棉花種植中水肥一體化技術(shù)的高效應(yīng)用與精準(zhǔn)調(diào)控方法論述

棉花是我國(guó)極為重要的經(jīng)濟(jì)作物和紡織原料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有舉足輕重的地位。長(zhǎng)期以來，我國(guó)棉花生產(chǎn)普遍采用粗放式經(jīng)營(yíng)模式，大水漫灌、集中施肥現(xiàn)象較為普遍，導(dǎo)致水肥資源浪費(fèi)嚴(yán)重，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境惡化，難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)本增效、綠色發(fā)展的要求。這種狀況亟須改變，發(fā)展節(jié)水高效、環(huán)境友好的棉花生產(chǎn)新模式勢(shì)在必行。水肥一體化技術(shù)通過將灌溉和施肥融為一體，利用可控管道將養(yǎng)分直接輸送到作物根區(qū)，實(shí)現(xiàn)了水分和養(yǎng)分的\"精準(zhǔn)滴灌、適量施肥”，是近年來農(nóng)業(yè)節(jié)水增效技術(shù)的重要?jiǎng)?chuàng)新。與傳統(tǒng)做法相比，該技術(shù)顯著提升了水分和肥料的利用效率，同時(shí)減少了徑流損失和面源污染。將水肥一體化引入棉花生產(chǎn)，對(duì)于破解棉花行業(yè)節(jié)水增產(chǎn)、綠色發(fā)展難題，推動(dòng)棉花產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

一、水肥一體化技術(shù)概述及在棉花種植中的應(yīng)用現(xiàn)狀

水肥一體化是集節(jié)水灌溉和精準(zhǔn)施肥為一體的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)作物科學(xué)管理、提質(zhì)增效的重要手段。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的推進(jìn)，這項(xiàng)技術(shù)在我國(guó)蔬菜、果樹等作物上得到了較為廣泛地應(yīng)用，并取得了顯著的節(jié)本增效和生態(tài)環(huán)境效益。近年來，傳統(tǒng)粗放式的棉花種植模式難以滿足行業(yè)優(yōu)質(zhì)高效、綠色發(fā)展的新要求，借鑒設(shè)施農(nóng)業(yè)的成功經(jīng)驗(yàn)，一些地區(qū)開始嘗試將水肥一體化引入棉田。通過精確掌控灌溉水量和肥料濃度，利用管道和滴灌帶將養(yǎng)分直接輸送到棉花根區(qū)，既避免了肥料沖刷流失，又提高了水分和肥料利用率。研究表明，這種模式有利于適應(yīng)棉花生長(zhǎng)期對(duì)水分和養(yǎng)分的動(dòng)態(tài)需求，減少水肥浪費(fèi)，改善棉田生態(tài)環(huán)境，對(duì)于促進(jìn)棉花增產(chǎn)增效、提升品質(zhì)具有積極作用。但棉花水肥一體化畢竟起步較晚，目前在國(guó)內(nèi)多局限于小范圍試點(diǎn)示范，真正大規(guī)模推廣應(yīng)用仍面臨技術(shù)和觀念障礙。棉花生長(zhǎng)期長(zhǎng)、需水需肥規(guī)律相對(duì)復(fù)雜，加之我國(guó)棉區(qū)自然和種植條件差異較大，因此如何因地制宜地優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)模式、制定精準(zhǔn)的水肥調(diào)控方案，還需要在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)一步摸索完善。可以預(yù)見，隨著節(jié)水農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)理念的深入人心和技術(shù)的日趨成熟，將水肥一體化等先進(jìn)農(nóng)藝措施納入棉花生產(chǎn)全程管理之中，必將成為推動(dòng)我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要抓手。

