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水肥一體化技術發展現狀與新成果

添加時間:2018/09/05

  摘要:水肥一體化技術是高效節水的一種施肥技術, 本文對國內外水肥一體化發展現狀及研究進展進行了綜合分析, 展望了水肥一體化技術的發展趨勢。
  
  關鍵詞:農業; 水肥一體化; 節水;
  
  水是生命之源, 是人類賴以生存的基礎自然資源, 也是生態環境的控制性因素之一, 我國總用水量中農業所占比很大比重, 是我國的用水大戶。截至2012年底, 我國農業用水占全國總用水量62.4%[1], 其中農業灌溉用水占農業用水的90%左右[2].因此, 加快推廣農業節水灌溉技術, 提高農業用水效率, 不僅是緩解農業水資源短缺狀況的一種有效措施, 從根本上來說, 也是我國農業可持續發展的一項長期戰略性任務。
  
  水肥一體化是利用壓力和管道灌溉系統, 將可溶性固體肥料或液體肥料溶解在水中通過滴頭和管道形成滴灌供應給作物吸收利用的一項農業技術。采用滴灌隨水施肥技術, 可節約寶貴水資源, 避免肥料浪費, 有利于生態環境的保護和可持續發展。
  
  1、水肥一體化技術發展現狀
  
  水肥一體化技術具有節水, 節肥、省工等眾多優點, 是迄今較為先進的農田灌溉高新技術之一[3].水肥一體化技術可以根據植物的需求定時定量施加水肥, 能夠充分發揮水肥之間的相互作用, 從而大大提高了水分和養分利用率, 既降低土壤表面水分的蒸發又減少了肥料的消耗[4].水肥一體化技術在以色列、塞浦路斯、約旦等國家應用較早, 目前已經取得了較大的成效, 水肥一體化技術能極大地提高肥料的利用率, 例如甘蔗采用滴灌隨水施肥的方法對氮肥的利用率高達70%~80%, 而常規施肥僅能利用40%左右。
  
  我國采用滴灌施肥始于1974年, 從1974年到1980年主要是學習和引進滴灌設備, 直到20世紀90年代, 國內相關科研人員才開始研究水肥一體化技術和應用, 但研究僅僅做了一些國外技術的重復, 在實踐應用上發展也較慢, 僅限用于某些特種經濟作物的設施農業上。一直到1998年我國累計滴灌面積不到2萬hm2, 而采用隨水施肥技術的僅占當時滴灌面積的2%左右。1998年后因國家政策導向, 隨水施肥在全國范圍內得到迅速推廣, 截止2000年, 全國采用隨水施肥滴灌技術的耕地面積達26.7萬hm2, 居世界第3位[5].
  
  2、水肥一體化研究進展
  
  2.1 國外水肥一體化研究進展
  
  世界上科技先進、經濟發達的國家早在20世紀30年代就開始研究實施噴灌這一先進的節水灌溉技術[6].西方國家采用噴灌設備灌溉作物, 始于庭園花卉和草坪的灌溉。20世紀30~40年代, 歐洲發達國家由于金屬冶煉、軋制技術和機械工業的迅速發展, 逐漸采用金屬管做地面移動輸水管, 代替投資大的地埋固定管, 用縫隙或折射噴頭澆灌作物[7].自世界第二次大戰結束后, 西方經濟快速發展, 噴灌技術及其機具設備的研制又進一步得到了快速發展[8].20世紀50年代以后, 塑料工業的快速發展, 為滿足水資源缺乏地區灌溉的需要, 以塑料為基礎的滴灌和噴灌技術逐漸發展起來。20世紀60年代, 以色列為提高水資源利用率開始發展及應用水肥一體化灌溉施肥技術[9].20世紀70年代, 澳大利亞、以色列、墨西哥、新西蘭、美國及南非等6個國家滴灌施肥技術模式迅速發展[10].目前以色列已在農業各個領域 (大田、果園、溫室、以及園林綠化等) 全面地應用水肥一體化技術, 其推廣面積占全國農業灌溉面積的67.9%, 位居世界首位[11].而美國起步較晚, 但卻是微灌面積推廣應用最大的國家, 滴灌應用面積約為95萬hm2, 占全國總灌溉面積4.2%.20世紀80年代, 全世界噴灌、微灌面積己突破0.2億hm2, 其中美國和前蘇聯己超過666.67萬hm2, 分別占兩國灌溉面積的40%左右。而以色列其灌溉幾乎全都采用噴灌和微灌。在日本的旱地面積中, 噴灌、微灌占到90%以上[7].同時在20世紀80年代, 開始將水肥一體化技術發展到自動推進式機械灌溉系統。從最初使用肥料罐設施, 發展到采用文丘里施肥器和水壓驅動肥料注射器, 再到微機控制的現代水肥一體化系統設備。與之前相比, 現在設備的養分分布均勻度也得到了提高。
  
  隨著施肥設備不斷研發和更新, 對肥料施用量的精準性控制要求也越來越高。施肥設備的發展也從需手工調節的肥料罐發展到機械自動化控水控肥設備, 再到現在的施肥機系統, 水肥同步供應的能力得到質的飛躍。如在溫室中應用的施肥機等設備, 將計算機、酸度計、電導率儀及灌溉控制器等儀器相連接, 自動監控肥料混合罐內肥液p H和EC值, 并實現對肥料用量更為精確地控制[9].目前, 在以色列、美國、荷蘭、西班牙、澳大利亞、塞浦路斯等水肥一體化灌溉施肥技術發達的國家, 已形成了設備生產、肥料配制、推廣和服務的完善技術體系。
  
