第一章水肥一體化技術(shù)基本原理

第一章水肥一體化技術(shù)基本原理第一章水肥一體化技術(shù)基本原理PAGE第一章水肥一體化技術(shù)基本原理第一章水肥一體化技術(shù)簡介一、水肥一體化技術(shù)的基本概念作物生產(chǎn)的目標(biāo)是用更低的生產(chǎn)成本去獲得更高的產(chǎn)量、更好的品質(zhì)和更高的經(jīng)濟(jì)效益.從作物的生長要素來看，其基本生長要素包括光照、溫度、空氣、水分和養(yǎng)分。在自然生長條件下，前三個因素是人為難以調(diào)控的，而水分和養(yǎng)分因素則可人為調(diào)控.因此，要實(shí)現(xiàn)作物的最大生產(chǎn)潛力,合理調(diào)節(jié)水肥的平衡供應(yīng)非常重要。在水肥的供給過程中，最有效的供應(yīng)方式就是如何實(shí)現(xiàn)水肥的同步供給,充分發(fā)揮兩者的相互作用，在給作物提供水分的同時最大限度地發(fā)揮肥料的作用，實(shí)現(xiàn)水肥的同步供應(yīng),即水肥一體化技術(shù)。那么，什么是水肥一體化技術(shù)呢？狹義講，就是把肥料溶解在灌溉水中,由灌溉管道帶到田間每一株作物，以滿足作物生長發(fā)育的需要。如通過噴灌及滴灌管道施肥.圖1—1雷州半島的香蕉園通過滴灌施用硫酸鉀鎂肥圖1—2山地砂糖桔果園通過滴灌系統(tǒng)施用氯化鉀圖1-3內(nèi)蒙古馬鈴薯種植區(qū)通過滴灌系統(tǒng)施肥的場面廣義講，就是水肥同時供應(yīng)以滿足作物生長發(fā)育需要，根系在吸收水分的同時吸收養(yǎng)分。除通過灌溉管道施肥外，如淋水肥、沖施肥等都屬于水肥一體化的簡單形式。圖1-4廣東冬種馬鈴薯地區(qū)拖管淋水肥的場景圖1—5菜農(nóng)挑擔(dān)淋水肥的場景圖1—6海南西瓜種植戶通過膜下水帶施液體肥的場景水肥一體化技術(shù)是現(xiàn)代種植業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)綜合水肥管理措施，具有顯著的節(jié)水、節(jié)肥、省工、優(yōu)質(zhì)、高效、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。水肥一體化技術(shù)在國外有一特定詞描述，叫“FERTIGATION"，即“FERTILIZATION（施肥)”和“IRRIGATION（灌溉）”各拿半個字組合而成,意為灌溉和施肥結(jié)合的一種技術(shù)。國內(nèi)根據(jù)英文字意翻譯成“水肥一體化”、“灌溉施肥”、“加肥灌溉"、“水肥耦合”、“隨水施肥"、“管道施肥”、“肥水灌溉”、“肥水同灌"等多種叫法。“水肥一體化”這個稱謂目前被廣泛接受,而“管道施肥”筆者認(rèn)為更加形象貼切，肥料自身不會從管道流動，必須要溶解于水才能隨管道流動。這很容易區(qū)別于傳統(tǒng)的施肥。針對于具體的灌溉形式，又可稱為“滴灌施肥”、“噴灌施肥”、“微噴灌施肥”等。灌溉的理論基礎(chǔ)是植物的蒸騰失水及土面蒸發(fā)失水，必須要源源不斷補(bǔ)充土壤水分作物才能正常生長。而水肥一體化的理論基礎(chǔ)是什么呢？這要從植物是如何吸收養(yǎng)分說起。植物有兩張“嘴巴”，根系是它的大嘴巴，葉片是小嘴巴。大量的營養(yǎng)元素是通過根系吸收的.葉面噴肥只能起補(bǔ)充作用。施到土壤的肥料怎樣才能到達(dá)植物的嘴邊呢？通常有三個過程。一個叫擴(kuò)散過程。肥料溶解后進(jìn)入土壤溶液，靠近根表的養(yǎng)分被吸收,濃度降低,遠(yuǎn)離根表的土壤溶液濃度相對較高，結(jié)果產(chǎn)生擴(kuò)散，養(yǎng)分向低濃度的根表移動,最后被根系吸收.第二個過程叫質(zhì)流。植物在有陽光的情況下葉片氣孔張開,進(jìn)行蒸騰作用（這是植物的生理現(xiàn)象），導(dǎo)致水分損失.根系必須源源不斷地吸收水分供葉片蒸騰耗水。靠近根系的水分被吸收了，遠(yuǎn)處的水就會流向根表，溶解于水中的養(yǎng)分也跟著到達(dá)根表，從而被根系吸收。第三個過程叫截獲，即養(yǎng)分正好就在根系表面而被吸收.擴(kuò)散和質(zhì)流是最重要的養(yǎng)分遷移到根表的過程。這兩個過程都離不開水做媒介。因此，肥料一定要溶解才能被吸收，不溶解的肥料植物“吃不到”,是無效的。在實(shí)踐中就要求灌溉和施肥同時進(jìn)行（或叫水肥一體化管理）,這樣施入土壤的肥料被充分吸收,肥料利用率大幅度提高。質(zhì)流擴(kuò)散質(zhì)流擴(kuò)散圖1-7質(zhì)流過程示意圖圖1—8擴(kuò)散過程示意圖從對肥料濃度的控制條件看，通過灌溉系統(tǒng)施肥可以按下面兩種方式進(jìn)行。1、按數(shù)量施肥在施肥時只考慮每次施入的肥料總量。如對大田作物要求每公頃施多少公斤肥料，而對木本果樹則要求每株施多少公斤肥料。在施肥過程中，隨著施肥時間的延長，被灌溉水帶走的肥料濃度越來越低，最后趨于零，這種施肥方法稱為按數(shù)量施肥(圖1—9）。傳統(tǒng)的肥料撒施即是按數(shù)量施肥。肥料濃濃度曲線度施肥時間圖1－9肥料濃度隨施肥時間的變化2、按比例施肥(固定濃度施肥）在施肥時既考慮施肥數(shù)量同時又考慮施肥濃度,要求施肥過程中養(yǎng)分濃度是均勻一致的,這種施肥方法稱為按比例施肥（圖1-10）。肥料肥料濃度濃度施肥時間圖1－10肥料濃度隨施肥時間的變化對這兩種施肥方式的選擇主要根據(jù)作物的種類、根系生長介質(zhì)和施肥成本來確定?？