二、水肥一體化在棉花種植中的高效應(yīng)用措施

1、基于作物需求的水肥配方優(yōu)化

棉花生長(zhǎng)發(fā)育過程中對(duì)水分和養(yǎng)分的需求強(qiáng)度呈現(xiàn)出明顯的動(dòng)態(tài)變化，這就需要種植人員緊密結(jié)合棉花特定生育時(shí)期的需求特點(diǎn)，因時(shí)制宜地開展水肥一體化灌溉施肥。科學(xué)合理地優(yōu)化配置灌溉水量和肥料濃度，是實(shí)現(xiàn)棉花水肥精準(zhǔn)高效利用的關(guān)鍵所在。通常在棉花生育前期要重點(diǎn)施用速效氮肥，促進(jìn)棉株前期快速生長(zhǎng)；中期需要兼顧氮、鉀肥配合施用，既要促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，又要適度控制棉株旺長(zhǎng)，同時(shí)為生殖生長(zhǎng)奠定基礎(chǔ)；后期以鉀肥為主，促進(jìn)棉鈴膨大吐絮。因此，前、中、后期的施肥重點(diǎn)應(yīng)有所側(cè)重。同時(shí)，棉花不同生育階段的需水規(guī)律也有明顯差異。棉花營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期和生殖生長(zhǎng)前期對(duì)水分需求旺盛，耗水速率快，應(yīng)采取灌水次數(shù)多、灌水定額小的“少灌勤灌\"方式。而吐絮坐桃期和棉鈴發(fā)育中后期需要適當(dāng)減少灌水次數(shù)，并降低單次灌溉定額，以防正徒長(zhǎng)和落鈴。要想實(shí)現(xiàn)棉花水肥一體化的精準(zhǔn)高效，必須以作物需求為導(dǎo)向，預(yù)先測(cè)算好棉花全生育期的需水需肥數(shù)量和分配比例，然后再結(jié)合棉田實(shí)際的土壤、氣象條件等因素，動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉定額和灌溉頻率、肥料濃度和比例，把有限的水肥資源最大限度地轉(zhuǎn)化為作物的生長(zhǎng)潛力，最終實(shí)現(xiàn)棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和水肥資源高效利用的雙贏目標(biāo)。

2、基于管網(wǎng)系統(tǒng)的均衡高效輸配

水肥一體化系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)均衡高效的水肥輸配，很大程度上取決于管網(wǎng)系統(tǒng)的合理規(guī)劃設(shè)計(jì)和科學(xué)管理，一個(gè)布局合理、結(jié)構(gòu)完善、運(yùn)行可靠的管網(wǎng)系統(tǒng)，是水肥一體化高效應(yīng)用的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。在管網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)規(guī)劃階段，種植人員必須充分考慮棉田的地形起伏、土壤質(zhì)地、棉株種植模式等多種影響因素，因地制宜地選擇合適的管徑、管長(zhǎng)和布置方式。例如，在地勢(shì)平坦、王質(zhì)均一的棉田，可采用管徑一致的平行式布置;而對(duì)于起伏較大、土質(zhì)差異明顯的棉田，則應(yīng)采用管徑前大后小的分區(qū)布置。管網(wǎng)布置要盡可能減少?gòu)濐^、三通等管件的使用，降低水頭損失，確保管網(wǎng)末端的出水均勻性。管網(wǎng)鋪設(shè)完成后，要特別注意控制系統(tǒng)工作壓力，壓力過高會(huì)導(dǎo)致局部滴頭處流量過大，而壓力過低則會(huì)引起遠(yuǎn)端滴頭出流不足，都將影響水肥分布的均勻性。因此，應(yīng)在管網(wǎng)進(jìn)口端安裝穩(wěn)壓設(shè)備，配套壓力表等監(jiān)測(cè)裝置，及時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作壓力，將壓力控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。另外，還需要遵循棉花栽培的\"三定”原則，即定株距、定行距和定穴數(shù)，在此基礎(chǔ)上合理確定滴灌帶（管）的鋪設(shè)間距和滴頭間距。通常情況下，滴灌帶與棉行一一對(duì)應(yīng)，采取大間距鋪設(shè)。而滴頭間距則要結(jié)合棉株行距、土壤入滲特性等因素綜合確定，一般控制在30厘米左右。滴頭布置要避開植株根部，減少根系對(duì)滴頭的損壞，延長(zhǎng)滴灌系統(tǒng)使用壽命。此外，日常運(yùn)行維護(hù)也不可忽視，要加大灌溉管網(wǎng)的巡查力度，定期檢查管路接口、滴頭出流情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理漏水、堵塞等故障隱患。每次灌溉后應(yīng)注意系統(tǒng)沖洗，防止肥料鹽分在管道中結(jié)垢堵塞。灌溉季結(jié)束后應(yīng)該徹底清洗管道系統(tǒng)，排除殘留物，做好防凍防老化等措施。

