水肥一體化技術的發展現狀分析及優化應用策略

王寧寧 馬德新 ，2，3

（1.青島農業大學動漫與傳媒學院，山東 青島 266109；2.山東省科學院計算中心，山東 濟南 250101；3.山東大學計算機科學與技術，山東 濟南 250101）

1 我國農業用水與水肥一體化技術背景

1.1 我國農業生產用水現狀

農業是我國的重要產業，農業的發展至關重要。結合我國實際情況，實現農業可持續發展、農作物增產，需要將科學灌溉、高效節約地使用水資源和科學施肥等有效結合起來。

我國是一個嚴重缺水的國家。雖然擁有全球6%的水資源，位居世界第四位，但人均擁有量僅為2 300 m3，是世界平均水平的1/4，在全球位列121位［1］，僅高于埃及、阿曼、阿聯酋、佛得角、布隆迪、沙特阿拉伯、巴巴多斯、阿爾及利亞、約旦、科威特、科比亞、馬耳他、巴林和也門等國家。

據報告，我國的農業灌溉施肥和噴灑農藥等用水約為3 900億m3，約為我國用水量的70%。在農業領域中，灌溉用水約占全部用水的90%以上，占全國所有用水量的63%左右。長期以來，因我國農業灌溉技術落后，水土管理方法不科學，農業用水浪費較多，大大降低了水肥資源的利用率。據報道，我國年農業澆灌用水利用系數平均約為0.43，而先進國家約0.70～0.80［2］。按照年水利用系數的水平計算，若灌溉用水的利用率提高，那么節省水量可近百億立方米。

1.2 水肥一體化技術的產生背景

目前，農業領域用水持續增多加劇了整體水資源的匱乏程度；化肥過度使用，導致土壤貧瘠和環境污染日益嚴重。在這種情況下，國家加大了對農業生產的智慧化和精細化管理，推動并產生了水肥一體化技術。

2 國外水肥一體化技術發展現狀

2.1 水肥一體化技術的基本概念

水肥一體化指的是讓灌溉和施肥一起作業，同時供給植物水分和營養。從狹義上講，是將肥料溶解于水中，利用微灌系統進行灌溉，同時達到灌溉與施肥目的，可均勻地滿足植物對水分和營養的需求，以此減少重復勞動作業，實現高效率水分和養肥同步化管理的農業技術。

2.2 世界水肥一體化的發展歷程分析

1790年左右，歐洲的John Woodward用土壤提取液進行植物種植，此為水肥一體化的初始記錄。國際上第一個進行的有關細流灌溉技術的試驗可以追尋到1900年之前，但該試驗真正起源于1950—1960年間[3]。20世紀70年代，隨著廉價塑料管大批生產，滴灌技術得以快速發展，滴灌、微噴灌等技術得到加強。

2.2.1 以色列水肥一體化技術的發展歷程。在以色列，水肥一體化技術的發展進程非常顯著。1950年左右，隨著塑料工業的興起，滴灌也得以蓬勃發展，水肥一體化技術逐漸得到應用。目前，該技術已普遍應用于各個方面，如果園、溫室、田地以及植物綠化等，施肥系統也從單一的施肥罐發展到文丘里真空泵和液壓驅動的肥料注入器，且伴隨著計算機控制系統設備的引入，各種養分的分布均勻度明顯提高。在以色列，水肥一體化技術的應用率在50%以上，居世界第一位。

2.2.2 美國水肥一體化技術的發展歷程。1913年，第一批滴管事業在美國起步。因其起步較早，國家扶持力度大、農場認可，現在成為微灌面積最大的國家。灌溉農業中60%的馬鈴薯、25%的玉米、33%的果樹均采用水肥一體化；用于水肥一體化的專用肥料占肥料總量的38%以上。［3］目前，加州的果樹種植管理大都采取滴管、滲灌等水肥一體化技術，且已建立了完善的水肥一體化技術應用設備和服務系統，成為世界現代高價值農產品現代化生產的典范。

