中國滴灌施肥技術優缺點分析與發展對策

楊曉宏等

摘 要：為了解決肥水制約中國農業發展的問題，文章綜述了國內外近20年滴灌施肥技術研究進展，發現滴灌施肥技術具有節水、節肥、省工、增產、地形適應能力強等優點，但滴灌施肥技術還存在滴頭堵塞、鹽分積累以及首次投入成本高等不足。要促進此項技術的廣泛使用，既要依靠政策驅動和技術創新促進滴灌施肥技術發展，又要強化培訓和示范推廣提速該項技術的應用，今后還需研究水肥藥平衡和自動化控制技術，以促進中國精準農業的發展。

關鍵詞：節水；滴灌施肥；經濟效益

中圖分類號：S3-33 文獻標志碼：A 論文編號：2013-0347

Abstract： In order to solve the problem fertilizer and water restricting Chinas agricultural development， the article reviewed fertigation technology research in the past 20 years at home and abroad. The research found that： fertigation technology had an advantage of water-saving， fertilizer section and provincial workers. Furthermore， fertigation technology also improved crop production and use terrain adaptability， etc. However， fertigation technology existed some disadvantages， such as emitter clogging， salt accumulation and higher input costs for the first time. To promote the widespread use of this technology， it was necessary to rely on policy-driven and technological innovation to promote the development of fertigation technology， but also to strengthen the training and demonstration to promote speed of the technology application. In the future， it needed to study water， fertilizer balanced medicine， and to study automation control technology for promoting Chinese development of precision agriculture.

Key words： Water-saving； Fertigation； Economic Benefits

0 引言

滴灌施肥技術是將作物所需的肥料溶解于灌溉水中，通過管道系統及安裝在末級管道上的灌水器，將肥水以小流量、均勻、準確地補充給作物根部附近土壤，使作物根系活動區的土壤經常保持適宜的水分和營養，具有節水、省肥、便于自動化管理等優點，廣泛應用到果樹、花卉、蔬菜、設施栽培和大田作物上。以色列是開發此項技術的先驅，早在20世紀60年代初，就開始普及水肥一體化灌溉施肥技術，全國4.3×105 hm2耕地中大約有2×105 hm2應用了加壓滴灌系統[1]。中國水資源嚴重短缺，人均水資源占有量排在世界第109位，僅為世界平均水平的l/4。在所有耕地中，灌溉耕地面積約為43%，其余依靠自然降雨。而中國季節性干旱明顯，大部分集中于夏季和秋季，水資源短缺和干旱限制了中國農業的發展。為了滿足農業生產的需求，中國于1974年從墨西哥引進第1套滴灌施肥系統開展試驗性研究，面積僅為3.5 hm2 [1]。經過30多年的發展，灌溉施肥技術已經由過去局部試驗示范發展成為大面積推廣應用，推廣面積遍及華北地區、西北干旱區、東北寒溫帶和華南亞熱帶地區。其中，新疆地區的膜下滴灌施肥技術處于世界領先水平[2]。在設備研制方面，1980年成功研制第1套滴灌施肥設備，歷經改革開放30年的發展，在水肥一體化技術自動施肥控制系統[3]、滴灌施肥機灌水與施肥均勻性[4]、精準滴灌施肥監控系統[5]、溫室滴灌施肥智能化控制系統[6]、智能滴灌施肥系統中pH的調節[7]等方面也取得了較好效果。近5年來，滴灌施肥越來越受到大家的關注，示范推廣有星火燎原之勢。因此，筆者系統總結滴灌施肥技術的優劣，從菠蘿上分析其成本效益，進而提出下一步發展對策，以期為進一步發展滴灌施肥技術提供參考。

1 滴灌施肥技術的優點

在一般生產條件下，施肥和灌溉2項操作是獨立進行的，不僅勞動工序和用丁量大，而且易造成施肥和灌水的分離和錯位，水肥的吸收無法同步進行。養分和水分耦合效應不能得到及時有效發揮，導致水肥利用率下降。滴灌施肥（水肥一體化）就是利用現代設施灌溉技術。把肥料溶入灌溉用水，定時定量定比例將水肥同時供給作物根系，可以大幅度提高水、肥的利用效率。并可根據作物對水肥的需求規律，在不同生育時期實現定量精準供給[8]。可以預計，滴灌施肥技術代表著現代農業的發展方向，是增加農民收入、減少資源浪費和減少環境污染的重要技術措施，也是可持續農業發展的保障[9]。

