王 凱

（河南省土壤肥料站，鄭州 450000）

水肥一體化技術(shù)是一項集灌溉、施肥于一體，高效節(jié)水節(jié)肥的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)，為未來農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。與傳統(tǒng)灌溉模式相比，水肥一體化技術(shù)具有節(jié)水、節(jié)肥、省工、省時等優(yōu)點，實現(xiàn)了水肥管理的革命性轉(zhuǎn)變［1］，即由渠道輸水轉(zhuǎn)變?yōu)楣艿垒斔⒂蓾驳剞D(zhuǎn)變?yōu)闈睬f稼、由土壤施肥轉(zhuǎn)變?yōu)樽魑锸┓省⒂珊唵未址诺乃史珠_模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫_集約的水肥一體模式。該技術(shù)在世界范圍內(nèi)尤其在缺水的干旱半干旱地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用和推廣。我國水資源缺乏且分布不均衡，肥料利用率普遍偏低，水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用是提高水分利用效率、有效利用肥料的一項重要且必須的環(huán)節(jié)。本文主要分析了我國水肥一體化技術(shù)的發(fā)展歷程以及應(yīng)用中存在的問題等，以為該技術(shù)的推廣提供借鑒。

1 水肥一體化技術(shù)的概念

水肥一體化技術(shù)起始于以色列。以色列自20世紀(jì)60年代初開始研究和應(yīng)用滴灌技術(shù)，水肥一體化技術(shù)是伴隨著滴灌技術(shù)而逐漸發(fā)展起來的。水肥一體化技術(shù)的英文名稱為“Fertigation”，即“fertilization（施肥）”和“irrigation（灌溉）”組合而成，直譯為“施肥灌溉技術(shù)”，在我國稱為“水肥耦合技術(shù)”或者“水肥一體化技術(shù)”，目前基本統(tǒng)一采用 “水肥一體化技術(shù)”這一概念。根據(jù)灌溉方式的不同，水肥一體化技術(shù)主要分為噴灌和微灌水肥一體化技術(shù)，后者包括滴灌和微噴兩種形式，其中滴灌發(fā)展最為迅速，應(yīng)用最為廣泛，節(jié)水最為顯著。

水肥一體化技術(shù)，從廣義上講，就是水和肥同時供給作物根系以滿足作物生長發(fā)育的一種技術(shù)。從狹義上講，則存在著多種說法。張承林等［2］認(rèn)為水肥一體化技術(shù)是將肥料溶解在灌溉水中，由灌溉管道輸送給田間每一株作物，以滿足作物生長發(fā)育需要的一種技術(shù)。高祥照［3］認(rèn)為水肥一體化技術(shù)是利用微灌系統(tǒng)，根據(jù)土壤的水分和養(yǎng)分狀況及作物對水和肥料的需求規(guī)律，將肥料和灌溉水一起適時適量、準(zhǔn)確地輸送到作物的根部土壤，供作物吸收的一種技術(shù)。王留運等［4］認(rèn)為水肥一體化技術(shù)是節(jié)水灌溉技術(shù)的一種，根據(jù)作物的需水需肥規(guī)律，將可溶性肥料溶解在灌溉水中，通過噴灌、滴灌等方式將養(yǎng)分輸送到作物根系土壤。徐堅等［5］認(rèn)為水肥一體化技術(shù)是根據(jù)土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律及特點，將可溶性固體或液體肥料配對成的肥液，與灌溉水一起，通過可控管道系統(tǒng)均勻、準(zhǔn)確地輸送到作物根部土壤，浸潤作物根系發(fā)育生長區(qū)域，使主要根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量的一種農(nóng)業(yè)新技術(shù)。張凌飛等［6］認(rèn)為水肥一體化技術(shù)是將灌溉水與可溶性或液體肥料結(jié)合，通過借助外界壓力并同步運輸?shù)阶魑镉行Ц掂徑耐寥溃ㄟ^監(jiān)測土壤養(yǎng)分和土壤的干濕程度情況，及根據(jù)作物需水、需肥規(guī)律的特點，經(jīng)由低壓管道滴灌體系穩(wěn)定、均勻、定量，按適宜比例提供作物適宜水量和肥料的一種農(nóng)業(yè)新技術(shù)。中國國家農(nóng)業(yè)部給出的定義為：水肥一體化是利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時進(jìn)行灌溉與施肥，適時、適量地滿足農(nóng)作物對水分和養(yǎng)分的需求，實現(xiàn)水肥同步管理和高效利用的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)。

