肥水一体化系统的研究与在烟草上的推广应用

张二朋 王维超

（1.郑州在田农业科学技术研究院，河南 郑州 450018；2.许昌市烟草公司襄城县分公司，河南 许昌 461000）

肥水一体化系统的研究与在烟草上的推广应用

张二朋1王维超2

（1.郑州在田农业科学技术研究院，河南 郑州 450018；2.许昌市烟草公司襄城县分公司，河南 许昌 461000）

肥水一体化系统是当前节水农业的重要模式之一，文章介绍了郑州在田农业科学技术研究院研究开发的一套肥水一体化系统，并简要介绍了该系统的示范推广效果，总结了肥水一体化系统的优势和存在的问题，并对以后发展和推广提出了一些建议。

肥水一体化；推广应用；烟草；节水灌溉

肥水一体化技术是将灌溉与施肥融为一体，肥料溶解于水中随灌溉水输送到作物根区的农业新施肥技术[1]，和常规栽培管理技术相比具有省肥节水，省工省力，降低田间湿度，减少田间作物病害，减少对环境的污染，增产增效等优点[2，3]。目前，在一些发达国家如以色列、美国、澳大利亚等国家已经形成了完善的设备生产，肥料配制，推广和服务的水肥一体化灌溉施肥技术体系[4]，世界总应用面积超过1亿亩。然而，我国的有关的设施灌溉技术的推广应用还处于起步阶段，还存在着灌溉技术和施肥技术脱离，灌溉施肥工程管理水平低，灌溉施肥研究和技术培训不足等主要技术攻关问题[5]。

农业部办公厅关于《水肥一体化技术指导意见》要求以科学发展观为指导，紧紧围绕现代农业发展目标，按照转变农业发展方式、建设生态文明要求，突出重点区域和主要作物，确定主推技术模式，创新工作方法，着力推进水肥一体化技术本土化，轻型化和产业化。郑州在田农业科学技术研究院经过长期研究开发出了一套通过对田间土壤信息、农田环境信息的自动化采集，运用精准灌溉技术和无线网络传输技术、计算机技术等，实现灌溉施肥过程的自动化和智能化的肥水一体化技术体系，严格有效满足作物需水需肥的同时又能节水节肥，保护环境。

1 肥水一体化系统简介

图 1 肥水一体化系统模式图

该肥水一体化系统是由郑州在田农业科学技术研究院设计，以现代农业科学为依据，结合计算机工业控制技术中的ZigBee无线传感器网络的自动控制滴灌系统，实时监测植物土壤湿度、土壤盐分、环境温度和光照的变化，通过无线网络将传感器信号反馈，结合传感器融合技术和农作物植株生长周期等信息对滴灌动作做出精确判断，实现高效地施肥节水一体化自动灌溉。

硬件部分主要包括工业控制计算机、单片机、Zigbee无线传输设备、A/D数模转换电路及开关量控制模块、土壤湿度传感器、土壤盐分、空气温湿度、水流量计、田间控制单元等部分。

传感器信息显示采集到的土壤水分、土壤盐分、水流计算量、大气等综合信息，用户可根据相应的信息制定自动、手动、半自动灌溉计划。在灌溉过程中，当泵和相映单元的阀门打开时，操作界面即产生泵、阀、水流等即时效果。泵和阀门的控制将由未开启是的红色变为绿色，并有水流动的即时效果产生，入遇到阀门或泵未打开，则不会产生水流效果，泵和阀成红色或黄色，并在告警区域显示告警，如遇告警请查看对应单元的泵阀的状态。

系统安装设计了360度高清红外球机，可对植株页面进行远程实时观测，并在巡航当中进行页面的近距离单株拍照，并将正常植株的页面和受损植株（病虫害）的页面进行对比、分析、编号，当受损植株比例大于系统预设植株时产生预警信息。

图 2 肥水一体化操作界面

2 肥水一体化的推广应用

2.1 肥水一体化系统示范试验情况

郑州在田农业科技研究院的肥水一体化系统示范试验田位于河南许昌襄县，试验作物为烟草，示范面积200亩。

肥水一体化施肥特点：

2.1.1 肥料溶解与混匀。施用液态肥料时不需要搅动或混合，一般固态肥料需要与水混合搅拌成液肥，必要时分离，避免出现沉淀等问题。

2.1.2 施肥量控制。施肥时要掌握剂量，注入肥液的适宜浓度大约为灌溉流量的0.1%。例如灌溉流量为50m3/亩，注入肥液大约为50升/亩；过量施用可能会使作物致死以及环境污染。