1.1 節約用水，提高水分利用效率

滴灌施肥與其他灌溉相比，顯著提高水分利用效率。王玉明[10]通過滴灌、噴灌、管灌對馬鈴薯水分生產率及效益的對比試驗研究表明，滴灌比噴灌單位產值高61.7%，比管灌高22.4%；單位水的水分生產率和效益，滴灌比噴灌分別提高了7.8%、61.7%，比管灌分別提高5.3%、22.6%。弋翠[11]比較了馬鈴薯畦灌、半固定式噴灌、滴灌、大型噴灌機噴灌4種灌溉方式下產量、水分利用率、投資期等，最后應用TOPSIS法和AHP法對4種灌溉方式進行了綜合評價，得出滴灌最優，與畦灌相比，滴灌節水73.2%。

1.2 操作簡單，節省勞動力

滴灌借助管道和農用機械將水和肥料一同供應給作物，可以節省大量的施肥和灌溉用工。近年來，由于人力資源成本的上升，滴灌施肥省工省力的優勢將進一步體現。以菠蘿為例，巴厘種菠蘿葉緣布滿倒刺，給農事操作帶來極大的困難，且追肥勞動量大，用工成本高，據“徐聞科技小院”查，常規追肥，1人1天僅能夠完成0.27 hm2的菠蘿施肥工作，單位面積追施肥料需要人工費1350元/hm2，而采用水肥一體化技術，不用下地，1人1天可以灌溉施肥3.33 hm2，試驗示范追肥用工成本僅為900元/hm2，工效提高了10倍。中國目前仍舊處于勞動密集型農業發展階段，隨著勞動成本的不斷上升，節省勞動力將成為中國農業的主要發展思路。因此，滴灌施肥技術在未來將擁有廣闊的發展前景。

1.3 提高肥料利用率

滴灌施肥，能有效方便地調節施用肥料的種類、比例、數量及時期，可將肥料施于根區，保證根區養分的供應，減少養分的淋失，顯著提高肥料養分的利用率[12-13]。中國氮肥利用率為30%～50%，當年磷利用率為10%～25%，當年鉀利用率約為50%[14]。墨西哥的研究表明，要達到相同的蕃茄產量，直接土施時，N、P2O、K2O的需要量分別為400、200、600 kg/hm2；而滴灌施肥肥料使用量分別減少60%、50%和80%[15]。涂攀峰等[9]在香蕉上的研究表明：滴灌時肥料利用率顯著提高，N的利用率可達70%、P達50%、K達80%。甘蔗的滴灌施肥試驗研究表明：滴灌施肥的N利用效率達到了75%～80%，常規施肥只有40%[16]。

1.4 對地形適應能力強

滴灌出水量小，平均每個滴頭出水量約為1.6 L/h，且管道長，擁有比較成熟的壓力補償裝置，對壓力變化的靈敏性較小，在小于5°的坡地上，可以不用考慮壓力問題，而其他灌溉方式如噴灌、小管出流等對壓力敏感性較大，在丘陵地區推廣局限性較大，而中國有相當大一部分農業區處于丘陵和山地，而在滴灌方式下，作物根部形成1個橢球形的濕潤體，在不斷滴入的水流作用下，土壤中的鹽分被推移到橢球體邊緣，使作物根部的橢球體部分保持正常的生長環境。因此，滴灌適應范圍廣，應用潛力大，在溫室、大棚、田間、山地和沙漠等地方均可應用[17]。

1.5 可開發邊際水土資源

沙漠、戈壁、鹽堿土壤、荒山荒丘地區干旱少雨，保水保肥性差，采用其他灌溉方式，既浪費水資源，同時也無法滿足作物的生長需要，而滴灌施肥技術只濕潤作物根區，節省水資源，同時出水量少，按照少量多次的原則隨機滿足作物對水分和養分的需求。以色列南部地區的Negev沙漠，年均降雨量僅為100 mm，而年蒸發量達1700 mm[18]，降雨少而蒸發大，正常情況下是無法種植作物的，但通過利用滴灌施肥技術以后，該地區得到開發和使用，廣泛種植馬鈴薯等作物。因此，滴灌施肥在中國西部地區具有廣泛的應用前景。

