作物需肥過程與人工施肥對比分析及優化

張敬義 許慶廣

摘要：對于農業來說，灌溉和施肥一直是從事與農業或農業相關行業的熱題，從傳統的耕作施肥施肥技術至現代的水肥一體化施肥技術，施肥多少，如何進行最有效的施肥一直是農業中的難題。

關鍵詞：作物；施肥；肥液濃度

光合作用是一個一直伴隨著作物生長、發育和結實的生理活動。通過作物的光合作用，植物將二氧化碳和水合成有機物，并且釋放出氧氣以供所有的人和動物生存。在植物進行光合作用的過程中，除了二氧化碳和水等原料外，還需要比如氮、磷、鉀和鈣等元素以維持植物正常的生理活動，這些元素是植物通過根系從土壤中獲取的，而土壤中這些元素的含量不一定滿足作物的需求，故需要人工向土壤中補充。

人工施肥的途徑包括傳統的施肥技術與現代水肥一體化的施肥技術。

所謂的傳統施肥技術，主要是進行地面撒肥，再通過耕作措施將地面上的肥料翻至土壤內部或者利用灌溉將地面上的肥料入滲至土壤內部的方式。

這種施肥方式主要有以下幾個弊端。

由于人工施肥的可控性差，容易造成局部的肥料集中或者無肥，肥料集中的區域肥液濃度過高，最終使得作物根系細胞失水，影響作物的正常生長，甚至導致作物因失水過多而死亡。局部無肥的區域則達不到施肥的目的，浪費人力和物力。

容易造成區域地面殘留肥料，該現象是因為灌溉不均勻或者耕作不徹底造成的，最終造成土壤板結和肥料浪費。

由于耕作過深或者灌溉水過多造成肥料被送至作物根系層以下的不可利用的區域，從而造成肥料浪費。在地下水埋深較淺的地區很容易造成土壤鹽堿化。

現代的水肥一體化技術是通過施肥設備（施肥機或者小型的施肥器）將肥液輸進供水管路之中，再通過灌溉過程將肥液輸至滴灌管的滴頭處，并從滴頭處隨灌溉水滴至作物根系處，以達到施肥的目的。

而現代水肥一體化施肥技術也不是十全十美的，也存在如下幾個弊端。

對操作人員的技術水平和管理水平要求較高。因培養專業技術人員會增加相應的成本，這就使得水肥一體化技術不會在短時間內得到全面的發展和應用。

水肥一體化施肥技術是通過灌溉實現的，在施肥的過程中會受到灌溉的約束，比如在不需要施肥而需要灌溉的時候，會有部分管道殘液進入灌溉水中。

正因為人工施肥技術有以上的幾種弊端，故有必要對施肥過程進行一個科學的分析，并從原理的角度出發，提出一些革新的措施。

作物的需肥過程是一個很復雜的過程，并且各類作物對肥料的種類、數量和施入時間的要求是不同的，并且同一種作物在不同的生長時期對肥料的種類、數量和施入時間的要求也是不同的。而現實中的施肥是機械的、可控的，是與作物的理想需肥過程有差異，也是有矛盾的，這些矛盾主要體現在以下幾個方面。

3.1 時間性

作物對肥料的需求過程在時間上是連續的，而人工施肥的過程是間斷的。這在一定程度上造成了作物在生長過程中一直處于肥料剩余和肥料缺失的狀態。

3.2 數量性

作物對肥料的需求過程在數量上是精確的，而人工施肥的過程是粗略的。這使得施肥數量與作物的需肥數量有了差異，從而使得作物需肥與人工施肥是不協調的，甚至是矛盾的。

3.3 種類的差異性

由于各類作物的對肥料中各種元素的需求是不同的，就是同種作物在不同齡期對肥料中各種元素的需求也是不同的。人工施肥只能人為的把施肥過程劃分為有限的階段，在該階段內作物對肥料中各種元素的需求是不變的，再進行施肥會造成在相應時間段內肥料中各種元素的供求是不平衡的。

綜上所述，人工施肥由于存在上述問題，使得施肥過程與作物的需肥過程有了差異，如何改善人工施肥的過程，減小這種差異，是科學施肥亟需考慮的問題。

由于人工施肥存在上述問題，下面針對以上的3個方面進行優化施肥過程。

（1）改善施肥過程，減弱時間性和數量性的差異。建議采取縮小施肥的時間間隔即增加施肥次數，并且減小施肥的數量，如圖2所示，最終使得土壤肥料實際含量曲線與作物的需肥曲線盡量逼近，減小作物的對肥料需求過程中的肥料缺失和肥料剩余的幅度，在一定范圍內緩解了作物的肥料脅迫和肥料濃度過高的抑制作用。但是，無限制的縮小施肥的時間間隔和減小施肥的數量在現實中是不可能實現的，只能在可容許的范圍內調整人工施肥的次數和數量。

（2）減少不同肥料種類的施用，并且根據作物的生長階段劃分時段。對于同一種作物，在整個生長期對肥料中各種元素的需求是不同的，但是在某種生長期內（例如棉花的分蘗期），對肥料中各種元素的需求基本是穩定的，為了科學的劃分作物的需肥時段，可以根據作物的自然生長階段劃分，即在同一段時間內可以劃分較長的施肥時段，以便于人工操作。在相鄰時段的過渡期可以加密施肥時段，以滿足作物在過渡期對肥料中各種元素的需求。

水肥一體化施肥技術是現代施肥技術中比較先進的施肥技術，也是比較容易實現的施肥技術。由于其過程是隨著灌溉（灌溉方式一般為滴灌）進行，具有施肥作業時間較長、施肥過程中肥料施加速率均勻等優點。

如何評價施肥的效果，是水肥一體化系統應用富有爭議的一個話題。有人認為施肥速度越快越有利于施肥過程的進展，即效果越好，其實不然。下面通過作物吸水作用角度出發，進行說明。

水肥由作物的細胞外進入細胞內的過程是通過滲透作用實現的，如果細胞外（即土壤中）的水肥濃度過高，甚至大于細胞內的細胞液濃度時，會使得滲透作用減弱，甚至使得細胞內的水分向細胞外滲透，造成細胞失水，植物萎蔫。

因此，土壤中的肥料濃度并不是越大越好，而是應控制在應一定的濃度范圍，即土壤中的肥料濃度c應不超過作物的容許濃度[c]。即評價水肥一體化施肥效果應該使土壤中的肥料濃度c盡量的接近而不超過作物的容許濃度[c]為指標，即土壤水分濃度的飽和度η表示，其中η=c/[c]*100%。

其中，η在小于1的前提下，越大越好；當η>1時，表示施肥濃度過大，已經超過了作物的容許程度。

本文從作物的需肥規律出發，從原理的角度分析了人工施肥的弊端與不足。并且提出了優化施肥的方式，并且針對水肥一體化的施肥效果的角度提出了衡量施肥效果優劣的指標。