3、基于病蟲草害的水肥調(diào)控策略

水肥條件與病蟲草害的發(fā)生和防治有著十分密切的關(guān)系，科學(xué)合理的水肥調(diào)控可以顯著改善棉株的生長(zhǎng)狀況和抗逆性，是棉花病蟲草害綜合防控的重要基礎(chǔ)。大量研究和生產(chǎn)實(shí)踐表明，氮肥過量容易引起棉株徒長(zhǎng)，組織瘦弱，更易遭受蚜蟲等害蟲侵襲，而鉀肥的合理施用則有助于提高植株抗病蟲能力。因此，在棉花生育期內(nèi)如果發(fā)現(xiàn)蚜蟲、紅蜘蛛等病蟲害苗頭時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)整水肥策略，適當(dāng)控制灌溉次數(shù)和氮肥施用量，防止棉株過于旺長(zhǎng)，同時(shí)注意補(bǔ)充鉀肥，增強(qiáng)棉株自身抵御病蟲能力。例如，在棉花現(xiàn)蕾期，如果監(jiān)測(cè)到蚜蟲密度明顯上升，就可以采取“控水控氮、增施鉀肥\"的措施，即適當(dāng)延長(zhǎng)灌水間隔期，減少單次灌溉定額，氮肥減量 20% 左右，鉀肥比常量增加 10%-20% 水肥調(diào)控與農(nóng)藥防治相結(jié)合，也可有效遏制住蚜蟲危害蔓延勢(shì)頭。此外，部分農(nóng)田草害也與水肥管理不當(dāng)有關(guān)。棉田除草不僅要及時(shí)進(jìn)行人工清除雜草，還應(yīng)通過合理灌溉和科學(xué)施肥，來調(diào)節(jié)田間土壤水肥狀況，抑制雜草生長(zhǎng)。比如，采用滴灌、膜下灌等節(jié)水灌溉措施，可減少棉行間土壤水分，抑制雜草萌發(fā)。同時(shí)，適度增加鉀肥用量，提高作物競(jìng)爭(zhēng)能力，也能在一定程度上控制雜草危害。

三、基于水肥一體化的精準(zhǔn)調(diào)控方法

1、基于作物生長(zhǎng)模型的水肥需求預(yù)估

通過構(gòu)建棉花生長(zhǎng)模型，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、土壤類型、作物品種等因素，可以精確預(yù)測(cè)棉花在不同生長(zhǎng)階段的水肥需求量。這種預(yù)估方法不僅考慮了作物的生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律，還充分融合了環(huán)境因素對(duì)作物生長(zhǎng)的影響，從而實(shí)現(xiàn)了水肥供給與作物需求的精準(zhǔn)匹配。在實(shí)際操作中，可以利用現(xiàn)代信息技術(shù)手段，如物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析等，對(duì)棉花生長(zhǎng)過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和收集，如土壤水分含量、養(yǎng)分狀況、氣溫、光照強(qiáng)度等。然后將這些數(shù)據(jù)輸入到作物生長(zhǎng)模型中，進(jìn)行模擬分析和計(jì)算，得出最優(yōu)的水肥供給方案。這種方法不僅可以提高水肥利用效率，減少資源浪費(fèi)，還能有效促進(jìn)棉花健康生長(zhǎng)，提高產(chǎn)量和品質(zhì)。

此外，基于作物生長(zhǎng)模型的水肥需求預(yù)估還能幫助農(nóng)民合理安排灌溉和施肥時(shí)間，避免在不適宜的天氣條件下進(jìn)行作業(yè)，減少因操作不當(dāng)造成的損失。例如，在干旱或高溫季節(jié)，通過模型預(yù)估可以提前調(diào)整灌溉計(jì)劃，確保棉花獲得充足的水分，避免因缺水導(dǎo)致的生長(zhǎng)受阻；在養(yǎng)分需求高峰期，模型預(yù)估可以指導(dǎo)農(nóng)民及時(shí)補(bǔ)充關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)元素，滿足棉花的快速生長(zhǎng)需求。總之，這種方法為棉花種植提供了科學(xué)依據(jù)，是實(shí)現(xiàn)水肥一體化精準(zhǔn)調(diào)控的重要手段之一。

