清远市水肥一体化技术应用分析

曾茜茜，陆世忠

［清远市农业科技推广服务中心（清远市农业科学研究所），广东清远511515］

水肥一体化又称水肥耦合，是一项集灌溉与施肥于一体的新农业技术，该技术借助一定的压力系统，将水肥混合液通过施肥装置和灌溉系统均匀、定量地输送到作物根系附近，实现水肥的精准利用与智能化管理。水肥一体化技术具有省心、省时、省工，节药、节水、节肥，增产、增收、增效等价值。目前，水肥一体化技术已在发达国家得到广泛应用：美国是世界上微灌面积最大的国家；以色列在果树、花卉和大田蔬菜等农业领域全面使用水肥一体化技术，使用面积占灌溉面积的1/2 以上，位居世界之首；水肥一体化技术在欧洲大多数国家发展迅速。近年来，水肥一体化技术在我国得到了广泛的推广，应用面积逐年增加，应用范围从华北地区扩大到西北旱区、东北寒温带和华南亚热带地区，应用的栽培模式涵盖设施栽培、无土栽培等，应用的作物包括大田经济作物、蔬菜、花卉等。

1 清远市水肥利用现状

清远市现有耕地面积25.67 万hm2，可供开发种植的坡度25°以下的荒地约10 万hm2，现有水果种植面积约6 万hm2，以柑橘、茶叶、水晶梨为主，枇杷、板栗、柿子、桃、火龙果等经济作物为辅。清远市年平均降水量在2 000 mm 左右，但由于时空分布不均，易发生季节性缺水和区域性缺水，部分地区还存在水源性缺水、水质性缺水和水资源利用率低等问题，农业发展面临水资源匮乏的危机。清远市是肥料消费大市，化肥年消费量在30 万t 左右，使用量大但利用率低，只有30%左右，远低于发达国家。农民科学施肥意识不强，存在过量施肥、偏施化肥、配方施肥不合理等不良施肥习惯，造成了施肥效益低、肥料流失严重、利用率低等问题。因此，发展现代农业要先转变农业发展方式，提高水肥利用率，改变“大水大肥”的不良习惯，变资源消耗型农业为资源高效利用型农业，实现农业可持续发展[1]。

2 存在的问题

2.1 未与农艺、农机相结合

建造水肥一体化设备的技术人员由于对水肥一体化技术缺乏系统认识，在建造时没有结合当地地形、种植作物、肥料使用等农艺知识，导致建造的设备操作复杂、功能闲置或无法使用、实用设计少，不符合实际应用需求，出现设备使用1～2年后报废、个别设备没有使用就报废的现象，造成资源浪费。

2.2 配套技术不健全

水肥一体化技术的售后服务包括设备的首部系统维护、田间系统维护、操作技术培训等方面，售后服务水平也会影响水肥一体化技术的推广应用。灌溉设备企业看重产品的生产和销售，但对售出的设备缺乏技术指导、售后服务不到位，进一步限制了水肥一体化技术的推广应用[2]。

2.3 农民认识不充分

水肥一体化技术通过精准施肥、灌溉，提高水肥利用率，减少由于不合理利用化肥带来的耕地质量下降和资源浪费，降低成本，提高农民收入。但清远市农民文化水平普遍不高，接受新事物的能力有限，仍习惯使用传统的施肥方法，限制了水肥一体化技术的推广应用。

2.4 缺乏资源整合

农业技术推广、农田建设、水利等部门均有支持水肥一体化技术应用的政策，但部门之间未进行资源整合，导致建造的设备质量参差不齐，出现部分设备建造简易、粗糙甚至重复建设等现象[3]。

3 不同模式的水肥一体化技术主要内容

经过不断实践、总结、优化水肥一体化系统设计方案，在吸收国内外先进技术的基础上，结合清远市经济作物种植特点、旱坡地特点、电力资源情况、种植面积和水源情况等因素，从首部系统、进肥系统、肥料池建造和控制系统4 方面对适用于清远市的不同模式水肥一体化系统进行总结分析。

3.1 首部系统

3.1.1 绿色环保的首部系统

在没有水电、落差高程20～30 m 的山坡地，可以设计应用绿色环保的水肥一体化技术首部系统，通过水源落差产生动力进行灌溉。应用此模式的耕地面积较小，一般为6.67～10.00 hm2。

