涼州區作物水肥一體化技術應用的適宜區域評價

徐喜俊 王祎

摘要：運用農業生產相關數據，鏈接研究區測土配方項目成果工作空間數據庫，選定肥、水為評價因子，構建評價層次模型，擬合隸屬函數，對涼州區水肥一體化適宜性區域進行評價研究。結果表明，高度適宜區域、適宜區域、勉強適宜區域對應的IFI得分區間分別為0.760 0～1.000 0、0.700 2～0.760 0、0～0.700 2，總的評價面積為146 732.80 hm2。其中高度適宜等級面積29 495.88 hm2，占耕地面積的20.1%;適宜等級面積103 158.92 hm2，占耕地面積70.3%;勉強適宜等級面積14 078.00 hm2，占耕地面積9.6%。表明區內耕地地力平衡，農田管理水平高，土壤水分供應有保障，水肥一體化適宜區域面積大，占總評價耕地面積的90.4%，可大力示范推廣水肥一體化技術。

關鍵詞：水肥一體化;適宜性;區域評價;涼州區

中圖分類號：S147.2;S275.6? 文獻標志碼：A? 文章編號：1001-1463（2021）09-0051-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.09.012

Evaluation of Suitable Region for Application of Water and Fertilizer Integrated Technology for Crops in Liangzhou District

XU Xijun? WANG Yi

（Liangzhou District Agricultural and Technology Extension Center， Wuwei Gansu 733000， China）

Abstract：By using the related data of agricultural production， linking the workspace database of soil testing formula project results in the research area， selecting fertilizer and water as evaluation factors， constructing the evaluation hierarchy model， fitting the membership function， evaluating the suitability area of water and fertilizer integration in Liangzhou District. The results showed that the IFI score ranges of highly suitable area， suitable area and barely suitable area were 0.760 0～1.000 0， 0.700 2～0.760 0 and 0 ～ 0.700 2， respectively， and the total evaluation area was 146 732.80 hm2. Among them，the area of highly suitable grade was 29 495.88 hm2， accounting for 20.1% of the arable land;the suitable grade area was 103 158.92 hm2， accounting for 70.3%; the area of barely suitable grade was 14 078.00 hm2， accounting for 9.6%. It indicated that the cultivated land fertility was balanced， the management level of farmland was high， the supply of soil water was guaranteed， the integration of water and fertilizer was suitable for large area， accounting for 90.4% of the total cultivated land area， and the technology could be vigorously demonstrated and promoted.

Key words：Integration of water and fertilizer;Suitability;Regional evaluation;Liangzhou district

水肥一體化即在農作物生長發育期間，通過管網系統同時將水分、肥料元素按照適宜比例輸送至作物吸收，特點是投入的水肥同步管理與高效利用，能夠有效減輕地下水體等環境的污染與破壞，為近年農業農村部大力提倡推廣的農業技術之一。

王立革等[1 ]黃瓜上應用水肥一體化技術，較之常規技術可提高表層土壤C/N比以及增產;不同滴灌水肥一體化處理對柑橘產量影響顯著[2 ]。同時有研究表明，水肥一體技術同時達到養分和水分在時空上的耦合，可以按照作物的生育長勢和需水需肥規律控制肥水配比，一定程度上改善農業生產中水肥供應不協調的弊端，極大地提高水肥利用率[3 - 6 ]。

我國自20世紀70年代初便起步發展水肥一體化滴灌技術[4 - 5 ]，但起步緩慢，推廣較遲，僅局限于干旱、半干旱地區[6 - 8 ]。尹劍等[9 ]對關中地區農業節水分區進行了研究，何英等[10 ]根據地力情況建立農業節水區劃的分區指標體系并且分區。徐萬林等[11 ]在河西綠洲灌區研究了基于種植結構優化的農業節水潛力概念和計算方法。我們運用涼州區縣域耕地資源管理信息系統（CLRMIS4.0）和ARCGIS10.2軟件，結合農業生產實際，在水和肥兩個方面分層選定評價因子，綜合農田管理、立地條件，對涼州區水肥一體化應用適宜性進行了評價，以期為在武威市涼州區大規模實施水肥一體化技術提供科學依據。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區概況

