马铃薯水肥一体化技术规程

2021-11-29江景涛杨然兵李俊良李晓波杨文卿

农业工程 2021年7期

江景涛，杨然兵，张健，李俊良，李晓波，杨文卿

(青岛农业大学机电工程学院，山东青岛 266109)

0 引言

水肥一体化技术凭借节水、节肥、增产和环保的优势，在我国农业中得到迅速发展。水分和养分的合理供给和平衡供应是保证作物健康生长、提高产量的关键因素。标准的水肥投入比例是马铃薯中间管理环节的关键技术。虽然目前市场上有诸多先进的水肥一体化设备，但是由于缺乏技术规程，在实际的生产中仍然存在许多的不合理操作，造成水肥浓度不均匀、系统运行不稳定和系统使用寿命减少等。基于此，本规程结合实际的生产需求，阐述了智能马铃薯水肥一体化系统的术语和定义，制定了智能马铃薯水肥一体化系统的设施要求、硬件系统操作规程、软件系统操作规程、播种和设施维护等，为广大马铃薯种植用户提供了合理的技术参考[1]。

1 规范性引用文件

以下引用的文件对于本规程的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本规程。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规程[2]。

GB 4285《农药安全使用标准》；GB 5084《农田灌溉水质标准》；GB/T 8321《农药合理使用准则(一)—(九)》；GB/T 10002.1《给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》；GB/T 10002.2《给水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管件》；GB/T 13664《低压输水灌溉用硬聚乙烯(PVC-U)管材》；GB 18133《马铃薯种薯》；NY/T 391《绿色食品产地环境技术条件》；NY/T 393《绿色食品：农药使用准则》；NY/T 394《绿色食品：肥料使用准则》；NY/T 496《肥料合理使用准则通则》；NY 525《有机肥料》；NY 1106《含腐植酸水溶肥料》；NY 1107《大量元素水溶肥料》；NY/T 1276《农药安全使用规范总则》；NY 1428《微量元素水溶肥料》；NY 1429《含氨基酸水溶肥料》；NY 2266《中量元素水溶肥料》；NY/T 2624《水肥一体化技术规范总则》；NY/T 5010《无公害农产品：种植业产地环境条件》；NY5221 《无公害食品薯芋类蔬菜标准》。

2 术语和定义

2.1 微灌

微灌是指利用微灌系统，将灌溉水输送、分配到田间，通过灌水器以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术。

2.2 水肥一体化

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，实现水肥耦合的技术，可全面提升农田水肥利用效率。该项技术通常需借助于微灌系统，将灌溉和施肥结合起来，以微灌系统中的水为载体，在灌溉的同时进行施肥，实现水和肥一体化的利用和管理，使水和肥料在土壤中以优化的组合状态供应给作物吸收利用[3]。

2.3 农家肥料

农家肥料指含有动植物残体和排泄物等生物物质的肥料，它们不会对环境和作物产生不良影响。农家肥料在制备过程中，必须经无害化处理，以杀灭各种寄生虫卵、病原菌和杂草种子，去除有害有机酸和有害气体，达到相关卫生标准[4]。农家肥料主要包括堆肥、沤肥、灰肥、厩肥、沼气肥和饼肥等。

2.4 商品有机肥

商品有机肥指主要来源于植物和(或)动物，施于土壤，以供植物营养为其主要功能的含碳物料，其氮、磷、钾3种养分的总含量在5%以上，有机质含量在45%以上。

2.5 水溶肥料

水溶肥料指易溶于水的肥料，经水溶解或稀释后，用于灌溉施肥、叶面施肥、无土栽培和浸种蘸根等用途的液体或固体肥料，包括大、中、微量元素及含腐植酸、含氨基酸等类型[5]。

3 操作规程

3.1 主机启动前规程

3.1.1 系统运行前的准备

运行前需要检测系统是否按照设计要求安装到位，检测系统的水肥一体化主机和各种显示仪表是否正常，重点检测主管道上的压力表和肥料浓度传感器的物理连接是否可靠牢固，检测输水管道是否正常，对损坏和漏水的管段进行修复替换。

3.1.2 检测水泵与电机

检测水泵与电机所显示的电压频率是否与供电电压相符，检测电机外壳是否可靠牢固，是否有漏油现象。

3.1.3 检测过滤器设备

设备运行之前，重点检测自动反冲洗叠片过滤器和自动反冲洗砂石过滤器与主管道的连接是否可靠，检测自动反冲洗控制器是否启动正常，以确保过滤器可以进行延时反冲洗。

3.1.4 检测母液桶

检测母液桶零部件是否与水肥一体化系统连接可靠牢固，查看母液桶中是否存在上次未使用完的肥料，以及是否有藻类等物质的产生，若有藻类等固体物，在设备运至吸肥之前，必须清除，防止堵塞水肥一体化系统。

