水肥一体化智能灌溉技术在油橄榄上的应用

张海平，邓煜

(陇南市经济林研究院油橄榄研究所/陇南市油橄榄科技创新团队，甘肃 武都 746000)

油橄榄 (OleaeuropaeaL. )属于木犀科、木犀榄属常绿小乔木，原产于地中海沿岸国家，是世界著名的木本食用油料树种[1-2]，橄榄油就是将其鲜果采用离心冷榨的纯物理工艺制成的果汁油，长期食用能增强消化系统功能，减少心血管疾病的发生，促进骨骼发育，是食用油脂中最有益于人体健康的植物油。橄榄油不但 是欧美人的主要食用油，其工业用途也十分广泛，是酿酒、饮料、医药、日用化工、纺织印染、电子仪表等行业的重要原料、添加剂或润滑剂，被誉为“液体黄金”。我国大规模引种栽培油橄榄始于20世纪60年代，目前以甘肃、四川、云南种植面积最大，并逐步发展到重庆、陕西、湖北、湖南、浙江、江苏、广东、贵州、安徽等省部分地区，全国现已发展油橄榄8 万 hm2[3]。

我国是水资源严重紧缺的国家之一，油橄榄主产区水资源普遍短缺,尤其是白龙江干热河谷区和金沙江流域，这一区域气候干燥，降雨量小、时空分布不均，大部分油橄榄栽在半山丘陵地带，加上灌溉设施和方法落后，造成水分利用率低，水分供需矛盾突出，严重制约油橄榄产业的高产、高效发展，如何合理高效利用有限的水资源，降低管理成本，对保证油橄榄持续健康发展有着十分重要的意义，而应用水肥一体化智能灌溉技术是解决这一问题的有效途径。

1 水肥一体化技术概况

水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术，是现代农业生产中最重要的一项综合管理技术措施，具有显著地节水、节肥、节能、省工、高效、环保等诸多特点和优点。它起源于无土栽培的发展。随着滴灌技术的发展，水肥一体化技术在世界范围内得到快速推广应用。目前，在一些水肥一体化技术发达的国家(如以色列、美国、澳大利亚、西班牙、荷兰等)，已形成了完善的设备生产、肥料配制、推广和服务的技术体系。其中以色列在水肥一体化技术领域处于全球领先地位。国家“十二五”规划明确提出发展节水农业，节水农业的核心是水肥一体化，而水肥一体化的核心是滴灌，滴灌作为最理想的节水灌溉方式，可直接作用于植株根部，再配以首部控制系统可达到精确施肥和灌水，能显著提高肥料和水分的利用率，大量节省劳力，施肥速度快，效率高。显著地增加产量和提高品质[4]。

随着水肥一体化技术的不断发展，在地中海沿岸国家的油橄榄园中水肥一体化技术被全面应用，并成初始建园的必配。滴灌是以色列人所发明，以色列也是滴灌技术最发达的国家[5]，他们每年都在推出新的滴灌技术与设备， 已形成世界瞩目的灌溉与施肥一体化、精准化的成功运行模式，其油橄榄种植也广泛使用水肥一体化技术。现由以色列NETAFIM公司生产的不同流量的滴灌设备可满足不同作物安全可靠地精准化灌溉。

我国水肥一体化技术水平相对较低，普及程度也不高，而在油橄榄园中的应用，尚处于起步阶段，只在个别企业的油橄榄园中得到应用，且水平不高。由于我国油橄榄园大多地处山坡，灌水、施肥极为不便。推广水肥一体化技术是解决这一问题的有效途径。

2 水肥一体化智能灌溉技术

2.1 水肥一体化智能灌溉系统

水肥一体化智能灌溉系统以智能自动控制系统为中心，包含施肥系统，供水首部系统，过滤系统，管道系统，压力保护系统，田间首部系统，滴灌系统，智能自动控制系统。通过执行PC端人为设定程序，各系统在智能控制器的协调下共同运作，完成水源增压，过滤，调压，计量，注肥，输送，灌溉等过程。该系统的核心部件是自动施肥机和滴灌系统，它们是保证精准灌溉的关键。

