鄂爾多斯市黃河灌區鹽堿型中低產田水肥高效精準利用技術集成模式

摘 "要：鄂爾多斯市黃河灌區農業水資源浪費嚴重。該區中低產田由于存在不同程度的鹽堿化問題，人們每年不得不通過黃河水大水漫灌和凌水灌溉進行洗鹽，以去除一部分鹽堿從而使得土壤鹽分降低到一定的范圍來進行耕種，然而，黃河水中本身存在一定量的鹽分，隨著灌溉次數的增加，黃河水資源的浪費也越來越嚴重，耕地的鹽堿化問題也越來越明顯。在黃河灌區尤其是鹽堿型中低產田進行水肥高效精準利用技術研究，是該區域的現實發展要求，也是黃河流域高質量發展的必然選擇。該文依托“科技興蒙”項目攻關研究，以種植向日葵為例，首先進行鹽堿型中低產田耕地質量提升、向日葵需水需肥及生長規律分析，然后針對性進行灌溉制度及測土配方施肥設計，最后完成鹽堿型中低產田水肥高效精準利用，形成該技術集成模式。

關鍵詞：黃河灌區；鹽堿型；中低產田；向日葵；高效利用

中圖分類號：S156.4 " " " 文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-9902（2023）06-0014-04

Abstract： There is a serious waste of agricultural water resources in the Yellow River Irrigation District of Ordos City. Due to different degrees of salinization in the middle- and low-yield fields in this area， people have to wash salt through flood irrigation and cross irrigation of the Yellow River every year to remove part of the salinity so as to reduce the soil salinity to a certain range. However， there is a certain amount of salinity in the water of the Yellow River. With the increase of irrigation times， the waste of water resources in the Yellow River is becoming more and more serious. The problem of salinization of cultivated land is becoming more and more obvious. The research on the technology of efficient and accurate utilization of water and fertilizer in the Yellow River irrigation area， especially in saline-alkali medium-and low-yield fields， is not only the requirement of the realistic development of this region， but also the inevitable choice for the high-quality development of the Yellow River basin. Relying on the key research of the project of \"Revitalizing Mongolia through Science and Technology\"， and taking the planting of sunflower as an example， this paper first analyzes the improvement of cultivated land quality， water and fertilizer requirement and growth law of sunflower in saline-alkali type medium-and low-yield field， and then designs irrigation system and soil testing formula fertilization. Finally， the efficient and accurate utilization of water and fertilizer in saline-alkali medium-and low-yield field is completed， and the technology integration model is formed.

Keywords： yellow River irrigation area; saline-alkali type; medium-and low-yield field; sunflower; efficient utilization

鄂爾多斯黃河南岸灌區鹽堿型中低產田形成的原因比較復雜，是自然環境及人為因素綜合作用的結果。據統計，2022年鄂爾多斯市鹽堿型中低產田約161.67萬畝（1畝約等于666.67m2，下同）。黃河流域高質量發展，既要實現對鹽堿型中低產田在不浪費水資源的前提下耕地質量不斷提高，更要實現該區域水肥資源的高效精準利用。本文以種植向日葵為例，提出黃河灌區鹽堿型中低產田水肥高效精準利用技術集成模式。

1 "鹽堿型中低產田耕地質量提升

經過近年來“科技興蒙”鄂爾多斯市現代農業節水和水肥精準調控利用技術研究與示范等項目科研攻關及改良技術實踐總結，目前鄂爾多斯黃河灌區鹽堿化耕地主要且有效的改良措施逐步成型，主要內容包括以下方面：一是建立完善的排水體系，在保障充分灌溉的基礎上實現排出土壤鹽分途徑通暢，同時確保控制地下水位保持在一定的范圍內，防止反鹽；二是平整土地，可使水分均勻下滲，提高灌溉淋洗鹽分的效果，防止土壤形成斑狀鹽漬分布；三是增加有機質，增施微生物菌肥，改善土壤物理性狀，增加土壤團粒結構，促使土壤疏松，降低土壤板結，從而實現保水、保肥、通氣和促進根系發育，改善土壤生態環境；四是施用有機高分子改良劑進行鈉鹽、氯化物和碳酸氫根等有害離子的反應及去除，進一步調節土壤pH，改善農作物生長環境；五是實施起壟覆膜種植技術，通過起壟實現壟上部分土壤鹽分保持在適宜種植的范圍內，降雨一旦發生，有效阻止地面高濃度鹽堿侵蝕對作物形成傷害，同時起壟有利于作物呼吸透氣，從而實現調控根系的水肥鹽環境，保障作物正常生長；六是實施原位粉壟技術，通過高速旋轉的螺旋鉆頭在上下土層不改變的條件下實現深耕深松，促進光溫水氣等資源的高效利用，有效解決鹽堿化耕地板結不透氣的頑疾；七是種植向日葵、甜菜、皇席菜等耐鹽作物吸收鹽分后清除高含鹽作物，進而實現鹽堿化耕地逐年去鹽[1]。

