水肥一體化智能灌溉技術(shù)在油橄欖上的應(yīng)用

張海平，鄧煜

(隴南市經(jīng)濟(jì)林研究院油橄欖研究所/隴南市油橄欖科技創(chuàng)新團(tuán)隊，甘肅 武都 746000)

油橄欖 (OleaeuropaeaL. )屬于木犀科、木犀欖屬常綠小喬木，原產(chǎn)于地中海沿岸國家，是世界著名的木本食用油料樹種[1-2]，橄欖油就是將其鮮果采用離心冷榨的純物理工藝制成的果汁油，長期食用能增強(qiáng)消化系統(tǒng)功能，減少心血管疾病的發(fā)生，促進(jìn)骨骼發(fā)育，是食用油脂中最有益于人體健康的植物油。橄欖油不但 是歐美人的主要食用油，其工業(yè)用途也十分廣泛，是釀酒、飲料、醫(yī)藥、日用化工、紡織印染、電子儀表等行業(yè)的重要原料、添加劑或潤滑劑，被譽為“液體黃金”。我國大規(guī)模引種栽培油橄欖始于20世紀(jì)60年代，目前以甘肅、四川、云南種植面積最大，并逐步發(fā)展到重慶、陜西、湖北、湖南、浙江、江蘇、廣東、貴州、安徽等省部分地區(qū)，全國現(xiàn)已發(fā)展油橄欖8 萬 hm2[3]。

我國是水資源嚴(yán)重緊缺的國家之一，油橄欖主產(chǎn)區(qū)水資源普遍短缺,尤其是白龍江干熱河谷區(qū)和金沙江流域，這一區(qū)域氣候干燥，降雨量小、時空分布不均，大部分油橄欖栽在半山丘陵地帶，加上灌溉設(shè)施和方法落后，造成水分利用率低，水分供需矛盾突出，嚴(yán)重制約油橄欖產(chǎn)業(yè)的高產(chǎn)、高效發(fā)展，如何合理高效利用有限的水資源，降低管理成本，對保證油橄欖持續(xù)健康發(fā)展有著十分重要的意義，而應(yīng)用水肥一體化智能灌溉技術(shù)是解決這一問題的有效途徑。

1 水肥一體化技術(shù)概況

水肥一體化技術(shù)是將灌溉與施肥融為一體的農(nóng)業(yè)新技術(shù)，是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最重要的一項綜合管理技術(shù)措施，具有顯著地節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)能、省工、高效、環(huán)保等諸多特點和優(yōu)點。它起源于無土栽培的發(fā)展。隨著滴灌技術(shù)的發(fā)展，水肥一體化技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到快速推廣應(yīng)用。目前，在一些水肥一體化技術(shù)發(fā)達(dá)的國家(如以色列、美國、澳大利亞、西班牙、荷蘭等)，已形成了完善的設(shè)備生產(chǎn)、肥料配制、推廣和服務(wù)的技術(shù)體系。其中以色列在水肥一體化技術(shù)領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位。國家“十二五”規(guī)劃明確提出發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，節(jié)水農(nóng)業(yè)的核心是水肥一體化，而水肥一體化的核心是滴灌，滴灌作為最理想的節(jié)水灌溉方式，可直接作用于植株根部，再配以首部控制系統(tǒng)可達(dá)到精確施肥和灌水，能顯著提高肥料和水分的利用率，大量節(jié)省勞力，施肥速度快，效率高。顯著地增加產(chǎn)量和提高品質(zhì)[4]。

隨著水肥一體化技術(shù)的不斷發(fā)展，在地中海沿岸國家的油橄欖園中水肥一體化技術(shù)被全面應(yīng)用，并成初始建園的必配。滴灌是以色列人所發(fā)明，以色列也是滴灌技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家[5]，他們每年都在推出新的滴灌技術(shù)與設(shè)備， 已形成世界矚目的灌溉與施肥一體化、精準(zhǔn)化的成功運行模式，其油橄欖種植也廣泛使用水肥一體化技術(shù)。現(xiàn)由以色列NETAFIM公司生產(chǎn)的不同流量的滴灌設(shè)備可滿足不同作物安全可靠地精準(zhǔn)化灌溉。