2.2 工作原理

水肥一体化智能灌溉系统是利用可编程控制器连接田间灌区的电磁阀，来分别控制各灌区的施肥和灌水，电磁阀的控制连接分无线和有线两种方式。施肥时施肥机上的吸肥通道，将肥料罐中配好的营养液用肥料泵注入灌溉管道，连同灌溉水一起适时适量地施给作物。工作原理为在一定压力下，注肥泵产生的吸力，使文丘里管道产生虹吸效果将肥料桶内的液体肥料吸入混肥管道中，根据水表的流量按照设定的母液倍数进行混肥，各种肥液在调节流速下按比例吸入，控制系统检测注肥口下游的EC/pH 值，通过控制文丘里管道泵(电磁头)的开启关闭频率，调节混合的均匀度，再输送至灌溉主管道内，直至通过灌水器抵达作物根部或叶面。施肥过程实际上是一个正弦曲线图，控制器通过设置的EC值来调节吸肥量，管道中营养液的EC值超过设定值文丘里管道泵(电磁头)则关闭，反之则开启，这样最终的施肥量就能无限接近设定值，实现自动精准施肥的目的。

实现精准施肥和灌水的另一个关键因素就是选择适宜的灌水器。由以色列NETAFIM公司生产的PCJ压力补偿型管上式滴头(流量4 L/h)和PC压力补偿滴灌管(间距为0.4 m、流量为2.0 L/h)最适宜油橄榄的灌溉。管上式滴头适合山地传统橄榄园的灌溉，滴灌管适合平地集约化栽培橄榄园的灌溉。滴头采用迷宫流道，增加了抗堵性能；滴头内装有压力补偿硅胶片，当管道内水压达到滴头工作压力时，内置压力补偿硅胶片则开启，即使在较大的压力偏差范围内依然可以保持流量精准均衡。具有压力差分专利技术的压力补偿系统，能够实现在不同的进口压力(在建议的工作压力范围内)条件下的均一流量，保证了水、肥的精确分布。这样的设计能够满足水肥一体化灌溉的精准性，管上式滴头可以按照需求设定安装位置，在毛管上打孔进行安装。油橄榄可按照每颗树2个滴头，前后各一个滴头进行安装，滴头装好后将毛管直接铺设在树下地面上。滴灌管按照树行进行铺设，在树的两边各一条。灌水时，智能控制器通过执行PC端计算机人为设置的灌水程序，通过控制田间电磁阀在各系统的相互协作下共同完成灌水过程。

3 水肥一体化智能灌溉技术在油橄榄上的应用效果

以陇南市油橄榄研究所大堡油橄榄试验园为例分析水肥一体化智能灌溉技术在油橄榄上的应用效果。该试验园面积是1.73 hm2，传统灌溉方式一般为人工管灌，施肥方式为人工撒施。引进水肥一体化自动灌溉系统后，效果显著，具有明显的节水、节肥、省工、增产等优点。下面分别就应用水肥一体化自动灌溉技术后在省工、节水、节肥、增产等方面的效果进行对比分析。

3.1 节省劳力

大堡油橄榄试验园在安装水肥一体化智能灌溉系统前，每年施肥至少2次，施肥工价5元/株；灌水通过人工管灌，全年需灌水6次，工价1元/株·次；全园核心区域26亩，共1600株树，灌水和施肥人工费为17600元，每亩需人工费677元。应用水肥一体化系统后全园施肥和灌水一个人即可轻松完成，全园只需人工费4000元(其中施肥3000元、灌水1000元)，每亩只需154元。由此每亩可节约人工费523元。节约人工达77%。运用水肥一体化技术一个人可管理500亩橄榄园，如果面积足够大，则节省劳力更加显著。在施肥灌溉困难的丘陵山地，还可大幅度减轻劳动强度。

3.2 节水

传统灌溉方式为人工管灌，大堡橄榄园在本项目实施前采用1.2寸塑料管逐株浇灌，每颗树浇足浇透需用时5 min，经测试管道流量为600 L/h，则每颗树需灌水180 kg，要把全园1600株树全部浇灌一遍至少需要16天。