雖然目前水肥一體化技術(shù)的概念不夠統(tǒng)一，但通過以上多種概述可以看出，水肥一體化技術(shù)的核心是水肥適時定量耦合，手段是建設(shè)科學(xué)的灌溉管道，目的是在滿足植物水肥需求的基礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥；即綜合分析地塊地形、植物種類、氣候變化等條件的影響作用，選擇適宜的水肥一體化模式，通過田間鋪設(shè)科學(xué)合理的灌溉管道系統(tǒng)，實現(xiàn)灌溉水和肥料的完全耦合，并根據(jù)植物整個生長發(fā)育過程的水肥需求規(guī)律以及土壤水分養(yǎng)分狀況，適量及時地供給相應(yīng)的營養(yǎng)元素和水分，從而達(dá)到植物增產(chǎn)和節(jié)本增效的雙重目的。

2 我國水肥一體化技術(shù)的發(fā)展歷程

我國自引入水肥一體化技術(shù)以來，其發(fā)展過程大致經(jīng)歷了三個階段：初步研究階段、試驗示范階段、規(guī)模應(yīng)用階段［2，5］。

2.1 初步研究階段

我國水肥一體化技術(shù)研究開始于1974年，由墨西哥引進(jìn)三套滴灌設(shè)備［4］，在不同省份建立了3個試驗點，面積5.3 hm2，試驗取得了顯著的增產(chǎn)和節(jié)水效果［2］。1975年我國決定研制滴灌設(shè)備，并在全國各省設(shè)立試點，1976年將滴灌研究列為重點科研項目之一［7］，推動了我國滴灌技術(shù)的深入研究。從1974年到1980年，我國水肥一體化技術(shù)的研究處于學(xué)習(xí)和借鑒國外的起步階段。

2.2 試驗示范階段

1980年，我國自主研制了第一代成套滴灌設(shè)備，填補了我國沒有滴灌設(shè)備產(chǎn)品的空白［4］。80年代初期到中期為我國引進(jìn)國外噴灌技術(shù)和設(shè)備的高潮，80年代中期到90年代中期，通過消化吸收國外經(jīng)驗研制開發(fā)了我國的噴灌設(shè)備［8］。即從1981年后，在引進(jìn)國外先進(jìn)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，我國灌溉設(shè)備的規(guī)?；a(chǎn)逐步形成，水肥一體化技術(shù)試驗、示范面積逐步擴大。1985年我國滴灌面積發(fā)展到15 khm2［7］。1986年我國將“滴灌配套設(shè)備系列開發(fā)”列入國家星火計劃，促使大規(guī)模滴灌設(shè)備和施肥設(shè)備開始逐步推廣和大面積應(yīng)用，主要用于日光溫室等設(shè)施農(nóng)業(yè)的灌溉和施肥。1990年我國滴灌面積33 khm2，1995年達(dá)到 45 khm2［7］；90年代中期我國噴灌面積約900 khm2［8］。1980年一直到90年代中期，我國水肥一體化技術(shù)主要處于試驗研究和學(xué)習(xí)國外技術(shù)的階段，而且集中應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)和果園。

