福建蔬菜水肥一体化配置和使用现状调查

张 青 栗方亮 曹榕彬 孔庆波*

（1 福建省农业科学院土壤肥料研究所，福建福州 350013；2 宁德市土壤肥料技术站，福建宁德 352100）

蔬菜作为生长周期短、需肥量较多的农作物，其经济效益较高，种植面积逐年扩增，2019 年福建省蔬菜种植面积57.98 万hm2，总产量1 437.32万t（福建省统计局，2020），在福建农业生产中具有举足轻重的地位。水肥一体化技术可有效控制灌水及施肥的数量和频率，及时满足蔬菜作物对水分及养分的需要，减少无效损耗，显著提高水分及养分利用效率，具有节水、节肥、高产和高效等优点，能够有效增加蔬菜作物的整体经济效益。王文军等（2018）研究表明，水肥一体化处理可以促进番茄植株对养分的吸收利用，在不影响番茄产量的前提下氮肥利用率提高了1.1%～4.1%。应霄（2020）研究表明，采用水肥一体化技术番茄产量增加11.66%，纯收益比常规施肥增加12.5%。胡卫静等（2019）研究表明，马铃薯水肥一体化全肥区处理比当地农民习惯施肥全肥区处理产量增加2 493 kg·hm-2，增幅9.07%，其研究结果与逯昀和刘毓侠（2017）的研究结果相似，马铃薯采用滴灌水肥一体化产量比习惯施肥增加49.07%。随着农业农村部出台“化肥农药使用量零增长”行动，全面推广水肥一体化，大部分菜农使用该技术都取得较好的效果，但有关蔬菜的水肥一体化配置及使用现状调查报道较少。本文选取福建省蔬菜种植具有代表性的地区，通过问卷调查和实地考察的方式，了解福建省蔬菜水肥一体化中出水方式、注肥设备及肥料使用等情况，进一步推进水肥一体化技术在蔬菜生产中的应用和落实情况，以期促进福建省蔬菜产业更快、更好地发展。

1 调查方法及内容

1.1 基本概况

福建省位于我国东南沿海，地理坐标为北纬23°33′～28°20′，东经115°50′～120°40′，全省土地总面积为12.14 万km2，海域面积为13.63 万km2，属中亚热带（闽西北）和南亚热带（闽东南）气候区，年均气温为19.7 ℃，年均降水量为1 504 mm，日照时数1 700～2 300 h。根据蔬菜生长发育的生态条件要求，各地的自然环境条件和历史栽培蔬菜品种的传统习惯，把福建省蔬菜生产划分为2个区域：沿海区域和内陆区域。沿海区域包括福州市、莆田市、厦门市、漳州市、泉州市、宁德市，内陆区域包括龙岩市、三明市、南平市。沿海区域主要蔬菜种类有番茄、黄瓜、菜豆（四季豆）、大白菜等；内陆区域中部分地区属于耐寒蔬菜种植适宜区，多种植花椰菜、茄子、萝卜、苋菜、普通白菜（小白菜）等。

1.2 调查方法

2018 年10—12 月采用随机抽样调查的方法，对福建省福州、厦门、莆田、泉州、漳州、龙岩、三明、南平、宁德9 个市的菜农2018 年度蔬菜水肥一体化设施及施肥方式进行调查。综合考虑蔬菜种植面积及所在区域，每市随机抽取2～3 个县，每县抽取2～3 个乡，每乡抽取2～3 个村，每村抽取5～8 户。发放调查问卷760 份，回收有效问卷643份，回收率84.6%。被调查菜农在地理位置、产量和管理水平等方面均具有代表性，具体分布情况为：福州67 户，厦门28 户，莆田62 户，泉州94户，漳州84 户，龙岩72 户，三明81 户，南平73户，宁德82 户。

1.3 调查内容

①沿海、内陆区域蔬菜种植基本情况（种植面积、施肥方式、栽培方式等）；②水肥一体化、过滤系统自动化程度；③水肥一体化设施配置及应用情况；④水肥一体化肥料选择及投入情况；⑤水肥一体化与常规施肥经济效益对比。

1.4 数据处理

采用Excel 2003 和DPS 软件对调查数据进行整理汇总及统计分析。

2 结果与分析

2.1 蔬菜种植基本情况

本次调查总面积为1 067.38 hm2，调查结果如表1 所示。福建内陆区域和沿海区域的蔬菜栽培类型主要有智能温室、连栋大棚、简易大棚、小拱棚、露地等，其中露地、小拱棚和简易大棚较为常见，占比分别为38.10%、33.12%和24.88%；而智能温室应用较少，占比仅为0.47%。小规模的种植经营方式仍是福建蔬菜生产的主体。同时，不同栽培类型的施肥方式也有所不同，常规施肥在露地栽培中占比相对较高，而水肥一体化更受设施栽培的青睐。在被调查的643 户蔬菜种植户中，使用水肥一体化的户数占调查总户数的77.60%，说明当前福建省蔬菜生产中水肥一体化技术已得到广泛应用。