傮w來講按數(shù)量施肥的設(shè)備成本要低于按比例施肥。一般大田種植的作物多采用按數(shù)量施肥，而溫室栽植的蔬菜、花卉等多采用按比例施肥.因?yàn)闇厥以耘喽嗖捎蒙啊⒛嗵?、巖棉等疏松透氣的基質(zhì).這些基質(zhì)雖然有很好的保水和通氣性能，但對養(yǎng)分的吸附和緩沖性能低。給根系供應(yīng)恒定的適宜的養(yǎng)分濃度,可使根系免受高濃度養(yǎng)分造成的肥害。在水肥一體化技術(shù)條件下的各種施肥設(shè)備有的是按數(shù)量施肥，有的是按比例施肥。二、水肥一體化技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)1、水肥一體化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)與常規(guī)施肥方法相比，通過灌溉系統(tǒng)施肥有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)省施肥勞力。在果樹的生產(chǎn)中,水肥管理耗費(fèi)大量的人工。如在華南地區(qū)的香蕉生產(chǎn)中有些產(chǎn)地的年施肥次數(shù)達(dá)18次之多.每次施肥要挖穴或開淺溝，施肥后要灌水，需要耗費(fèi)大量勞動力。而在水肥一體化技術(shù)條件下可實(shí)現(xiàn)水肥的同步管理，節(jié)省大量用于灌溉和施肥的勞動力。南方地區(qū)很多果園、茶園及經(jīng)濟(jì)作物位于丘陵山地,施肥灌溉非常困難，采用滴灌施肥可以大幅度減輕勞動強(qiáng)度.作者在深圳市南山區(qū)西麗果場（主要種植荔枝)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，采用滴灌施肥后,可節(jié)省用于灌溉和施肥的人工95％以上.現(xiàn)在勞動力價格越來越高,應(yīng)用水肥一體化技術(shù)可以顯著節(jié)省生產(chǎn)成本。圖1—11人工拖管淋水肥示意圖圖1—12采用管道施肥可以節(jié)省大量人力（2）提高肥料的利用率。在水肥一體化技術(shù)條件下，溶解后的肥料被直接輸送到作物根系最集中部位，充分保證了根系對養(yǎng)分的快速吸收。對微灌而言，由于濕潤范圍僅限于根系集中的區(qū)域及水肥溶液最大限度的均勻分布，使得肥料利用效率大大提高；同時,由于微灌的流量小，相應(yīng)地延長了作物吸收養(yǎng)分的時間。在滴灌下，含養(yǎng)分的水滴緩慢滲入土壤，延長了作物對水肥的吸收時間；而當(dāng)根區(qū)土壤水分飽和后可立即停止灌水,從而可以大大減少由于過量灌溉導(dǎo)致養(yǎng)分向深層土壤的滲漏損失，特別是硝態(tài)氮和尿素的淋失.但在傳統(tǒng)耕作中施肥和灌溉是分開進(jìn)行的,肥料施入土壤后，由于沒有及時灌水或灌水量不足，肥料存在于土壤中，并沒有被根系充分吸收；而在灌溉時雖然土壤可以達(dá)到水分飽和，但灌溉的時間很短,因此根系吸收養(yǎng)分的時間也短。研究結(jié)果表明，在田間滴灌施肥系統(tǒng)下，番茄氮的利用率可達(dá)90％，磷達(dá)到70％,鉀達(dá)到95%。肥料利用率提高意味著施肥量減少，從而節(jié)省了肥料。圖1-13滴灌條件下水分只濕潤根區(qū)土壤（3）可靈活、方便、準(zhǔn)確地控制施肥數(shù)量和時間，可根據(jù)作物養(yǎng)分需求規(guī)律有針對性施肥，做到缺什么補(bǔ)什么，實(shí)現(xiàn)精確施肥.例如果樹在抽梢期，主要需要氮；在幼果期，需要氮磷鉀等多種養(yǎng)分；在果實(shí)發(fā)育后期，鉀的需求增加?？梢愿鶕?jù)作物的養(yǎng)分特點(diǎn)，研制各個時期的配方，為作物提供完全營養(yǎng).根據(jù)灌溉的時間和灌水器的流量，可以準(zhǔn)確計算每株樹或單位面積所用的肥料數(shù)量.有些作物在需肥高峰時正是封行的時候（如甘蔗、馬鈴薯、菠蘿等)，傳統(tǒng)的施肥無法進(jìn)行。而如采用滴灌施肥則不受限制，可以隨時施肥，真正按作物的營養(yǎng)規(guī)律施肥.覆膜栽培可以有效地提高低溫、抑制雜草生長、防止土壤表層鹽分累積、減少病害發(fā)生。但覆膜后通常無法灌溉和施肥。如采用膜下滴灌，這個問題就可迎刃而解。圖1—14馬鈴薯封行后田間人工追肥非常困難圖1—15木瓜覆膜栽培后人工追肥非常困難(4)施肥及時，養(yǎng)分吸收快速。對于集約化管理的農(nóng)場或果園,可以在很短時間內(nèi)完成施肥任務(wù),作物生長速率均勻一致，有利于合理安排田間作業(yè).作者對深圳西麗果場的荔枝滴灌施肥時間調(diào)查表明，52公頃荔枝采用滴灌施肥1人24小時可完成1次施肥，而以往人工操作情況下需32人1個星期才能完成。及時快速的灌溉和施肥對果樹的生長有現(xiàn)實(shí)意義.抽梢整齊方便統(tǒng)一噴藥而控制病蟲害，果實(shí)成熟一致方便集中采收.（5）有利于應(yīng)用微量元素。金屬微量元素通常應(yīng)用螯合態(tài)，價格較貴，而通過微灌系統(tǒng)可以做到精確供應(yīng)，提高肥料利用率，降低施用成本。(6)改善土壤環(huán)境狀況。微灌灌水均勻度可達(dá)90％以上,克服了畦灌和淋灌可能造成的土壤板結(jié)。微灌可以保持土壤良好的水氣狀況,基本不破壞原有土壤的結(jié)構(gòu)。由于土壤蒸發(fā)量小，保持土壤濕度的時間長,土壤微生物生長旺盛,有利于土壤養(yǎng)分轉(zhuǎn)化。（7)采用微灌施肥方法可使作物在邊際土壤條件下正常生長。