2 滴灌施肥技術的缺點

滴灌施肥是一項相對新型而年輕的技術，由于制造工藝不成熟、操作不當，使用過程中也會產生一些問題，主要表現在投入成本大、滴頭堵塞和鹽分積累等問題。

2.1 滴頭易堵塞

滴灌帶孔口直徑，滴頭流道直徑一般小于1 mm必須注意防堵塞[19]，滴頭堵塞主要是由懸浮物（沙和雜質）、溶解鹽（主要是碳酸鹽）、藻類有機物等引起。目前，市場上過濾器品種少，過濾主要解決了除沙等物理性堵塞，生物堵塞和化學堵塞解決得不夠理想。如果有大量雜質進入滴灌管中，不僅容易阻塞滴孔，同時也容易滋生微生物，進一步阻塞出水孔。因此，含礦物質較多、水質偏硬且雜物多的水源（如河水、受污染的湖水、溪水等）不適合用于滴灌，在特殊情況下必須使用的話，需通過過濾網過濾后方可使用。肥料需選擇水溶性成分在95%以上品種，且混溶的肥料之間不會發生化學反應產生沉淀。

2.2 鹽分積累

對于降雨量少而蒸發量大的干旱地區，由于滴灌出水量小，水分蒸騰快，部分礦物養分無法隨水分下滲到根區，而在地表造成鹽分積累，隨著滴灌次數的增加，地表鹽分濃度增加，對作物造成損害，同時也會改變土壤理化性質。但在降雨量大的地區，雨水會將地表的鹽分淋洗，基本不會出現鹽分積累的現象。

2.3 首次投入成本高，鋪收管工程量較大

利用滴灌施肥技術，首要條件是需要有水源和電源，通常情況下，農民需要打井和拉電，并建立肥料池、水池和機房，花費在20000～40000元。管道費用為6000～22500元/hm2 [1]，滴灌施肥首部設施（包括電泵、過濾器、壓力表）根據規格和型號，也需要幾千至數萬元不等。對于個體農戶的零星種植而言，首次投入成本高。另外，對于香蕉、柑橘等種植密度相對較小的作物，滴灌帶鋪設比較稀疏，收管的工作量不是很大，特別是對于那些多年生經濟作物，基本上不存在收管的問題。但是，如果要在種植密度較大的大田作物（菠蘿、甘蔗等）中使用滴灌施肥技術，一方面管道鋪設密集，另一方面作物換茬較快，收管成為換茬時一項勞動量較大的工作。

3 滴灌施肥技術經濟效益分析——以菠蘿為例

菠蘿每2年為1個生長周期，種植成本按照生長周期計算。滴灌基礎建設成本按照20年折算，管道可使用4年，即2個生長周期。商品果平均收購價格按照2.0元/kg，罐頭果按照1.2元/kg。

具體各項測算見表1～2。投入成本上，滴灌成本比常規種植成本高出3330元/hm2。但是，用工、用肥上有較大節余，且產量和商品果率均有較大提高，綜合比較，滴灌比常規經濟效益提高64.9%。可見，滴灌施肥是一項值得推廣的技術。

4 滴灌施肥技術發展對策

中國丘陵地區約占陸地面積的70%，丘陵地區因為坡度大，保水能力差，干旱是種植業的主要威脅。而滴灌施肥是解決這一問題的有效途徑。據統計，中國滴灌技術目前累計面積達2.6×105 hm2，其中滴灌施肥達1/3左右。因此，中國滴灌施肥技術仍有巨大的發展潛力。要進一步示范推廣滴灌施肥技術，必須從政策、技術、培訓和示范推廣等層面予以保障，才能引導、促進水肥一體化技術的全面健康發展。

