥一体化技术的运用

3.1 节水灌溉技术

早在20世纪70年代，国内就开始引进滴灌等节水灌溉设施，开始步入水肥一体化发展进程。从以往开展的番茄种植试验来看，实施施肥灌溉一体化能够使总灌溉水减少25%左右，氮、磷、钾施用量减少约40%，但产量却能提高9%。采用重力滴灌技术，能够在对土壤墒情和养分展开分析的基础上，结合农作物需水和需肥规律进行灌溉。依靠水源高度压力，借助压力管道系统及末端安装的灌水器，能够以小流量将肥料溶液均匀输送到植株根系周围土壤。采用压力补偿技术，能够使出水孔大小保持在1mm左右。从实际应用情况来看，由于水溶性肥料价格较高，国内多采用颗粒杂质较多的复合肥，容易造成设备堵塞，因而要搭配使用膜下开孔、离心过滤等技术。北京等地则引进了潮汐灌溉技术，利用循环管路系统、一体化控制系统等实现育苗水流的潮汐式控制，并结合植物类别进行肥液配比，通过定时定量灌溉，保证水肥得到高效供给。该技术通过加强苗床上水、回水速度控制，实现营养液快进快排，能够减少基质吸收的水分，节水24%～34%。内蒙古等地区引入了膜下滴灌、大型喷灌等技术，结合不同水文年型采取不同灌溉制度，从多年试验和田间观测结果来看，取得了较好的节水节肥效果。然而，相较于国外已经拥有相对成熟的水肥一体化产品，国内仍然缺少支持节水灌溉设施的一体化系统，导致技术推广运用受到了限制。

3.2 平衡施肥技术

在水肥一体化技术的应用过程中，除了要注意节水灌溉外，还要实现肥料的高效利用，通过保持肥料平衡来实现节肥，保证植物生长需要得到满足。以有机肥为基础，通过对作物需肥量、肥效和土壤肥力的分析，设计了氮、磷、钾等养分的适宜配比。为了在农业生产的全过程中保持肥力平衡，需要引进土壤肥力监测设备进行施肥预测和诊断，调整氮肥的比例，磷、钾结合肥料在土壤中的供给和植物生长不同阶段的需求，从而保证土壤保持合理的肥料结构。目前，在番茄等蔬菜高效栽培方面，肥料推荐信息系统的建设可以为农民生产提供指导，减少肥料资源的浪费，保护土壤环境质量。该系统采用国际先进的土壤养分快速测定技术，可测定氮、磷、有机质、土壤pH值等12种元素的含量，并存储在土壤养分管理信息数据库中。在不同种植区建立观测站，结合GPS等技术进行定位，可以准确分析各地区的土壤肥力状况。在该系统中，输入了该地区蔬菜种植的种类和时间。该系统可以从数据库中获取相应的数据，分析植株各生育期的肥力需求，并将数据与实时测定结果进行比较，得出最优施肥比例。结合节水灌溉技术，可利用水溶性肥料在灌溉的同时完成施肥，减少无效肥料的供给。从实际应用效果来看，可使蔬菜增产10%以上。

3.3 智能监控技术

目前，我国设施农业的发展仍以日光温室和单温室为主，存在环境可控性差的问题，大规模喷灌技术不适合这些农业生产方式。随着物联网等技术的发展，美国、日本等国开始引进先进技术，完成水肥精准农业控制系统的研制，实现了农业环境的智能监测，满足设施农业生产管理的需要。我国已经实现了水肥一体化技术和物联网技术的综合应用。以温室环境为控制对象，利用模糊控制原理完成自动灌溉施肥系统的设计。小型灌溉施肥机的设计采用吸肥装置完成，通过水肥混合精确控制营养液，可以满足蔬菜标准化生产和管理的要求。随着网络技术的发展，能够实现设施农业远程测控的智能监控系统已经研制成功。通过无线接入可以实现环境信息的实时监控和远程传输。同时，利用专家系统模型实现智能分析和精细管理。以水肥一体机为核心，完成田间各管理控制单元的布局，通过计算机或移动终端直接监测作物生长发育状况。根据营养需求，采用控制设备和软件对管道阀门、喷嘴发射器等进行控制，实现水肥的及时供应。此外，还可按约定比例设置各生育周期的水肥供应，通过定期定量灌溉施肥，简化生产管理流程。利用该技术完成高效节水节肥一体化管理网络的建设，可以实现园区的统一管理，降低设施农业的生产成本，提高生产效率。

4.设施农业中水肥一体化技术的发展

设施农业要更好地利用水肥一体化技术，首先要注重技术的推广和支持。在技术推广阶段，政府应发挥宏观指导作用，在农村开展宣传教育，提高农民对相关技术的认识。考虑到技术应用需要大量的资金投入，需要出台政策加强补贴，吸引更多的人使用技术。同时，设施农业的发展需要不断引进各种新技术，水肥一体化技术的应用也处于探索阶段，在配套体系的开发和设备设施的选择上还存在一些缺陷。为了最大限度地发挥技术的效用，必须结合现代农业生产的需要，完善技术支撑体系的功能，促进相关技术的创新和发展，开发适宜的设备设施。随着技术的成熟，设施成本将不断降低，农业生产效率将得到有效提高。因此，可以为技术的大规模应用提供保障，有效地促进农业生产技术的发展。此外，引进各种先进的水肥一体化管理设施和设备，也对管理和操作人员提出了一定的技能要求。为保证技术的科学应用，政府还应成立专门的技术培训队伍，加强技术指导，通过定期和不定期的培训，不断提高操作人员的技能。通过加强跟踪管理，确保及时实施设备设施维修保养，应用配套系统可以达到理想的节水节肥效果，为农业设施的振兴和高效利用提供有力的技术支持。

结论

发展设施农业，还要引进配套的水肥一体化技术和设施设备，通过科学管理实现农业资源高效利用，从而取得增产增收的效果。结合这一目标，要加强技术推广运用，并引进先进技术使配套系统功能得到完善，改善技术应用效果；强化人员培训引导，保证设施设备得到有效维护和使用，以推动农业生产的进步与发展。