我國水肥一體化技術(shù)水平相對較低，普及程度也不高，而在油橄欖園中的應(yīng)用，尚處于起步階段，只在個別企業(yè)的油橄欖園中得到應(yīng)用，且水平不高。由于我國油橄欖園大多地處山坡，灌水、施肥極為不便。推廣水肥一體化技術(shù)是解決這一問題的有效途徑。

2 水肥一體化智能灌溉技術(shù)

2.1 水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)

水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)以智能自動控制系統(tǒng)為中心，包含施肥系統(tǒng)，供水首部系統(tǒng)，過濾系統(tǒng)，管道系統(tǒng)，壓力保護(hù)系統(tǒng)，田間首部系統(tǒng)，滴灌系統(tǒng)，智能自動控制系統(tǒng)。通過執(zhí)行PC端人為設(shè)定程序，各系統(tǒng)在智能控制器的協(xié)調(diào)下共同運作，完成水源增壓，過濾，調(diào)壓，計量，注肥，輸送，灌溉等過程。該系統(tǒng)的核心部件是自動施肥機(jī)和滴灌系統(tǒng)，它們是保證精準(zhǔn)灌溉的關(guān)鍵。

2.2 工作原理

水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)是利用可編程控制器連接田間灌區(qū)的電磁閥，來分別控制各灌區(qū)的施肥和灌水，電磁閥的控制連接分無線和有線兩種方式。施肥時施肥機(jī)上的吸肥通道，將肥料罐中配好的營養(yǎng)液用肥料泵注入灌溉管道，連同灌溉水一起適時適量地施給作物。工作原理為在一定壓力下，注肥泵產(chǎn)生的吸力，使文丘里管道產(chǎn)生虹吸效果將肥料桶內(nèi)的液體肥料吸入混肥管道中，根據(jù)水表的流量按照設(shè)定的母液倍數(shù)進(jìn)行混肥，各種肥液在調(diào)節(jié)流速下按比例吸入，控制系統(tǒng)檢測注肥口下游的EC/pH 值，通過控制文丘里管道泵(電磁頭)的開啟關(guān)閉頻率，調(diào)節(jié)混合的均勻度，再輸送至灌溉主管道內(nèi)，直至通過灌水器抵達(dá)作物根部或葉面。施肥過程實際上是一個正弦曲線圖，控制器通過設(shè)置的EC值來調(diào)節(jié)吸肥量，管道中營養(yǎng)液的EC值超過設(shè)定值文丘里管道泵(電磁頭)則關(guān)閉，反之則開啟，這樣最終的施肥量就能無限接近設(shè)定值，實現(xiàn)自動精準(zhǔn)施肥的目的。

實現(xiàn)精準(zhǔn)施肥和灌水的另一個關(guān)鍵因素就是選擇適宜的灌水器。由以色列NETAFIM公司生產(chǎn)的PCJ壓力補償型管上式滴頭(流量4 L/h)和PC壓力補償?shù)喂喙?間距為0.4 m、流量為2.0 L/h)最適宜油橄欖的灌溉。管上式滴頭適合山地傳統(tǒng)橄欖園的灌溉，滴灌管適合平地集約化栽培橄欖園的灌溉。滴頭采用迷宮流道，增加了抗堵性能；滴頭內(nèi)裝有壓力補償硅膠片，當(dāng)管道內(nèi)水壓達(dá)到滴頭工作壓力時，內(nèi)置壓力補償硅膠片則開啟，即使在較大的壓力偏差范圍內(nèi)依然可以保持流量精準(zhǔn)均衡。具有壓力差分專利技術(shù)的壓力補償系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同的進(jìn)口壓力(在建議的工作壓力范圍內(nèi))條件下的均一流量，保證了水、肥的精確分布。這樣的設(shè)計能夠滿足水肥一體化灌溉的精準(zhǔn)性，管上式滴頭可以按照需求設(shè)定安裝位置，在毛管上打孔進(jìn)行安裝。油橄欖可按照每顆樹2個滴頭，前后各一個滴頭進(jìn)行安裝，滴頭裝好后將毛管直接鋪設(shè)在樹下地面上。滴灌管按照樹行進(jìn)行鋪設(shè)，在樹的兩邊各一條。灌水時，智能控制器通過執(zhí)行PC端計算機(jī)人為設(shè)置的灌水程序，通過控制田間電磁閥在各系統(tǒng)的相互協(xié)作下共同完成灌水過程。

