水肥一体化技术在设施农业中的应用分析

刘国杰

摘 要 “三农”问题一直是社会热点话题和政府重点工作，提高农业发展的科技含量、降低资源消耗是农业转型升级的关键所在。在介绍设施农业与水肥一体化技术内涵的基础上，分析了简易水肥一体化技术、滴灌水肥一体化技术、智能水肥一体化技术等，针对水肥一体化应用中技术层面与推广层面存在的问题，提出加强政策引导、加大推广力度等应对策略。

关键词 水肥一体化技术;设施农业;探索实践;农业技术

中图分类号：S365 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2022.08.053

“米袋子”工程和“菜篮子”工程一直是关系国计民生的重大问题，直接影响着粮食安全。在不断增产增收的大背景下，提高农业的现代化生产水平成为重难点问题。现代化农业技术不但要保证增产增收，而且要实现资源节约、生态和谐，促进可持续发展。设施农业是现代农业的重要组成部分，对水肥管理的要求很高，加强水肥一体化技术研究和推广是重要的解决思路，有利于充分发挥设施农业的高产、优质、高效等优点。

1 设施农业与水肥一体化技术内涵

1.1 设施农业内涵

设施农业是在工程技术的支持下，尽可能控制与农作物生长相关的环境因素，实现高效生产的目的，是一种现代化的农业生产方式。与传统农业相比，设施农业是在一个相对封闭的空间（如温室大棚）中进

行，不能直接利用外界降雨，一些适合露地栽培的节水技术在设施农业生产中并不适宜，因此，设计灌溉系统成为设施农业发展的关键技术，影响着设施农业的规模化生产效益及推广发展进程。

1.2 水肥一体化技术内涵

水资源供需矛盾是制约我国可持续发展的重要因素，而农业用水量占社会总用水量的60%以上，面对农业用水浪费严重的现象，必须积极推行节水灌溉技术，实现绿色发展。同时，作为世界化肥消耗大国，许多地方依然采用了撒施、浅施等施肥方式，存在着施肥不合理的问题，导致肥料利用率低，容易对土壤和水体造成污染。面对全球资源紧张、保护生态环境的压力，必须转变粗放式的农业生产方式。水肥一体化技术是将肥料溶解在水中，根据需水需肥规律，在管网系統压力的作用下，按比例定时、定量、均匀地浸湿目标作物根系区域，从而形成直接补水补肥的效果，保证土壤中能够满足作物生长所需要的水肥量。水肥一体化技术具有资源利用率高、保护生态环境、节约劳动力和提高综合效益等诸多优点，在20世纪60年代已经得到了初步的发展和应用，从肥料罐设施到自动控制系统设备，养分分布更加均匀，灌溉精确度更高。水肥同步的供应能力实现了质的变化，而且液体肥料逐渐增多，更适合于灌溉施肥，推动了水肥一体化技术的全面发展。我国的水肥一体化技术研究起步较晚，在结合对外引进和自主研发的情况下，虽然已经获得了一定的成果和经验，但是与世界发达国家相比仍然存在着较大差距[1]。

2 水肥一体化技术类型

水肥一体化技术经历了不同发展阶段，在不同地区、不同作物、不同经济条件下，衍生出了多种水肥一体化系统。

2.1 简易水肥一体化技术

简易水肥一体化技术的应用能够较好地适用于要求低、投资少等地区农户，施肥枪就是一种典型的简易水肥一体化系统，可以将适宜浓度的肥料溶液直接注入作物根部周边土壤中，不需要挖坑或者开沟。该系统主要包括配药罐、打药机、管子和三轮车等，这是在喷药机械装置的基础上改造而来的。在应用时，需要先测定土壤养分含量，根据作物生长周期需肥特征，制订详细的施肥方案，注意控制肥液浓度，确保稀释搅拌充分，合理设置追肥孔，把握追肥时间。简易水肥一体化系统是一种设备简单、投资较低、省时省力的技术方法，能够提高肥料利用率，减少根系损伤，但是对于现代农业而言，简易水肥一体化技术存在许多不足之处，并不适用于大面积作业范围，而且控制精确度不高，没有实现自动化、信息化管理[2]。