4.1 政策保障

滴灌施肥技術不僅能節約灌溉用水，而且能大幅度減輕勞動強度，提高農業勞動生產率。與生態文明建設緊密結合，可考慮將滴灌施肥同機耕、機播、機收和機保（植保）面積放在同等重要位置，列入實現農業機械化水平的評價指標之一和支持鼓勵政策中，建議根據2013年中央一號文件，開展對滴灌施肥設備實行補貼，滴灌施肥工程的水源工程和首部樞紐部分由國家投入，滴灌帶部分由群眾自籌。激勵農民購買和使用滴灌施肥設備的積極性，采取“公司+農戶”、“農民水肥一體化協會”等經營體制，使滴灌施肥工程規模化、集約經營，逐步形成良性循環，促進滴灌施肥的健康發展，實現作物增產、資源節約和環境友好的國家戰略目標。

4.2 技術保障

4.2.1 開發水溶性肥料 滴灌工程建設中安裝的施肥設備，一般是注入式和壓差式施肥罐，而目前市場上供農作物使用的肥料多為固體肥料，常用的肥料主要有尿素和磷酸二銨，用滴灌系統設備施放非常困難，尤其是磷酸二銨根本就無法施用。近年來，各肥料企業加大了水溶性肥料研發，肥料的溶解性有了顯著提高，為滴灌施肥創造了一定的條件。例如硝酸磷肥、硝酸磷鉀肥、硝酸銨、硝酸銨鈣等，水溶性較過去有大幅度的提高；部分農用化學公司應用聚磷酸鹽化合物的絡合性、緩沖性等特點生產清液型液體肥料，都取得了較好的效果。未來將依據主要作物的需水、需肥規律和水肥互作機理，土壤養分、鹽分的運移規律和分布特征，開發滴灌施肥專用的液態肥料，將是肥料企業研發的重點方向之一。

4.2.2 滴灌和滴灌施肥交替使用 引起滴頭堵塞的主要有物理、化學和生物堵塞3種方式，可通過過濾、選用水溶性肥料和清洗等方式解決。研究結果表明，徑向和垂直濕潤距離隨灌水量的增加呈冪函數關系增加；灌水量相同時，隨灌水器流量的增大，灌水器周圍的土壤含水率增加，垂直濕潤距離減小，而徑向濕潤距離變化不大；灌水器流量一定時，垂直濕潤距離隨灌水量的增大而明顯增加。對氮素分布的測試結果表明，硝態氮在濕潤體邊界存在累積現象；銨態氮在灌水器附近出現濃度高峰，且銨態氮集中在灌水器周圍15 cm范圍內。滴灌施肥灌溉系統運行方式對硝態氮在土壤中的分布影響明顯，建議采用最初用灌水施肥總時間的1/4灌水，再用1/2時間施肥，最后用1/4時間沖洗管道的運行方式，以便將施入土壤的氮素最大限度地保留在作物根區內，氮素在土壤中分布最均勻，且不容易產生硝態氮淋失，防止硝態氮淋失[20]。

4.3 強化技術培訓，增強農戶科技意識

由于滴灌施肥屬于新技術，講究少灌勤灌，和傳統灌水方式相比差別較大，各種作物應何時灌水，1次灌多長時間，如何滴灌施肥，農民不能立刻完全理解和準確掌握操作要領。要組織不同形式、不同層次的滴灌施肥技術培訓，傳授滴灌知識，培養技術力量，注意對用戶的技術培訓和指導，制定管理制度和運行操作規程，讓農民和合作社技術干部懂得如何安裝、維護和管理運行滴灌施肥工程，使之長期高效發揮效益，以促進水肥一體化技術的健康發展。

4.4 示范推廣

近年來，示范推廣模式呈現多樣化趨勢，主要有專家大院、科技小院、田家學校和科技特派員等模式。要促進滴灌施肥工程技術的進一步發展，建議采取“政府+高等院校+科研單位+企業”四位一體的解決模式，政府牽頭，完善農田灌溉基礎設施建設，高等院校+科研單位+企業在基層共同建立科技小院，派駐研究生，進駐農業生產第一線，高等院校和當地科研單位開展技術研究工作，為滴灌施肥技術的推廣應用提供技術支持，并以科技小院為平臺，舉辦農民田間學校，開展農民培訓，提高農民科技意識，傳播科技知識，培養技術骨干。企業結合自己的研發，通過科技小院對物化的技術產品進行展示，使科研和成果轉化無縫對接，廣大農戶直接受益，從而實現科技增益的最大化。