涼州區位于甘肅河西綠洲走廊東端的武威市中部，屬于石羊河流域的灌溉農業區。地勢西南高而東北低，平均海拔1 632 m，氣候屬冷溫帶干旱區，是典型的大陸性氣候，日照充足，溫差大，無霜期156 d，氣候干旱、蒸發量大、降水稀少、水資源短 缺[12 - 16 ]。近年來大力提倡農業節水，目前已大面積推廣各類滴灌技術，包括滴灌（含膜下滴灌）、微噴灌（含伸縮式）、滲灌、自動測墑灌溉、自動養分檢測施肥及其自動控制等水肥一體化技術。2020年重點在玉米、設施蔬菜、特色林果、馬鈴薯、中藥材、高原有機蔬菜等高效經濟作物上推廣應用噴灌、滴灌、膜下滴灌水肥一體化技術1.375萬hm2。

1.2? ?數據來源

應用數據資料有涼州區的行政、氣候、土壤、地貌、土地利用、測土配方等方面的數據，具體見表1，來源于涼州區測土配方項目建立的涼州區工作空間。

1.3? ?層次分析建模

綜合考慮研究區的自然地理環境，結合水肥一體化應用實況，水分層面以農田管理和立地條件為準則，肥力方面以土壤養分和理化性狀為準則，選定共8個分區評價因子，即灌溉模數（農田水利建設條件之一，與灌水時間成反比）、耕層厚度（直接反映土壤理化性狀以及含水量）、地貌類型（地塊所在陸地表面形態特征的歸類，侵蝕和堆積不同所在耕地土壤的含水量不同）、海拔（降水量和降水日數隨山地海拔增加而增加）、有效磷（決定施肥使用磷肥的數量）、全氮（耕地土壤中所有氮素的總量）、pH（應用作物對土壤環境酸堿度適宜程度不一樣以及肥力元素的有效性不同）、有機質（調解土壤的水熱狀況，促進土壤結構形成，含量越高土壤的肥力和緩沖性能越高），構造本研究水肥一體化應用適宜性評價層次模型（圖1）。

1.4? ?隸屬函數

在縣域耕地資源信息管理系統軟件中，根據模糊數學的理論，用特爾斐法對一組實測值評估出相應的一組隸屬度，擬合水肥一體化應用評價的各個因子函數關系。地貌類型為概念型函數（y=a），對應函數值取人工打分均值，即沖積洪積地貌（細土平原）為0.99，低山丘陵地貌為0.60 ，風積平原沙漠地貌為0.58，礫漠戈壁為0.55， 山前洪積沖積地貌（傾斜平原）為 0.75。其余7個因子均為數值型函數，其中海拔和pH擬合為負直線型函數，有機質、全氮、有效磷擬合為戒上型函數，耕層厚度和灌溉模數擬合為正直線型函數（表2）。

1.5? 評價分區

在系統中采用累積曲線分級法對涼州區所有耕地進行作物水肥一體化應用適宜性評價計算，現采用加法模型計算涼州區耕地進行作物水肥一體化應用適宜性評價的綜合指數。加法模型是將所有參評因素的單因素評價指數相加得到適宜性區域綜合指數，其函數關系如下式，

IFI=∑FiCi，（i=1，2，3……，n）

式中IFI為適宜性區域綜合指數，Fi為第i個因素評語（隸屬度）;Ci為第i個因素組合權重，即為該參評因素對涼州區耕地進行作物水肥一體化應用適宜性的貢獻率，采用層析分析法結合專家評估法求得。

2? ?結果與分析

2.1? ?適宜性分區

在研究建立的模型下，涼州區種植業水肥一體化技術應用適宜區域可分為高度適宜區域、適宜區域、勉強適宜區域等，對應的IFI得分區間分別為0.760 0～1.000 0、0.700 2～0.760 0、0～0.700 2;從表3可以看出，總的評價面積為146 732.80 hm2，其中高度適宜等級面積29 495.88 hm2，占耕地面積的20.10%;適宜等級面積103 158.92? hm2，占耕地面積70.30%;勉強適宜等級面積14 078.00 hm2，占耕地面積9.59%。研究區農作物水肥一體化應用高度適宜區域和適宜區域占總耕地面積的90%以上。