2 "耐鹽作物向日葵需水需肥規律分析

向日葵為短日照作物，有向光性，其幼葉、葉片和花盤都有很強的向光性。向日葵是喜溫又耐寒的作物，對溫度的適應性較強，種子耐低溫能力很強，在整個生育過程中，只要溫度不低于10 ℃就能正常生長。向日葵對土壤的要求不嚴，除沼澤土、重沙質土和石灰質過多的土壤不宜種植外，一般土地均能種植，但植株在土層深厚、結構良好、腐殖質含量高、保水保肥性能好、有團粒結構和排水通暢的地塊則創高產的潛力更大。

向日葵每生產1 kg干物質，需要469～568 kg水。向日葵從種子萌發、出苗到成熟的不同生育階段，耐旱性和需水量也是不同的。從出苗到現蕾階段比較耐旱，需水量約占全生育期的19%。生育時期需水量占整個生育期的43%～60%。開花到成熟階段需水較少，為全生育期的21%～38%。總的看，向日葵需水特點是前、后期比較少，中期比較多，這時是灌溉的關鍵時期。

向日葵是一種需肥較多的作物。花盤形成至開花期，是向日葵的需肥高峰。出苗至花盤形成期需磷較多，花盤形成至開花中期需氮較多，花盤形成至蠟熟期需鉀多。因此向日葵施肥，前期以磷為主，中后期以氮、鉀為主。每生產100 kg葵花籽，需從土壤中吸收氮（N）4.59～6 kg，磷（P2O5）2.6～3.04 kg，鉀（K2O）18.6～30 kg，磷、鉀肥多作基肥或種肥施入，而氮肥作追肥或1/3作基肥、2/3作追肥。

3 "灌溉制度設計

灌區氣候屬大陸性氣候，年降水量260～380 mm。降水的年際變化大，多雨年與少雨年相差3～4倍；年內分配不均，7—9月雨量占全年70%～80%。4—6月降雨少，農作物缺水嚴重，加之灌區蒸發強烈，年平均蒸發量1 200～1 600 mm。所以這一地區的農業生產全依賴引水灌溉。根據黃河灌區氣象條件，結合近年來“科技興蒙”項目開展的相關試驗，制定相應的灌溉制度。

正常年份在播種后灌水1次，單次灌水量10 m3/畝；5月20日—6月20日灌水1次，單次灌水量10～15 m3/畝。6月20日—7月20日灌水2次，單次灌水量10 m3/畝；7月20日—8月15日灌水2次，單次灌水量10～15 m3/畝。8月15日—9月5日灌水1次，單次灌水量10 m3/畝。一般水平年（50%）全生育時期滴灌7次。全年灌溉定額為70～85 m3/畝。

干旱年播種后灌水2次，單次灌水量10 m3/畝；5月20日—6月20日灌水2次，單次灌水量10～15 m3/畝。6月20日—7月20日灌水2次，單次灌水量10～15 m3/畝；7月20日—8月15日灌水2次，單次灌水量10 m3/畝。8月15日—9月5日灌水1次，單次灌水量10 m3/畝。干旱水平年（85%）全生育時期滴灌9次。全年灌溉定額為90～110 m3/畝。