表1 蔬菜种植基本情况

2.2 蔬菜水肥一体化及过滤系统自动化程度

目前福建省蔬菜生产中水肥一体化操作方式主要有手动、半自动、全自动、远程控制，过滤系统操作方式主要有手动、半自动、全自动。从表2可以看出，本次调查的菜农中手动操作进行水肥一体化作业的占比达67.33%，半自动、全自动和远程控制的占比分别为22.04%、8.02%和2.61%，其中露地、小拱棚和简易大棚栽培自动化程度较低，而智能温室和连栋大棚自动化程度较高。过滤系统的自动化程度与水肥一体化相似，手动操作的占比高达75.95%。说明当前福建省蔬菜生产中水肥一体化和过滤系统以手动操作为主，自动化程度普遍偏低。

表2 福建省蔬菜水肥一体化和过滤系统自动化程度

2.3 蔬菜水肥一体化设备配置及应用情况

水肥一体化的出水方式主要有膜下喷灌、滴灌、喷灌、喷水带和软管浇施等。从表3 可以看出，42.08%的菜农采用膜下喷灌，此种方式一次性投资较高，但节水、节肥、省工效果明显，小拱棚和简易大棚栽培应用膜下喷灌的较多，占比分别为60.00%和31.90%；16.83%的菜农采用滴灌，简易大棚、小拱棚和露地栽培应用较多，占比分别为51.19%、25.00%和14.28%；15.83%的菜农采用喷灌，露地和小拱棚栽培应用较多，占比分别为45.56%和43.03%；13.43%的菜农采用喷水带，露地和简易大棚栽培应用较多，占比分别为56.71%和38.80%；11.82%的菜农采用软管浇施，多在露地栽培中使用，占比为72.88%；智能温室和连栋大棚多采用滴灌或膜下喷灌。

表3 福建省蔬菜水肥一体化设备配置及应用情况

注肥方式主要有泵注式、泵吸式、压差式、文丘里式和重力自压式等。从表3 可以看出，大部分菜农采用泵注式和泵吸式，占比分别为34.87%和29.86%，主要应用于小拱棚、简易大棚和露地栽培；采用压差式、文丘里式和重力自压式的菜农占比分别为14.23%、10.62%和10.42%，压差式主要应用于小拱棚、简易大棚和露地栽培，文丘里式主要应用于小拱棚和简易大棚栽培，重力自压式大部分应用于露地栽培。

2.4 蔬菜水肥一体化出水方式及肥料使用情况

从表4 可以看出，采用喷水带方式每667 m2每次的用水量最多，达到3 000～6 000 L；其次是喷灌、膜下喷灌和软管浇施；而滴灌方式每667 m2每次的用水量最少，≤1 500 L。在施肥浓度方面，滴灌需稀释到0.2%～1.0%，软管浇施需稀释到0.5%～1.0%，膜下喷灌需稀释到0.2%～0.5%，喷灌和喷水带需稀释到0.2%～0.3%。5 种出水方式应用的蔬菜种类也有所不同，膜下喷灌主要应用于果菜类和根茎类蔬菜，比如茎用莴苣、茄子、黄瓜、番茄等；滴灌主要应用于果菜类蔬菜，如茄子、黄瓜、番茄、丝瓜等；喷灌主要应用于叶菜类和根茎类蔬菜，如苋菜、大白菜、蕹菜（空心菜）、胡萝卜、萝卜等；喷水带主要应用于花菜类和茄果类蔬菜，如花椰菜、茄子、黄瓜、番茄、丝瓜、苦瓜等；软管浇施应用范围较广，如黄瓜、苋菜、马铃薯等均有应用。水肥一体化采用的肥料一般要求在田间温度下能够溶解于水且溶解度高、溶解速度快、肥料沉淀少，不易堵塞管道和出水器的水溶性肥料，主要分为单质型和复合型等。5 种出水方式中使用较为普遍的单质型水溶肥主要有尿素、尿素硝铵、硝酸铵、碳酸氢铵、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵、氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、硫酸镁、硝酸钙等，但由于其N、P、K 养分单一，菜农多方考虑也会选择复合型水溶肥。不同出水方式对肥料的水溶性要求也不尽相同，滴灌对肥料的水溶性要求最高，喷灌次之，因而滴灌、膜下喷灌和喷灌使用单质型水溶肥的比例较高，占比分别为93.33%、95.23%和81.01%。而软管浇施和喷水带则因为出水孔径偏大、不易堵塞等特点，菜农出于经济方面的考虑多选择使用较易溶于水的复合肥，占比分别达到62.38%、62.07%。