2.3 規(guī)模應(yīng)用階段

20世紀(jì)90年代中期以來，水肥一體化技術(shù)理論和應(yīng)用在我國得到了廣泛重視。目前水肥一體化技術(shù)已經(jīng)由過去的試驗示范階段發(fā)展到規(guī)模應(yīng)用階段，輻射到全國范圍內(nèi)，涵蓋了果樹、花卉、苗木、蔬菜以及大田經(jīng)濟和糧食作物。大田作物水肥一體化技術(shù)應(yīng)用最早成功的例子是新疆的棉花膜下滴灌。1996年，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團開始集成研究滴灌技術(shù)，到1998年經(jīng)過持續(xù)3年的試驗示范，成功地研究了與薄膜覆蓋技術(shù)相結(jié)合的干旱區(qū)棉花膜下滴灌綜合配套技術(shù)［9，10］。2002年，新疆棉花膜下滴灌面積從最初的1.67 hm2迅速擴大到120 khm2［11］。

現(xiàn)階段，我國水肥一體化技術(shù)的推廣尤其在大田作物上的應(yīng)用，主要由政府推動。2002年國家農(nóng)業(yè)部開始組織實施旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)項目，在全國范圍內(nèi)建立水肥一體化技術(shù)核心示范區(qū)，集中開展試驗示范和技術(shù)集成，有效帶動了水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用。2012年，國務(wù)院印發(fā)《國家農(nóng)業(yè)節(jié)水綱要（2012－2020）》，強調(diào)積極發(fā)展水肥一體化技術(shù)。2013年農(nóng)業(yè)部印發(fā)《水肥一體化技術(shù)指導(dǎo)意見》，提出到2015年，水肥一體化技術(shù)推廣總面積達(dá)到530萬公頃以上。2016年農(nóng)業(yè)部制定的《推進(jìn)水肥一體化技術(shù)實施方案（2016－2020年）》，提出到2020水肥一體化技術(shù)推廣面積1000萬公頃。同時我國通過開展水肥一體化技術(shù)研究示范，已經(jīng)集成了一系列技術(shù)模式，如按區(qū)域可劃分為干旱半干旱區(qū)膜下滴灌、丘陵山區(qū)重力滴灌水肥一體化、平原微噴水肥一體化等模式；按設(shè)備劃分為移動式微灌水肥一體化、全自動智能水肥一體化、小型簡易自助式水肥一體化模式等；按設(shè)施條件劃分為普通大田水肥一體化模式、溫室膜面集雨水肥一體化模式等。

整體來看，目前我國水肥一體化技術(shù)處于發(fā)展的中級階段。并且隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及該技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化技術(shù)也得到了初步發(fā)展［12，13］，標(biāo)志著水肥一體化技術(shù)將向數(shù)字化、信息化、智能化發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊。

3 我國水肥一體化技術(shù)應(yīng)用過程中存在的問題

3.1 推廣應(yīng)用面積小

我國水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用尤其在大田糧食作物上，主要由政府來推動，整體推廣應(yīng)用面積較小。據(jù)《2016年全國水利發(fā)展統(tǒng)計公報》數(shù)據(jù)顯示，截至2016年底，我國灌溉面積73 177 khm2，耕地灌溉面積67 141 khm2，占全國耕地面積的49.6%；節(jié)水灌溉面積32 847 khm2，其中噴灌、微灌面積為9954 khm2，占節(jié)水灌溉面積的30.3%，占總灌溉面積的13.6%。

3.2 區(qū)域發(fā)展不平衡

我國水肥一體化技術(shù)主要應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)和果園等經(jīng)濟效益較高的產(chǎn)業(yè)，而大田糧食作物的應(yīng)用范圍比較窄。目前除了在西北干旱地區(qū)得到了普及應(yīng)用，在其他降雨量較大、灌溉水資源相對豐富的地區(qū)，糧食作物規(guī)?；瘧?yīng)用面積較少甚至沒有。截至2014年底，我國微灌工程面積4681.3 khm2，而西北6省區(qū)微灌面積達(dá)到3126.7 khm2，占全國的67%，其中新疆微灌面積高達(dá)2902.7 khm2，占全國的62%，占西北地區(qū)的93%［14］。發(fā)展不平衡的原因在于我國大部分地區(qū)耕地為一家一戶分散經(jīng)營，集約化程度低，田間種植、耕作等方式繁雜，田間統(tǒng)一管理難度大，限制了大型現(xiàn)代化機械設(shè)備的應(yīng)用；同時水肥一體化技術(shù)前期一次性購置灌溉施肥設(shè)備費用較大，小面積地進(jìn)行應(yīng)用，與傳統(tǒng)的漫灌等灌溉方式相比，經(jīng)濟效益低，無法發(fā)揮該項技術(shù)節(jié)本增效的優(yōu)勢，使得部分地區(qū)對發(fā)展水肥一體化的重要性認(rèn)識不夠，發(fā)展速度緩慢。