如沙地或沙丘，因持水能力很差,水分幾乎沒有橫向擴(kuò)散，傳統(tǒng)的澆水容易深層滲漏，水肥管理是個大問題，大大影響作物的正常生長。采用水肥一體化技術(shù)后，可保證作物在這些條件下正常生長。國外已有利用先進(jìn)的滴灌技術(shù)配套微灌施肥開發(fā)沙漠，進(jìn)行商品化作物栽培的成功經(jīng)驗(yàn)。如以色列在南部沙漠地帶廣泛應(yīng)用微灌施肥技術(shù)生產(chǎn)甜椒、番茄、花卉等，成為冬季歐洲著名的“菜籃子”和鮮花供應(yīng)基地.我國有大量的濱海鹽土和鹽堿土，采用膜下滴灌施肥，可以使這些問題土壤也能生長作物.（8)應(yīng)用微灌施肥可以提高作物抵御風(fēng)險的能力。近幾年來,華南許多地區(qū)秋冬或秋冬春連續(xù)干旱，持續(xù)時間長，在應(yīng)用水肥一體化技術(shù)的地塊可保證豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，而人工灌溉地塊則成苗率低、產(chǎn)量低。水肥一體化技術(shù)條件下的作物由于長勢好，相對提高了作物的抗逆境能力。（9）采用水肥一體化技術(shù)，有利于保護(hù)環(huán)境.我國目前單位面積的施肥量居世界前列,肥料的利用率較低。由于不合理的施肥,造成肥料的極大浪費(fèi)，致使大量肥料沒有被作物吸收利用而進(jìn)入環(huán)境，特別是水體，從而造成江河湖泊的富營養(yǎng)化.在水肥一體化技術(shù)條件下，通過控制灌溉深度，可避免將化肥淋洗至深層土壤，從而大大減少由于不合理施肥、過量施肥等對土壤和地下水造成污染，尤其是硝態(tài)氮的淋溶損失可以大幅度減少.（10）在水肥一體化技術(shù)中可充分發(fā)揮水肥的相互作用，實(shí)現(xiàn)水肥效益的最大化,相對地減少了水的用量.（11)水肥一體化技術(shù)的采用有利于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化栽培,是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中的一個重要技術(shù)措施。在一些地區(qū)的作物標(biāo)準(zhǔn)化栽培手冊中，已將水肥一體化技術(shù)作為標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)措施推廣。（12）由于水肥協(xié)調(diào)平衡，作物的生長潛力得到充分發(fā)揮，表現(xiàn)為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效益。2、水肥一體化技術(shù)的局限性（1）盡管水肥一體化技術(shù)已日趨成熟，有上述諸多優(yōu)點(diǎn)，但因其屬于設(shè)施施肥，需要購買必須的設(shè)備,其最大局限性在于一次性投資較大。根據(jù)近幾年的灌溉設(shè)備和施肥設(shè)備市場價格估計,大田采用灌溉施肥一般每畝設(shè)備投資在400~1500元，而溫室灌溉施肥的投資比大田高。投資大小與眾多因素有關(guān)（后面有詳細(xì)的分析）。（2)除投資外，水肥一體化技術(shù)對管理有一定要求，管理不善，容易導(dǎo)致滴頭堵塞。如磷酸鹽類化肥,在適宜的pH值條件下易在管內(nèi)產(chǎn)生沉淀,使系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞。而在南方一些井水灌溉的地方，水中的鐵質(zhì)引致的滴頭鐵細(xì)菌堵塞常會使系統(tǒng)報廢。（3）用于灌溉系統(tǒng)的肥料對溶解度有較高要求。對不同類型的肥料應(yīng)有選擇性施用.肥料選擇不當(dāng),很容易出現(xiàn)堵塞,降低設(shè)備的使用效率.沒有配套肥料,上述部分優(yōu)點(diǎn)不能充分發(fā)揮。圖1—16肥料含雜質(zhì)過多會嚴(yán)重堵塞過濾器與滴頭（4）采用水肥一體化技術(shù)后，施肥量、肥料種類、施肥方法、肥料在生長期的分配都與傳統(tǒng)施肥存在很大差別，要求用戶要及時轉(zhuǎn)變觀念。而生產(chǎn)中很多用戶安裝了先進(jìn)灌溉設(shè)備，但還是按傳統(tǒng)的施肥方法,結(jié)果會導(dǎo)致負(fù)面結(jié)果。（5）在水肥一體化條件下，施肥通常只濕潤部分土壤，根系的生長可能只局限在灌水器的濕潤區(qū)，有可能造成作物的限根效應(yīng)，造成株型較大的植株矮小.這在干旱半干旱地區(qū)只依賴滴灌供水的地區(qū)可能會出現(xiàn)這種情況，但在華南地區(qū)有較豐富的降水，設(shè)施灌溉并不是水分的唯一來源,在此情況下基本不存在限根效應(yīng)。（6）長期應(yīng)用微灌施肥，特別是滴灌施肥，容易造成濕潤區(qū)邊緣的鹽分累積。但在降雨充沛的地區(qū)，雨水可以淋洗鹽分。如在我國南方地區(qū)田間應(yīng)用灌溉施肥，則不存在土壤鹽分累積的問題.而在大棚中多年應(yīng)用滴灌施肥,鹽分累積問題比較突出.圖1-17滴灌施肥后產(chǎn)生的地表鹽斑（7）有可能污染灌溉水源.施肥設(shè)備與供水管道聯(lián)通后，在正常的情況下，肥液被灌溉水帶到田間。但若發(fā)生特殊情況如事故、停電等，則有時系統(tǒng)內(nèi)會產(chǎn)生回流現(xiàn)象,這時肥液可能被帶到水源處。另外，當(dāng)飲用水與灌溉水用同一主管網(wǎng)時,如無適當(dāng)措施,肥液也可能進(jìn)入飲用水管道，這些都會造成對水源水的污染。