重庆市水肥一体化技术应用现状及发展建议

谷守宽，詹林庆，周 佳，陈松柏，赵敬坤，金珂旭

（重庆市农业技术推广总站，重庆 401121）

重庆市位于长江上游、四川盆地东部边缘地区，地貌以山地丘陵和岩溶为主，地形起伏大，地表切割破碎，旱作耕地具有“陡、薄、瘦、蚀、旱”的特点。重庆属亚热带季风性湿润气候，多年平均降水量约为1 184 mm，降水量相对较多，但是时空分配不均匀，季节性、区域性干旱和工程性缺水较为明显，是典型的雨养农业区[1]。随着现代农业快速发展，高强度、高密度农业生产现状已成为常态，随之而来的，便是农业投入品的大量使用，其中化肥起着重要的作用。但是过量施用化肥会加快土壤板结，加速土壤酸化，降低肥料利用率，浪费水肥资源，造成面源污染，危害人体健康[2]。根据2021年重庆统计年鉴统计，2020 年重庆市农用化肥施用量（折纯）89.83 万t，农作物总播种面积337.25 万hm2，折合每667 m2化肥施用量（折纯）为17.76 kg，低于全国每667 m2化肥施用量（折纯，20.89 kg）水平[3]。但是，受地形、气候和施肥习惯等因素限制，重庆地区农民施肥技术水平较低，施肥方式落后，依旧是人挑背扛、人工撒施，不仅费工费时，还造成肥料的严重浪费。因此，改变传统施肥方式，提高水肥利用效率，才能提高生产力水平，助力现代农业高效、绿色发展。因此，借助水肥一体化技术，发展高效施肥节水型现代农业是促进重庆市落实“藏粮于地、藏粮于技”的重要战略举措，是保障粮食和重要农产品供给能力的重要技术措施，也是助力乡村振兴的重要举措。

1 国内外水肥一体化技术发展现状

1.1 国外水肥一体化技术发展现状

18 世纪末，水肥一体化技术开始起源，英国人在人工配制的水培配营养液种植植物（最早的无土栽培技术）。法国布森高（Jean Baptiste Boussingault）在19世纪中叶以惰性材料作为介质并利用已知矿质元素的水溶液为植物提供养分，从而确定了9 种植物必需营养元素和植物生长所需的矿质养分最佳比例[4]。到20世纪，温室工业的快速发展，促进了无土栽培技术的突飞猛进，荷兰、意大利、西班牙、法国、英国、苏联和以色列也开始了无土栽培商业化生产。从20世纪60 年代开始，以色列大力发展和推广水肥一体化技术，在全国一半以上的耕地安装应用了水肥一体化设备系统，大大提高了水肥利用效率，也让以色列从“沙漠之国”变成了“农业强国”。以色列在育苗、大田作物、果园、温室蔬菜与花卉等作物上将灌溉技术、水溶肥技术、传感器技术及智能设施设备相结合并广泛推广应用，2018 年，以色列将在全国90%以上的农业生产上均应用了水肥一体化管理技术。目前，以色列水肥一体化设备实现了定时定量施肥，农业废水回收率在75%以上，水分利用率提高了40%～60%，肥料利用率提高了30%～50%[5]。目前，美国水肥一体化技术也已经达到世界先进水平，农场喷灌面积占50%以上[6]，水溶性肥料占肥料总量38%以上[7]，提高了作物对肥料的吸收利用效率，并且专门建立了专门的政府部门管理水肥一体化，创建农业服务云平台，大力推广水肥一体化管理和使用技术，大大提高了生产效率[8]。

1.2 国内水肥一体化技术发展现状

我国水肥一体化技术起步较晚，在1974年，开始从墨西哥引进了水肥一体化滴管设备并投入了试验，试验的增产和节水效果非常显著，自此也拉开了我国水肥一体化技术序幕。20世纪80年代初，我国自主研制出了第一代拥有自主产权的国产成套滴管设备，随后，在应用上由试验到示范，再到大面积推广，均取得了显著的增产和节水效果，经过试验示范与产品改进，我国逐渐形成标准化生产模式[9]。经过科研农技人员积极推广应用，该技术在我国中、西部干旱半干早地区取得了显著效果，滴灌施肥的理论及应用技术逐渐被重视。经过近半个世纪的发展，我国水肥一体化技术快速发展，不断示范与技术推广，效果也越来越显著。