3 水肥一體化智能灌溉技術(shù)在油橄欖上的應(yīng)用效果

以隴南市油橄欖研究所大堡油橄欖試驗園為例分析水肥一體化智能灌溉技術(shù)在油橄欖上的應(yīng)用效果。該試驗園面積是1.73 hm2，傳統(tǒng)灌溉方式一般為人工管灌，施肥方式為人工撒施。引進(jìn)水肥一體化自動灌溉系統(tǒng)后，效果顯著，具有明顯的節(jié)水、節(jié)肥、省工、增產(chǎn)等優(yōu)點。下面分別就應(yīng)用水肥一體化自動灌溉技術(shù)后在省工、節(jié)水、節(jié)肥、增產(chǎn)等方面的效果進(jìn)行對比分析。

3.1 節(jié)省勞力

大堡油橄欖試驗園在安裝水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)前，每年施肥至少2次，施肥工價5元/株；灌水通過人工管灌，全年需灌水6次，工價1元/株·次；全園核心區(qū)域26畝，共1600株樹，灌水和施肥人工費為17600元，每畝需人工費677元。應(yīng)用水肥一體化系統(tǒng)后全園施肥和灌水一個人即可輕松完成，全園只需人工費4000元(其中施肥3000元、灌水1000元)，每畝只需154元。由此每畝可節(jié)約人工費523元。節(jié)約人工達(dá)77%。運用水肥一體化技術(shù)一個人可管理500畝橄欖園，如果面積足夠大，則節(jié)省勞力更加顯著。在施肥灌溉困難的丘陵山地，還可大幅度減輕勞動強(qiáng)度。

3.2 節(jié)水

傳統(tǒng)灌溉方式為人工管灌，大堡橄欖園在本項目實施前采用1.2寸塑料管逐株澆灌，每顆樹澆足澆透需用時5 min，經(jīng)測試管道流量為600 L/h，則每顆樹需灌水180 kg，要把全園1600株樹全部澆灌一遍至少需要16天。

大堡油橄欖試驗園水肥一體化自動灌溉系統(tǒng)管上式滴頭灌水定額72 kg/株，比傳統(tǒng)管灌減少灌水108 kg，每畝節(jié)水3240 kg, 節(jié)水達(dá)60%，按2元/m3，全年灌水6次計，每畝全年節(jié)約水費38.9元。滴灌屬精細(xì)化灌溉，只灌到有效區(qū)域，相比傳統(tǒng)灌溉水分流失小，水分利用率更高。

3.3 節(jié)肥

大堡油橄欖試驗園傳統(tǒng)施肥方式為人工撒施，每年施肥量為磷肥1.5 kg/株，油橄欖專用肥1.0 kg/株，共需化肥2.5 kg/株，全園1600株需化肥4000 kg。應(yīng)用水肥一體化技術(shù)后，施用的是水溶性肥料，按照油橄欖關(guān)鍵期需肥規(guī)律，全年共施肥5次，施肥量1.08 kg/株，全園只需1728 kg。經(jīng)對比用水肥一體化灌溉系統(tǒng)進(jìn)行施肥比傳統(tǒng)施肥方法減少施肥量1.42 kg/株，全園減少施肥量2272 kg,節(jié)肥56.8%。灌溉施肥可直接將養(yǎng)分輸送到根部，肥料是水溶性肥料，吸收率利用高。而傳統(tǒng)施肥方式施肥量大，吸收利用率低，會造成土壤富營養(yǎng)化和土壤污染，不利于環(huán)保。

圖1 節(jié)約成本占比

3.4 增產(chǎn)

