温室葡萄水肥一体化系统设计及应用

洛阳明拓生态农业科技发展有限公司 赵海

洛阳地处黄河中下游，属豫西丘陵地区，适合葡萄生长。偃师葡萄于2017 年被农业农村部评为地理标志农产品，全市种植面积1.9 万hm2、产量50 万t，葡萄一直是洛阳农业生产中的重要产业。随着温室葡萄生产技术的创新，经济效益的逐步提高，近几年种植面积不断增大，市场竞争激烈，产品品质成了关键因素。目前农业从业人员老龄化严重，农资、劳动力成本日益增大，传统的大水、大肥生产方式容易出现土壤板结、环境污染和葡萄品质下降等问题。因此，如何科学地进行水肥管理和保证葡萄品质成为温室葡萄生产面临的重要问题。

水肥一体化系统由水源工程、首部枢纽系统、输配水管网和灌水器等组成，根据葡萄生长季不同节点的养分需求，借助压力系统将可溶性肥料通过输水管网和灌水器定时、定量、均匀浸润葡萄根部生产区域，达到精准施肥、合理灌溉的管理目的。温室葡萄水肥一体化技术应以节水灌溉基础、以减本增效为目标，按照实地水源状况、地势地貌、葡萄种植形式等实际生产条件来设计灌溉施肥系统。本文以洛阳明拓现代农业示范园温室葡萄裁培水肥一体化设计为例，分析水肥一体化系统应用在温室葡萄生产中的综合节本效果，为种植户提供可参考、可复制的技术性设计方案，促进洛阳市及周边区域葡萄产业持续发展。

一、项目园区概况

园区位于洛阳市佃庄镇大郎庙村，全年年均气温14.2 ℃，无霜期224 d，年降水量678.35 mm，年平均日照为2 248.3 h，年均湿度63%，园区为褐壤土，pH为7.6，0～40 cm 土壤全氮含量1263 mg·kg-1，有效磷含量28.5 mg·kg-1，速效钾含量137.5 mg·kg-1，有机质含量26 g·kg-1。种植的葡萄品种为绯脆，树龄5 年，株距1.5 m，厂字水平架势，树势基本一致，每667 m2产量为1750 kg 左右。

二、温室葡萄水肥一体化设计

（一）温室葡萄生长季水肥需求

温室葡萄每个生长期对水需求不同，温室内相对温度较高、水分流失快，应及时掌握土壤水分状况。葡萄萌芽前要做一次大水浸灌，根系土壤湿度控制在90%，深度以耕土层50～60 cm 为宜。葡萄萌芽到开花30～40 d，葡萄萌芽、叶片伸展等过程需要大量的水，可根据温室温度及时调整灌水量，根系土壤湿度控制在80%，深度以耕土层30～40 cm 为宜。葡萄花期10～15 d，应注意控水，否则会影响授粉授精，易出现大小粒、枝条徒长、养分过分消耗问题，从而造成减产。当葡萄花帽完全脱落后进入葡萄桨果膨大期，膨大期为30～40 d，这个阶段果实迅速增大，水肥需求量大，应7 d 进行1 次水肥操作，根系土壤湿度控制在60%～70%，深度以耕土层40～50 cm 为宜。果实着色期始应适当控水，由于葡萄品种不同，生长周期为40～70 d，根系土壤湿度控制在50%～60%，深度以耕土层20～30 cm 为宜。其间注意观察温室变化及时调整灌水量。

（二）水源工程

园区自有35 m 的深水井，水质良好，达到GB 5804 农田灌溉水质标准。

（三）水肥一体化系统首部枢纽设计

水肥一体化首部枢纽设计主要包括加压设备、变频恒压控制系统、安全防护设备、施肥设备、计量设备、逆止阀等组成。

1.加压设备。水泵扬程要大于实际供水高度和距离，水泵流量总和要大于实际供水量。根据园区种植区域和灌溉方式，水泵选用扬程为35 m，流量30 t·h-1的潜水泵，为了防止水锤现象的产生，应在水泵出水口处安装与泵联动阀门。

2.变频恒压控制系统。变频恒压控制系统通过监测输水管网设定压力经微机控制变频器的输出频率来保障输水管网的恒压灌溉。

3.施肥设备。施肥机通过自动化控制技术的应用，节约用水和能源，降低施肥成本，提高施肥质量。定时定量，节省人工，施肥浓度按需调节，使施肥更加精准。

4.计量设备。流量计是水肥一体化系统的“眼睛”，安装在灌溉输水主网入口处，便于统计葡萄生长季每个季节的水肥投入量。

5.安全防护设备。第一，鉴于园区水源是水井，考虑地下水会产生泥砂、碎石和有机物，为了防止输水管网和灌水器堵塞，在首部设计二级过滤设施，一级采用流量为30 t·h-1离心式过滤器主要过滤砂石，二级采用过滤精度为130 MPa，流量30 m3·h-1，2 单元自动反冲洗叠片过滤器主要过滤水源中有机物，出水压力不应低于0.3 MPa（注：过滤器的选型应和水泵流量相匹配）。第二，为了防止系统超压对首部设备及输水管网造成损害，本系统设计了持压泄压阀保护装置。第三，在水源与施肥装置之间安装逆止阀，防止水溶肥发生倒灌污染水源。第四，在首部输水管网最低处安装安全阀和在管路最高处安装自动排气阀。

