蔬菜高效水肥一体化灌溉技术的实践与发展建议

吕名礼，张瑞，黄丹枫

（1.上海交通大学农业与生物学院/农业部都市农业（南方）重点实验室，200240；2.上海华维节水灌溉股份有限公司/上海市金山区节水灌溉工程技术研究中心）

蔬菜高效水肥一体化灌溉技术的实践与发展建议

吕名礼1，2，张瑞2，黄丹枫1

（1.上海交通大学农业与生物学院/农业部都市农业（南方）重点实验室，200240；2.上海华维节水灌溉股份有限公司/上海市金山区节水灌溉工程技术研究中心）

水肥管理是直接影响蔬菜稳产高产和品质提升的关键因素。总结了我国蔬菜高效灌溉的4种主要模式，介绍了不同种类蔬菜的高效灌溉模式，分析了我国蔬菜高效水肥一体化灌溉技术存在的问题，并提出了发展建议。

蔬菜；高效灌溉；水肥一体化；应用

黄丹枫

博士，上海交通大学农业与生物学院植物科学系教授，现代农业与生物工程训练中心主任，上海市重点学科蔬菜学科带头人，教育部园艺学教学指导委员会成员，上海交通大学学术委员会委员，享受国务院特殊津贴。主持国家科技支撑计划、“863”计划重点课题、科技部农业成果转化、上海市科技兴农重点攻关等科研项目；获国家科技进步二等奖、上海市科技进步奖多项。发表SCI等优秀论文100余篇，主编《现代温室园艺》、《工厂化育苗理论与技术》、《观赏蔬菜》等学术专著。曾获上海市优秀青年科技启明星、全国优秀教师、上海市优秀学科带头人、上海市巾帼创新奖、全国三八红旗手、全国优秀科技工作者、科技部世博科技先进个人等荣誉称号。

随着“菜篮子”工程的实施，近年来我国的蔬菜产业发展迅猛，在中国经济发展特别是在农业结构调整过程中占有重要的地位。目前，我国年人均蔬菜占有量已达311.10 kg，大大超过世界人均105.00 kg的水平［1］。施肥和灌溉是蔬菜生产中两项重要的田间作业，肥料成本是生产成本的重要组成，灌溉水资源的利用与保护，关系到农业的可持续发展和生态保护。长期以来，蔬菜灌溉施肥模式的落后与肥料的过度滥用，不仅制约了我国蔬菜生产的长期健康发展，也导致食品安全危机、环境污染等一系列严重问题的产生。

广义的水肥一体化是指根据作物需求，对农田水分和养分进行综合调控和一体化管理，以水促肥、以肥调水，实现水肥耦合，全面提升农田水肥利用效率。狭义的水肥一体化是将肥料溶解在水中，借助管道灌溉系统，使灌溉与施肥同时进行，适时适量地满足作物对水分和养分的需求，实现水肥一体化管理和高效利用。研究表明，地表灌溉的利用率仅为45%，喷灌为75%，而滴灌高达95%，还可节约60%以上的肥料，节省80%以上的用工［2，3］。随着农业部对水肥一体化应用范围以及重视程度不断加大，蔬菜水肥一体化进程得到了有效推进。推广水肥一体化技术就是将灌溉施肥效益最大化［4］。

1　蔬菜高效灌溉的主要模式

一套典型的高效灌溉系统通常由首部枢纽、控制系统、供水管网及灌水器等组成。首部枢纽一般包括取水口、提水增压泵、过滤系统、施肥系统；控制系统包括电器控制柜或程序控制器、电磁阀或闸阀、传感器、控制线路等；供水管网包括总管、干管、支管和毛管；灌水器是整个系统末端的灌水装置，分为滴灌、微喷和喷灌系列［5］。

1.1滴灌

滴灌是按照作物的需水要求，通过整体式的滴灌带、滴灌管，将安装在毛管上的滴箭、滴头或者其他孔口式灌水器把水或者肥液均匀而又精准地滴入作物根系区附近土壤中的灌水方法。滴灌不会破坏土壤结构，可以使土壤内部水、肥、气、热等经常保持在适宜作物生产的良好状况，蒸发损失小，不产生地面径流及深层渗漏。由于具有精准、微量、可控等特点，滴灌系统是高效水肥一体化灌溉中应用最多的载体。