從GIS評價系統中將評價結果適宜性圖中的屬性數據導出，可以得到涼州區種植業水肥一體化技術應用適宜區域分布統計結果，可以看出涼州區共有8個灌區，其中高度適宜區域面積由大到小灌區依次為永昌灌區、金羊灌區、清源灌區、雜木灌區、西營灌區、張義灌區、金塔灌區、黃羊灌區，面積分別為13 137.59、4 730.64、4 455.85、3 328.60、1 520.29、1 027.68、949.18、346.05 hm2。適宜區域面積最大的是西營灌區（21 914.34 hm2），較大的是清源灌區（184 83.83 hm2）和黃羊灌區（17 871.80 hm2），較小的是永昌灌區（5 214.42 hm2），最小的是金塔灌區（4 660.20 hm2）。勉強適宜區域總體占比很小，面積最大的是黃羊灌區（5 496.99 hm2），較大的是清源灌區（2 717.02 hm2），最小的永昌灌區僅為11.27 hm2。

2.2? ?評價結果調查驗證

按照區域評價結果，在適宜區內隨機選擇黃羊鎮、武南鎮、清源鎮等3個地方進行調查比較。其中黃羊鎮以黃羊灌區在玉米上應用水肥一體化技術為例，滴灌水肥一體化技術共滴灌10次，共用水量為4 950 m3/hm2，較常規灌溉節水5 550 m3/hm2，節水52.8%，應用水肥一體化技術經濟效益突出。武南鎮以馬興河園區水肥一體化日光溫室番茄為例，使用水肥一體化技術時，共施肥5次，其中底施1次，追肥4次，共施用N 240 kg/hm2、P2O5 60 kg/hm2、K2O 30 kg/hm2，用工120 d/hm2;常規施肥時共施肥5次，共施用N 600 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，用工420 d/hm2;水肥一體化技術與常規施肥相比較，二者農家肥用量雖然均為45 000 kg/hm2，但化肥用量（純養分）減少465 kg/hm2，節肥幅度58%。使用水肥一體化技術室內濕度為65%～85%，常規灌溉溫室內濕度69%～88%，溫室內濕度降低3%～9%;常規灌溉平均用藥量75 kg/hm2，投資3 000元/hm2;水肥一體化技術共防治病蟲害平均用藥量60 kg/hm2，投資2 400元/hm2，水肥一體化比常規灌溉共減少噴藥3次，節省用藥15 kg/hm2，節藥率為20.0%，應用水肥一體化技術效益突出。清源鎮以666.67 hm2滴灌釀酒葡萄為例，使用水肥一體化技術時，滴頭間距0.5 m，滴頭流量2.1 L/h，生育期灌水6次，每次灌水量為300 m3/hm2，釀酒葡萄年灌溉定額由6 000 m3/hm2降低到3 600 m3/hm2，較常規灌溉節水2 400 m3/hm2，節水幅度40.0%;增產1 500 kg/hm2以上，節省勞動工45 d/hm2。通過以上的對比驗證，適宜區域與研究評價結果高度符合，表明評價方法合理。

3? ?結論與討論

本研究在利用地理信息系統軟件與縣域耕地資源管理系統（CLRMIS）相結合的基礎上，利用耕地作物生長適宜性的系統模塊對涼州區水肥一體化應用適宜性進行了評價。結果表明，涼州區水肥一體化應用高度適宜區域和適宜區域占了總評價耕地面積的90.4%。隨機選擇黃羊鎮、武南鎮、清源鎮3個地方進行調查對比，結果表明區域評價劃分基本準確。但該評價結果沒有考慮道路建設、水利渠系建設、包含的高標準農田面積、平田整地、有機質提升、地域經濟等因素，有待于進一步研究。

涼州區的水肥一體化技術在區域間推廣不均衡，目前主要應用在設施農業中的日光溫室和大田釀酒葡萄、大田玉米上，而相對灌水量大的大田作物、高原夏菜、馬鈴薯等類作物幾乎沒有涉及，應用作物相對較為局限。

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（本文責編：鄭立龍）

收稿日期：2021 - 07 - 08;修訂日期：2021 - 07 - 28

作者簡介：徐喜俊（1970 — ），男，甘肅武威人，高級農藝師，主要從事農業技術推廣工作。聯系電話：（0）18909350289。