【技术】水肥一体化技术全方位解读

随着近几年中国对设施农业的持续补贴投入，以及民众对高端蔬菜的需求，国内设施农业的硬件、软件均获得高速发展，精准水肥一体化逐渐成为温室种植者的好帮手，走进各大生产园区，可以说，水肥一体化已经成为设施农业的标配。

农业部《到2020年化肥使用量零增长行动方案》提出：到2020年，机械施肥将占主要农作物种植面积的40%以上，提高10个百分点；水肥一体化推广面积1.5亿亩，增加8000万亩。“液体肥料作为水肥一体化的重要组成部分，营养均衡，效果稳定，吸收利用率高，更安全、更绿色、更环保，符合发展趋势，应大力推广与应用。

什么是水肥一体化技术

 水肥一体化技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术，被誉为现代农业的“一号技术”。水肥一体化是借助压力灌溉系统，将可溶性固体或液体肥料，按作物种类的需肥规律和特点，通过管道和滴头适时适量地输送到作物根部，满足作物生长所需的水分和养分供给。比如像滴灌、喷灌和无土栽培均属于水肥一体化中的一类技术。水肥一体化技术，根据作物需肥需水规律和数量将肥料溶入到水中，定时定量直接输送到作物根系最集中的土壤区域，随时将水分连同养分直接送到作物的“嘴”里，使作物渴了就喝、饿了就吃；还可以减少因挥发、淋洗而造成的水肥浪费，从而大大提高水肥的利用率。

为什么肥溶于水后在施入土壤更有利于作物的吸收，肥料利用率会大幅度提高？

这是因为我们施到土壤的肥料通常要经历两个过程。一个叫扩散过程，肥料溶解后进入土壤溶液，靠近根表的养分被吸收，浓度降低，远离根表的土壤溶液浓度相对较高，结果产生扩散，养分向低浓度的根表移动，最后被吸收；另一个过程叫质流，植物在有阳光的情况下叶片气孔张开，进行蒸腾作用（这是植物的生理现象），导致水分损失。根系必须源源不断地吸收水分供叶片蒸腾耗水。靠近根系的水分被吸收了，远处的水就会流向根表，溶解于水中的养分也跟着到达根表，从而被根系吸收。因此，肥料一定要溶解才能被吸收，不溶解的肥料对植物来说是无效的。因此只要是能溶于水的化肥都能够通过水肥一体化系统来施用。最好选用水溶性复合肥，溶解性好，养分含量高，养分多元，见效快。

水肥一体化是一种精确施肥法，只施在根部，显著提高肥料利用率，与常规施肥相比，可节省肥料用量30—50%以上，省水用量70%以上；大量节省施肥劳力，不用下地，不用开沟、覆土，速度快，上千亩的面积可以在一两天内完成，比传统施肥方法节省劳动力90%以上；灵活、方便、准确地控制施肥时间和数量；显著地增加产量和提高品质，增强作物抵御不良天气的能力；滴灌施肥只湿润根层，行间没有水肥供应，杂草生长也会显著减少。

水肥一体化技术构成

水肥一体化技术的构成从工程实施方式上来分，大致包括水源工程、供水系统、水处理系统、水肥控制系统、田间输配水管网系统、数据收集控制系统六大部分。

1.水源工程

只要水质符合灌溉要求，均可作为灌溉的水源。包括江河、渠道、湖泊、井、水库等，为了充分利用各种水源进行灌溉，并使水质达到灌溉要求，往往需要修建引水、蓄水和提水工程，以及相应的输配电工程，这些统称为水源工程。

2.供水系统

该系统主要包括供水水泵、变频、压力传感器（或远传压力表）、配电系统等，其功能主要是根据水肥一体化系统的需要将一台或多台水泵串联起来，利用变频技术，将灌溉水加压到所需的压力范围内，通过各级管道输送到田间灌水器。供水系统主要是整个水肥一体化系统动力的来源，调节并控制系统的供水压力和水量，以满足灌溉要求。