2000 年开始，农业灌溉与施肥的理论与技术逐渐被重视，全国各地也开展了大量的技术研讨和培训专班，全国农业技术推广服务中心每年都会在不同省市举办旱作农业节水技术培训班，并邀请国内外专家系统地讲解水肥一体化技术的理论和案例，并现场规模水肥一体化示范现场，大大加快了水肥一体化技术在全国范围内的应用与推广。目前，国内设施农业日趋成熟，也带动了水肥一体化技术的不断完善和发展。目前，科研院所、高效和企业密切合作，各地农业部门积极示范推广，因地制宜，研究开发出了适合不同地区、不同生产条件的灌溉施肥设备和技术，例如文丘里施肥器、压差施肥罐、施肥综合控制系统、移动式灌溉施肥机、泵吸施肥法、重力自压施肥系统、膜下滴灌施肥技术等[10]。当前，应用较为广泛的水肥一体化技术模式主要包括喷灌、滴灌、微喷灌和膜下滴灌等[11]。

2 重庆市水肥一体化技术应用现状

由于受到地形地貌、气候和经济发展等因素的限制，重庆市水肥一体化技术发展起步较晚，发展相对落后。近年来，在农业供给侧结构性改革的基础上，为加快农业产业高效发展，重庆市各级政府和有关部门越来越重视设施农业的发展，特别是水肥一体化设备和技术，在重庆地区多种经济作物上也得到了大面积示范示范与推广应用。根据全国肥料节水专业统计调查数据显示，截至2020年底，重庆市水肥一体化技术推广播种面积3.80 万hm2，其中：蔬菜面积2.17 万hm2，果树面积1.36万hm2，其他经济作物面积0.27万hm2。

水肥一体化技术包括灌溉技术和施肥技术两个方面，只有将灌溉与施肥有效结合起来，做到以水促肥，以肥节水，才能达到节水节肥、省工省时的效果。传统的灌溉与施肥是分开来操作的，特别是施肥，直接撒施在土壤表面或者作物周围，没有水分进行及时溶解，会造成流失或挥发。因为只有养分以离子态的形式运输到作物根系周围，才能被作物吸收，这个过程需要水分作为媒介进行运输[12]。灌溉与施肥如果不能有效地结合在一起，会造成肥料的浪费，难以达到预期效果[13]。

2.1 灌溉方式

目前，我国设施灌溉耕地面积占总灌溉面积3%，与美国、英国和以色列等农业发达国家存在巨大差异，在有限的设施灌溉面积中，大部分没有考虑通过灌溉设备系统施肥[4]。根据农业部门数据统计，2020年重庆市有效灌溉耕地面积占耕地总面积的25%左右，在这有限的灌溉面积中，水肥一体化设施面积占重庆市有限灌溉耕地面积7%左右，与其他省市存在一定差距。由于重庆以山地丘陵为主，一定程度上限制了灌溉设施的建设发展，目前重庆灌溉技术主要包括喷灌、微喷灌、滴灌和托管淋灌。

2.1.1 喷灌

喷灌是利用水泵加压或自然落差提供动力，将灌溉水通过压力管道输送到田间管道，经专用喷头喷射到空中，形成细小的水滴，洒落在地面和作物表面，全面湿润土壤满足作物对水分的需要[4]。在重庆地区，喷灌适宜于各种作物，例如茶叶、叶类蔬菜等等。与传统灌溉方式相比，喷灌具有显著的节水节肥效果，同时，在重庆伏旱季节，还可以调节田间小气候，防止干热风和霜冻对作物的伤害。通过调查重庆市永川区永荣茶园，与常规灌溉施肥相比，茶园安装喷灌系统后，茶叶每667 m2产量提高10%以上，品质明显提升，化肥用量减少20%以上，用水减少30%以上，每667 m2用工减少2个以上，显著提高了经济效益。