  2.2 國內水肥一體化研究進展
  
  相比發達國家, 我國水肥一體化技術的發展晚了近20年。我國在1974年從墨西哥引進滴灌設備, 分別在山西省大寨村、河北省沙石峪村、北京密云縣進行果樹、蔬菜和糧食作物試驗研究, 試點總面積5.3 hm2[12], 并在1980年, 我國自主研制生產了第一代成套滴灌設備[9].自1981年后, 我國在引進國外先進生產工藝的基礎上, 在灌溉設備上逐漸形成規模化生產, 在應用上由試驗到示范再到大面積推廣, 到1985年我國滴灌面積發展到1.4萬hm2, 其中遼寧省果樹滴灌面積1.4萬hm2, 占了全國滴灌面積的90%以上[12].在進行節水灌溉的同時, 開始發展水肥一體化灌溉施肥的試驗研究。20世紀90年代中期, 灌溉施肥技術理論及其應用日益受到重視, 我國開始大力開展技術培訓和研討。2000年水肥一體化的技術培訓和指導得到進一步的發展, 中央農業部的全國農業技術推廣中心參與國際合作, 連續5年在我國舉辦水肥一體化技術培訓班, 邀請國內外專家就相關技術理論及其操作進行系統地講解, 加大了微灌施肥的面積[13].
  
  2002年以來, 我國通過組織和實施旱作節水農業項目, 推進各地建立核心示范區, 使得水肥一體化技術己由小范圍試驗示范發展為大面積推廣應用, 輻射范圍從華北擴大到西北旱區、東北地區及華南地區, 覆蓋設施栽培、無土栽培、果樹栽培等多種栽培模式[9], 尤其是設施蔬菜生產的迅速發展, 推進了水肥一體化技術的不斷發展與完善。與此同時, 一些高校、科研單位與企業合作開發了大量施肥設備和灌溉技術, 如壓差施肥罐、重力自壓施肥系統、移動式灌溉施肥機、膜下滴灌施肥技術、泵吸施肥法、覆膜溝灌施肥技術、小白龍噴水帶微噴施肥技術、痕量灌溉施肥技術等[14], 其中在新疆地區應用的棉花膜下滴灌施肥技術己達到國際領先水平。
  
  總體上, 我國水肥一體化技術水平已從20世紀80年代的初級階段發展和提高到中級階段。其中, 大型現代溫室裝備、部分微灌設備產品性能和自動化控制己基本達到國際領先水平, 微灌工程的設計方法及理論也已接近世界領先水平, 微灌工程技術規范和微灌設備產品己躍居世界領先水平。但是從整體上看, 國內某些微灌設備產品尤其是首部配套設備的質量同國外同類先進產品相比仍存在較大差距;全國應用水肥一體化技術的覆蓋面積所占比例還小, 我國水肥一體化技術系統的管理水平還是相對較低, 節水灌溉施肥的研究與技術培訓投入不足。因此, 大力發展水肥一體化技術需要多方面的共同努力。
  
  2.3 水肥一體化技術在果園中的應用及研究進展
  
  目前, 水肥一體化技術在果園中的應用廣泛, 特別是在南方香蕉、柑桔、荔枝等經濟作物上, 已形成較為完善的應用體系。然而, 在蘋果園中的應用仍處在探索階段, 多為局部試驗, 小范圍示范等, 因研究領域廣而分散, 未形成完整的體系。但也取得了一系列重要的研究結果, 為滴灌施肥在蘋果園中廣泛應用奠定理論基礎[15].滴灌施肥可使陜西省渭北旱原區蘋果增產13.0%, 果實商品率提高了9.3%, 糖酸比提高7.3%, 且當肥料用量較少50%, 蘋果產量并未降低[16].水肥一體化在山東省牟平地區果園的應用使得667m2果園節水25.6%、節肥33.2%、增產8.5%, 省工2~3天[17].采用水肥耦合措施可明顯改善富士幼樹的營養狀況, 有效地促進了新梢生長, 提早開花結實[18].水肥一體化對蘋果光合速率、氣孔導度、蒸騰速率等光合特性有一定影響[19], 滴灌施肥對蘋果外觀質量和內在品質均有一定的改善作用[20].因此, 從當前的研究結果可以看出, 水肥一體化對蘋果生長、發育及增產等方面具有良好的調控和促進作用, 表現出節肥、省工、增產增效的顯著效果。然而, 對不同生態區進行的水肥一體化效果差異性研究偏少, 尚未確定該技術針對不同生態區的最佳應用條件, 未形成系統的應用體系, 這也是果園水肥一體化技術的研究重點和方向。
  
  3、水肥一體化建議與展望
  
  水肥一體化技術雖然在我國發展較快, 但是在推廣應用中還存在以下問題:水肥一體化技術高產高效機理研究較少, 水肥一體化配套設備及高端全水溶肥研發較少, 缺乏水肥方面專業人才指導, 技術推廣手段落后, 水肥一體化技術普及力度弱, 阻礙其推廣發展, 在水肥一體化技術推廣中農民的主體意識不強, 農戶學習水肥一體化的途徑很少, 政府對水肥一體化技術推廣支撐不足, 缺乏監管。
  
  針對水肥一體化技術推廣應用中出現的問題, 提出以下建議:堅持政府引導、國家政策扶持;堅持因地制宜, 合理布局的原則;加強水肥一體化技術基礎性研究;加大農業科技技術推廣投入力度, 大力宣傳, 做好培訓工作。
  
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