3.1.5 检查供电柜

检查供电柜是否有电线松动，接地保护是否正常，绝缘漆包线是否有脱落。

3.2 设备使用操作规程

3.2.1 水泵启动规程

在水泵启动之前，首先关闭总阀门，并打开准备灌水的管道上所有的排气阀门，然后启动水泵向主管道中缓慢地注水，启动后观察设备运转是否正常，是否有异常声音，在确认正常启动的情况下，开启控制田间灌溉的所有主管道阀门。在设备进行正常的运转后，观察压力表的数值是否正常，并且到田间巡回检查灌区支管道、毛管道及灌水器是否有漏水卸压现象[6-7]。

3.2.2 灌水系统操作规程

首次使用水肥一体化系统时，必须进行管道冲水冲洗，禁止在系统首次运行时进行混肥操作。冲水前应该开启排污阀门和进排气阀，关闭所有的控制阀门，在冲水时，应重点观察排气装置是否正常排气，防止因排气装置工作不良而导致的混肥效果不佳，管道冲洗结束后应缓慢关闭泄水阀们[8]。在单次水肥混合灌溉结束后，要对管道系统进行冲洗，清除掉残留在各级管道中的肥料，在各级管道清洗结束之后，应充分排净水分，把堵头回装。在初次灌水时，由于土壤团粒疏松，水滴容易直接顺着土块空袭流到沟中，没有在土壤的横截面横向湿润，所以要短时间、多次、间歇性地灌水，让土壤横截面形成毛细管，促使水分向横向分散。

3.2.3 混肥操作规程

在混肥时，要保证吸肥器和出水过滤器畅通，文丘里施肥器开始吸肥时观察三条吸肥通道的流量计数值是否发生变化，如遇到堵塞，应该及时清洗，在施肥过程中，当肥料桶内的肥料即将吸干时，应关闭吸肥通道，防止气体进入泵体产生气蚀[9-10]。

3.2.4 施肥方法操作规程

电机开始启动后，管道正常供水，压力稳定后，吸肥泵调整压力，开始注肥，注肥时需要操作人员照看，随时观察压力的数值变化和吸肥量变化，观察此时的注肥压力是否比主管中的压力稍微大一点，保证肥料可以顺利地进入主管道中，但是过大的主管道压力会引起肥料的倒流。单次灌溉施肥结束之后，再灌10 min的清水，把主管道内残留的肥料送达植物的根部[11]。

3.2.5 灌溉时间规程

在利用水肥一体化系统灌溉时，通过恒压供水系统控制水压力，压力保持在0.20～0.35 MPa的灌溉稳定性效果最佳。灌溉时间选择上午和下午，此时经过滴灌后低温可以快速地回升，滴灌时间根据马铃薯不同的生长周期进行适宜地调整，经过测定，在高温季节滴灌20 min，可以降低6～8 ℃[12]。

3.2.6 灌水器清洗规程

每到3～4次混肥灌溉结束之后，要进行灌水器的清洗，需要把滴灌带末端的堵头打开进行彻底的冲抵，防止固体小颗粒的肥料累积堵塞滴头，若只进行灌水操作则不需要清洗。

3.3 灌溉系统操作规程

3.3.1 手动控制程序操作规程

手动控制程序可以人为进行管道内水压力、滴头流速等调整，并且与手机APP同步。在手动程序控制中，水压力要与吸肥速度关系协调。使用手动控制时，需要时刻关注主管道压力表和吸肥通道的压力表是否在正常的范围之内。若在混肥模式下，手动控制模式切换成自动控制模式，此时不可以强制给水肥一体化系统断电，以免造成电磁阀门的不正常启动，降低水肥一体化系统的使用寿命。

3.3.2 灌区时控程序操作规程

灌区时控程序，可以人为设定时间，计时器自动计时，时间达到后，中央处理器会进行动作控制其他灌区的电磁动作，若想人为改变灌溉时间，在电磁阀动作之后，切换到手动控制模式中选择灌区，设定灌溉时间即可，不可人为操作灌区的物理阀门。若人为进行阀门的启停，会导致多个灌区同时灌溉，此时需要重新进入灌区时控操作程序，重新设置灌区时控时间[13]。

3.3.3 轮灌模式程序操作规程

轮灌模式程序会自动控制多个地块进行轮灌作业。在计时器结束之后，自动开启电磁阀，若想改变轮灌地块，需要切换到手动控制程序进行地块的选择，切勿直接进行人为的物理干预。

3.3.4 参数设置程序操作规程

参数设置程序操作过程，主要包括文丘里的吸肥速度设定、吸肥浓度设定、EC值上下限数值设定和误差范围数值调整等操作[14]。在设置参数值时，要充分结合当前配置的水管压力和滴头流速，切勿在短时间内频繁地进行水肥浓度的调整，如单次变更的水肥浓度调整变化数值较大，混肥循环管道会暂时关闭，通过闭环系统逐步提升水肥浓度，此时主管中没有肥料，吸肥管道的流量计显示为零，不能强制给水肥一体化系统断电，等浓度达到标准数值之后，水肥主机开始重新混肥。

