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水肥一体化技术发展现状与新成果

添加时间:2018/09/05
水肥一体化是利用压力和管道灌溉系统, 将可溶性固体肥料或液体肥料溶解在水中通过滴头和管道形成滴灌供应给作物吸收利用的一项农业技术。采用滴灌随水施肥技术, 可节约宝贵水资源, 避免肥料浪费, 有利于生态环境的保护和可持续发展

  摘要:水肥一体化技术是高效节水的一种施肥技术, 本文对国内外水肥一体化发展现状及研究进展进行了综合分析, 展望了水肥一体化技术的发展趋势。
  
  关键词:农业; 水肥一体化; 节水;
  
  水是生命之源, 是人类赖以生存的基础自然资源, 也是生态环境的控制性因素之一, 我国总用水量中农业所占比很大比重, 是我国的用水大户。截至2012年底, 我国农业用水占全国总用水量62.4%[1], 其中农业灌溉用水占农业用水的90%左右[2].因此, 加快推广农业节水灌溉技术, 提高农业用水效率, 不仅是缓解农业水资源短缺状况的一种有效措施, 从根本上来说, 也是我国农业可持续发展的一项长期战略性任务。
  
  水肥一体化是利用压力和管道灌溉系统, 将可溶性固体肥料或液体肥料溶解在水中通过滴头和管道形成滴灌供应给作物吸收利用的一项农业技术。采用滴灌随水施肥技术, 可节约宝贵水资源, 避免肥料浪费, 有利于生态环境的保护和可持续发展。
  
  1、水肥一体化技术发展现状
  
  水肥一体化技术具有节水, 节肥、省工等众多优点, 是迄今较为先进的农田灌溉高新技术之一[3].水肥一体化技术可以根据植物的需求定时定量施加水肥, 能够充分发挥水肥之间的相互作用, 从而大大提高了水分和养分利用率, 既降低土壤表面水分的蒸发又减少了肥料的消耗[4].水肥一体化技术在以色列、塞浦路斯、约旦等国家应用较早, 目前已经取得了较大的成效, 水肥一体化技术能极大地提高肥料的利用率, 例如甘蔗采用滴灌随水施肥的方法对氮肥的利用率高达70%~80%, 而常规施肥仅能利用40%左右。
  
  我国采用滴灌施肥始于1974年, 从1974年到1980年主要是学习和引进滴灌设备, 直到20世纪90年代, 国内相关科研人员才开始研究水肥一体化技术和应用, 但研究仅仅做了一些国外技术的重复, 在实践应用上发展也较慢, 仅限用于某些特种经济作物的设施农业上。一直到1998年我国累计滴灌面积不到2万hm2, 而采用随水施肥技术的仅占当时滴灌面积的2%左右。1998年后因国家政策导向, 随水施肥在全国范围内得到迅速推广, 截止2000年, 全国采用随水施肥滴灌技术的耕地面积达26.7万hm2, 居世界第3位[5].
  
  2、水肥一体化研究进展
  
  2.1 国外水肥一体化研究进展
  
  世界上科技先进、经济发达的国家早在20世纪30年代就开始研究实施喷灌这一先进的节水灌溉技术[6].西方国家采用喷灌设备灌溉作物, 始于庭园花卉和草坪的灌溉。20世纪30~40年代, 欧洲发达国家由于金属冶炼、轧制技术和机械工业的迅速发展, 逐渐采用金属管做地面移动输水管, 代替投资大的地埋固定管, 用缝隙或折射喷头浇灌作物[7].自世界第二次大战结束后, 西方经济快速发展, 喷灌技术及其机具设备的研制又进一步得到了快速发展[8].20世纪50年代以后, 塑料工业的快速发展, 为满足水资源缺乏地区灌溉的需要, 以塑料为基础的滴灌和喷灌技术逐渐发展起来。20世纪60年代, 以色列为提高水资源利用率开始发展及应用水肥一体化灌溉施肥技术[9].20世纪70年代, 澳大利亚、以色列、墨西哥、新西兰、美国及南非等6个国家滴灌施肥技术模式迅速发展[10].目前以色列已在农业各个领域 (大田、果园、温室、以及园林绿化等) 全面地应用水肥一体化技术, 其推广面积占全国农业灌溉面积的67.9%, 位居世界首位[11].而美国起步较晚, 但却是微灌面积推广应用最大的国家, 滴灌应用面积约为95万hm2, 占全国总灌溉面积4.2%.20世纪80年代, 全世界喷灌、微灌面积己突破0.2亿hm2, 其中美国和前苏联己超过666.67万hm2, 分别占两国灌溉面积的40%左右。而以色列其灌溉几乎全都采用喷灌和微灌。在日本的旱地面积中, 喷灌、微灌占到90%以上[7].同时在20世纪80年代, 开始将水肥一体化技术发展到自动推进式机械灌溉系统。从最初使用肥料罐设施, 发展到采用文丘里施肥器和水压驱动肥料注射器, 再到微机控制的现代水肥一体化系统设备。与之前相比, 现在设备的养分分布均匀度也得到了提高。
  
  随着施肥设备不断研发和更新, 对肥料施用量的精准性控制要求也越来越高。施肥设备的发展也从需手工调节的肥料罐发展到机械自动化控水控肥设备, 再到现在的施肥机系统, 水肥同步供应的能力得到质的飞跃。如在温室中应用的施肥机等设备, 将计算机、酸度计、电导率仪及灌溉控制器等仪器相连接, 自动监控肥料混合罐内肥液p H和EC值, 并实现对肥料用量更为精确地控制[9].目前, 在以色列、美国、荷兰、西班牙、澳大利亚、塞浦路斯等水肥一体化灌溉施肥技术发达的国家, 已形成了设备生产、肥料配制、推广和服务的完善技术体系。
  
