水肥一体化技术的现状与效益分析——以呼和浩特市和林格尔县为例

苏 林

(内蒙古春源水务科技有限公司，内蒙古 呼和浩特 010000)

水资源是基础性的自然资源和战略性的经济资源，是经济社会发展的重要支撑，是生态与环境的重要控制性要素，是一个国家综合国力的重要组成部分。我国是一个水资源短缺的国家，水资源总量为3.1万亿m3(2020年数据)，位居世界第六位，但人均占有水量仅为2 194m3(2020年数据)，已接近国际严重缺水标准(人均水资源量2 000m3)，被联合国列为13个贫水国家之一[1]。同时，作为一个农业大国，由于绝大多数农业生产活动都离不开水资源，故此我国总用水量中农业用水量占比较大。截至2020年底，我国农业用水占全国总用水量的 62.1%。据统计，我国灌溉用水的利用率为56.5%，远低于以色列、美国等国家。我国耕地总量占世界的9%，但所耗用的化肥总量却占世界的35%[2]。自20世纪90年代化肥广泛施用以来，我国化肥施用总量从1990年的2 590.3万t增加到了2020年的5 250.7万t，是世界上化肥施用量最多的国家，然而化肥的平均利用率仅为 40.2%，远低于世界先进水平[3]。目前这种水、肥资源高消耗、低效率的生产方式已经严重制约了我国农业的可持续发展。

为了全面提升农田水分生产效率和化肥利用率，近些年来，国家大力倡导发展水肥一体化技术。2017年中央一号文件《中共中央国务院关于深入推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能的若干意见》指出：“加快开发种类齐全、系列配套、性能可靠的节水灌溉技术和产品，大力普及喷灌、滴灌等节水灌溉技术，加大水肥一体化等农艺节水推广力度。”[4]“实施国家农业节水行动，加快灌区续建配套与现代化改造，推进小型农田水利设施达标提质，建设一批重大高效节水灌溉工程。”[5]“实施区域化整体建设，推进田水林路电综合配套，同步发展高效节水灌溉。”[6]“如期完成大中型灌区续建配套与节水改造，提高防汛抗旱能力，加大农业节水力度。”[7]“发展节水农业和旱作农业。”[8]同时2016年4月19日，农业部办公厅印发《推进水肥一体化实施方案(2016—2020年)》，为水肥一体化技术的实施与推广明确了指导思想和具体任务。

1 水肥一体化技术简介

相较于传统大水漫灌施肥方式的水、肥资源浪费问题，水肥一体化技术是利用管道灌溉压力系统，将肥料按土壤养分含量和作物种类的需肥规律与特点配兑成肥液同灌溉水一起，同时进行灌溉与施肥，有效地满足农作物对水分和养分的需求，实现了水肥同步管理和高效利用的现代化农业技术。

1.1 水肥一体化技术优势

1.1.1 节约水资源。传统大水漫灌方式的灌溉用水在输送途中产生浪费，而水肥一体化技术主要采用滴灌、微喷灌等方式进行灌溉，通过管道浸润作物根系，减少水分的下渗和蒸发，从而提高水分利用率。

1.1.2 提高肥料利用率。水肥一体化技术将液体肥料溶解后输送到植物的根部，与传统施肥方式相比有减少肥料挥发、流失的特点，而且实现了集中施肥和平衡施肥。

1.1.3 提高农作物产量与品质。水肥一体化技术使作物可以按需获得水肥资源，其果实果型饱满，并且果实品质可以得到明显改善。

1.1.4 节省劳动力。传统的大水漫灌方式，每次施肥时，需要开浅沟，施肥后再灌水。而水肥一体化技术可以实现水肥同步管理，在减少人工开沟、施肥及灌水费用支出的同时节省了时间及劳动力。

1.2 水肥一体化技术现状

相较起步于20世纪初、中期的美国、以色列等国家，我国的水肥一体化技术起步较晚，20世纪70年代才由墨西哥引进滴灌设备并建立试验田，开始研究将相关技术运用于农业当中。

表1 2010年-2019年我国灌溉情况

进入21世纪10年代，我国节水灌溉面积占比逐年上升，水肥一体化技术也随之按照“以水带肥、以肥促水、因水施肥、水肥耦合”的技术路径，根据不同地区气候特点、水资源现状、农业种植方式及水肥耦合技术要求，在东北、西北、华北、西南、设施农业和果园六大区域，以玉米、小麦、马铃薯、棉花、蔬菜、果树六大作物为重点，大面积推广应用，但目前与一些先进国家相比还存在一定的差距[9]。