4 "向日葵測土配方

測土配方是以土壤測試和肥料田間試驗為基礎，根據作物需肥規律、土壤供肥性能和肥料效應，在合理施用有機肥料的基礎上，提出氮、磷、鉀，以及中、微量元素等肥料的施用數量、施肥時期和施用方法[2-3]。具體實施步驟如下。①前期準備。充分調研擬種植區域有經驗的農戶推薦施肥量，盡量收集查閱分區域土壤歷史數據。②田間試驗。通過田間試驗，確定各施肥單元最優施肥量，基肥、追肥比例，施肥時間節點，以及施肥方法。田間試驗是篩選、驗證土壤養分測試技術的關鍵環節。③土壤測試。通過開展土壤氮、磷、鉀，以及中、微量元素養分測試，了解土壤供肥能力狀況。土壤測試養分化驗是制定肥料配方的重要依據之一，種植業結構的調整，作物品種不斷更替，施肥結構和數量的變化，無不體現出不同的養分狀況。④配方設計。肥料配方設計是測土配方施肥工作的核心。通過總結田間試驗、土壤養分數據等，劃分不同區域施肥分區，以生態施肥的多目標優化施肥為核心內容，以適宜的肥料成本、保證糧食產量和品質，持續培肥和保持土壤肥力平衡、減少施肥污染的多目標進行優化配方。⑤校正試驗。為保證肥料配方的準確性，最大限度減少配方肥料批量生產和大面積應用的風險，在每個施肥分區單元設置配方施肥、農戶習慣施肥和空白施肥3個處理，以當地主要作物及其主栽品種為研究對象，對比配方施肥的增產效果，校驗施肥參數，驗證并完善肥料配方，改進測土配方施肥技術參數。⑥配方加工。配方落實到農戶田間是提高和普及測土配方施肥技術的最關鍵環節。目前不同地區有不同的模式，其中具有市場前景的運作模式主要有市場化運作、工廠化加工和網絡化經營等。⑦示范推廣。為促進測土配方施肥技術能夠落實到田間，既要解決測土配方施肥技術市場化運作的難題，又要讓廣大農民親眼看到實際效果，這是限制測土配方施肥技術推廣的“瓶頸”。建立測土配方施肥示范區，為農民創建窗口，樹立樣板，全面展示測土配方施肥技術效果，是推廣前要做的工作。⑧效果評價。農民是測土配方技術的最終執行者和落實者，也是最終受益者。檢驗測土配方施肥的實際效果，及時獲得農民的反饋信息，不斷完善管理體系、技術體系和服務體系。同時，為科學地評價測土配方施肥的實際效果，應該以土壤-作物-肥料系統的養分循環為研究對象，從養分相互轉換關系為突破口，通過田間試驗即可獲得評價施肥效果和指導施肥的指標，結合其他指標建立綜合反映施肥成本、產量、品質、土壤培肥和面源污染等方面的施肥效果評價指標體系。

鄂爾多斯市黃河灌區土壤供肥特征的主要表現為缺氮少磷鉀有余。建議主體施肥方案為底肥施1 t腐熟農家肥或有機肥，種肥施磷酸二銨+摻混肥共26～30 kg，硼肥0.5 kg，追肥分2次進行，第一次追肥為7～8對真葉時期，追尿素17～20 kg，第二次追肥為花盤3 cm左右時期，追尿素17～20 kg，噴施中微量元素葉面肥1次，具體地塊的精準施肥則根據測土數值及田間試驗進行針對性的施肥配方調整。

5 "水肥精準調控高效利用

5.1 "黃河灌區渠道灌溉區

該區域大約2/3的耕地面積為鹽堿化耕地，輕度、中度鹽堿化耕地目前主要通過渠道輸水進行灌溉，以減少輸水過程的水資源側滲損失。受該區域鹽堿地特征影響，且“干播濕出”技術尚未大面積推廣，因此目前鹽堿型中低產田較多采用冬春秋匯大水漫灌的方式進行壓鹽，以減少土壤耕作層鹽分含量。