2.1.3 灌溉施肥的程序分3个阶段。第一阶段，选用不含肥的水湿润；第二阶段，施用肥料溶液灌溉；第三阶段，用不含肥的水清洗灌溉系统。

2.2 肥水一体化示范效果

2.2.1 节水节肥肥水一体化系统灌溉是局部灌溉，灌水量是常规大水漫灌的30%-50%；由于肥料直接作用于作物根部，作物养分利用率高，比常规施肥节省肥料10%左右，减少了水肥的浪费。由于节水的特性，保证了干旱年份产量的稳定性，减轻了生产风险。另外可根据作物不同生长时期对水分养分的不同需求，调整相应的参数，真正达到按需分配。

2.2.2 对生长发育和病虫害的影响。肥水一体化系统的示范烟田的叶面增大，根系增强，烟株长势良好（图3，表1）。示范区的烟叶花叶病和黑胫病比对照区分别减少了4%和3%，说明肥水一体化系统可以减轻烟草病害的发作（表2）。

图 3 肥水一体化系统示范区烟草生长状况

表 1 肥水一体化示范区与对照区不同生育期烟株地上及地下部农艺性状

表 2 示范区与对照区烟草花叶病和黑胫病发病情况

2.3 节能省工

肥水一体化灌溉平均每亩浇灌时间为0.5小时且1人即可操作，而传统大水漫灌为2小时，需要2个人进行。灌水的同时可适当随水施用部分化肥、农药，由于垄间缺水，限制了杂草的生长，减少的除草压力大大节省了人工和农事操作时间，得到了广大种植户的一致好评。

2.4 社会效益和生态效益

在烟草种植过程中，减少了肥料的大量施用，控制了灌水深度，可避免将化肥淋洗至深层土壤，从而大大减少由于不合理施肥、过量施肥等对土壤和地下水的污染。肥水一体化系统在当地烟农中得到了良好的反响，许昌烟草公司对此非常满意，并受到国家烟草专卖局的赞扬，因此，坚定了烟农种好烟的信心，产生的良好社会效益已经显现。

3 肥水一体化系统目前存在的问题及发展建议

3.1 对水质，肥质，肥料的水溶性、配肥技术要求较高，而有机肥、有机液肥很难通过肥水一体化系统施入土壤，极易堵塞毛管和喷头。技术服务不到位，对各地的施肥制度优化、施肥设备的开发和水溶肥料在肥水一体化系统中的应用缺乏必要的研究经费和展示施肥平台。

3.2 农户计算机操作水平较差，如何开发一个便于农户学习操作的计算机操作界面或者自动化控制面板，对于肥水一体化系统的应用推广具有重大意义。

3.3 全国烟田管理缺少系统的信息化管理，使肥水一体化系统在推广过程中缺少相应的数据支撑，难以实现精准的施肥灌水操作，导致水肥的利用效率不能达到理想效果。

3.4 构建推广机制

充分发挥行政推动作用，整合行政管理、推广机构、科研教学单位、生产供应企业、农民合作社等力量，形成系统推广方案。积极争取各级政府的支持，利用相关项目资金，扶持、引导、以推动肥水一体化的推广工作，并充分发挥当地土肥站的优势，强化服务意识，提高专业技术水平和服务指导能力，发挥肥水一体化系统在肥料利用上的热点。

3.5 注重宣传引导

充分利用报纸、杂志、广播、电视、网络等多媒体形式，为肥水一体化系统营造发展氛围，广泛宣传肥水一体化技术增产增收、资源节约的效果及典型案例，营造社会各界广泛关注、共同支持肥水一体化技术发展的良好氛围。

[1]周彩珍，熊飞.大棚青黄瓜水肥一体化栽培技术[J].农家科技，2013（4）：55.

[2]Bar-Yosef B.Advances in Fertiga⁃tion[J].Advances in Agronomy，1999，65: 1-77.

[3]Hagin J，Lowengart A.Fertigation for minimizeing environmentalpollution by fertil-izers[J].Fertilizer Research，1996，43: 5-7.

[4][5]张承林，邓兰生.水肥一体化技术[M].北京：中国农业出版社，2013.

S435.72

A

1671-0037（2014）12-80-2

张二朋（1987.7-），男，硕士研究生，研发中心主任，研究方向：植物营养。