1.2微喷

微喷是利用折射、旋转或辐射式等微型喷头，或微喷带等灌水器，将水或肥液均匀喷洒到作物表面或根区的灌水形式，微喷的工作压力低、流量小，与滴灌一起均属于微灌范畴。按用途不同分为以灌溉和以调节小气候为目的2种，适用于所有适合叶面灌溉的蔬菜。

1.3喷灌

喷灌是借助专业的喷头将具有一定压力的水喷洒到空中，散成细密均匀的水滴后降落到地面或作物叶面的灌水方法。因材质不同，喷灌喷头通常有塑料、合金和全铜等类型；从喷洒角度上来分，有全圆和可控角喷头；从安装形式上通常分为移动式、半固定式和固定式喷灌系统。常用的摇臂式喷头喷洒半径可从几米到数十米。喷灌具有覆盖范围大、投资较低、安装使用方便等特点，广泛用于大面积种植的露天蔬菜基地。

1.4潮汐灌溉

潮汐灌溉是一种针对盆栽植物的营养液栽培和为容器育苗所设计的底部给水的先进灌溉方式。潮汐灌溉系统由营养液循环系统、控制系统、栽培床、栽培容器组成。该方式利用落差原理，实现定时给水与施肥。将种植盆置于营养种植槽内，营养液定期循环流动，需定期检测和调节营养液。

2　主要蔬菜适宜的高效灌溉模式

水为蔬菜的生长提供必要条件，水、肥、气、热等基本要素中，水最为活跃。蔬菜是需水量较大的作物，与其他农作物相比，蔬菜对水分尤为敏感。蔬菜生长期间灌水较为频繁，灌水及时与否对产量高低和质量好坏有明显影响［6］。

2.1根菜类

凡是以肥大的肉质直根为产品的蔬菜都属于根菜类。在我国栽培较多的有萝卜、胡萝卜、芜菁、根用芥菜，尤以萝卜和胡萝卜［7］栽培最为普遍。根菜类为深根性植物，并以肉质根为产品器官，主要根系分布在20～40 cm深的土层中，生产上多用种子直播，不耐移植，多露天栽培。这类蔬菜适宜的高效灌溉模式有滴灌和微喷。

②起宽垄栽植的根菜类因定植密度较大，该类蔬菜根系和叶片分布都很密集，以微喷最适。应用微喷时，灌水器可采用喷洒半径3 m左右的5429旋转微喷头，出水成细雨状。旋转微喷头最好采用组合布置，组合间距3 m左右，相互交叉补充，以提高灌水的均匀性。露天灌溉的微喷头可采用地插式安装，根据植株高度选用一定高度的地插杆，通过输水毛管连接管道和微喷头。温室栽培时，常采用倒挂的形式安装微喷头，输水管道借助温室结构铺设在温室顶部，不影响正常的其他作业，无需反复拆装。

2.2叶菜类

叶菜类蔬菜可细分为白菜类、甘蓝类和绿叶菜类，常见的有大白菜、菜心、甘蓝、花椰菜、小白菜［8］、生菜、菠菜等。叶菜类蔬菜的共同特点是根系浅，大部分分布在10 cm左右的土层中，吸收能力弱，一般栽植相对密集，生长周期最多几个月，植株矮小。露天季节性栽培已不能满足广大消费者的市场需求，温室大规模种植周年生产已经成为主流。叶菜类蔬菜的叶面积较大，水分蒸发量大，整个生长期对土壤湿度和空气相对湿度都有较高的要求，根据地形、栽培方式及土地租用年限，应选择不同的高效灌溉模式。

①露天大面积种植的叶菜类该类蔬菜适宜采用喷灌或微喷，均匀湿润根系层土壤。为减少对叶面的冲击，应用喷灌时，建议使用工作压力低、喷灌均匀度高的摇臂喷头，如3022双喷嘴摇臂喷头（喷洒半径7 m左右，流量0.7～1.0 m3/h），或选用H33高均匀度阻尼旋转喷头（喷洒半径11.0～14.3 m，流量0.66～1.94 m3/h）。对于叶片特别娇嫩的叶菜，如生菜、小白菜［8］，应采用微喷。灌水器可选用5429旋转微喷头，地插式安装以3 m左右的间距组合布置喷头，实现全面灌溉湿润。喷灌和微喷不仅可以满足小白菜等叶菜频繁均匀灌水的需要，还可以达到清洗叶面但不损伤嫩叶的效果。