但在設(shè)計和應(yīng)用時采取一定的安全措施，如安裝逆止閥、真空破壞閥等，就可避免污染的發(fā)生。三、水肥一體化技術(shù)的發(fā)展歷史水肥一體化技術(shù)是現(xiàn)代集約化灌溉農(nóng)業(yè)的一個關(guān)鍵因素，它起源于無土栽培(也叫營養(yǎng)液栽培）的發(fā)展。18世紀(jì)末，英國的烏特渥爾特（JohnWoodward）將植物種植在土壤的提取液中，這是第一個人工配制的水培營養(yǎng)液.19世紀(jì)中期,法國的布森高（JeanBaptisteBoussingault）利用惰性材料做植物生長介質(zhì)并以含有已知化合物的水溶液供應(yīng)養(yǎng)分，從而確定了9種植物必需營養(yǎng)元素，并闡明了植物最佳生長所需的礦質(zhì)養(yǎng)分比例.后來,撒奇士（vonSachs）提出了能使植物生長良好的第一個營養(yǎng)液的標(biāo)準(zhǔn)配方。在1925年以前,營養(yǎng)液只用于植物營養(yǎng)試驗(yàn)研究，并確定了許多營養(yǎng)液配方（如霍格蘭營養(yǎng)液配方，1919）。1925年溫室工業(yè)開始利用營養(yǎng)液栽培取代傳統(tǒng)的土壤栽培?！盃I養(yǎng)液栽培”（hydroponics）這個詞最初是指沒有用任何固定根系基質(zhì)的水培;之后，營養(yǎng)液栽培的含義擴(kuò)大了，指不用天然土壤而用惰性介質(zhì)如石礫、砂、泥炭、蛭石或鋸木屑和含有植物必需營養(yǎng)元素的營養(yǎng)液來種植植物。現(xiàn)在一般把固體基質(zhì)栽培類型稱為無土栽培，無固體基質(zhì)栽培類型稱為營養(yǎng)液栽培.第二次世界大戰(zhàn)加速了無土栽培的發(fā)展，成為美軍新鮮蔬菜的重要來源。第一個大型營養(yǎng)液栽培農(nóng)場就建在南大西洋荒蕪的阿森宣島上，這項(xiàng)采用粉碎火山巖做生長基質(zhì)的技術(shù)后來也應(yīng)用到其它太平洋島嶼如沖繩島和硫黃島。二戰(zhàn)后美軍在日本調(diào)布建起了一個22公頃的無土栽培生產(chǎn)基地。20世紀(jì)50年代，無土栽培的商業(yè)化生產(chǎn)開始在荷蘭、意大利、西班牙、法國、英國、德國、瑞典、蘇聯(lián)和以色列發(fā)展。之后，中東、阿拉伯半島的沙漠地區(qū)、科威特和撒哈拉沙漠以及中美洲、南美洲、墨西哥和委內(nèi)瑞拉海岸的阿魯巴和庫拉考地區(qū)也開始推廣無土栽培技術(shù)。在美國,無土栽培生產(chǎn)主要集中于伊利諾伊斯州、俄亥俄州、加利福尼亞州、亞利桑那州、印地安那州、密蘇里州和佛羅里達(dá)州。全美國有上百萬家庭式無土栽培裝置。在俄羅斯、法國、加拿大、南非、荷蘭、日本、澳大利亞和德國等國家也可見到這種家庭無土栽培裝置。塑料容器和塑料管件的發(fā)展以及平衡的營養(yǎng)液配方促進(jìn)了無土栽培的進(jìn)一步發(fā)展,生產(chǎn)成本和管理費(fèi)用都大大降低。20世紀(jì)50年代中期,美國進(jìn)行灌溉施肥的規(guī)模很小，只在地面灌溉、漫灌和溝灌中應(yīng)用。當(dāng)時最常用的肥料有氨氣、氨水和硝酸銨，由于灌溉水的利用率很低，使得肥料的氮利用率也很低。隨著波涌灌的發(fā)展，地面灌溉的水分供應(yīng)更加精確,緊接著又應(yīng)用波涌閥注入肥料,這項(xiàng)技術(shù)極大地提高了地面灌溉的肥料利用率.在荷蘭，從20世紀(jì)50年代初以來，溫室數(shù)量大幅增加,通過灌溉系統(tǒng)施用的肥料量也大幅增加，水泵和用于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分精確供應(yīng)的肥料混合罐也得到研制和開發(fā)。自20世紀(jì)60年代初起，以色列開始普及水肥一體化灌溉施肥技術(shù)。全國43萬公頃耕地中大約有20萬公頃應(yīng)用加壓灌溉系統(tǒng).果樹、花卉和溫室作物都是采用水肥一體化灌溉施肥技術(shù)，而大田蔬菜和大田作物有些是全部利用水肥一體化灌溉施肥技術(shù),有些只是某種程度上應(yīng)用，這取決于土壤本身的肥力和基肥施用。滴灌濕潤的土壤范圍很小，根系要吸收充足的養(yǎng)分則需要水和養(yǎng)分的同步供應(yīng)。在其它微灌系統(tǒng)中，如噴灌和微噴灌系統(tǒng)，水肥一體化灌溉施肥技術(shù)對作物的作用效果也很好.隨著噴灌系統(tǒng)由移動式轉(zhuǎn)為固定式，水肥一體化灌溉施肥技術(shù)也被應(yīng)用到噴灌系統(tǒng)中.20世紀(jì)80年代初,開始將水肥一體化灌溉施肥技術(shù)應(yīng)用到自動推進(jìn)機(jī)械灌溉系統(tǒng).現(xiàn)在,以色列農(nóng)業(yè)灌溉面積（除輔助灌溉外）有90%以上采用水肥一體化灌溉施肥技術(shù).最初，由于使用肥料罐,灌溉施肥的養(yǎng)分分布不均勻；后來采用文丘里施肥器和水壓驅(qū)動肥料注射器,養(yǎng)分分布較為均衡；引入全電腦控制的現(xiàn)代水肥一體化灌溉施肥技術(shù)設(shè)備，養(yǎng)分分布的均勻度得到顯著提高。滴灌是目前應(yīng)用最廣泛、最節(jié)水的灌溉技術(shù)。通過滴灌施肥肥料利用率最高,最容易實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分的精確調(diào)控。