2、源于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)水肥優(yōu)化調(diào)控

對(duì)于棉花水肥一體化管理而言，實(shí)時(shí)獲取棉田土壤水分、養(yǎng)分以及作物長(zhǎng)勢(shì)等信息，并據(jù)此動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉施肥決策，是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)水肥管理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。這種方法利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分、養(yǎng)分含量以及棉花生長(zhǎng)狀態(tài)，并將這些數(shù)據(jù)傳輸至中央控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和模型，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，自動(dòng)調(diào)整灌溉和施肥方案，確保水肥供給與棉花實(shí)際需求相匹配。這種方法具有高度的靈活性和適應(yīng)性，能夠根據(jù)天氣變化、土壤類型、棉花品種等因素進(jìn)行個(gè)性化調(diào)整，實(shí)現(xiàn)水肥資源的最大化利用。同時(shí)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)還可以幫助農(nóng)民及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決潛在問題，如土壤鹽堿化、養(yǎng)分失衡等，為棉花健康生長(zhǎng)提供有力保障。

此外，依照實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)水肥優(yōu)化調(diào)控還能夠減少因過量施肥或灌溉導(dǎo)致的環(huán)境污染問題。傳統(tǒng)管理方式下，農(nóng)民往往憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行灌溉和施肥，容易導(dǎo)致水肥過量，不僅浪費(fèi)資源，還可能對(duì)土壤和地下水造成污染。而通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和智能調(diào)控，可以精確控制水肥用量，避免過量施用，從而減輕對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響。總之，基于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的動(dòng)態(tài)水肥優(yōu)化調(diào)控是實(shí)現(xiàn)棉花水肥一體化精準(zhǔn)管理的重要手段，對(duì)于提高水肥利用效率、促進(jìn)棉花健康生長(zhǎng)、減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染具有重要意義。

3、智能化灌溉施肥控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)集成了傳感器技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算和人工智能技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)棉花生長(zhǎng)環(huán)境的全面監(jiān)測(cè)和精準(zhǔn)控制。通過安裝在田間的各類傳感器，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、養(yǎng)分含量、溫度、光照等關(guān)鍵參數(shù)，并將數(shù)據(jù)傳輸至云端進(jìn)行分析處理。基于這些數(shù)據(jù)，系統(tǒng)能夠智能判斷棉花的水肥需求，并自動(dòng)調(diào)整灌溉和施肥計(jì)劃，確保水肥供應(yīng)既滿足作物生長(zhǎng)需求，又避免浪費(fèi)和污染。

智能化灌溉施肥控制系統(tǒng)還具備遠(yuǎn)程操控和自動(dòng)化運(yùn)行的功能，農(nóng)民可以通過手機(jī)或電腦遠(yuǎn)程監(jiān)控田間情況，并根據(jù)需要調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)。這不僅提高了管理效率，還降低了人力成本。此外，系統(tǒng)還可以記錄和分析歷史數(shù)據(jù)，為農(nóng)民提供科學(xué)的決策支持，幫助他們更好地掌握棉花生長(zhǎng)規(guī)律，優(yōu)化種植策略。

智能化灌溉施肥控制系統(tǒng)還具備故障預(yù)警和自我修復(fù)的能力。一旦系統(tǒng)檢測(cè)到任何異常或故障，它會(huì)立即發(fā)出警報(bào)，并通過云端平臺(tái)通知農(nóng)民。農(nóng)民可以迅速響應(yīng)，采取必要的措施來解決問題。同時(shí)，系統(tǒng)還具備一定的自我修復(fù)能力，可以自動(dòng)嘗試修復(fù)一些常見的故障，確保灌溉和施肥工作的連續(xù)性和穩(wěn)定性。

該系統(tǒng)還具備高度的可擴(kuò)展性和靈活性。隨著農(nóng)業(yè)科技的不斷進(jìn)步和農(nóng)民需求的不斷變化，智能化灌溉施肥控制系統(tǒng)可以輕松地添加新的功能模塊或升級(jí)現(xiàn)有功能，以滿足更多的應(yīng)用場(chǎng)景和需求。這使得該系統(tǒng)能夠持續(xù)為農(nóng)民提供先進(jìn)、高效的水肥一體化解決方案，推動(dòng)棉花種植業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

