水肥一体化技术

将灌溉与施肥融为一体，实现水肥同步控制的农业新技术为水肥一体化技术，又称为水肥耦合、随水施肥和灌溉施肥等。水肥一体化是利用压力系统（或者地形的自然落差），根据不同土壤性质和其养分含量情况、不同作物的需肥特点和不同生育期对水和养分的需求进行设计，将可溶解的固体或者液体肥料与灌溉水一起，通过可控管道系统供应水分和肥料。灌溉水和肥料相互融合后，定时、定量、均匀地湿润蔬菜根系，使土壤保持疏松和适宜的水肥量。

水肥一体化设备

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水肥一体化设备主要由滴灌系统和施肥器组成。

1.1 滴灌系统

滴灌是按蔬菜对水分需求，通过低压管道系统与安装在毛管上的灌水器，将作物需要水和养分通过液滴形式均匀缓慢滴入蔬菜根系土壤。滴灌系统一般由水源、首部控制枢纽、各级输水管道和滴水器组成。

①水源 泉水、水库、渠道、江河和湖泊等都可以成为滴灌系统的水源，但是水质需要符合灌溉水的要求，水中的含沙量和杂质较少。

②首部控制枢纽 首部控制枢纽是全系统的控制调配中心，一般包括水泵、动力机、过滤器、施肥罐、控制与测定仪表和调节装置等。常用的水泵有潜水泵、离心泵、深井泵、管道泵等。

电动机和柴油机都可以作为动力机。若水源的自然水头达到滴灌系统压力需求，水泵和动力机则可以省去。过滤设备有离心过滤器、砂石过滤器、筛网过滤器、叠片过滤器和拦污栅等，河流等水质较差的水源需要建设沉淀池。流量和压力测量仪表有压力表和水表等。安全保护装置一般有控制器、传感器、电磁阀、水动阀和空气阀等。调节装置包括各种阀门，如闸阀等。

③输水管道包括干管、支管、毛管以一些调节设备，干管和支管一般为硬质塑料管，毛管为软塑料管。

④滴水器是滴灌系统中最重要部分。在一定的工作压力下，通过流道或孔口将毛细管中的水变成滴状或细流状均匀施入蔬菜根部土壤。通常分为滴头、滴箭、滴灌管和滴灌带等。

1.2 施肥器

在滴灌系统中向压力管道加入可溶解肥料的设备及装置被称为施肥装置。为防止堵塞，肥料罐一般安装在过滤器之前。

①差压式施肥装置也被称为旁通施肥罐，由储液罐、进水管、供肥液罐、调压阀等构成。其优点是省时省事、成本较低；缺点是随着罐里肥料减少，肥料的浓度降低，稳定性比较差，需要定时添加肥料。

②文丘里施肥器 将文丘里施肥器和滴灌系统或者灌区入口处的供水管道控制阀门并联安装，使用时将控制阀门关小，使控制阀门前后有一定的压力差，利用水经过文丘里管产生的真空吸力，将肥料溶液从较宽的肥料桶中均匀吸入管道系统进行施肥。其优点是不需要外加压力；正常系统流量条件下，吸肥量始终保持恒定；体积小、质量轻；可以同时吸取多种肥料或者加倍吸肥量。其缺点是压力损失较大，一般用于灌溉面积较小的菜田。

文丘里施肥器

③重力自压式施肥法 在种植地将储水罐架高，肥料溶解于水中，利用高水位势能压力将肥料液体注入系统，适用于面积比较小的保护地。

④泵吸施肥法目前应用较多，是利用离心泵将肥料溶液吸入管道系统进行施肥，适用于任何面积的施肥，尤其是地下水位较浅的地区。优点是结构简单、操作方便、施肥速度快，不需要外加压力，在水压恒定时，可以按比例施肥；缺点是水源的水位需要高于泵入口10 m，且施肥时需要专人看管。

⑤泵注肥法泵注肥法利用加压泵将肥料溶液注入有压管道，注入口可以在管道上的任何位置，通常泵产生的压力必须大于输水管道的水压，否则肥料难以注入。其优点是劳动效率高，操作方便，施肥速度和浓度均匀，肥料浓度更容易控制；缺点是需要单独配置施肥泵。

⑥比例施肥器是目前最常用的施肥器，主要是水动注肥泵，将浓度较高的溶液（肥料和农药等）按照一定比例注入母液。其优点是不需要电力驱动，采用水力驱动，可以按照精确的比例添加液体。

比例施肥器

水肥一体化优点

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2.1 灌溉水利用率高

一方面灌溉水以水滴的方式进入土壤，地面不会出现径流，减少了水分在蔬菜植株间的损失，土壤水深层渗漏很少，减少了无效的田间水量损失；另一方面，灌溉水进入管道后就是一个全程封闭的系统，提高水分利用率，减少灌溉水量。

2.2 提高肥料利用率

水肥一体化中水分和肥料直接输送到蔬菜根系部位，可以保证养分被蔬菜根系快速吸收。由于湿润的范围仅在根系集中的地区，可以提高肥料利用率，从而减少肥料施用量。

2.3 节省劳动力

传统的灌溉施肥需要挖穴或开沟，施入肥料后进行灌水，需要大量的人力。而水肥一体化技术，实现了水肥同步管理，从而节省了大量劳动力。

2.4 控制施肥量

根据作物的需肥规律进行施肥，灵活、方便、准确地控制施肥量和施肥种类，实现精确施肥。

2.5 减轻病害

设施蔬菜的土传病害会随水流传播，采用水肥一体化技术可以有效控制土传病害的发生，降低大棚内的温度，从而减轻病害。

2.6 保护环境

水肥一体化技术通过控制灌溉深度，减少化肥淋洗至深层壤量，从而避免土壤和地下水的污染。

水肥一体化技术的局限性

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水肥一体化技术前期的投资比较大，同时对肥料的溶解度要求比较高，所以进行快速大面积的推广应用比较困难。

作者

基金项目：国家重点研发计划项目（2016YFD0201008）

李迪，华中农业大学资源与环境学院

谭启玲，通讯作者，华中农业大学资源与环境学院

信息来自《长江蔬菜》2017年11月上半月刊