2.2 滴灌水肥一体化技术

2.2.1 系统构成

滴灌水肥一体化技术是在滴灌节水技术的基础上发展而来的，是一种相对成熟的水肥一体化技术，标志着农业灌溉技术的重要突破。滴灌水肥一体化系统主要包括水源工程、首部枢纽、管网、施肥装置及滴水器等组成部分。水源工程涉及拦水、蓄水、引水、提水和沉淀等工作内容，需要保证水质和水量能够满足灌溉需求，实现有效的净化处理，维护系统正常运转。首部枢纽工程包括动力机、水泵、施肥装置、过滤设施、安全保护及量测控制设备，从水源处取水，然后加入肥料，经过滤后，定时定量输送到管网中，是水肥一体化系统的控制调配中心。输配水管网包括各种干管、支管、毛管及相关连接件，负责将首部枢纽处理过的水流按要求输送到各个角落。滴水器是将水流变成水滴，均匀地滴入土壤中。

2.2.2 肥料选择

水肥一体化技术的应用对肥料选择提出了一定要求。1）确保肥料的溶解性良好。尽可能使用完全速溶的专用肥料，如果不能完全溶解，那么需要提前在容器内溶解好，然后将上部溶液倒入施肥罐中，防止残渣堵塞滴头。2）选择腐蚀性较小的肥料。这与水肥一体化系统的材料息息相关，如硝酸铵、硫酸铵容易腐蚀镀锌铁，磷酸可以腐蚀不锈钢等。另外，不同肥料之间也可能会发生相互影响，不能同时使用，需要严格控制[3]。

2.2.3 技术特点

滴灌水肥一体化技术具备提高资源利用率、降低劳动量等优点，自动化程度明显高于施肥枪，同时由于出水量小，压力问题可以忽略不计，可以均匀地浸润作物根系，对作物生长影响较小，因此具有更广的适用范围，尤其是在沙漠少水的情况下，遵循少量多次的出水原则，能够满足作物基本的水分和养分需求，并且降低蒸发量。滴灌水肥一体化技术也有一定的局限性：1）滴头直径较小，很容易发生堵塞问题，随着时间的延长，可能会使整个滴灌系统效率大大降低，在一些水质不佳的地方适用性并不强;2）滴灌的补水方式很容易形成地表盐分积累的问题，对农作物生长和土壤性质均会产生不利影响。这些都是需要着重考虑的技术特点。

2.3 智能水肥一体化技术

隨着网络信息技术的不断发展，数字化、智能化已经成为现代农业发展的重要趋势，尤其是农业物联网的加快推进，促进了水肥一体化智能管理系统的研究应用。智能水肥一体化系统集合了水肥一体机、传感器、触摸屏及滴灌系统等，根据不同农作物生长需求进行针对性设计，能够提升水肥一体化系统的应用效果。智能水肥一体机涵盖了过滤器、信号采集器、滤网等主要设备。过滤器是一种先进高效、操作简便的全自动过滤装置，能够将水肥中的杂质截留住，防止影响系统的运转;信号采集器主要通过土壤中的湿度传感器获取土壤信息，通过相关程序转换成数字信号，水肥一体化管理系统通过比对土壤水肥量值和系统设置值，自动下发指令，收到指令后，开始灌溉作业，达到系统设定数值后停止灌溉，从而实现自动化控制的效果。水肥一体化智能管理系统主要包括数据采集层、网络传输层、数据处理层及远程控制层能够实现精确分析、合理决策、科学管控，需要强大的软硬件支持，不但需要前期投入大量资金，而且对管理人员的技术能力也提出了一定的挑战，因此，智能水肥一体化技术需要经历一定的发展时间才可能达到广泛应用的目标[4]。

3 存在的问题及解决策略

3.1 问题

3.1.1 技术层面

水肥一体化技术是现代设施农业发展的一项综合管理技术，需要其他配套技术的大力支持。我国的水肥一体化技术研究应用起步较晚，影响农作物生长的因素有很多，针对于不同区域、不同农作物的需水需肥规律研究尚不全面，没有形成完整的水肥一体化技术体系，导致实际运用效果达不到预期目标，而且从技术层面到产业层面仍然存在一定的距离，需要实现从理论到实践的跨越。水肥一体化技术需要相关配套设施的支持，许多企业盲目引入或仿造外国设备，导致设备适用性差，或者质量难以得到保证。同时，缺乏高端的全水溶肥产品，并不能满足水肥一体化系统的使用要求。