②大规模设施栽培的叶菜类适宜采用微喷，选择倒挂形式安装。如采用5429旋转微喷头，通常6 m宽的大棚布置2排喷头，8 m宽的大棚可布置2～3排，喷头间距3 m左右；如采用5428雾化微喷头，则通常在每畦上方安装1排为宜，喷头间距1 m左右。叶面肥可结合微喷同时施用，如采用雾化微喷头，还可以实现水肥药一体化作业，省工省力、均匀高效。微喷应少量多次，控制灌溉时间，以防植株间温湿度过高，还可预防霜霉病和软腐病，减少蚜虫等虫害的发生。

设施规模化叶菜类蔬菜床植栽培，无论是基质育苗还是穴盘栽植，其共同特点是栽培容器的底部留有出水孔。若需要叶面灌溉，适宜采用悬挂式自走喷灌机，专为温室苗床栽培灌溉设计，喷灌机在悬挂于温室顶部的轨道上运行，进行灌溉作业，以减少对温室其他生产作业的影响；若只进行根部灌溉，可采用潮汐灌溉，采用潮汐灌溉方式的作物，其生长量明显优于人工浇灌方式，不但能降低坏疽叶和褶皱叶的发生，还可减少用水量达33%，提高水分利用效率达40%，同时，由于潮汐灌溉没有淋浴作用，还能减少氮素使用量达30%～35%，大大提高氮素的利用效率。

③气雾栽培的叶菜类绿叶菜气雾栽培采用雾化微喷灌溉，通常采用5427涡流雾化喷头，将营养液雾化，使其直接包裹于植物根系，达到气雾栽培的目的。由于水雾在空气中受到根系的遮挡及重力作用，较难均匀地喷洒到每一株植株根部，会造成作物长势不均，降低叶菜的品相。因此，在布置雾化微喷头时需要加大密度，尽量满足每株植株对水肥的需求，实现气雾栽培的高质高量。

关于气氛感，现象学抛弃了一比一比对的传统理性二分法，认为在客观对象、内意识、时间，乃至身体后面，总牵扯、勾连与垫衬着一个晕圈一样的背景场域，所以诸多物事背景中的淡晕、氤氲的气氛，自然得到呈现与关注。沿着这种思路，当今德国美学家吉尔诺特·伯梅(1937～)，提出了“气氛美学”观念，言明气氛是审美中感知者与感知对象互相对话融合的场域氛围，且依赖身体性在场的方式，感受到这种气氛。现象学美学家茵伽登论述文学作品在语音、意义、图式与意象四个复合层次之上，有统摄四者的“形而上质”，此“质”即是一种弥漫一切照亮一切的氛围;恰如本雅明所谓环绕艺术作品的“灵韵”。

2.3茄果类

茄果类蔬菜是指茄科以浆果作为食用部分的蔬菜作物，包括番茄［9，10］、茄子和辣椒［11，12］等。茄果类是我国蔬菜生产中最重要的果菜类之一，加之适应性较强，全国各地普遍栽培，具有较高的经济价值，温室大棚四季种植。茄果类蔬菜的共同特点是根系分布较浅，主要分布在30～50 cm的土层当中，根系密集，须根较多，再生能力较强，最适于育苗移栽。茎直立性或者蔓生，多支架栽培，营养生长与生殖生长同步进行。茄果类蔬菜灌溉要求既满足需水要求，又不能使空气湿度过大，空气湿度大不仅阻碍正常授粉，而且病害发生严重，因此最适宜的高效灌溉模式是滴灌。因栽培基质与种植方式的不同，需选择不同类型的滴灌灌水器。

①起垄宽窄行栽培的茄果类茄果类蔬菜多为有限生长型，起垄宽窄行栽培行距一般在50～60 cm、株距30～35 cm，根系区域宜采用贴片式滴灌带进行带状湿润。可每垄铺设1～2条滴灌带，使出水口朝上，滴头间距约30 cm。若进行覆膜栽培，可在育苗移栽时将地膜和滴灌带同时铺设好，在合适的进水位置安装文丘里施肥器或比例式注肥泵，以便实现水肥一体化。因茄果类蔬菜生长周期仅有几个月，采用滴灌带性价比高，回收方便，前期投入小，是茄果类蔬菜高效灌溉的一种良好方式。多年大规模种植茄果类蔬菜的种植户宜选用滴灌管。相对于滴灌带而言，滴灌管的管壁较厚，抗光降解、紫外线，耐压、耐候性好，使用寿命更长。若作无限型生产，也可采用滴灌管代替滴灌带，铺设方法一样，一次投入，长期受益。