滴灌是怎么產(chǎn)生的？滴灌的構(gòu)想產(chǎn)生于20世紀(jì)30年代初的以色列。當(dāng)時恩格.申巴。布拉斯先生受邀去濱海地帶的一個小農(nóng)場參加傍晚茶會。他發(fā)現(xiàn)主人的眾多葡萄柚中有一棵長得特別大，但是這棵樹并沒有明顯的灌溉水源。經(jīng)過進(jìn)一步調(diào)查，他發(fā)現(xiàn)一條通往房子的很細(xì)的飲用水鐵管在此處有一個小裂口，從這個裂口處有水滴滴出。流出的水可濕潤范圍僅為25厘米，而這棵樹的樹冠直徑為10米。這么大一棵樹竟能從容積如此小的土壤中獲得所需水分，這個現(xiàn)象觸發(fā)布拉斯先生產(chǎn)生滴灌的想法。不幸的是,那時研究滴灌存在許多實(shí)際困難，以致于這個想法無法實(shí)現(xiàn)。但是17年后，即1959年，塑料管的應(yīng)用使這個想法的實(shí)現(xiàn)成為可能。經(jīng)過3年的反復(fù)試驗(yàn)，最后終于成功了.與噴灌和溝灌相比，應(yīng)用滴灌的番茄產(chǎn)量增加一倍，黃瓜產(chǎn)量增加了兩倍。這項(xiàng)新灌溉技術(shù)的一個關(guān)鍵問題是養(yǎng)分的供應(yīng)問題。它濕潤的土壤容積只是耕作層的一小部分，特別是砂土條件下，這個問題更為明顯.因此若在土壤表面撒施肥料,大部分肥料仍留在土壤表面而不能被植物利用。在初始階段，通過灌溉系統(tǒng)進(jìn)行施肥有兩種方法。一種是利用噴霧泵將肥料溶液注入灌溉系統(tǒng)；另一方法是將灌溉系統(tǒng)的水引到裝有水和固體肥料的容器內(nèi),然后又回到灌溉系統(tǒng)內(nèi)。這兩種施肥方法雖然簡單但不精確，但是應(yīng)用這兩種施肥方法后產(chǎn)量可顯著增加。20世紀(jì)60年代末，以色列由于出口花卉的需要，溫室面積開始擴(kuò)大。滴灌與施肥技術(shù)的結(jié)合極大地加速這個密集的、高投入的種植產(chǎn)業(yè)體系的發(fā)展。同時生產(chǎn)蔬菜和大田作物的農(nóng)戶也開始應(yīng)用水肥一體化灌溉施肥技術(shù)。20世紀(jì)60年代中期，隨著滴灌的發(fā)展，應(yīng)用肥料罐施肥是主要的施肥方法。一些溫室應(yīng)用兩用途的噴霧泵來進(jìn)行噴施農(nóng)藥和灌溉施肥，而果園則應(yīng)用移動式噴霧器將肥料溶液直接注入灌溉系統(tǒng)。20世紀(jì)70年代初，液體肥料的應(yīng)用促進(jìn)了水力驅(qū)動泵的發(fā)展。第一種開發(fā)的水力驅(qū)動泵為膜式泵，它將肥料溶液從一個敞開的容器中抽取后再注入灌溉系統(tǒng)，這種泵產(chǎn)生的壓力是灌溉系統(tǒng)中壓力的兩倍。第二種水力驅(qū)動泵為活塞泵，依靠活塞來進(jìn)行肥料溶液的吸取和注入。這些肥料泵的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了水和肥料的同步供應(yīng).同樣在20世紀(jì)70年代初，開始應(yīng)用低流量的文丘里施肥器，主要應(yīng)用于苗圃和盆栽溫室.它的應(yīng)用解決了早期肥料泵的一個主要缺點(diǎn),即在低流量時的不精確性。在有電的地方,主要在溫室內(nèi)，電驅(qū)動的肥料泵可以對肥料溶液進(jìn)行精確供應(yīng)。20世紀(jì)90年代初，用于精確施用低中流量肥料溶液的新型肥料泵得到發(fā)展。在肥料施用量的控制方面，隨著施肥設(shè)備的不斷更新,對肥料用量的控制也越來越精確。最初需要手工來調(diào)節(jié)肥料罐的進(jìn)流量和出流量，后來應(yīng)用機(jī)械化設(shè)備來自動控制水和肥料的同步供應(yīng).現(xiàn)在已有非常復(fù)雜的控制設(shè)備,如計算機(jī)與監(jiān)控肥料混合罐的酸度計、電導(dǎo)率儀及灌溉控制器相連接，實(shí)現(xiàn)對肥料用量更為精確的控制,如在溫室中施肥機(jī)的應(yīng)用等。除施肥設(shè)備上不斷的更新和完善外,用于灌溉施肥的專用肥料也得到大力發(fā)展。在眾多的肥料類型中,液體肥料最適合用于灌溉施肥.在以色列,液體肥料占總肥料的80％以上，美國液體肥料占總肥料的38％以上，目前仍在繼續(xù)增長。目前，在一些水肥一體化灌溉施肥技術(shù)發(fā)達(dá)的國家(如以色列、美國、澳大利亞、西班牙、荷蘭、塞浦路斯等)，已形成了完善的設(shè)備生產(chǎn)、肥料配制、推廣和服務(wù)的技術(shù)體系。他們的設(shè)備和技術(shù)除滿足于國內(nèi)市場外，現(xiàn)正大力尋求海外市場。我國水肥一體化技術(shù)的發(fā)展相比發(fā)達(dá)國家來講要遲近20年。現(xiàn)普遍的看法是從1974年開始。當(dāng)年我國引進(jìn)了墨西哥的滴灌設(shè)備，試驗(yàn)點(diǎn)僅有3個，面積約5。3公頃，試驗(yàn)取得了顯著的增產(chǎn)和節(jié)水效果。1980年我國第一代成套滴灌設(shè)備研制生產(chǎn)成功.1981年后，在引進(jìn)國外先進(jìn)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)上，我國灌溉設(shè)備的規(guī)模化生產(chǎn)基礎(chǔ)逐步形成，在應(yīng)用上由試驗(yàn)、示范到大面積推廣，取得顯著的節(jié)水和增產(chǎn)效益。