3.1.2 推广层面

水肥一体化技术涵盖了农田水利、灌溉工程、肥料、土壤及栽培等多种专业知识，在综合性人才缺乏的情况下，很难兼顾各个方面，不能形成全面系统的技术指导。许多农业地区经济不发达，农业技术推广手段落后，在面对一些复杂技术产品时，很难做到讲清楚、说明白。另外，水肥一体化系统的一次性投入相对较高，设备折旧年限较长，对于一些普通农户而言，需要具备相当的经济实力才敢于去尝试。因此，在水肥一体化技术应用推广中，农民的积极性并不高，对于一些复杂的技术，也缺乏足够的能力去学习和掌握[5]。

3.2 应对策略

3.2.1 加强政策引导

水肥一体化技术是发展现代农业的重要手段，能够有效改变我国农村农业的落后面貌，推动农业的健康持续发展，因此政府应加强政策引导。相关部门要积极联合科研院所开展相关技术研究，根据当地农作物种植种类，建立各种作物灌溉施肥制度，完善水肥一体化技术体系，形成一套切实可行的水肥一体化技术应用模式，推动技术成果向产业成果转化。不断规范设备设施市场，严格把控水肥一体化系统生产质量;同时加强水溶肥市场监管，推动高质量全水溶肥产品的生产销售[6]。对于一次性投入大的问题，相关部门应积极研究对策，给予资金补贴或者低息贷款，吸引广大农户和社会各方积极参与，让他们能够没有后顾之忧地开展现代化农业生产。

3.2.2 加大推广力度

好的技术、好的产品同样需要强有力的宣传推广，制订全方位、立体化的技术推广方案，充分调动技术人员、企业、农民的积极性。增加农业技术推广经费，完善基础设施建设，保证农机推广人员的综合素质能够满足要求，通过线上、线下多种渠道，传递先进技术和经验，提高农业信息化服务水平。在线下，可以通过会议、培训、参观及考察等方式进行现场宣讲，让农户能够切身感受到技术应用的优越性，积极树立先进典型，营造相互学习、相互促进的良性发展氛围。在线上，通过微信群、公众号、短视频平台，讲解水肥一体化技术要点，演示操作流程，传达成功和失败的经验教训[7]。水肥一体化技术培训需要面对不同的群体，采取不同的培训方式，制订不同的培训内容，尽可能提高培训质量和效率，让相关人员能够全面高效地掌握技术要领，并根据存在的问题及时解决，防止消极情绪的蔓延，保证最终的推广效果[8]。

4 结语

阐述了设施农业和水肥一体化技术的内涵，并针对简易水肥一体化技术、滴灌水肥一体化技术、智能水肥一体化技术进行了分析，提出水肥一体化技术在设施农业应用推广中存在的主要问题及应对策略。希望能够起到积极的现实意义，充分认识水肥一体化技术的优势，加强技术研究和宣传推广，促进现代农业健康可持续发展。

参考文献：

[1] 宗哲英，王帅，王海超，等.水肥一体化技术在设施农业中的研究与建议[J].内蒙古农业大学学报（自然科学版），2020，41（1）：97-100.

[2] 严玉英.浅析水肥一体化技术在设施农业中的研究与建议[J].农家参谋，2020（9）：15.

[3] 闫峰.水肥一体化技术在设施农业中的研究与建议[J].城市建设理论研究（电子版），2020（5）：61.

[4] 苏秋芳.水肥一体化技术在北京市设施农业中的应用与思考[J].农业工程，2020，10（4）：96-100.

[5] 郝勇.水肥一体化技术在设施农业中的应用[J].农业开发与装备，2019（5）：216.

[6] 张传帅，徐岚俊，李小龙，等.北京水肥一体化技术推广现状与对策[J].农机科技推广，2019（5）：46-48.

[7] 郭建梅.信息化技术在开放教育财会教学中的实践应用[J].产业与科技论坛，2022，21（1）：96-97.

[8] 李海峰，郭丽娟，于宏，等. 智能滴灌水肥一体化在林业应用中存在的问题及推广建议[J]. 现代农业科技，2021（16）：150-152.

（责任编辑：张春雨）