2.1.2 微喷灌

微喷灌是通过低压管道将有压水流输送到田间，再通过直接安装在毛管上或毛管连接的微喷头或微喷带将灌溉水喷洒在土壤表面的一种灌溉方式[4]。微喷灌可以直接在PE 软管上开0.5～1.0 mm 的微孔出口，无需再单独安装出水器，在一定压力下，灌溉水从孔口喷出，高度范围在10～100 cm，是一种非常方便的灌溉方式。微喷灌灌水速率小，雾化程度高，在重庆地区，适宜应用在果树、蔬菜、花卉、草坪和温室菌类等作物上。应尽量选择小流量喷水带，喷水孔朝上安装，铺设长度不超过50 m。一定要与覆膜一起使用。膜下水带其实就是相当于大流量的滴灌。不覆膜的喷水带可能会带来一定的病害。李基荣在重庆市合川区枇杷上应用微喷灌技术研究表明，与传统灌溉技术相比，微喷灌技术节水50%以上，枇杷好果率提高50%左右，枇杷的产量和商品价值显著提高[14]。另外，通过对重庆市草莓种植基地调查发现，草莓采用膜下微喷技术，与常规灌溉相比，大大降低了用工数量，每亩节水20%左右、节肥15%，实现了水肥的按需供给，提高了草莓的产量和品质，增加了农民的经济收入。

2.1.3 滴灌

滴灌是指具有一定压力的灌溉水，通过滴管管道输送到田间作物根部，以满足作物生长需要的灌溉技术[4]。滴灌是一种局部精准灌溉方法，它浇的是作物本身，而不是土壤。由于根系都是跟着水肥跑的，所以滴灌条件下根系大部分密集生长在滴头下方，其他地方很少根。因此，滴灌要关注的是根系的数量，而不是根系的分布范围[15]。滴灌是通过延长灌溉时间来满足作物灌溉量的。用滴灌可以完全满足作物的水肥供应。过滤器是滴灌成败的关键设备，一般选用120目。对于山地作物，一定要采用压力补偿滴灌，这样可以保证山顶、山腰、山脚出水均匀，以满足不同地形部位的作物对水肥的需求[16]。采用滴灌，施肥灌溉都可以调控，可以根据作物的需水需肥规律制订标准的施肥和灌溉方案，确保作物健康生长。在重庆地区，滴灌广泛应用在茄果类蔬菜、覆膜草莓和果树等作物。通过对重庆市铜梁区柑橘园水肥一体化滴灌调查发现，与传统大水漫灌施肥相比，应用水肥一体化滴灌系统可节水65%左右，节肥45%左右，做到了精准灌溉和均衡施肥，减轻了增施肥料对环境的污染，耕地品质更有保证，生态效益显著增加，大大提高了果树的产量和品质。

2.1.4 托管淋灌

托管淋灌主要应用于果树，一般需要借助水泵对灌溉水加压进行淋灌的灌溉技术。灌溉方式工作效率低，灌溉量和施肥量的多少完全取决于操作者的人为判断，灌溉和施肥的均匀度无保障，无法实现自动化，只适用于小面积种植。对于平地种植的果树，可在果园中间位置建一个或多个肥料池，将肥料溶解在肥料池中，用清水泵或潜水泵提供动力，通过软件对果树一颗一颗的淋施水肥；对于山地种植的果树，可在山顶修建肥料池，借助灌溉水压重力自压，进行拖管淋灌。如果果园的面积较大，可在园中铺设PVC 管道作为主管道和支管道，在PVC 管道上设置多个取水口，软管与取水口之间用快速接头连接，这样就可以通过更换不同的取水口对果园进行一片一片的灌溉和施肥，避免因软管拖得太长而降低工作效率。在重庆地区，托管淋灌主要应用在蔬菜、果树等作物。通过对重庆市万州区玫瑰香橙果园调查发现，托管淋灌技术是集灌溉、施肥和打药于一体，在一定程度上实现了节水、节肥、节药、节劳、节费用增效益的效果，比原来用管道浇灌节水30%以上，实现化肥减量10%，节省农药费用30%以上，节省劳力50%，节本增效综合计算每667 m2节本增效300元以上。