（四）输配水系统管道

输配水系统主要由主管、干管、支管三级管道组成，主管、干管、支管应符合GB/T20203 的相关要求，分别采用110 mm、63 mm、50 mm、40 mm、32 mm 五种灌溉用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材，管道埋设深度为地面以下60 cm，防止管道冻伤，管道的末端最低处安装放水阀用来冬季放水或清洗管道。

灌水器：将具备压力补偿效果的滴头嵌入滴灌管中，使得滴灌管具备流量上的压力补偿效果，同时还保持了稳定的紊流效果。同时增加了防倒吸设计，使压力补偿滴灌管具备防倒吸功能，防止杂物吸入流道，且铺设施工方便省力，使用寿命长。因此，根据温室葡萄水肥需求选用16 mm、间距50 cm、流量2 L/h 的内嵌式压力补偿滴灌管。

三、灌水分区设制

在各个分区首部管道上安装球阀，方便控制各个分区灌水。排气阀能迅速排掉管道内的空气，减少水压对管道的冲击，让水流顺利到达地头。在进水端球阀的前面管道上垂直安装。真空阀作用是在停止灌溉时防止毛管形成真空发生虹吸现象，虹吸能把土壤中细小的颗粒吸到滴头中去，造成滴头堵塞。真空阀应垂直安装在进水端球阀的后面管道上。

按园区种植地块实际情况，方便生产管理，设9个灌水分区。每个灌水分区需水量为26 t·h-1，按系统首部30 t·h-1供水量实行轮灌制度，3 次可以灌完。

四、施肥注意事项

每次施肥前、施肥后都应用清水冲洗管道20～30 min，防止肥液结晶而堵塞灌水器。肥液浓度不宜过浓，宜在1t 水中加入3 kg 可溶性肥料，肥料要求全水溶性，各元素之间不会发生拮抗反应，与其他肥料混合不产生沉淀，且应符合相关农业标准NY/T496和NY1107 的规定。用量不宜过大，防止浪费肥料和灌水器堵塞，每个生产季结束后打开毛管末端，用清水冲洗管道5～10 min。

五、应用试验设计

试验设常规施肥方法与水肥一体化施肥两种处理，试验地块秋季施基肥用的种类和数量相同。葡萄生长季中，常规施肥以尿素、复合肥、高氮高钾肥、硫酸钾为主，施肥方式为撒施后大水漫灌，处理区以水溶性肥料为主，通过水肥一体化系统施入。施肥时期分别为：花期前肥施肥1 次，膨大期施肥4 次，着色期施肥4 次。（见表1）常规按每667 m2用水量约1000 kg。

表1 处理区每667 m2 施肥种类及数量

（一）不同施肥方法对葡萄产量及品质调查

在葡萄采收期对各处理区随机采测取30 株，测量果穗质量、穗粒数、单粒质量，取平均值，分别对每个处理区用糖度仪随机测取10 粒葡萄可溶性固形物含量。（见表2）

表2 每667 m2 不同施肥方法对葡萄产量及质量的影响

（二）成本效益核算

按市场价格计算肥料、人工等成本及产量效益。（见表3）

表3 每667 m2 不同施肥经济效益分析

六、应用结果分析

（一）不同施肥方法水肥一体化系统对温室葡萄产量及品质的影响

由表2 可知，与常规施肥方法相比，温室葡萄采用水肥一体化系统产量增加187.2 kg、增长率为13%，单棵穗质量达到0.54 g、增长率为10%，单粒质量达14.12 g，增长率为7.1%，含糖量达到22.8%，比传统施肥方法糖度提高了5.6%，增长率为32%。

（二）不同施肥方法水肥一体化系统对温室葡萄经济效益的影响

由表3 可见，与常规施肥方法相比，温室葡萄采用水肥一体化系统产值每667 m2增加8424 元，增长率为13%。肥料成本每667 m2节省245 元，降低率为15%。每667 m2收益增加8669 元，增长率为14%。

七、结语

试验结果表明，温室葡萄应用水肥一体化系统能够满足葡萄生长季的养分需求，水肥一体化系统对温室葡萄的产量和品质有明显提高，减少肥料成本15%，节水节电20%～30%，减少人工成本80%，增长13%，增效15%。同时提高了肥料利用率，有利于农业生态环境保护。