3.1.2 一次加压首部系统

教学设计是教师在授课之前对教学目标、教学重点、教学难点及教学手段和教学内容的再三斟酌的过程。而现在小说教学的设计基本停留在对小说三要素的分析或是具体对小说某一段落的分析，教师的阅读教学理念还没有更新。这既不能使学生得到个性的发展，也使得高中语文教学的课堂单一化，毫无新意。例如对小说教学分为“三段式”——总分总的教学理念，或者是根据小说的开端、发展、高潮、结局“四步走”。小说教学对学生没有发挥任何的启发作用，不仅打消学生阅读学习小说的兴趣，教学效率也很低。

在坡度10°～25°、种植面积20～33 hm2、水源流量大和有三相380 V 电源的地区，可以应用一次加压首部系统，一次加压即可满足灌溉需求。连州市、清新区、英德市等种植柑橘、茶叶、水晶梨等经济作物的山地可推广应用此模式。

3.1.3 二次加压首部系统

在有220 V或380 V交流电源、可抽取地下水或其他水源的山坡旱地，或者坡度超过25°、一次抽水就会出现水源不能满足灌溉需求或压力不足问题，需要一级抽水到二级蓄水池，再由二级蓄水池提供水源到泵房，之后加压到水、肥同步灌溉设备再到灌区的地域，可以设计应用二次加压首部系统。有220 V 交流电源的地区应用规模在6.67 hm2以内，有380 V 交流电源的地区应用规模为20～33 hm2，清远市可发展此模式的耕地面积有2万hm2左右。

3.2 进肥系统

3.2.1 比例式进肥系统

比例式施肥系统需要一定的水压来推动工作，水源落差动力或泵动力把经一级叠片过滤器的肥料送到首部系统主管与水混合，可用于绿色环保的首部系统、一次加压或二次加压的首部系统。该系统的应用面积一般在6.67～10.00 hm2。

3.2.2 注肥泵旁路式进肥系统

注肥泵旁路式进肥系统主要部件有过滤器、电磁阀、注肥泵、止回阀、流量计、流量大小控制开关、压力监测及首部主管道旁路。该系统能满足面积在20 hm2以上的作物水肥需求。

3.3 肥料池建造

3.3.1 好氧式有机液体肥料池建造

好氧式有机液体肥料池建造一般采用混凝土或砖混结构，容积一般在50～100 m3，露天或在肥料池上搭个简易棚子遮雨，以牛粪为原料，通过好氧发酵生产有机液体肥料。然后将沤制好的有机液体肥料通过利用池与无机水溶性配方肥充分混合溶解进入首部系统，按一定比例混合进入田间滴灌系统。

3.3.2 厌氧式有机肥料池建造

厌氧式发酵池是密封式的，有进肥口与出肥口，容积在100 m3左右，把牛粪、羊粪、花生麸等原料通过厌氧式发酵制得有机液体肥。

3.3.3 牛尿等有机液体肥料池建造

牛尿有机液体肥料池一般由牛尿发酵池（30 m3）、牛粪水沤制发酵池（30 m3）、牛尿利用池（30 m3）组成。

3.4 控制系统

3.4.1 手动与自动控制系统

进水、进肥系统的开关、田间轮灌区开关、过滤器的清洗等都是通过球阀开启或人工操作，建设简单。首部系统的两级过滤器、抽水电机、进肥系统、田间电磁阀等都可通过首部泵房的电柜进行手动或自动（编程序方式）控制操作，节省人力。

3.4.2 物联网远程控制系统

整个灌溉区由一套变频电柜系统和一套物联网控制系统组成。变频电柜系统设有手动功能和自动功能，设自动功能时能通过物联网远程控制系统，利用手机APP 或电脑的GPRS 网络远程遥控首部开启或关闭灌溉程序。通过手机APP 或计算机可远程监测环境和土壤温度、土壤墒情等因子，通过远程录像可实时监测各系统运行情况、作物生长情况，当水池、肥料池水（肥）满或缺水（肥）时有自动关闭功能，可确保系统安全运行[4]。

4 发展措施

4.1 争取各级财政支持，推动水肥一体化实施

水肥一体化技术需要投入相关设备，建设成本相对较高，普通农户难以承担。为顺利开展水肥一体化技术推广应用，清远市应积极争取各级财政资金支持，拓宽融资渠道，整合社会力量推进水肥一体化[2]。

4.2 强化技术指导，重视设备维护

水肥一体化设备的实际操作者以农户为主，由于缺乏操作指导和技术服务，农户在操作过程中遇到问题难以及时处理，影响设备的使用。因此，政府部门和企业应根据实际情况做好技术指导，定期或不定期开展技术培训，将技术指导落实到农户[4]。此外，在水肥一体化设备应用过程中，由于设备维护不到位，时常会出现设备喷头堵塞等情况，影响设备的正常使用，因此企业应对设备进行定期维护、更新[5]。