2.2 施肥技术

目前，重庆地区常用的施肥技术方法有重力自压施肥技术和泵吸肥法技术，两种技术均简单、经济、实用、耐用，但各有差异。

2.2.1 重力自压施肥技术

重力自压式施肥法主要应用在安装有微喷灌或滴灌设备的场地。在重庆山地丘陵地区，可以将水源输送至高处的蓄水池，并在高于蓄水池液面处建一个或多个兑肥池，池子大小和形状根据实际需要进行选择，一般0.5～2.0 m3的方形或圆形，便于肥料搅拌与溶解。兑肥池底部通过管道流出肥液，在出口位置安装PVC 球阀，并于蓄水池相连通。兑肥池采用20～30 cm 大管径（如75 mm 或90 mm PVC 材质），管口用尼龙网（100～200目）包扎，防止杂物堵塞管道。

在施肥前，需计算好每个灌溉区所需要肥料总量，通过兑肥池进行溶解，肥料溶解后，打开主管道阀门，进行灌溉。然后打开兑肥池管道，肥料原液注入到主管道中，通过水流进行稀释。利用调节球阀的开关大小，控制施肥速度。重庆地区，一般采用一边滴灌一边向蓄水池抽水，当蓄水池的水位变化不明显时，施肥速度也趋于稳定，养分浓度也保持恒定。在施肥完成后，需要继续灌溉10～30 min，对管道进行清洗，防止肥液腐蚀管道。一般情况下，兑肥池采用水泥建造，造价低廉，坚固耐用。或者也可采用一定容量的塑料桶作为兑肥池。在施肥过程中，也有些农户直接将肥料倒入蓄水池，施肥时直接将肥液放干净。但是蓄水池体积大，通常肥液放不干净，附着在池壁上，非常容易滋生藻类青苔等植物，造成过滤设备堵塞。因此，应用重力自压式灌溉施肥，一定要将兑肥池和蓄水池分开建设，二者不可共用。

采用重力自压施肥技术施肥，水压较小，过滤设备也有一定堵水作用，往往使灌溉施肥过程无法进行。一般情况下，可以通过在蓄水池出水口处连接一段PVC 管道，长度为1.0～1.5 m，管径为90 mm 或110 mm，并在管道上转出圆孔，直径一般为30～40 mm，圆孔数量越多越好，同时将120 目尼龙网布裁剪成管径大小，并在一段开口，直接扎紧裁剪好的尼龙网布。此方法是通过增加进水面积而加大出水流量，另外，尼龙网已于清洗或更换，成本也比较低，容易购买，适用于农户应用。

2.2.2 泵吸肥法技术

泵吸肥法是通过泵加压进行灌溉的一种技术。水泵一边吸水一边吸肥。泵吸肥法借助离心泵抽吸肥液进入管道系统，适用于几百亩的种植面积。在重庆地区，一般情况下，在吸水管后面通过安装逆止阀，防止肥液倒流而污染水体。通常在吸肥管入口处包扎过滤网（100～120 目的不锈钢或尼龙材质），防止管道吸入杂质而造成堵塞。泵吸肥法结构简单，便于操作，无需借助外力，并可以采用敞口容器放置肥液。通过调节管道阀门控制施肥速度。但是，泵吸肥法也存在一定缺点，需要人为管控，并在肥液即将被吸完时及时关闭阀门，否则会吸入空起，造成泵无法运行。

移动灌溉施肥机适用于缺乏电力的场合，它可以实现灌溉与施肥的同步进行，利用柴油机或者汽油机加压水泵，通过泵吸肥法原理，将施肥桶、空气阀、过滤器组装成一体，在结束灌溉与施肥后，搬回室内储放。

2.3 水肥运筹制度

水肥运筹制度是水肥一体化技术的核心，是将灌溉与施肥有机结合为一个整体，合理制订科学可行的水肥运筹方案，才能实现真正意义上的水肥高效管理。制订水肥运筹制度，首先要掌握作物在生长周期内对养分和水分的需求规律，然后选择相应的肥料种类和用量，在作物各个关键生育期，科学分配养分比例和用量，同时提供足够的水分供给。获取途径主要包括查阅资料、田间试验、专家论证和总结验证等。制订水肥运筹制度的步骤主要包括以下5步。