該區域目前水肥利用率均較低，預計隨著科研力度的不斷加大，水肥利用效率將會逐步提升。就當前生產力水平下，提高水肥利用效率的推薦措施包括以下方面：①建立完善的排灌體系，做到灌排分開，同時做好用水管理，嚴格做好地下水位控制，采用引洪放淤措施，排出土壤鹽分。②平整土地，平整土地可使水分均勻下滲，提高降雨淋鹽和灌溉洗鹽的效果，防止土壤斑狀鹽漬化。適時疏松表土，截斷土壤毛細管水向地表輸送鹽分，起到防止返鹽的作用。③畦田改造，畦田規格越大，灌水時間延長，使得水流推進過程中滲漏損失增加，造成灌水效率和灌水均勻度下降。土壤質地、入畦流量、灌水時間都是影響畦田灌水效率的主要因素，建議黏壤土質畦田規格在2～5畝之間，沙質土壤畦田規格在1～3畝之間。④同時結合氣象、水鹽運移等數據監控手段不斷作出實時響應，制定并適時調節科學的灌溉制度，鄂爾多斯市黃河南岸灌區向日葵種植比同年份灌水定額在70～110 m3之間。建議施肥分底肥1次，追肥2次，葉面噴施肥1次，化肥總用量不超過70 kg。⑤北斗導航種植、中耕除草配套農機的應用，有效改良土壤水肥氣熱等田間小環境，提升水肥資源的高效利用，一定程度上有效提高該區域的農業節水及水肥精準調控。⑥噴施葉面肥可以實現直接迅速地為作物供給養分，避免養分被土壤吸附固定，提高肥料利用率，是補充和調節作物營養的有效措施，特別是在逆境條件下，如果以根施方法是很難或不能及時滿足作物需要的，采用葉面施肥則能為其迅速補充營養，滿足作物生長發育的需要。

5.2 "黃河水滴灌水肥一體化精準調控技術

水肥一體化技術是將灌溉與施肥融為一體的高效精準灌溉技術。黃河灌區水肥一體化的前提條件：一是灌溉水源黃河水需進行澄清或去除泥沙處理，二是一體化肥料需使用水溶性好的肥料[4]。滴灌水肥一體化由于延長了施肥時間，效果最為明顯，將可溶性固體或液體肥料按土壤養分含量和植物種類的需肥規律和特點配兌成的肥液，與灌溉水一起，通過智能灌溉施肥系統，均勻、適時且適量地施加給植物，滿足植物在關鍵生育期間“吃飽喝足”的需要，因而達到作物產量和品質雙優的目標[5]。

5.2.1 "滴灌水肥一體化基礎建設工程

1）首部設施：灌溉首部樞紐是高效灌溉系統中的重要組成部分，其包含加壓設備（水泵）、過濾設備、施肥加藥設備、測量設備和控制設備等。黃河灌區水源一般采用黃河水蓄水池或渠道供水；加壓設備為水泵；灌溉過濾系統主要有砂石過濾、疊片過濾器、網式過濾器、離心砂過濾器和純水系統等；控制設備宜采用變頻自動供水控制系統，在大面積區域、管網復雜、田間人工控制及用水量浮動大的系統中選用變頻控制的優勢明顯。

2）管道鋪設：一般選用不同管徑U-PVC管鋪設組成給水管網，主、干管道一般采用地埋方式，軟帶及滴灌帶則采用地表鋪設方式布置。

3）田間自動控制設計：滴灌田間電磁閥控制大多采用無線系統自動控制，不需要布線，只需要配上遠程終端單元（RTU）、電池、太陽能板和天線等。

5.2.2 "物聯網系統保障

以物聯網為基礎，以數據為核心，從農業環境全面感知、大數據水肥科學決策和水肥可靠精準控制3個方面，實現智能水肥一體化綜合管理[6]。通過安裝節水計量設施及落實嚴格的規范化管理制度，實現農業由傳統粗放型的灌溉模式轉向精、準且細的節約型灌溉方式。通過大數據積累修正農作物的需水量與需水規律，制定灌水次數、灌溉時間[7]。

1）農業環境全面感知。氣象、土壤和作物是影響灌溉施肥的關鍵因素，快速精準獲取這些信息是智能水肥一體化的基礎。一方面在田間部署各類物聯網感知和監控終端，自動采集最真實環境數據，另一方面接入豐富外部數據，如氣象數據、遙感數據等，豐富感知網絡，實現不間斷、真實和可靠的田間環境信息采集。