4.3 设计方案要简洁、高效、绿色

设计推广方案要简洁、高效、绿色，要对建设地点的水源、地形、肥料来源、电力等情况进行详细调查，科学评估后因地制宜地设计出适合不同区域、不同作物的水肥一体化建设方案。

5 水肥一体化技术的应用效果分析

5.1 效益分析

5.1.1 经济效益

通过示范与推广，清远市应用水肥一体化技术的种植面积逐年增加。截至2020 年，累计推广水肥一体化技术应用面积2.05 万hm2，其中茶叶应用面积1 266.7 hm2，柑橘应用面积1 400 hm2，葡萄、水晶梨应用面积633.3 hm2，其他水果应用面积1 000 hm2。茶叶平均每667 m2增产15.0 kg，柑橘平均每667 m2增产150.0 kg，葡萄、水晶梨平均每667 m2增产107.5 kg，其他水果平均每667 m2增产25.0 kg。据相关统计，茶叶、柑橘、葡萄和水晶梨每667 m2分别节省人工成本365元、135元、160元、35元，具有良好的经济效益。

5.1.2 社会效益

通过项目的示范与推广，经营主体对水肥一体化技术的认识进一步加深、化学肥料施用量减少、科学施肥水平得到提高、传统的灌溉和施肥观念得到转变，这有助于化肥减量增效行动的推进和进一步提高肥料利用率。水肥一体化技术因其节水节肥、省时省工等优点受到农民的青睐，有利于解放农村劳动力、推进乡村振兴战略的实施、促进社会主义新农村的建设。水肥一体化的应用有利于发展绿色食品和有机食品，满足人们对绿色食品和有机食品的需要。

5.1.3 生态效益

1）提高水肥利用率。水肥一体化技术是将肥料溶解于水中并通过灌溉系统直接输送到作物根部附近，减少了肥料的淋溶损失和土壤固定损失，提高了水肥利用率。2）提高土地利用率。清远市利用山坡地种植经济作物的面积达10 万hm2，传统种植模式经营面积小、施肥技术落后，不能很好地解决水肥问题，不符合现代农业发展需要。通过实施不同模式的水肥一体化技术，有效提高了土地利用率。3）改善土壤理化性状。水肥一体化技术可以使土壤保持良好的理化性状，有效解决了沟灌、漫灌、畦灌造成的土壤板结等问题。4）减少农业污染。目前，我国单位面积施肥量居世界前列，肥料利用率却远低于发达国家，大量肥料没有被作物吸收利用，而是进入水体造成环境污染[5]。应用水肥一体化技术可将水肥精准输送到作物根部附近，避免了深层渗漏，减少了环境污染。同时，应用水肥一体化技术还可以提高作物对病虫害的抵抗能力，减少农药的使用，进一步保护环境。

5.2 推进化肥零增长行动

在茶叶种植上应用水肥一体化技术，将有望实现减施化肥100%，冬季只施用有机肥就能满足作物生长需要，解决由于多年大量施用化肥而造成的土壤板结和茶叶品质下降等问题。应用水肥一体化技术有助于推进化肥零增长行动，满足绿色农业、有机农业发展需要[6]。

5.3 使农业管理趋向标准化

大面积应用水肥一体化技术有利于实现农业管理标准化，达到节水、节肥、节成本和节人工的效果[7]。目前，清远市除柑橘、茶叶、葡萄、水晶梨等作物应用水肥一体化技术外，玉米、蔬菜、甘蔗等作物也适宜推广水肥一体化技术，有巨大的市场潜力。

5.4 实现物联网操作，智能控制

农业生产和信息技术的结合是新时代农业发展的趋势。基于物联网的水肥一体化系统，综合利用通信技术、智能控制和传感技术，实现自动化灌溉施肥、精准施肥，减少了水肥资源浪费，降低了人工成本，提高了系统的使用效益。

5.5 有机液体肥料利用与推广应用

以牛尿、花生麸等为原料制作的有机液体肥料具有来源广泛、成本低、不含重金属、绿色安全和中微量元素齐全等优点，配合其他水溶性配方肥，既有利于生产有机产品，又能满足其他作物生长需要。施用有机液体肥既能解决水肥一体化应用水溶性肥料问题，又能实现水肥一体化技术数字化，更有利于促进节本增效、提质增效、安全高效、资源节约和环境友好的现代化农业发展。