3.3 配套產(chǎn)品不到位

水肥一體化技術(shù)是將灌水和施肥有機融合的一項工程技術(shù)，對灌溉設(shè)備和水溶肥料的質(zhì)量要求較高。在灌溉設(shè)備生產(chǎn)方面，我國存在生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小，生產(chǎn)工藝差，配套產(chǎn)品品種及規(guī)格少、精度較低、加工粗糙等問題［8］。此外，針對具體條件和作物的技術(shù)研發(fā)少，設(shè)備和產(chǎn)品的實用性不強，大型、精密、智能化設(shè)備開發(fā)不足［15］。在水溶肥料方面，我國水溶肥料市場比較混亂，產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模較小，價格偏高，整體上呈現(xiàn)出多、亂、雜的特點。同時水溶肥的技術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)和大規(guī)模應(yīng)用尚處于起步推廣階段，高端的全水溶肥產(chǎn)品缺乏［16］。

3.4 配套技術(shù)服務(wù)缺乏

水肥一體化技術(shù)綜合了水利、灌溉、施肥、栽培、土壤等眾多學(xué)科知識，高標(biāo)準(zhǔn)的水肥一體化需要對不同作物、不同區(qū)域適宜的土壤墑情技術(shù)參數(shù)、滴灌技術(shù)參數(shù)、施肥技術(shù)參數(shù)有足夠的研究，在此基礎(chǔ)上才能依據(jù)各種作物的需水需肥規(guī)律，建立各種作物的灌溉施肥制度，形成完整的水肥一體化技術(shù)體系［17］。但目前技術(shù)與產(chǎn)品結(jié)合不夠緊密，有些地方只注重灌溉施肥設(shè)備配置，忽略了灌溉施肥制度優(yōu)化以及栽培措施的配套研究。由于學(xué)科之間的相對獨立，設(shè)備生產(chǎn)廠家重視管道設(shè)計和設(shè)備安裝，輕視肥料選擇和栽培學(xué)研究；農(nóng)業(yè)技術(shù)人員具有豐富的栽培施肥經(jīng)驗但缺乏農(nóng)田工程設(shè)計等專業(yè)知識，綜合型技術(shù)人才缺乏［16］。此外，水肥一體化技術(shù)是對傳統(tǒng)灌溉施肥方式的變革，傳統(tǒng)的灌溉施肥制度、栽培方式以及其他農(nóng)藝措施等不夠適用，因此需要依據(jù)不同作物的需求，提出合理的水肥配合比和生產(chǎn)要素組合，確定灌水次數(shù)、灌水定額、灌水周期，最佳灌水時期等，建立經(jīng)濟高效的水肥耦合理論模式［18，19］。顯然，目前我國在這一方面的研究比較缺乏。

4 我國水肥一體化技術(shù)發(fā)展對策

4.1 加強水肥一體化技術(shù)的基礎(chǔ)性研究

必須根據(jù)不同區(qū)域條件、不同植物種類、不同基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等，對相關(guān)的土壤養(yǎng)分水分技術(shù)參數(shù)、灌溉技術(shù)參數(shù)、施肥技術(shù)參數(shù)進(jìn)行研究，綜合考慮各個方面的要求，有針對性地建立起適宜的灌溉施肥制度、設(shè)備管理措施和田間栽培技術(shù)，形成完整的水肥一體化技術(shù)系統(tǒng)，這樣才能充分發(fā)揮該技術(shù)的最大效用。