1）确定作物目标产量。可以依据作物品种、种植密度、土壤肥力气候和设施条件和上季产量水平等因素，确定目标产量。目标产量一般与与上季正常产量、或相同肥力土壤同种作物产量持平或增产10%左右。

2）计算实现目标产量所需要养分的理论值。一般情况下，通过翻阅资料和结合往年作物试验数据，根据目标产量计算出作物养分理论需求量。

3）调整作物养分理论需求量。根据土壤养分含量检测结果的分析，结合上一季度投入的肥料品种与用量、产量水平及作物长势等综合因素，调整作物养分理论需求量。

4）根据养分施吸比计算应施入的肥料量。按照“养分施/吸(亦称保证系数)=肥料使用量/作物形成目标产量养分需要量”和“肥料(纯)施用量=某养分理论需求量×施吸比”公式，计算作物应施入的肥料量。例如：李涛在研究蔬菜灌溉施肥时发现，氮（N）、磷（P2O5）、钾（K2O）三者的施吸比范围值分别为1.54～1.82（55%～66%）、2.86～3.33（30%～35%）、1.25～1.43（70%～80%）。张承林研究表明，在滴灌模式下，氮肥利用率可达70%～80%，磷肥利用率可达40%～50%，钾肥利用率可达80%～90%。

5）按作物各个生长阶段需肥规律配置养分。根据作物不同生长阶段需肥特点和肥料特性，制订分配施肥方案。以茄果类蔬菜为例，一般按照整地定植期、苗期、开花-结果初期、采收期4个时期进行灌溉施肥管理。

3 重庆市水肥一体化技术发展中存在的问题

1）工程设施薄弱。全市水肥一体化设施薄弱，工程缺水问题依然突出。因田高水低，田块分散，水肥一体化设施建设难度较大；加之历史欠账多，资金投入有限，后期管护不到位，水肥一体化设施仍然薄弱。

2）农田用水效率低。全市高效灌溉设施不足，农田用水效率低。由于灌溉设施工程设计和建设不合理，运行维护机制不健全，农田灌溉用水方式不科学，灌溉用水很大部分在输水、配水和灌水过程中损失掉。生产中大水漫灌较为普遍，滴管喷灌技术仅在部分高效经济作物中使用。2017 年，全市农田灌溉水有效利用系数0.489，低于全国平均水平0.532。

3）专业技术人才缺乏。全市缺乏专业技术人才，研发能力滞后水肥一体化技术的涉及领域较为广泛，包括气候、水利、栽培管理等多门学科。水肥一体化技术的应用与研究起步较晚，实用型专业技术人才稀少，阻碍了水肥一体化技术的推广进程。然而，当前中国对专业人员的培训指导工作重视程度不足，易出现专业技术人才闭门造车现象。为了扩大技术的推广范围，需要提高专业技术人才队伍的综合素质，研发高性能、低成本的相关设备与水溶性好的肥料。

4）培训服务跟不上。部分地区企业后期服务与维修跟不上，维修费用高，从而导致设备使用过程中出现问题不能及时解决。

5）水肥运筹制度缺乏。目前，全市缺乏性价比高的智能型水肥一体化灌溉设备，肥料配方、营养液浓度、施肥量、管理方法等仍然主要靠农户个人经验，缺少成熟的针对不同作物的专家决策知识，缺乏智能的灌溉决策系统。

4 建议

1）找准切入点。政府部门要加大政策和资金扶持力度，因地制宜，认真思考，找到水肥一体化技术的切入点，建设农民专业合作组织，为农民提供相应技术支持和设备维护。

2）示范引领带动。在各区县特色产业上优先开展水肥一体化技术示范，建立旱作节水农业示范区。整合项目资源，结合高标准农田建设、农田水利建设、有机肥替代化肥等项目，开展水肥一体示范片建设。

3）加强农业人才培养，积极开展培训，不断提高农民科技文化水平。特别是要加强水肥一体化系统使用培训，制订简单明了的操作规程，让农户真正掌握水肥一体化技术。

4）要重视合力推进。与企业合作，与科研单位合作，与新型经营主体合作，更要做好部门间的合作，加强农机与农艺的融合，结合遥感、人工智能技术，建立相关的专家决策系统，提高设备性能、精度和智能性，保证水肥一体化发展的实际需要。