2）大數據水肥科學決策。分析作物的需水、需肥規律，按照少量多次的原則，根據作物需求構建智能水肥決策分析，將各類感知數據帶入決策分析中，形成用戶的水肥建議，同時跟蹤作物和環境變化，動態調整決策建議，指導用戶科學用水、用肥。

3）水肥可靠精準控制。從軟件、硬件2個層面實現水肥遠程精準控制。軟件層面，提供滴灌控制、自動控制、手動控制、定時控制和定量控制等多種控制方式；硬件層面，采用智能網關等設備，對發送的控制指令進行精準執行。

6 "結束語

黃河灌區鹽堿型中低產田首先需因地制宜進行鹽堿化耕地改良，改良后的耕地在種植作物前進行需水規律、需肥規律分析，制定作物灌溉制度、設計測土配方專用肥料，在黃河灌區滴灌技術加持下，通過水肥一體化技術實現現代農業節水和水肥精準調控技術。“科技興蒙”項目試驗數據顯示，大水漫灌水的有效利用率只有40%～50%，同時作物病蟲害的發生頻率大，造成農藥的施用量大，化肥的利用率低的現象。和大水漫灌相比，黃河灌區水肥一體化技術具備以下優勢：①節肥。水肥一體化技術可平衡施肥和集中施肥，減少了肥料揮發和流失，供肥及時、作物易于吸收且提高肥料利用率。與傳統技術施肥相比節省化肥30%～50%。能靈活、方便且準確地控制施肥時間和數量。通過滴灌系統施肥，可節肥至少20%，減少病害，可節省農藥投入，一般增產10%～30%。②節水。水肥一體化技術可減少水分的下滲和蒸發，提高水分利用率。在露地栽培條件下，與大水漫灌相比，節水率達50%。保護地栽培條件下，與畦灌相比，節水率為30%～40%。③改善生態環境。水肥一體化技術可降低空氣濕度8.5～15個百分點。提高地溫2～3 ℃，改善土壤物理性質，減少土壤養分淋失。提高灌溉水利用率達到60%以上，施氮肥當季利用率達60%，與地面灌溉相比，節水30%～50%，節肥25%～30%，減少了水向深層的滲漏，減輕了面源污染和對地下水的污染。④減輕病蟲害發生。空氣濕度的降低，在很大程度上抑制了作物病害的發生，減少了農藥的投入，每畝農藥用量減少15%～30%，節省勞力15～20個。⑤增加產量，改善品質。水肥一體化技術可促進作物產量提高和產品質量的改善，設施栽培增產17%～28%。增產增收。

水肥一體化系統可按照作物的生長需求，進行全生育期需求設計，把水分和養分定量、定時，按比例直接提供到作物根部土壤，真正實現從“給土壤施肥”到“給作物施肥”的轉變。實踐證明，黃河灌區水肥一體化技術優勢體現在省工、省肥、省水、省心、省電、省地和增產等方面，使農業生產達到優產、增收的效果。根據作物生長特點，及時、快速且全面地供給水分和養分，進一步提高作物產量和品質，減少病蟲害滋生。由原來田間地頭的人工澆灌施肥轉變為全系列智能化的灌溉施肥方式，大大降低了勞動成本，提高了生產力，有利于規模化、標準化農業生產。

參考文獻：

[1] 郝永河，晉永芬，韓春梅，等.鄂爾多斯黃河南岸灌區鹽堿型中低產田綜合治理模式[J].中國農技推廣，2022，38（10）：77-78，87.

[2] 代東明.向日葵高產種植與施肥[J].內蒙古農業科技，2014（5）：40-42，53.

[3] 梁秀球.測土配方技術推廣現狀及對策研究[J].農業開發與裝備，2021（1）：76-77.

[4] 孫笑梅.優化水資源配置 提高水肥利用率 確保黃河供水區糧食安全[J].河南農業，2021（22）：13-14.

[5] 陶濤.高標準農田建設滴灌工程設計探討[J].陜西水利，2022（2）：77-78.

[6] 楊深成.農業物聯網技術與水肥一體化技術的研究[J].農業工程技術，2021，41（24）：28-30.

[7] 毛博識.水肥一體化與物聯網的應用研究[J].河北農機，2020（9）：12.