在進(jìn)行節(jié)水灌溉試驗(yàn)的同時，開始開展水肥一體化灌溉施肥的試驗(yàn)研究。從20世紀(jì)90年代中期開始，灌溉施肥的理論及應(yīng)用技術(shù)日趨被重視，技術(shù)研討和技術(shù)培訓(xùn)大量開展。2000年開始至今，全國農(nóng)技推廣中心節(jié)水處每年在我國不同地區(qū)舉辦灌溉施肥技術(shù)培訓(xùn)班(最初的幾屆與國際鉀肥研究所（IPI）合辦），由國內(nèi)外專家系統(tǒng)地介紹灌溉施肥的理論和技術(shù)。灌溉施肥的面積逐步擴(kuò)大.特別是溫室及大棚蔬菜的生產(chǎn)，推動了水肥一體化技術(shù)的不斷完善和發(fā)展。一些研究單位和企業(yè)結(jié)合，研究開發(fā)出適合當(dāng)?shù)貤l件的施肥設(shè)備和灌溉技術(shù)，如壓差施肥罐、文丘里施肥器、移動式灌溉施肥機(jī)、施肥綜合控制系統(tǒng)、重力自壓施肥系統(tǒng)、泵吸施肥法、泵注肥法、膜下滴灌施肥技術(shù)等。當(dāng)前水肥一體化灌溉施肥技術(shù)已經(jīng)由過去局部試驗(yàn)示范發(fā)展為大面積推廣應(yīng)用，輻射范圍由華北地區(qū)擴(kuò)大到西北干旱區(qū)、東北寒溫帶和華南亞熱帶地區(qū),覆蓋了設(shè)施栽培、無土栽培、果樹栽培，以及蔬菜、花卉、苗木、大田作物等多種栽培模式和作物。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，水肥一體化技術(shù)的水平日益提高，涌現(xiàn)了一批設(shè)備配置精良、并實(shí)現(xiàn)了專家系統(tǒng)智能自動控制的大型示范工程.部分地區(qū)因地制宜實(shí)施的山區(qū)重力自壓滴灌施肥、瓜類栽培吊瓶滴灌施肥、華南地區(qū)利用灌溉系統(tǒng)施用有機(jī)液肥等技術(shù)形式使水肥一體化技術(shù)日趨豐富和完善，形成了適合中國國情的、有中國特色的水肥一體化技術(shù)體系。特別是新疆地區(qū)的膜下滴灌施肥技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。除在棉花上大面積應(yīng)用外，目前已推廣到加工番茄、色素菊、辣椒、玉米、蔬菜、瓜類、花卉、果樹、烤煙等作物,推廣面積達(dá)幾千萬畝。水肥一體化技術(shù)應(yīng)用與理論研究逐漸深入，由過去側(cè)重土壤水分狀況、節(jié)水和增產(chǎn)效益試驗(yàn)研究，逐漸發(fā)展到灌溉施肥條件下的水肥耦合效應(yīng)、作物生理及產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì)的影響、養(yǎng)分在土壤中運(yùn)移規(guī)律等方面的研究；由單純注重灌溉技術(shù)、灌溉制度轉(zhuǎn)變到灌溉與施肥的綜合運(yùn)籌。我國灌溉施肥總體水平，已從80年代初級階段發(fā)展提高到中級階段。其中，部分微灌設(shè)備產(chǎn)品性能、大型現(xiàn)代溫室裝備和自動化控制已基本達(dá)到目前國際先進(jìn)水平。微灌工程的設(shè)計理論及方法已接近世界先進(jìn)行列；微灌設(shè)備產(chǎn)品和微灌工程技術(shù)規(guī)范，特別是條款的邏輯性、嚴(yán)謹(jǐn)性和可操作性等方面，已躍居世界領(lǐng)先水平.但是，從整體上分析，我國水肥一體化灌溉施肥技術(shù)系統(tǒng)的管理水平相對較低;應(yīng)用灌溉施肥技術(shù)面積所占比例小，水肥結(jié)合理論與應(yīng)用研究成果較少,深度不夠；灌溉施肥用的專用肥料的研究和開發(fā)剛剛起步，某些微灌設(shè)備產(chǎn)品特別是首部配套設(shè)備的質(zhì)量與國外同類先進(jìn)產(chǎn)品相比仍存在較大差距。四、水肥一體化技術(shù)研究和推廣應(yīng)用中存在的問題1.我國設(shè)施灌溉技術(shù)的推廣應(yīng)用還處于起步階段。設(shè)施灌溉面積不足總灌溉面積的3%，與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家相比存在巨大差異，在設(shè)施灌溉的有限面積中，大部分沒有考慮通過灌溉系統(tǒng)施肥.即使在最適宜用灌溉施肥技術(shù)的設(shè)施栽培中，灌溉施肥面積也僅占20％左右。水肥一體化技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和社會效益尚未得到足夠重視。另外,多數(shù)種植者對水肥一體化灌溉施肥技術(shù)存在認(rèn)識上的偏差。目前，多數(shù)種植業(yè)者或管理人員對滴灌等灌溉形式的認(rèn)識還停留在原有基礎(chǔ)上,如由于設(shè)計不合理、管理不善等引起的滴頭堵塞等問題，進(jìn)而對水肥一體化技術(shù)本身加以否定;再有就是在他們的潛意識中，滴灌是將灌溉水一滴一滴滴下去,灌水量太少，根本滿足不了作物生長的需要；對國外技術(shù)的過分依賴，認(rèn)為只有使用國外的產(chǎn)品、讓國外的技術(shù)人員來進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計、安裝才是可行的，從而無形之中增加了水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用成本和推廣難度。2。灌溉技術(shù)與施肥技術(shù)脫離。