②穴盘育苗后移栽基质栽培的茄果类1800系列滴箭作为滴灌中常用的一种灌水器，具有灌溉精准、出水均匀，且可以根据不同时段灵活调整滴水位置的独特优点，更加有利于实现精准化生产管理。一般采用单行布置，每垄铺设1条PE管，将单支滴箭插在蔬菜根系附近的基质中。此法成本投入较高，但可以确保植物根系最有效地吸收水肥，当通过穴盘育苗后移栽基质栽培时，可根据植株根系的生长情况来调节滴箭位置，并使不同位置基质中的养分均衡释放。利用此种灌溉方式，上海华御农业种植合作社高标准种植樱桃番茄，大幅提高了番茄产量和品质，产生了很好的经济效益。

2.4瓜类

瓜类蔬菜多为一年生攀缘性或蔓性草本植物，最常见的有黄瓜［13］、西瓜、甜瓜［14］、南瓜、苦瓜［15］、丝瓜等。其共同特点是根系入土浅，主要分布在10～30 cm的土层中，再生能力弱，吸肥能力差，故灌水、施肥需要少量多次。由于不断结果和采收，对营养元素需求量大。

①起垄种植的瓜类适宜的灌溉模式为滴灌，常用灌水器类型有滴灌带和滴箭。瓜类蔬菜的生育周期不足1 a，因此适合采用贴片式滴灌带进行灌溉。露地栽培通常起垄行植，开花结果后要搭架固定，因此，滴灌带应在幼苗移栽前铺设好，以免后期铺设损伤植株。铺设方法大体是每一小高畦上铺设2条滴灌带，即每行植株铺设1条，将滴灌带顺畦间铺于小高畦上，使出水孔朝上。滴头与作物主根宜错开5～10 cm，避免滴头长时间在主根位置滴水，造成烂根。在低温季节，可以在滴灌带上覆膜，覆膜具有保持土壤温度、减少水分蒸发、促进作物根系发育等优点。

②无土基质栽培的瓜类固体基质对水、气的通透性较强，使得瓜类蔬菜根系环境的水、气更易调节，更加有利于根系的发育。特别是在采用容器栽培时，应选用滴箭作灌水器进行灌溉。用长度可以定制的毛管从供水PE支管上引出即可，另一端连接滴箭，滴箭的安插位置具有极大的灵活性。由于无土栽培容器的高度不一且摆放的行株距不一致，此时滴箭可灵活安装和移动，适应性较强，以实现根部精准灌水施肥。

温室瓜类蔬菜行植与露天种植的滴灌模式相似，温室密闭性较高，应严格控制空气湿度，以防病害发生。

2.5食用菌类

食用菌含有丰富的蛋白质和氨基酸，其含量是一般蔬菜和水果的几倍到几十倍。随着技术的不断改进和更新，新品种不断增加，目前可不受地区资源条件的限制进行栽培。常见的食用菌有平菇、香菇、木耳等，其生长发育与环境的温度、湿度、pH值等因素密切相关。目前主要的培育方式有设施和露地2种，适宜采用微喷灌调节生长环境。

露地食用菌培育多数在林下进行，其遮荫、散射光充足，环境开阔，通风好，湿度其实是由水分蒸发转化而来的，所以同样需用微喷系统调节温度和湿度。适合选择5428雾化微喷头，采用地插式安装，地插杆有碳钢和塑料2种材质，高度不够时应配套延长套装。微喷头先向培育基质周围环境补充水分，通过水分蒸发进而调节湿度，促进出菇，避免高温高湿诱发链霉菌或过干使菇蕾枯萎死亡。温度适宜、光线适中，则菌肉厚、菇柄短、色深、质量好，抢占有利市场。

如在设施内（温室或工厂化栽培），宜采用雾化效果更好的5427涡流雾化喷头，根据栽培模式的要求，采用匹配密度和组合形式的方式安装。可以直接调控温室内空气湿度和温度。设施内采用雾化微喷系统，必须做好合适的通风和光照措施。