大堡油橄榄试验园水肥一体化自动灌溉系统管上式滴头灌水定额72 kg/株，比传统管灌减少灌水108 kg，每亩节水3240 kg, 节水达60%，按2元/m3，全年灌水6次计，每亩全年节约水费38.9元。滴灌属精细化灌溉，只灌到有效区域，相比传统灌溉水分流失小，水分利用率更高。

3.3 节肥

大堡油橄榄试验园传统施肥方式为人工撒施，每年施肥量为磷肥1.5 kg/株，油橄榄专用肥1.0 kg/株，共需化肥2.5 kg/株，全园1600株需化肥4000 kg。应用水肥一体化技术后，施用的是水溶性肥料，按照油橄榄关键期需肥规律，全年共施肥5次，施肥量1.08 kg/株，全园只需1728 kg。经对比用水肥一体化灌溉系统进行施肥比传统施肥方法减少施肥量1.42 kg/株，全园减少施肥量2272 kg,节肥56.8%。灌溉施肥可直接将养分输送到根部，肥料是水溶性肥料，吸收率利用高。而传统施肥方式施肥量大，吸收利用率低，会造成土壤富营养化和土壤污染，不利于环保。

图1 节约成本占比

3.4 增产

经对大堡油橄榄试验园进入盛果期的成年树进行产量测定，在安装水肥一体化自动灌溉系统之前，平均亩产为289.9 kg(2012～2015年)，安装水肥一体化自动灌溉系统之后亩产达到387.7 kg(2016年)，增产。由此应用水肥一体化自动灌溉系统后增产效果明显，投入使用后增产33.74%。

综合来看，应用水肥一体化自动灌溉系统后，节约人工77%，节水60%，节肥56.8%，增产33.74%(如图1)。由此则节约人工最明显，该套系统可满足66.7 hm2橄榄园的灌溉，如面积足够大，则节约人工成本将更加显著。

4 存在的问题

国产水肥一体化智能灌溉系统普遍设计不够精密，关键器件的规格不够全面、普适性差、设备精度较低、水肥施用量难以控制，无法达到水肥浓度精确配置和控制的目的。进口设备虽设计精密，运行安全可靠，设备精度高，但价格昂贵、操作复杂，需专业的技术人员才能操作。现水肥一体化自动灌溉系统严重依赖进口，应加快高质量水肥一体化自动灌溉设备国产化的研制步伐，降低成本。

在推广应用方面，水肥一体化智能灌溉技术适合于规模化种植，只有种植规模足够大才能降低单位面积的成本投入，且面积越大经济效益越显著。当前我国油橄榄主产区种植模式大多是家庭种植为主，推广该项技术有较大难度。只有通过资源整合，土地流转，连片集中管理，才适于推广。而水肥一体化智能灌溉系统一次性投资大，需政策扶持才能大范围推广。

在使用过程中，应加强油橄榄不同生长时期的需肥需水规律的研究，结合气象数据，制定科学合理的灌溉制度，施肥时应按照油橄榄叶片营养诊断技术来施肥，按照缺啥补啥的原则，进行科学精准施肥，减少化肥的施用量，科学高效地灌溉。

5 水肥一体化智能灌溉技术在油橄榄上的发展前景

水肥一体化智能灌溉技术作为一项先进的农业管理技术，由于其诸多优点已成农业发展的趋势。我国油橄榄一级适生区普遍存在干旱少雨、水资源缺乏的问题，产业发展需投入大量劳动力，是造成产业效益低的主要原因，大力发展水肥一体化自动灌溉技术是解决这一问题的有效途径。传统种植模式需耗费大量劳力，而该项技术在节约人工方面效果最明显，如面积足够大，节约人工可达90%以上，在目前劳动力成本日益紧缺的情况下，推广水肥一体化自动灌溉技术能够极大地解放劳动力，降低人工成本。有专家认为：水肥一体化技术的大面积推广，将推动中国农业从传统农业向现代化农业转变。国家“十三五”规划提出化肥零增长，倡导水肥一体化技术的推广。中央一号文件多次提出：大力推广节水技术，全面实施节水灌溉行动。要抓住机遇，积极发展水肥一体化智能灌溉技术，尽快实现油橄榄种植的现代化变革，实现我国油橄榄可持续发展。