3.3.5 手机APP远程操作规程

所有的操作均可通过手机APP进行。在使用手机远程APP时，要特别注意主管道、吸肥管道上的压力表和流量计是否在合理的范围之内。观察土壤墒情采集站采集到的土壤湿度是否发生变化，EC数值是否发生变化，以此判断水肥一体化系统是否正常运行。若匹配有田间摄像管理系统，通过手机APP移动端观察水肥主机是否正常启动，是否出现异常。

4 设施维护操作规程

4.1 过滤器

为了保证水肥一体化系统的稳定运行，供水系统应根据灌溉水源类型及水质情况，选用自动反冲洗砂石过滤器+自动反冲洗叠片过滤器、自动反冲洗砂石过滤器+自动反冲洗网式过滤器、离心过滤器+自动反冲洗叠片过滤器、离心过滤器+自动反冲洗网式过滤器等两级系统[15]。为保证过滤器的稳定工作，宜选用带有反冲冼装置的过滤器作为过滤设备，若没有反冲洗功能，则应定期拆出过滤器的滤盘进行清洗，以保持水流畅通。经常监测水泵运行情况，一般过滤器前后压力相差应在10～60 kPa，若压力超过70 kPa，表明过滤器已被堵塞，应尽快清洗过滤盘片[16]。

4.2 滴灌带

滴灌肥液前先滴清水5～10 min，肥液滴完后再滴清水10～15 min，以延长设备使用寿命，防止肥液结晶堵塞滴灌孔。发现滴灌孔堵塞时，可打开滴灌带末端的封口，用水流冲刷滴灌带内杂物，以使滴灌孔畅通[17]。

4.3 动力设备

电动机在启动之前，检查三相电源的接头接线是否牢固可靠，电机外壳的接地线是否可靠等。电机应经常除尘，保持干燥清洁，若在使用量比较频繁的时间段，定期对电机进行检查。

4.4 细小部件

水肥一体化系统是一套精密的灌溉设备。许多的部件为塑料制品，在使用过程中要注意多个操作步骤密切配合，不可以用力过猛地扭动各个旋钮和开关，在打开各个容器时，主要细小的部件要按照原来的样子[18]。

水肥一体化系统的使用寿命与保养程度有很大关系，保养的好，水肥浓度配比精准，设备噪声小，运行稳定，效益越持久。

5 马铃薯种植技术

5.1 产地环境

5.1.1 田块选择

应选择排灌方便、土层深厚、土壤结构疏松、中性或微酸性的砂壤土或壤土。产地环境质量应符合NY/T—391或NY5010的规定。

5.1.2 灌溉水源

灌溉系统水源必须清洁、无污染，水质应符合GB 5084的相关要求。

5.2 品种选择

选择符合GB18133—2012质量要求的一级种(G3)以上级别种薯。常用品种有荷兰7号、东农303、荷兰15号和鲁引1号等。种薯一般选择脱毒种薯，所选种薯要表面光滑、种芽健壮、大小均匀、无病虫危害、无腐烂和无破损[19]。

5.3 种薯处理

5.3.1 切种

切块时充分利用顶端优势，螺旋式向顶端斜切，最后按顶芽一分为二或一分为四，以每块35～40 g为宜，并要保证有1～2个以上健全的芽眼。切块的整个过程都要注意切刀的消毒，防止切刀传染病害，当切刀切到病薯时应及时淘汰病烂薯，并立即用0.1%高锰酸钾或75%酒精清洗刀片，两把刀交替使用[20]。

5.3.2 拌种

选用70%甲基托布津2.5 kg+科博2.5 kg均匀拌入100 kg滑石粉成为粉剂，或选用70%甲基托布津4.0 kg+72%的农用链霉素1.0 kg均匀拌入100 kg滑石粉成为粉剂，拌10 000 kg薯块。

5.3.3 催芽

晾干刀口后放在温度为18～20 ℃的室内采用层积法催芽，待芽长到2～3 cm时，放在散射光下晾晒，芽绿化变粗后即可播种。

5.4 整地施肥

选择土壤肥沃、地势平坦、排灌方便、耕作层深厚、土质疏松的砂壤土或壤土，土壤理化性状良好，土壤pH值5.5～7.5。前茬作物收获后及时将田间作物残体，特别是病叶、病株清除处理，尽早深耕，耕深20 cm以上，并在冬季冻垡、晒垡，播前细耙两遍，耙实耙透，达到耕层细碎无坷垃、田面平整无根茬，上虚下实，地面平整[21]。

每667 m2施腐熟的农家肥3～4 m3、硫酸钾型三元复合肥(N-P2O5-K2O为17-6-22)70 kg作基肥。农家肥于旋耕时翻耕入土，复合肥在旋耕时施入一半，另一半在播种时随播种机一起施入。