水肥一体化技术的应用现状及发展研究

刘晓亮

(哈尔滨市阿城区亚沟街道办事处，哈尔滨 150321)

0 引言

滴灌技术是目前应用最为广泛的田间节水灌溉技术，可以显著提高水分、养分利用效率，实现精准灌溉与施肥[1]。水肥一体化技术是在地下滴灌的基础上[2]，利用施肥装置将液态肥料等随水分直接输送到作物根区土壤，提高植株根系对水分与肥料的吸收效率，可以有效促进农作物植株的生长，使农作物达到丰产增收，农产品质量有所提升[3-4]。

国内外针对水肥一体化技术的研究正在逐渐深入，对不同的地理环境、土壤类型及不同种类的农作物都进行了相关试验研究。本研究通过对目前水肥一体化技术对土壤环境、根系生长及作物产量、品质的作用机理进行系统地分析，讨论该领域存在的问题，并总结未来水肥一体化技术研究趋势，为进一步提高农业用水效率、优化农业生产模式，促进高效、节约、可持续发展的现代农业生产技术提供研究基础。

1 水肥一体化技术的概念及发展现状

1.1 概念及优势

水肥一体化技术，是在滴灌技术的基础上，将水分、肥料定量、精准地输送到作物根部土壤，实现精准灌溉施肥。通过机器的内部压力调节，可以将液体以不同流量或者不同速度灌溉进土壤，是目前最为节水、应用最为广泛的一种节水灌溉技术，特别是极度干旱的地区，应用水肥一体化技术可以极大程度地节约水资源、提高化肥利用效率、保护生态环境，对于农业生产绿色、可持续发展具有重要意义。

1.2 发展现状

1.2.1 水肥一体化技术对土壤环境的影响

参与土壤有机质分解过程的主要是真菌和细菌，真菌分泌水解酶成为有机物并加以利用成为作物生长和繁殖所需的营养物质。真菌的生存活动所产生的空隙，便是细菌的生存空间，大分子的有机物便通过真菌与细菌的共同转化下，变成农作物所需的小分子物质。传统灌溉技术会导致土壤出现水滞现象，进而导致土壤含氧量降低[5]，土壤微生物的数量和活性会下降，有机质的分解也会下降，不能为作物提供足够的氮、磷、钾等营养物质。相关研究均表明，采用水肥一体化技术，提供土壤微生物代谢活动及作物生长所需的水分及养分可以改善土壤微生物菌群，提高土壤酶活性，改善作物生长的土壤环境。相关研究结果如表1所示。

表1 水肥一体化技术对土壤环境的影响

1.2.2 水肥一体化技术对作物生长的影响

与传统灌溉技术相比，水肥一体化技术下作物根系长度更长，根系活力更强，根系吸收面积更大；另一方面，加气溶液中可溶性糖含量、根系活力及谷氨酰胺合成酶、谷氨酸草酰乙酸转氨酶和谷氨酸—丙酮转氨酶活性均高于对照，相关研究结果如表2所示。

表2 水肥一体化技术对作物生长的影响

2 水肥一体化技术应用选择

2.1 灌溉系统类型的选择

水肥一体化技术按照灌溉模式分为滴灌、微喷灌、喷灌、地下滴灌、渗灌等灌溉方式。目前，使用最为广泛的灌溉类型就是滴灌和微喷灌。微喷灌方式主要应用在行距较小的作物当中，例如，采用农业大棚种植的各类蔬菜等作物。滴灌方式主要应用在行距较大的作物当中，例如，茄果类、瓜果类等作物。对于大田作物种植来说，以喷灌应用最为广泛。

2.2 水肥一体化系统设计的注意要点

2.2.1 管径控制

根据灌溉作业的土壤面积、灌溉强度，采用专业的计算方法为灌溉管道计算其管径大小，在设计灌溉管道时，要充分考虑到水肥的流通性，观察水肥停留在管道内部的情况，如果存在滞留现象，就要尽可能的减少水肥在管道中的停留量，在满足所有要求的前提下，缩小灌溉管道的直径。

2.2.2 提高设计均匀度

水肥一体化技术在实际应用中需要保证水肥喷洒的均匀性，为了在节省水肥投入的同时提高工作效率，保证水肥灌溉的均匀度。相关部门也出台过相关标准要求，要求微灌均匀度至少达到80%以上，水肥一体化技术下的灌溉水肥均匀度需要达到90%以上。

3 应用中存在的问题

3.1 规划设计存在缺陷

水肥一体化技术作为一项技术系统工程，首先要做好系统规划，但是多数安装人员没有重视工程规划问题，直接按照相关要求进行田间管道布置，导致其在规划设计建立后，会发现各种难以解决的问题，轻则修理，重则需要重新搭建，严重影响了水肥一体化作业的工作效率。

3.2 认可程度低

由于水肥一体化技术属于新推广使用的灌溉技术，部分人员对其相关知识了解较少。大部分地区农业生产方式还停留在传统方式中，农业生产落后地区对于新事物的学习能力较弱，知识水平不高，在学习了解新型灌溉技术时，多数存在抵触心理，因此对水肥一体化技术使用的认可度不高，导致水肥一体化技术难以大面积推广应用。

3.3 操作维护保养不重视

水肥一体化设备运用于农田灌溉作业后，需要对其进行定期维修检测保养，但是大多数工作人员对该类检测维修保养工作重视程度低，不能对水肥一体化系统进行定期的保养与维护，造成机械设备在运行过程中出现各种作业故障，如设备管道渗水、灌溉水压不稳、过滤器出现问题等情况，影响田间农业正常生产。

4 发展趋势

水肥一体化技术下土壤、水、肥多相流在土壤中的输送规律，对养分循环转化及土壤养分供应的影响，作物根系空间构型对土壤水分、养分吸收利用的影响、作物同化产物的建成机制上存在一定的缺口。同时，水肥一体化技术应用过程中施肥量梯度的调节与定量供给、不同土壤下土壤养分动态模型等这些都成为水肥一体化技术应用和灌溉智能化系统设计及其推广的重要因素。因此，未来水肥一体化技术可通过进一步精准调控水肥而向可持续灌溉和精准灌溉的方向发展。

5 结论

关于水肥一体化技术对于改善农田生态环境、提高水肥利用效率、促进作物生长发育的影响越来越清晰、然而在一些相关研究中还存在一些弊端和不足，水肥一体化技术下对土壤——作物之间的调控机理的认知受到一定的限制。本研究首先对水肥一体化技术的内涵及优势进行系统阐述，针对目前水肥一体化技术在国内外的应用现状提出水肥一体化技术未来的发展趋势及研究重点，以期为提高水肥一体化技术的工作效率及应用范围提供技术参考与理论借鉴。