  2.2 国内水肥一体化研究进展
  
  相比发达国家, 我国水肥一体化技术的发展晚了近20年。我国在1974年从墨西哥引进滴灌设备, 分别在山西省大寨村、河北省沙石峪村、北京密云县进行果树、蔬菜和粮食作物试验研究, 试点总面积5.3 hm2[12], 并在1980年, 我国自主研制生产了第一代成套滴灌设备[9].自1981年后, 我国在引进国外先进生产工艺的基础上, 在灌溉设备上逐渐形成规模化生产, 在应用上由试验到示范再到大面积推广, 到1985年我国滴灌面积发展到1.4万hm2, 其中辽宁省果树滴灌面积1.4万hm2, 占了全国滴灌面积的90%以上[12].在进行节水灌溉的同时, 开始发展水肥一体化灌溉施肥的试验研究。20世纪90年代中期, 灌溉施肥技术理论及其应用日益受到重视, 我国开始大力开展技术培训和研讨。2000年水肥一体化的技术培训和指导得到进一步的发展, 中央农业部的全国农业技术推广中心参与国际合作, 连续5年在我国举办水肥一体化技术培训班, 邀请国内外专家就相关技术理论及其操作进行系统地讲解, 加大了微灌施肥的面积[13].
  
  2002年以来, 我国通过组织和实施旱作节水农业项目, 推进各地建立核心示范区, 使得水肥一体化技术己由小范围试验示范发展为大面积推广应用, 辐射范围从华北扩大到西北旱区、东北地区及华南地区, 覆盖设施栽培、无土栽培、果树栽培等多种栽培模式[9], 尤其是设施蔬菜生产的迅速发展, 推进了水肥一体化技术的不断发展与完善。与此同时, 一些高校、科研单位与企业合作开发了大量施肥设备和灌溉技术, 如压差施肥罐、重力自压施肥系统、移动式灌溉施肥机、膜下滴灌施肥技术、泵吸施肥法、覆膜沟灌施肥技术、小白龙喷水带微喷施肥技术、痕量灌溉施肥技术等[14], 其中在新疆地区应用的棉花膜下滴灌施肥技术己达到国际领先水平。
  
  总体上, 我国水肥一体化技术水平已从20世纪80年代的初级阶段发展和提高到中级阶段。其中, 大型现代温室装备、部分微灌设备产品性能和自动化控制己基本达到国际领先水平, 微灌工程的设计方法及理论也已接近世界领先水平, 微灌工程技术规范和微灌设备产品己跃居世界领先水平。但是从整体上看, 国内某些微灌设备产品尤其是首部配套设备的质量同国外同类先进产品相比仍存在较大差距;全国应用水肥一体化技术的覆盖面积所占比例还小, 我国水肥一体化技术系统的管理水平还是相对较低, 节水灌溉施肥的研究与技术培训投入不足。因此, 大力发展水肥一体化技术需要多方面的共同努力。
  
  2.3 水肥一体化技术在果园中的应用及研究进展
  
  目前, 水肥一体化技术在果园中的应用广泛, 特别是在南方香蕉、柑桔、荔枝等经济作物上, 已形成较为完善的应用体系。然而, 在苹果园中的应用仍处在探索阶段, 多为局部试验, 小范围示范等, 因研究领域广而分散, 未形成完整的体系。但也取得了一系列重要的研究结果, 为滴灌施肥在苹果园中广泛应用奠定理论基础[15].滴灌施肥可使陕西省渭北旱原区苹果增产13.0%, 果实商品率提高了9.3%, 糖酸比提高7.3%, 且当肥料用量较少50%, 苹果产量并未降低[16].水肥一体化在山东省牟平地区果园的应用使得667m2果园节水25.6%、节肥33.2%、增产8.5%, 省工2~3天[17].采用水肥耦合措施可明显改善富士幼树的营养状况, 有效地促进了新梢生长, 提早开花结实[18].水肥一体化对苹果光合速率、气孔导度、蒸腾速率等光合特性有一定影响[19], 滴灌施肥对苹果外观质量和内在品质均有一定的改善作用[20].因此, 从当前的研究结果可以看出, 水肥一体化对苹果生长、发育及增产等方面具有良好的调控和促进作用, 表现出节肥、省工、增产增效的显着效果。然而, 对不同生态区进行的水肥一体化效果差异性研究偏少, 尚未确定该技术针对不同生态区的最佳应用条件, 未形成系统的应用体系, 这也是果园水肥一体化技术的研究重点和方向。
  
  3、水肥一体化建议与展望
  
  水肥一体化技术虽然在我国发展较快, 但是在推广应用中还存在以下问题:水肥一体化技术高产高效机理研究较少, 水肥一体化配套设备及高端全水溶肥研发较少, 缺乏水肥方面专业人才指导, 技术推广手段落后, 水肥一体化技术普及力度弱, 阻碍其推广发展, 在水肥一体化技术推广中农民的主体意识不强, 农户学习水肥一体化的途径很少, 政府对水肥一体化技术推广支撑不足, 缺乏监管。
  
  针对水肥一体化技术推广应用中出现的问题, 提出以下建议:坚持政府引导、国家政策扶持;坚持因地制宜, 合理布局的原则;加强水肥一体化技术基础性研究;加大农业科技技术推广投入力度, 大力宣传, 做好培训工作。
  
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