2.2.3 德國水肥一體化技術的發展歷程。1920年，德國農技人員經過多次探索試驗，使水通過孔眼流出，大大提高了水資源利用率，實現了水出流的突破。1950年左右，世界塑料工業應運而生，高效灌溉技術也隨之迅猛發展，灌水作業與施肥作業被聯合應用，成為一種可精準控制土壤水分、養分的新農業技術。

3 我國水肥一體化技術發展現狀

我國農業智能化技術的初期發展較為遲緩，基本皆是從美國、墨西哥、以色列等國引進的。由于我國的科學技術水平與發達國家存在一定差距，特別是在工藝、原材料等方面，導致國內在這方面的技術相對落后于較早進入智能化農業發展階段的國家。

3.1 我國水肥一體化技術的發展歷程

1974年，我國從墨西哥引進了滴灌設備，此后，滴灌技術水平得到進一步提高。1988年，我國成功自主研發制造出首代整套滴灌設備。此后，隨著國外高新生產技術的引進，我國滴灌作業逐漸形成規模，水肥一體化技術逐漸從理論試驗與試點示范領域進入實際應用。到20世紀下旬，我國逐步將理論與實踐相結合，水肥一體化的技術受到高度關注。

3.2 水肥一體化技術應用存在的不足

首先，想要提高施肥率的農田大部分使用的是水溶性肥料，但如果水溶性肥料不能完全均勻溶解于水，很容易造成施肥不均勻，繼而出現燒苗、傷根、幼苗不健康等現象。其次，水溶性肥料的養分含量高，肥效釋放所需時間短，在土壤中的留存效果不佳，如果不高精度控制肥料使用量，避免肥料損失，則將降低施肥的經濟效益，達不到產量高、質量優、效果好的目的。

4 水肥一體化技術的應用策略

4.1 提高微灌施肥的性能

提高微灌用肥的水溶性，加大對水溶性肥料的研發力度，確保利用科學的配方，同時降低成本，讓農民以適宜的價格加以使用；提高微灌施肥設備的性能，在不影響其他功能的前提下，提升其防堵性。從針對性、簡潔性和可行性方面對灌溉施肥制度進行完善。

4.2 創新多種水肥一體化模式

開發不同的技術形式，對比研制灌溉設備、檢測儀器等，摸索技術具體參數，大力開發多種環境下的水肥一體化技術實施模式，提升水肥一體化技術的使用率，將其優勢發揮至最大化。

4.3 大力發展示范基地

建立水肥一體化技術的綜合多層次示范網絡，形成示范基地。通過互聯網連接各地示范基地，在全國范圍內進行及時有效的信息傳遞，實現技術同步。

4.4 結合資本力量促進發展

結合資本力量，形成有效的推廣機制。高鵬等［4］認為，應加大水肥一體化技術研發力度，并擴大示范推廣范圍，提供切實有效的理論支撐和科學化的技術指導；充分發揮農村專業合作社的效用，增強水肥一體化技術應用的產業化和規范化；公司創立以技術服務為主、產品營銷為輔的市場銷售模式，滿足廣大農戶對系統維護和技術支持等增值服務的需求[4]。

4.5 應用新型現代栽種模式

根據水肥一體化對環境及生產機械各方面的需求，圍繞水肥一體化為中心研發農業栽種新模式。確保土壤信息準確收集與實時有效的傳遞，把握土壤養分信息和植物蓄水狀態，通過計算機分析數據，科學合理地制訂灌溉方案。

5 結語

水肥一體化技術的科學運用會扭轉我國原有的農業灌溉模式，其作為目前提升水肥利用率的最有效途徑，在農業生產中的應用范圍愈來愈廣泛，特別是水資源短缺的我國。近年來，我國水肥一體化技術在政府的推進下迅速發展，技術體系框架已經建立，但不夠成熟，仍然存在很大的提升空間。結合實際國情，加速開發和研制適用的灌溉施肥設備，完善灌溉施肥制度和栽培措施等，全面提升水肥一體化技術應用水平，是將來重要的任務和努力方向。