表4 福建省蔬菜水肥一体化出水方式及肥料使用情况

2.5 蔬菜水肥一体化与常规施肥的N、P、K 用量及产量对比情况

从表5 可以看出，9 种蔬菜常规施肥和水肥一体化施肥的N、P、K 比例相近，均是氮、钾肥施用比例较高，磷肥施用比例较低。水肥一体化因其可以少量多次施肥、省肥省工的特点使两者在N、P、K 投入量上存在差异，在产量相近的情况下，水肥一体化比常规施肥氮肥用量减少了17%左右、磷肥减少了9%左右、钾肥减少了14%左右。采用水肥一体化的蔬菜产量增加了21.99%～29.90%，说明采用水肥一体化技术可以普遍减少N、P、K的投入量，提高蔬菜产量，具有明显节肥、增产的效果。

表5 福建省蔬菜水肥一体化与常规施肥的N、P、K 用量及产量对比

2.6 蔬菜水肥一体化与常规施肥的经济效益对比情况

从表6 可以看出，采用水肥一体化技术虽然减少了肥料的总投入量，但由于水溶性肥料的成本较高，造成肥料成本增加50%左右，同时还会产生水肥一体化设备折旧成本，而灌水成本和人工成本明显降低，加之蔬菜产量增加（表5），最终9 种蔬菜水肥一体化处理的经济效益比常规施肥增加32.12%～50.80%。

表6 福建省蔬菜水肥一体化与常规施肥的经济效益对比 元·hm-2

3 讨论与结论

大量研究结果表明，水肥一体化技术可以实现水分和养分在时间上的同步和空间上的耦合，有效解决传统施肥方式水肥供应不协调和耦合效应差的弊端，可以明显提高养分和水分的利用效率，同时也有助于降低蔬菜的养分流失量（Hagin &Lowengart，1995；Agrawal &Agrawal，2007；Zotarelli et al.，2009；孟亮 等，2017；王浩翔 等，2020）。本调查结果表明，福建省蔬菜生产中采用水肥一体化技术可以减少肥料投入量，氮肥减少了17%左右、磷肥减少了9%左右、钾肥减少了14%左右。Hussein 等（2010）研究表明，温室番茄滴灌施肥处理比常规施肥处理增产19.9%和23.7%。霍晓兰等（2017）的研究也表明，露地番茄种植采用滴灌施肥技术较常规沟灌处理增产25.93%～27.45%。本调查结果与上述研究结果一致，采用水肥一体化技术比常规施肥处理蔬菜产量增加了21.99%～29.90%。

本调查结果表明，采用水肥一体化技术可明显提高各种蔬菜作物的经济效益，9 种蔬菜水肥一体化处理的经济效益比常规施肥增加32.12%～50.80%。福建省蔬菜生产的主要类型是露地栽培，其次是小拱棚和简易大棚栽培，三者分别占调查总户数的38.10%、33.12%和24.88%；643户菜农中，采用水肥一体化的占比为77.60%，说明福建省蔬菜生产水肥一体化普及率较高，但相关设备设施较落后，自动化程度普遍较低。调查中还发现，部分水肥一体化设施存在出水均匀性差、使用寿命短、容易破损等问题。

4 存在问题及对策建议

福建省蔬菜生产水肥一体化技术存在的主要问题：第一，自动化程度普遍较低。在采用水肥一体化的499 户菜农中，水肥一体化和过滤系统使用手动操作的占比分别为67.33%和75.95%，需要大量的劳动力，由于近年来用工成本的逐渐增加，实现自动化是大势所趋。第二，肥料的粗放使用阻碍了水肥一体化技术的应用推广。大多数菜农由于价格因素放弃使用方便且符合蔬菜生长营养需求的复合型水溶肥，转而选用复配的单质型水溶肥和廉价的普通复合肥料。复配的单质型水溶肥价格较低但配制过程复杂，菜农多根据生产经验自行配制，缺乏科学正确的配比导致经济效益提升十分有限。普通复合肥料由于原料选择粗放、制备过程中往往加入不溶于水的粘结剂以便形成颗粒，导致其在水中溶解性较差，常常因肥料堵塞管道问题导致应用该技术的失败。而菜农为了应对这一问题，多采用软管浇施和喷水带的出水方式，这些方式自动化程度较低、费工费时，阻碍了水肥一体化的进一步推广与发展。

针对上述问题，提出以下解决方案：第一，完善相关设备设施，减少用工成本，如采用成本较低的单片机自动水肥一体化控制技术，在无人值守的情况下，将浇水、施肥、管道冲洗等流程控制融入自动化水肥一体化技术，减少滴灌管道堵塞的发生率。第二，开发低成本的水溶性复合肥，提高菜农收益，将更有利于水肥一体化技术的推广。