四、應(yīng)用實(shí)例分析

水肥一體化技術(shù)的推廣應(yīng)用，關(guān)鍵在于針對(duì)不同棉區(qū)的具體情況，因地制宜地優(yōu)化設(shè)計(jì)出切實(shí)可行的技術(shù)模式。在此基礎(chǔ)上，通過科學(xué)設(shè)計(jì)的田間試驗(yàn)，客觀評(píng)價(jià)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果，可為完善技術(shù)體系、指導(dǎo)大面積推廣提供可靠依據(jù)。近年來，國(guó)內(nèi)多個(gè)棉區(qū)圍繞棉花水肥一體化進(jìn)行了卓有成效的應(yīng)用實(shí)踐和示范推廣。例如，在某棉區(qū)進(jìn)行的一項(xiàng)系統(tǒng)研究，通過設(shè)置常規(guī)灌溉施肥對(duì)照（CK）和3個(gè)水肥一體化處理，比較分析了不同水肥方案對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量構(gòu)成及水肥利用效率的影響。結(jié)果表明，與常規(guī)模式相比，水肥一體化技術(shù)可使棉花鈴重、單株結(jié)鈴數(shù)等主要產(chǎn)量構(gòu)成因素明顯提高，籽棉產(chǎn)量平均增加 12%- 18% 。進(jìn)一步測(cè)算發(fā)現(xiàn)，水肥一體化處理的棉田水分利用效率較常規(guī)提高 15%-23% ，氮肥利用率提高 19%-30% 。可見，水肥一體化在增產(chǎn)增效和節(jié)水節(jié)肥方面具有十分顯著的效果。進(jìn)一步的回歸分析表明，在該項(xiàng)試驗(yàn)條件下，以施肥濃度 100mg/L 灌水定額 2250m³/hm² 的處理效果最佳。這表明，在特定的土壤、氣候、種植條件下，存在一個(gè)最佳的水肥搭配方案。因此在生產(chǎn)實(shí)踐中，要通過反復(fù)試驗(yàn)和示范，并輔以必要的模型模擬分析，找出適合當(dāng)?shù)孛藁ㄉL(zhǎng)和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的最佳水肥組合，制定出切實(shí)可行的技術(shù)方案，在此基礎(chǔ)上加以推廣應(yīng)用。

當(dāng)然，上述研究只是特定條件下的個(gè)案，不同棉區(qū)的土壤理化性狀、氣象條件、種植模式、棉花品種特性等千差萬(wàn)別，優(yōu)化的水肥施用方案也會(huì)存在差異。因此各棉區(qū)在借鑒吸收已有經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，還應(yīng)立足自身實(shí)際，通過設(shè)置不同水肥處理、跟蹤監(jiān)測(cè)棉花長(zhǎng)勢(shì)、測(cè)產(chǎn)測(cè)效，積累多年多點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析等手段，不斷完善符合本地實(shí)際的技術(shù)模式，使其更加科學(xué)合理、簡(jiǎn)便易行，為區(qū)域棉花水肥一體化的規(guī)模化應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

綜上所述，水肥一體化技術(shù)是推動(dòng)棉花生產(chǎn)節(jié)本增效、綠色可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵舉措。通過精準(zhǔn)掌控灌溉用水量和養(yǎng)分濃度，動(dòng)態(tài)優(yōu)化水肥調(diào)控方案，并與智能化管理手段相結(jié)合，能夠充分挖掘棉田水肥資源潛力，在確保棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的同時(shí)，最大限度地減少資源浪費(fèi)和環(huán)境負(fù)荷。這對(duì)于提升我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，保障國(guó)家棉花安全具有深遠(yuǎn)意義。當(dāng)然，要想真正實(shí)現(xiàn)棉花水肥一體化技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，還需在基礎(chǔ)理論、核心裝備、配套工藝等方面加大科研攻關(guān)和示范推廣力度。一方面要深化棉花需水需肥規(guī)律、水肥運(yùn)移轉(zhuǎn)化機(jī)理等基礎(chǔ)研究，完善水肥調(diào)控模型。另一方面要加快智能傳感、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等現(xiàn)代信息技術(shù)與水肥一體化裝備的融合創(chuàng)新，提高設(shè)備的性價(jià)比和智能化水平。同時(shí)，還要圍繞不同棉區(qū)的土壤、氣候、種植條件，因地制宜地優(yōu)化集成技術(shù)模式，加快先進(jìn)實(shí)用技術(shù)的示范推廣，為棉農(nóng)提供精準(zhǔn)適用的技術(shù)解決方案。

（作者單位：274700山東省菏澤市鄆城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）