經(jīng)對大堡油橄欖試驗園進(jìn)入盛果期的成年樹進(jìn)行產(chǎn)量測定，在安裝水肥一體化自動灌溉系統(tǒng)之前，平均畝產(chǎn)為289.9 kg(2012～2015年)，安裝水肥一體化自動灌溉系統(tǒng)之后畝產(chǎn)達(dá)到387.7 kg(2016年)，增產(chǎn)。由此應(yīng)用水肥一體化自動灌溉系統(tǒng)后增產(chǎn)效果明顯，投入使用后增產(chǎn)33.74%。

綜合來看，應(yīng)用水肥一體化自動灌溉系統(tǒng)后，節(jié)約人工77%，節(jié)水60%，節(jié)肥56.8%，增產(chǎn)33.74%(如圖1)。由此則節(jié)約人工最明顯，該套系統(tǒng)可滿足66.7 hm2橄欖園的灌溉，如面積足夠大，則節(jié)約人工成本將更加顯著。

4 存在的問題

國產(chǎn)水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)普遍設(shè)計不夠精密，關(guān)鍵器件的規(guī)格不夠全面、普適性差、設(shè)備精度較低、水肥施用量難以控制，無法達(dá)到水肥濃度精確配置和控制的目的。進(jìn)口設(shè)備雖設(shè)計精密，運行安全可靠，設(shè)備精度高，但價格昂貴、操作復(fù)雜，需專業(yè)的技術(shù)人員才能操作。現(xiàn)水肥一體化自動灌溉系統(tǒng)嚴(yán)重依賴進(jìn)口，應(yīng)加快高質(zhì)量水肥一體化自動灌溉設(shè)備國產(chǎn)化的研制步伐，降低成本。

在推廣應(yīng)用方面，水肥一體化智能灌溉技術(shù)適合于規(guī)模化種植，只有種植規(guī)模足夠大才能降低單位面積的成本投入，且面積越大經(jīng)濟(jì)效益越顯著。當(dāng)前我國油橄欖主產(chǎn)區(qū)種植模式大多是家庭種植為主，推廣該項技術(shù)有較大難度。只有通過資源整合，土地流轉(zhuǎn)，連片集中管理，才適于推廣。而水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)一次性投資大，需政策扶持才能大范圍推廣。

在使用過程中，應(yīng)加強(qiáng)油橄欖不同生長時期的需肥需水規(guī)律的研究，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，制定科學(xué)合理的灌溉制度，施肥時應(yīng)按照油橄欖葉片營養(yǎng)診斷技術(shù)來施肥，按照缺啥補啥的原則，進(jìn)行科學(xué)精準(zhǔn)施肥，減少化肥的施用量，科學(xué)高效地灌溉。

5 水肥一體化智能灌溉技術(shù)在油橄欖上的發(fā)展前景

水肥一體化智能灌溉技術(shù)作為一項先進(jìn)的農(nóng)業(yè)管理技術(shù)，由于其諸多優(yōu)點已成農(nóng)業(yè)發(fā)展的趨勢。我國油橄欖一級適生區(qū)普遍存在干旱少雨、水資源缺乏的問題，產(chǎn)業(yè)發(fā)展需投入大量勞動力，是造成產(chǎn)業(yè)效益低的主要原因，大力發(fā)展水肥一體化自動灌溉技術(shù)是解決這一問題的有效途徑。傳統(tǒng)種植模式需耗費大量勞力，而該項技術(shù)在節(jié)約人工方面效果最明顯，如面積足夠大，節(jié)約人工可達(dá)90%以上，在目前勞動力成本日益緊缺的情況下，推廣水肥一體化自動灌溉技術(shù)能夠極大地解放勞動力，降低人工成本。有專家認(rèn)為：水肥一體化技術(shù)的大面積推廣，將推動中國農(nóng)業(yè)從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變。國家“十三五”規(guī)劃提出化肥零增長，倡導(dǎo)水肥一體化技術(shù)的推廣。中央一號文件多次提出：大力推廣節(jié)水技術(shù)，全面實施節(jié)水灌溉行動。要抓住機(jī)遇，積極發(fā)展水肥一體化智能灌溉技術(shù)，盡快實現(xiàn)油橄欖種植的現(xiàn)代化變革，實現(xiàn)我國油橄欖可持續(xù)發(fā)展。