4.2 加大財政扶持力度

政府應(yīng)加大對節(jié)水農(nóng)業(yè)的支持力度，尤其是加大對節(jié)水灌溉設(shè)備的投入和政策扶持力度；各級財政應(yīng)將水肥一體化技術(shù)示范推廣經(jīng)費納入地方財政預(yù)算，穩(wěn)定投資機制，對一些先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備設(shè)施納入財政補貼，同時也可制定一些政策廣泛吸引社會資金投入，依托種糧大戶、農(nóng)業(yè)合作社等農(nóng)業(yè)新型主體，建立起水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用長效機制，并通過打造技術(shù)應(yīng)用示范區(qū)，展現(xiàn)新技術(shù)、新設(shè)備、新成效，發(fā)揮示范帶動作用，以提高廣大農(nóng)民應(yīng)用水肥一體化技術(shù)的積極性和主動性。

4.3 加快土地的流轉(zhuǎn)承包

土地分散經(jīng)營嚴(yán)重制約了現(xiàn)代機械技術(shù)的推廣應(yīng)用，因此，政府應(yīng)為土地的流轉(zhuǎn)承包提供有力的政策環(huán)境，鼓勵支持土地承包，大力發(fā)展種植大戶，盡力將經(jīng)營分散、效益差的土地集中起來，實行集約化經(jīng)營、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，以利于此項技術(shù)的推廣應(yīng)用和效益的發(fā)揮。

4.4 強化水肥一體化設(shè)備和產(chǎn)品的研發(fā)

繼續(xù)加強科研攻關(guān)，研發(fā)各類灌溉設(shè)備、施肥設(shè)備、過濾設(shè)備，優(yōu)化機構(gòu)，提高精度，增強耐久性和實用性，最大限度降低生產(chǎn)成本；同時利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提升設(shè)備的微型化、智能化和信息化。針對水溶性肥料產(chǎn)品繁雜的問題，在研發(fā)高端產(chǎn)品的同時，制定應(yīng)用于水肥一體化技術(shù)的水溶肥料標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范和引導(dǎo)水溶肥料市場優(yōu)化發(fā)展。

4.5 加強綜合性人才的培養(yǎng)力度

水肥一體化技術(shù)綜合了多學(xué)科的內(nèi)容，相關(guān)技術(shù)人員掌握的知識技能愈全面系統(tǒng)，其服務(wù)能力愈強。該項技術(shù)的推廣過程中，應(yīng)注重對相關(guān)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)，不斷更新其知識庫和提高其應(yīng)用技能。從事產(chǎn)品研發(fā)的工程設(shè)計人員，應(yīng)加強農(nóng)業(yè)栽培、施肥、灌溉等技術(shù)的學(xué)習(xí)，這樣設(shè)計出的產(chǎn)品更符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際要求；從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣的人員，也應(yīng)加強對設(shè)備的設(shè)計和應(yīng)用原理的學(xué)習(xí)，這樣才能熟練地使用相關(guān)裝備與設(shè)置，更好地推廣應(yīng)用水肥一體化技術(shù)。

5 結(jié)語

水肥一體化技術(shù)作為目前提高水肥資源利用效率的最優(yōu)途徑，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用范圍愈來愈廣泛，是農(nóng)業(yè)發(fā)展的一種必然趨勢，尤其是水資源相對匱乏國家和地區(qū)的一種必然選擇。我國水資源緊缺，同時作為世界上肥料消費大國，節(jié)約用水和提高資源利用率已經(jīng)成為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中亟待解決的問題。近年來，我國水肥一體化技術(shù)在政府的推動下發(fā)展迅速，技術(shù)體系框架已經(jīng)建立，但不夠成熟，仍然存在著很大的發(fā)展和提升空間，雖然部分地區(qū)水肥一體化技術(shù)水平已達(dá)到世界前列，但整體發(fā)展水平與以色列、美國等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家還有一定的差距。因此，結(jié)合我國國情，加速開發(fā)和研制與之適應(yīng)成套、實用、先進(jìn)的灌溉施肥設(shè)備，集成配套的灌溉施肥制度和栽培措施等，提升我國水肥一體化技術(shù)總體水平是我們今后的重要任務(wù)和努力方向。

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