由于管理體制所造成的水利與農(nóng)業(yè)部門的分割，使技術(shù)推廣中灌溉技術(shù)與施肥技術(shù)脫離，缺乏行業(yè)間的協(xié)作和交流。懂灌溉的不懂農(nóng)藝、不懂施肥，而懂得施肥的又不懂灌溉設(shè)計和應(yīng)用。目前，灌溉施肥面積僅占微灌總面積的30%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于先進(jìn)國家（以色列為90%，美國為65%）。我國微灌工程首部有相當(dāng)部分都設(shè)計有施肥配置，但大部分閑置不用。作者的調(diào)查表明,主要是設(shè)計者不懂得如何施肥（如施肥量和肥料濃度的確定），又害怕承擔(dān)責(zé)任(萬一肥濃度過高將作物燒死要賠償）,導(dǎo)致多數(shù)用戶仍然沿用傳統(tǒng)的人工施肥方法，灌溉系統(tǒng)效益沒有得到充分發(fā)揮。即便是在有些示范園區(qū)，雖然安裝了先進(jìn)的施肥裝備，如成套施肥機(jī)等，但因所選擇肥料與之并不匹配，也難以體現(xiàn)水肥一體化技術(shù)的應(yīng)有價值。與此同時,結(jié)合中國國情的灌溉與施肥結(jié)合的綜合應(yīng)用技術(shù)的研究也嚴(yán)重不足。這就使得廣大用戶一方面在到處尋找先進(jìn)的技術(shù)和管理模式，另一方面擺在眼前的技術(shù)又不知如何合理應(yīng)用，阻礙生產(chǎn)的發(fā)展.3.灌溉施肥工程管理水平低。目前我國節(jié)水農(nóng)業(yè)中存在“重硬件（設(shè)備）、輕軟件（管理)”問題。特別是政府投資的節(jié)水示范項(xiàng)目，花很大代價購買先進(jìn)設(shè)備，但建好后由于缺乏科學(xué)管理或權(quán)責(zé)利不明而不能發(fā)揮應(yīng)有示范作用。灌溉制度和施肥方案的執(zhí)行受人為因素影響巨大，除了裝備先進(jìn)的大型溫室和科技示范園外,大部分的灌溉施肥工程并沒有采用科學(xué)方法對土壤水分和養(yǎng)分含量、作物營養(yǎng)狀況實(shí)施即時監(jiān)測，多數(shù)情況下還是依據(jù)人為經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行管理，特別是施肥方面存在很大的隨意性.系統(tǒng)操作不規(guī)范，設(shè)備保養(yǎng)差，運(yùn)行年限短。4。水肥一體化設(shè)備生產(chǎn)技術(shù)裝備落后，針對性設(shè)備和產(chǎn)品的研究和開發(fā)不足.我國微灌設(shè)備目前依然存在微灌設(shè)備產(chǎn)品品種及規(guī)格少、材質(zhì)差、加工粗糙、品位低等問題。其主要原因是設(shè)備研究與生產(chǎn)企業(yè)聯(lián)系不緊密，企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小,專業(yè)化程度低。特別是施肥及配套設(shè)備產(chǎn)品品種規(guī)格少，形式比較單一,技術(shù)含量低；大型過濾器、大容積施肥罐、精密施肥設(shè)備等開發(fā)不足.5。灌溉施肥研究和技術(shù)培訓(xùn)不足.目前，在中國大部分農(nóng)業(yè)大學(xué)尚未設(shè)置水肥一體化方面的專門課程，農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門也缺乏專業(yè)推廣隊(duì)伍.在研究方面人力物力投入少,對農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣人員和農(nóng)民缺乏灌溉施肥專門知識培訓(xùn)，同時也缺乏通俗易懂的教材、宣傳資料等。6。缺乏綜合型專門技術(shù)人才.灌溉施肥技術(shù)涉及農(nóng)田水利、灌溉工程、作物、土壤、肥料等多門學(xué)科，需要綜合知識，應(yīng)用性很強(qiáng)。但我國目前有這些基礎(chǔ)知識的綜合性人才奇缺，現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)從業(yè)人員（包括管理人員、農(nóng)技人員及農(nóng)民）的專業(yè)背景又存在較大差異,即使有部分人士意識到水肥一體化技術(shù)的重要性，但到哪里去尋找技術(shù)援助仍是一大問題。如一些研究單位或灌溉公司的農(nóng)業(yè)工程技術(shù)人員可以設(shè)計單純的灌溉系統(tǒng)，但對施肥部分不熟悉，也就不能使灌溉施肥系統(tǒng)真正發(fā)揮其應(yīng)有的作用。7。由于技術(shù)問題的疏漏所導(dǎo)致的負(fù)效應(yīng)影響了普及推廣.灌溉施肥技術(shù)相對較復(fù)雜，在某些示范項(xiàng)目實(shí)施中，由于系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選用、過濾、以及肥料施用等問題，造成了灌溉施肥系統(tǒng)效益低甚至失敗，給推廣帶來阻力。如有的設(shè)計不合理，大量消耗電力；有的管理不善，沒有很好地發(fā)揮過濾系統(tǒng)的作用，造成滴頭堵塞最終使系統(tǒng)報廢。過量灌溉導(dǎo)致肥料淋失，結(jié)果作物長勢差、葉發(fā)黃。8.缺少專業(yè)公司的參與.雖然在設(shè)備生產(chǎn)上我國己達(dá)到先進(jìn)水平，國產(chǎn)設(shè)備可以滿足市場需要，但技術(shù)服務(wù)公司非常少，而在水肥一體化技術(shù)普及的國家，則有許多公司提供灌溉施肥技術(shù)服務(wù).