水肥一體化技術的應用現狀及發展研究

劉曉亮

(哈爾濱市阿城區亞溝街道辦事處，哈爾濱 150321)

0 引言

滴灌技術是目前應用最為廣泛的田間節水灌溉技術，可以顯著提高水分、養分利用效率，實現精準灌溉與施肥[1]。水肥一體化技術是在地下滴灌的基礎上[2]，利用施肥裝置將液態肥料等隨水分直接輸送到作物根區土壤，提高植株根系對水分與肥料的吸收效率，可以有效促進農作物植株的生長，使農作物達到豐產增收，農產品質量有所提升[3-4]。

國內外針對水肥一體化技術的研究正在逐漸深入，對不同的地理環境、土壤類型及不同種類的農作物都進行了相關試驗研究。本研究通過對目前水肥一體化技術對土壤環境、根系生長及作物產量、品質的作用機理進行系統地分析，討論該領域存在的問題，并總結未來水肥一體化技術研究趨勢，為進一步提高農業用水效率、優化農業生產模式，促進高效、節約、可持續發展的現代農業生產技術提供研究基礎。

1 水肥一體化技術的概念及發展現狀

1.1 概念及優勢

水肥一體化技術，是在滴灌技術的基礎上，將水分、肥料定量、精準地輸送到作物根部土壤，實現精準灌溉施肥。通過機器的內部壓力調節，可以將液體以不同流量或者不同速度灌溉進土壤，是目前最為節水、應用最為廣泛的一種節水灌溉技術，特別是極度干旱的地區，應用水肥一體化技術可以極大程度地節約水資源、提高化肥利用效率、保護生態環境，對于農業生產綠色、可持續發展具有重要意義。

1.2 發展現狀

1.2.1 水肥一體化技術對土壤環境的影響

參與土壤有機質分解過程的主要是真菌和細菌，真菌分泌水解酶成為有機物并加以利用成為作物生長和繁殖所需的營養物質。真菌的生存活動所產生的空隙，便是細菌的生存空間，大分子的有機物便通過真菌與細菌的共同轉化下，變成農作物所需的小分子物質。傳統灌溉技術會導致土壤出現水滯現象，進而導致土壤含氧量降低[5]，土壤微生物的數量和活性會下降，有機質的分解也會下降，不能為作物提供足夠的氮、磷、鉀等營養物質。相關研究均表明，采用水肥一體化技術，提供土壤微生物代謝活動及作物生長所需的水分及養分可以改善土壤微生物菌群，提高土壤酶活性，改善作物生長的土壤環境。相關研究結果如表1所示。

表1 水肥一體化技術對土壤環境的影響

1.2.2 水肥一體化技術對作物生長的影響

與傳統灌溉技術相比，水肥一體化技術下作物根系長度更長，根系活力更強，根系吸收面積更大；另一方面，加氣溶液中可溶性糖含量、根系活力及谷氨酰胺合成酶、谷氨酸草酰乙酸轉氨酶和谷氨酸—丙酮轉氨酶活性均高于對照，相關研究結果如表2所示。

表2 水肥一體化技術對作物生長的影響

2 水肥一體化技術應用選擇

2.1 灌溉系統類型的選擇

水肥一體化技術按照灌溉模式分為滴灌、微噴灌、噴灌、地下滴灌、滲灌等灌溉方式。目前，使用最為廣泛的灌溉類型就是滴灌和微噴灌。微噴灌方式主要應用在行距較小的作物當中，例如，采用農業大棚種植的各類蔬菜等作物。滴灌方式主要應用在行距較大的作物當中，例如，茄果類、瓜果類等作物。對于大田作物種植來說，以噴灌應用最為廣泛。

2.2 水肥一體化系統設計的注意要點

2.2.1 管徑控制

根據灌溉作業的土壤面積、灌溉強度，采用專業的計算方法為灌溉管道計算其管徑大小，在設計灌溉管道時，要充分考慮到水肥的流通性，觀察水肥停留在管道內部的情況，如果存在滯留現象，就要盡可能的減少水肥在管道中的停留量，在滿足所有要求的前提下，縮小灌溉管道的直徑。

2.2.2 提高設計均勻度

水肥一體化技術在實際應用中需要保證水肥噴灑的均勻性，為了在節省水肥投入的同時提高工作效率，保證水肥灌溉的均勻度。相關部門也出臺過相關標準要求，要求微灌均勻度至少達到80%以上，水肥一體化技術下的灌溉水肥均勻度需要達到90%以上。

3 應用中存在的問題

3.1 規劃設計存在缺陷

水肥一體化技術作為一項技術系統工程，首先要做好系統規劃，但是多數安裝人員沒有重視工程規劃問題，直接按照相關要求進行田間管道布置，導致其在規劃設計建立后，會發現各種難以解決的問題，輕則修理，重則需要重新搭建，嚴重影響了水肥一體化作業的工作效率。

3.2 認可程度低

由于水肥一體化技術屬于新推廣使用的灌溉技術，部分人員對其相關知識了解較少。大部分地區農業生產方式還停留在傳統方式中，農業生產落后地區對于新事物的學習能力較弱，知識水平不高，在學習了解新型灌溉技術時，多數存在抵觸心理，因此對水肥一體化技術使用的認可度不高，導致水肥一體化技術難以大面積推廣應用。

3.3 操作維護保養不重視

水肥一體化設備運用于農田灌溉作業后，需要對其進行定期維修檢測保養，但是大多數工作人員對該類檢測維修保養工作重視程度低，不能對水肥一體化系統進行定期的保養與維護，造成機械設備在運行過程中出現各種作業故障，如設備管道滲水、灌溉水壓不穩、過濾器出現問題等情況，影響田間農業正常生產。

4 發展趨勢

水肥一體化技術下土壤、水、肥多相流在土壤中的輸送規律，對養分循環轉化及土壤養分供應的影響，作物根系空間構型對土壤水分、養分吸收利用的影響、作物同化產物的建成機制上存在一定的缺口。同時，水肥一體化技術應用過程中施肥量梯度的調節與定量供給、不同土壤下土壤養分動態模型等這些都成為水肥一體化技術應用和灌溉智能化系統設計及其推廣的重要因素。因此，未來水肥一體化技術可通過進一步精準調控水肥而向可持續灌溉和精準灌溉的方向發展。

5 結論

關于水肥一體化技術對于改善農田生態環境、提高水肥利用效率、促進作物生長發育的影響越來越清晰、然而在一些相關研究中還存在一些弊端和不足，水肥一體化技術下對土壤——作物之間的調控機理的認知受到一定的限制。本研究首先對水肥一體化技術的內涵及優勢進行系統闡述，針對目前水肥一體化技術在國內外的應用現狀提出水肥一體化技術未來的發展趨勢及研究重點，以期為提高水肥一體化技術的工作效率及應用范圍提供技術參考與理論借鑒。