如果投资许可，可以采用高压弥雾系统，微米级的水雾可以在空气中悬浮，飘逸和扩散效果更突出，可有效调节空气的湿度、温度。在规模化设施内布置，设备数量比微喷要少很多，设备的隐蔽性要好，不会影响设施内光照等条件，还能增加空气中负氧离子含量。

3　蔬菜高效水肥一体化灌溉技术的发展建议

3.1存在的问题

虽然种植户科学灌溉施肥的理念有所提升，但我国蔬菜生产中肥水管理过程仍存在诸多问题。

①土壤次生盐渍化严重设施菜地土壤质量退化严重，已成为我国设施蔬菜可持续发展的制约瓶颈之一［16］。

②蔬菜复种指数高菜农缺乏节水节肥观念，年化肥用量高，肥料利用率低，不足30%［17］。

③蔬菜高效水肥一体化灌溉技术示范面积规模小，难以形成规模化管理传统的渠道输水、地面灌溉模式对农业水资源的分配、灌溉操作和灌溉系统控制都依赖人工劳作，不但费时费力，而且资源浪费严重，效率低下。随着水溶性肥料推陈出新，各种灌溉设备也在不断跟进，但依然存在工程项目设计方案不合理、设施设备不配套、系统老化和技术人员匮乏等诸多问题。

3.2发展建议

蔬菜高效水肥一体化灌溉技术是当前蔬菜生产的关键技术［18］，与地面沟灌相比，水肥一体化技术自动化程度较高，可以实现精确灌溉、精准施肥，具有省工、省肥、省水，增产、增收、增效，以及改善土壤及微生态环境、大幅减少农业面源污染等优点。水肥一体化灌溉模式还可以十分方便地配备土壤水分自动监测、电磁阀自动控制、远程信息传输等物联网控制设备，实现灌溉和施肥的自动控制甚至智慧控制，提高灌溉和施肥的及时性、有效性和简便性，进而促进农业生产的标准化、信息化和集约化发展。

高效水肥一体化灌溉技术符合我国国情、土壤墒情和农业现代化发展需求，在技术推广上应加强以下4个方面。

①研发关键技术和配套产品灌溉和施肥设备要质量可靠、使用方便。水肥一体化用肥要水溶性好、配方科学、价格适宜；灌溉施肥制度要针对性强、简便易行；土壤墒情监测要实时自动、方便快速。

②建立地方特色的水肥一体化模式在重点区域和重点作物上开展不同技术模式、水溶性肥料、灌溉设备、监测仪器等对比试验，摸索技术参数，建立具有地方特色的水肥一体化模式，提高针对性和实用性。进一步加强土壤墒情监测，掌握土壤水分供应和作物缺水状况，科学制定灌溉制度，全面推进测墒灌溉。

③加强技术示范培训依托区域示范基地建设，通过技术讲座、田间学校、入户指导等形式，逐级开展培训，为大规模推广应用奠定人才基础。加强对种植大户、合作社、家庭农场的扶持，由大户带动周边；项目规划设计保持完整；加强组织指导和设备运行过程中的维护。

④建立水肥一体化技术配套设施的财政补贴机制提高用于相关技术推广的费用额度标准，将补贴资金真正用到实处。

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Practlce and Development Suggestlons on Efflclent Technology of Water and Fertlllzer Synchronlzatlon Irrlgatlon for Vegetables LV Mingli1，2，ZHANG Rui2，HUANG Danfeng1

Water management is the critical factor to enhance the quality and yield of vegetables.This article summarized the four major efficient irrigation modes of vegetables in China，and analyzed the existing problems in technology of water and fertilizer synchronization irrigation，in addition，raised relative development suggestions.

Vegetables；Efficient irrigation；Water and fertilizer synchronization；Application

S365

A

1001-3547（2016）14-0031-05

10.3865/j.issn.1001-3547.2016.14.013

吕名礼（1975-），男，在读硕士，高级工程师，主要从事高效水肥一体化灌溉研究和应用，E-mail：irrigation@foxmail.com

黄丹枫，通信作者，女，教授，博士生导师，主要从事设施园艺工程与技术研究，E-mail：hdf@sjtu.edu.cn

2016-04-20