2 呼和浩特市和林格尔县水肥一体化技术实施效益分析

呼和浩特市是内蒙古自治区首府，位于内蒙古中部的土默特平原，北依阴山，南滨黄河，全市共辖4区4县1旗，总面积1.72万km2，人口347万，水资源总量匮乏，地下水储量偏低，属于干旱地区。为了减少水资源浪费，推广节水技术，按照国家、自治区的统一安排、部署，呼和浩特市积极推广实施水肥一体化技术。下面以推行较为广泛的和林格尔县玉米种植为例分析水肥一体化技术的实施效果(数据来源：内蒙古自治区农牧业技术推广中心2020年和林格尔县玉米种植数据)。

2.1 能耗对比分析

如表2所示，2020年和林格尔县共种植玉米约50万亩，其中应用水肥一体化技术的约40万亩，大水漫灌的约10万亩。水肥一体化技术模式每亩耗电量约为20kW，大水漫灌模式约为每亩25kW，水肥一体化技术比大水漫灌每亩节约用电5kW，电耗下降20%；水肥一体化技术模式每亩耗水量约为150t，大水漫灌模式约为每亩240t，水肥一体化技术比大水漫灌每亩节约用水90t，用水量下降37.5%；水肥一体化技术模式每亩使用约180元肥料，大水漫灌模式每亩约200元，水肥一体化技术比大水漫灌每亩使用肥料下降10%；水肥一体化技术模式每亩播种约需10h，大水漫灌模式每亩约为15h，水肥一体化技术比大水漫灌每亩播种时间节省5h，省时33.3%。

表2 2020年和林格尔县种植玉米水肥一体化与大水漫灌能耗对比

综上所述，水肥一体化技术模式比大水漫灌模式消耗能源较少，对环境污染较小(施肥量小)，且能节约种植时间。

2.2 成本、收入及利润对比分析

如表3所示，水肥一体化技术模式每亩成本为535.76元，大水漫灌模式每亩成本为607.2元，水肥一体化技术比大水漫灌每亩成本少71.44元，运用水肥一体化技术可使每亩成本降低11.77%；水肥一体化技术模式每亩单产950kg、收入1 900元，大水漫灌模式每亩单产900kg、收入1 800元，水肥一体化技术比大水漫灌每亩单产高50kg、收入高100元，运用水肥一体化技术可使每亩单产(收入)提高5.56%；水肥一体化技术模式每亩利润为1 364.24元，大水漫灌模式每亩利润为1 192.8元，运用水肥一体化技术可使每亩利润提高14.37%。

表3 2020年和林格尔县种植玉米水肥一体化与大水漫灌成本与收益对比

综上所述，水肥一体化技术模式比大水漫灌模式的成本更低、收入更高，所以利润更高。

2.3 结论

2020年和林格尔县使用水肥一体化技术种植玉米的农田，相较于大水漫灌具有更高的环境效益和经济效益，可以达到控肥增效、控水降耗等目标，是开展“四控行动”的有效方法。

2.3.1 环境效益。水肥一体化技术采用管道输水，改大水漫灌为局部滴灌，减少了土壤蒸发，精确控制灌水量，有效的节约了水资源，可以缓解当地用水压力，减缓地下水位的下降速度，从而保持水环境、水生态稳定；水肥一体化技术减少了电能的消耗，有助于降低碳排放量，从而保护大气环境；水肥一体化技术减少了化肥使用量，可以一定程度的避免化肥过量施用造成的农产品品质下降、土壤性状恶化等问题。

2.3.2 经济效益。水肥一体化技术不仅可以节约用水、用电、用肥达到提升环境效益目的，还可以降低水、电、肥的费用支出，并且通过水肥精细化管理，使每亩单产得到有效增加，做到了“开源节流”达成利润提升的目标。同时水肥一体化技术减少了作业层次，只需将化肥一次性倒入施肥罐中，中间添加施肥量，大大缩短了灌溉时间，减轻了劳动量和劳动强度、提高了工作效率。

3 建议

鉴于和林格尔县种植玉米应用水肥一体化技术提高了环境效益及经济效益，建议呼和浩特市应总结和林县的经验，加大推广范围及力度，全面发挥其节能、增产的潜力。同时应进一步加大政策倾斜和补贴力度，深挖水肥一体化技术，进一步提升技术效果。