5 滴灌施肥技術應用展望

滴灌施肥技術具有節水、節肥、節省勞動力、提高經濟效益、便于大規模自動化管理，水肥資源高效耦合的優勢，解決了作物旱季生長緩慢，肥料利用率低，資源浪費嚴重等問題。盡管在管理過程中會出現管道堵塞和鹽分累積等問題，但只要肥料選擇恰當，操作合理，這些問題是可以避免的。首期投入雖高，但相對經濟效益而言，還是有很大的利潤空間。隨著人力資源成本上升，土地流轉加速，農業集約化程度提高，水、礦產、土地等資源將會越來越緊張，環境保護也越來越受到人們的重視，滴灌施肥技術將會越來越受到農戶和農業公司的青睞，水肥藥平衡和自動化控制技術將是未來此項技術主要發展方向，有助于中國現代和精準農業的發展。

參考文獻

[1] 張承林，鄧蘭生.水肥一體化技術[M].北京：中國農業出版社，2012：14-15.

[2] 劉建英，張建玲，趙鴻儒，等.水肥一體化應用現狀、存在問題與對策及發展前景[J].內蒙古農業科技，2006（6）：32-33.

[3] 魏正英，葛令行，趙萬華，等.灌溉施肥自動控制系統的研究與開發[J].西安交通大學學報，2008，42（3）：347-349.

[4] 周舟，傅澤田.滴灌施肥機灌水與施肥均勻性試驗[J].農業工程學報，2009，25（5）：7-13.

[5] 聶晶，王洪坤，岑紅蕾，等.精準滴灌施肥監控系統的實現[J].石河子大學學報：自然科學版，2011，29（1）：111-115.

[6] 楊萬龍，劉春來，宋士良，等.溫室滴灌施肥智能化控制系統研制[J].節水灌溉，2004，5：140-146.

[7] 陳希，蘆亞麗.智能滴灌施肥控制系統中pH調節品質的優化[J].農業網絡信息，2004（10）：12-14.

[8] Bar Yosef B. Advances in fertigation[J].Advances in Agronomy，1999（65）：1-77.

[9] 涂攀峰，鄧蘭生，張承林，等.香蕉水肥一體化技術——按葉片數滴灌施肥[J].廣東農業科學，2011，38（2）：59-61.

[10] 王玉明.滴灌、噴灌及管灌對馬鈴薯產量與水分生產效益的影響[J].華北農學報，2007，22：83-84.

[11] 弋翠.沙地馬鈴薯不同灌溉方式經濟效益分析[D].楊凌：西北農林科技大學，2008：11-21.

[12] Bar-Yosef B. Advances in fertigation[J].Advances in Agronomy，1999，65：1-77.

[13] Haynes R J. Principles of fertilizer use for trickle irrigated crops[J].Fertilizer Research，1985，6：235-255.

[14] 李冬光，許秀成.灌溉施肥技術[J].鄭州大學學報，2002，23（1）：78-81.

[15] 羅文揚，習金根.滴灌施肥研究進展及應用前景[J].中國熱帶農業，2006（2）：35-37.

[16] Ng Kee， Kwong K F， Deville. Application of 15N-L-lablled urea to sugarcane through a drip-irrigation system in mautius[J].fertilizer research，1994，39：223-228.

[17] 夏新華，侯淑敏，袁偉，等.農業節水灌溉之滴灌技術研究[J].農機化研究，2008，10：213-234.

[18] Hagin J Tucker B. Fertilization of dryland and irrigation soils[M].Berlin： Springer-Verlag，1982：147-153.

[19] 馬學良，吳曉光，蘇音，等.我國滴灌技術應用發展若干問題分析[J].節水灌溉，2004，5：21-24.

[20] 李久生，張建君，饒敏杰，等.滴灌系統運行方式對砂壤土水氮分布影響的試驗研究[J].水利學報，2004，9：31-37.