水肥一體化技術(shù)是一項(xiàng)綜合管理技術(shù)，它不僅需要有專業(yè)公司負(fù)責(zé)規(guī)劃、設(shè)計、安裝，還需要有相關(guān)的技術(shù)培訓(xùn)、專用肥料的供應(yīng)、農(nóng)化服務(wù)等。如在實(shí)踐過程中,有用戶在施用氯化鉀的同時施用硫酸鎂，結(jié)果很快形成微溶于水的硫酸鉀，久而久之便造成過濾器、滴頭的堵塞，影響系統(tǒng)的正常工作。同時，我國的灌溉設(shè)備企業(yè)主要集中在長江以北,而華南地區(qū)在農(nóng)業(yè)方面比較專業(yè)的灌溉設(shè)備公司則很少，因此，轄區(qū)內(nèi)灌溉施肥設(shè)備的選擇要么主要從北方購買，要么依賴進(jìn)口，這無形之中增加了高額的運(yùn)輸費(fèi)用,進(jìn)而增加系統(tǒng)的投資成本。9.灌溉施肥技術(shù)的成本較高，而農(nóng)產(chǎn)品價格偏低，這是目前技術(shù)推廣的最大障礙。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)本身也是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動.一項(xiàng)技術(shù)再好,如果用戶不能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益也無法推廣開去。目前，我國絕大部分的農(nóng)用水是不收費(fèi)或很低收費(fèi)，因此，從節(jié)水角度鼓勵農(nóng)民使用節(jié)水灌溉收效不大，絕大部分是從節(jié)肥省工高效來考慮。但目前較高的成本使他們猶豫再三,不敢嘗試。水肥一體化灌溉施肥技術(shù)是一項(xiàng)綜合管理技術(shù)措施，涉及到多項(xiàng)成本構(gòu)成，具體有：（1）設(shè)備成本包括設(shè)備來源（國產(chǎn)或進(jìn)口）、系統(tǒng)壽命的長短、自動化程度的高低、材料的等級及規(guī)格等。以滴灌管為例,有些可以用15年以上,有些只能一年半載;同樣的材料有些管壁厚有些壁?。粚?nèi)置滴灌管而言，滴頭間距越小，成本越高。很顯然，壽命長、管壁厚、滴頭間距小的滴灌管價格就要高.(2）水源工程在水肥一體化系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計中,只要是符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水都可以作為灌溉水源，如河水、井水、水庫水、池塘水、湖水、降水等。很顯然，水源工程越復(fù)雜，花費(fèi)越多。一些地方需要打深井，一些要建引水渠，修蓄水池，拉電源等，所涉及的成本差異大。（3）作物種類包括種植作物的種類、行間距、年齡等。如單位面積茶園應(yīng)用滴灌技術(shù)的成本要高于蘋果，因?yàn)椴璧男芯噙h(yuǎn)小于蘋果，需要更多的滴灌管.蔬菜通常比果樹成本高。(4）地形及土壤條件如土壤質(zhì)地、地形坡度等.很顯然在復(fù)雜的地形條件下可能需要消耗更多的材料且增加安裝成本.與平坦地帶相比,當(dāng)高差很大時要用壓力補(bǔ)償式滴灌管，增加成本。土壤質(zhì)地與滴頭間距有關(guān)，砂土間距小，滴頭多，相應(yīng)成本增加。（5）地理位置交通不便的地方材料購置與運(yùn)輸困難，通常會大幅度增加系統(tǒng)成本.（6)系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計一般來說，合理的設(shè)計可節(jié)省材料，系統(tǒng)的安裝和運(yùn)行成本相對較低；而不合理的設(shè)計通常導(dǎo)致材料的浪費(fèi)，系統(tǒng)運(yùn)行成本也會相應(yīng)增加。（7）系統(tǒng)所覆蓋的種植區(qū)域面積一般來說，無論種植區(qū)面積大小，都必須至少有一套灌溉施肥首部系統(tǒng).面積越大，首部系統(tǒng)分?jǐn)偟絾挝幻娣e的成本就越少.(8）肥料在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，肥料的選擇有多種，有普通肥或?qū)Ｓ梅?、進(jìn)口肥或國產(chǎn)肥之分。一般而言，用普通肥料自行配肥是便宜的。但配肥需要有專業(yè)知識.(9）施肥設(shè)備和施肥質(zhì)量要求在施肥設(shè)備中，既有簡易的、低成本施肥裝置，也有復(fù)雜的、價格相對昂貴的施肥機(jī)等。在施肥方式上,有按比例施肥和按數(shù)量施肥兩種?？傮w而言,按比例施肥用的設(shè)備要比按數(shù)量施肥用的設(shè)備昂貴。（10）設(shè)備公司的利潤（11）銷售公司的利潤包括灌溉材料、施肥設(shè)備、肥料等的利潤。（12）安裝公司的利潤等因上述每項(xiàng)都是一個變數(shù)，要確定某一灌溉施肥系統(tǒng)的詳細(xì)成本需視具體情況而定。正如建房子，相同面積的房子價格可以相差幾十上百倍，但房子居住的基本功能卻是相似的。隨著我國水肥一體化技術(shù)的發(fā)展，市場會越來越成熟，灌溉施肥的模式也會越來越多，成本也將越來越低。在目前情況下，水肥一體化技術(shù)可以優(yōu)先用在經(jīng)濟(jì)效益較好的作物上（如花卉、果樹、蔬菜、藥材、煙草、棉花、茶葉及其它特