ACA 可控水肥综合利用模式

李银华

（上海华维可控农业科技集团股份有限公司，上海 201505）

上海农林职业技术学院于2021 年5 月建设了草莓新品种试种培育中心，完善草莓产业发展链条，为科研及专业教学提供场所。项目建设内容为一座数字化玻璃温室，面积为3000 m2，由数字化玻璃温室、温室环控系统、草莓无土栽培设施及ACA 可控水肥综合利用系统等组成（图1）。

图1 ACA 可控水肥系统应用场景

ACA 可控水肥综合利用系统是在传统水肥一体化模式的基础上更新迭代出来的ACA 可控水肥综合利用新模式。相比于传统水肥一体化，该模式最大的特点是结合先进的温室环境调控设备和作物生长数学模型，实现水肥管理的“可控”，杜绝了外界环境因素影响，根据作物不同的生育阶段需求补充水肥和微量元素，让生产更科学、更精准、更高效。该模式积极响应国家“双碳”战略，旨在降低农业生产碳排放，最大程度降低农业对环境的污染、提高水资源利用率，也为种植者节约运营成本，对过量灌溉的肥水进行回收再利用，打造农业可持续生产。文章对该系统进行介绍，以飨读者。

模式原理

ACA 可控水肥综合利用模式是集水源处理、肥水配方、精准灌溉、回液消毒再利用以及数据采集、智慧调控于一体的水肥一体化综合利用模式（图2）。利用温室屋顶作为集雨面收集雨水作为灌溉水源，对水源进行过滤、净化处理，然后采用智慧施肥机针对不同作物、不用生育阶段进行配肥，最后经过恒压水泵加压和管线输送，把水分和养分定时、定量、精准地输送到每一株作物的根系附近，通过压力补偿滴头的调控一滴一滴“喂养”作物。过量灌溉的肥水（回液）经过过滤、消毒杀菌后再次被利用。

图2 模式原理图

模式特点

ACA 可控水肥综合利用模式具有两大特点，一是灌溉水源采用雨水。对农业节水、水资源高效利用起到助推作用。雨水相对洁净、水质稳定且免费，从源头上保障了农作物的食品安全。在干旱过后建议放弃收集第一批雨水，因为这些水里会含有很多的尘埃，在沿海地区还会含有氯化钠。对于降雨量少的地区，或者雨水收集系统建设不完善的工程，推荐优先采用地下水作为灌溉补充水，其次采用地表水作为灌溉水源。二是灌溉肥水循环利用。为了最大程度保证灌溉的均匀性、作物长势的一致性、以及洗盐的需要，通常需要进行过量灌溉，这样必然就会产生排液。该模式把排液进行消毒杀菌后，再次循环利用。减少了农业种植带来的面源污染，同时也提高水肥利用率、降低了种植者运营成本。

关键技术

ACA 可控水肥综合利用模式具有三个关键技术，具体如下所述。

水源处理

无论使用哪类水源用于灌溉，首先都应该对水质指标进行分析和化验。通常来说，地下水除pH 偏高外，还含有丰富的矿物离子，如铁、钙、镁等，而地表水受外界自然因素和人为因素影响较大，含有的悬浮物和离子种类更为复杂。无土栽培模式对水质要求较高，水体中的杂质、有机物、无机盐等都会影响肥料的精确配比，难以做到完全人为可控，从而导致生产的果品产量不可控、品质不可控，影响农产品的商品性。对于无土栽培灌溉来说，水体内不能含有过多可溶性矿物质，EC 通常需低于0.5 mS/cm。对于不符合灌溉水质标准的水源，需要对水质进行净化，例如反渗透处理（图3）。

图3 首部水处理

水肥均匀补给

ACA 可控水肥综合利用模式会根据不同作物、不同生育阶段，制定不同的肥料配方，源头上保障肥水供应的精准性。末端采用压力补偿式防滴漏滴头给作物进行“喂养”式的补给，在压力补偿工作范围（50～400 kPa），无论供水压力如何波动，始终能确保灌溉区域内任何一处滴头流量都一致，不受距离远近、种植位置高低等条件影响，保证了灌溉的均匀性，提高了作物的品质和产量，并且具有防滴漏功能（图4）。系统关闭后，管道内水压为10～30 kPa，滴头停止出水，但管道内仍处于充满水的状态。确保系统再次启动后，前后端所有滴头立即且同时出水，特别适用于高频次短时长的无土栽培模式灌溉。

图4 压力补偿防滴漏滴灌

智能化精准调控

对于无土栽培系统，水肥的供应通常是少量多次，日灌水频率高达十数次，每次灌溉时间以秒为控制单位，灌水量以毫升为控制单位。水肥的智能化精准调控模式包括光累计模式、土壤/基质湿度模式、温室蒸发量模式等。

光累积模式以光照累积量作为灌溉启动的依据。在白天，根据经验，一株健康生长的作物的灌溉需求量约等于3 mL/J。

土壤/ 基质湿度模式是以土壤/ 基质湿度作为灌溉启动的依据，例如在A 时区，土壤湿度处于40%～45% 开始灌溉，有机基质湿度处于55%～60%，开始灌溉；无机基质湿度处于60%～65%，开始灌溉；当空气湿度大于90%，灌溉量减半；当加热系统开启时，适当增加营养液灌溉量，降低营养液电导率。

温室蒸发量模式是以温室蒸发量作为灌溉启动的依据。温室作物冠层上方的水面蒸发量采用标准蒸发皿测定。例如在A 时区，当温室蒸发量为0.4～0.8 mm，开始灌溉；当空气湿度大于90%，灌溉量减半，当加热系统开启时，适当增加营养液灌溉量，降低营养液电导率。

生态与经济效益分析

ACA 可控水肥综合利用模式具有节水、节肥、节药；省工、省电、省地；增产、增收、增效；节能环保等优势，对提高水肥利用率，减轻农业面源污染，对改善和保护农产品生产的生态环境有重要意义。据项目实际生产数据统计，采用ACA 可控水肥综合利用模式后，可以有效提高作物单位面积的产量，增产幅度可达30% 以上，节水40% 以上，降低肥料成本30% 以上，节省劳力80% 以上，经济效益较好。