3.水处理系统

这里所说的水处理，是对水质进行初步的过滤、酸碱度调节，或者根据种植需求调节水的硬度等。对于以江河水、湖水等作为灌溉水源，水中杂质含量较多，水质较差，对其处理较为复杂，通常会做一些水净化、过滤等，而对于井水而言，则相对简单一些，只做一些过滤即可。当然，对于无土栽培还应当对灌溉水进行严格的处理，使其达到无土栽培对水质的要求。通常情况下，考虑到滴灌、微喷对于水质要求较高，水肥一体化系统普遍配置过滤装置，包括离心过滤器、砂石过滤器、叠片过滤器等。

4.水肥控制系统

水肥控制系统可以说是水肥一体化技术的核心部分，其控制着整个水和肥的运行方式。其常用设备就是灌溉施肥机，其通过有线或无线的方式控制灌溉单元电磁阀的启闭，实现手自动控制。虽然市场上的灌溉施肥机型号多样，样式不同，但功能比较相似。灌溉施肥机分为现场和远传操作两种控制方式，通常配有手动或自动两种模式。在手动模式下可直接控制施肥泵和电磁阀的开闭。自动模式下，可设置灌溉程序、灌溉日期、灌溉时间段、施肥时间或施肥量、EC或PE值等，设备将按照设置好的参数进行灌溉和施肥。

5.田间输配水管网系统

田间输配水管网系统一般由干管、支管、田间首部、毛管及灌水器组成。干管一般采用PVC管材，支管一般采用PE管材或PVC管材，管径根据流量进行配置，田间首部根据种植需求安装有过滤器、文丘里和电磁阀等，毛管目前多选用小管径PE管或内镶式滴灌带、边缝迷宫式滴灌带等。干管或分干管的端进水口设闸阀，支管和辅管进水口处设球阀。输配水管网的作用是将部处理过的水或肥, 按照要求输送到灌水单元和灌水器，毛管是微灌系统的末一级管道，在滴灌系统中，即为滴灌管，在微喷系统中，毛管上安装微喷头。

6.数据收集控制系统

数据收集控制系统涉及数据收集、传输、反馈及存储四个方面。数据收集主要是通过各种传感器采集包括土壤、空气、植物等各种环境或生物体的各种数据，以供控制系统使用。传输主要是数据的通讯方式，分为有线和无线传输两种方式，数据通过传输上传到上位机或者云平台上。反馈主要是计算、分析各种运行数据，对各设备或电磁阀等输出点进行控制，达到所设定的参数，实现控制效果。存储是将采集的数据保存在本地服务器或云平台上，不仅可以利用保存的数据对现场设备进行控制，还可以随时查看运行记录和历史数据。 

数据收集控制系统可以通过电脑软件或手机APP对其进行操作，控制整个水肥一体化系统的运行，进行远程水肥管理。

水肥一体化技术的优点

1.增产：使用水肥一体化技术能够精确地给植物提供养分，做到了植物养分利用率最大化，因此可以达到作物增产，增加经济效益的效果。

2.改善作物品质：采用水肥一体化技术可以做到在各种植物的不同生长期提供作物所必需的各种养分，避免各种元素之间的拮抗反应，做到各种元素的均衡，显著地增加产量和提高品质，增强作物抵御不良天气的能力；滴灌施肥由于精确的水肥供应，作物生长速度快，可以提前进入结果期或早采收。

3.减少病虫害：滴灌施肥可以减少病害的传播，特别是随水传播的病害，如枯萎病。因为滴灌是单株灌溉的。滴灌时水分向土壤入渗，地面相对干燥，降低了株行间湿度，发病也会显著减轻，滴灌可以滴入农药，对土壤害虫、线虫、根部病害有较好的防治作用。

4.灵活施肥：灵活、方便、准确地控制施肥时间和数量； 滴灌施肥可以根据作物的需肥规律施肥。吸收量大的时候多施肥，吸收少时少施肥。很多作物封行时正是需肥高峰期，但人进不了田间，无法追肥（如马铃薯、甘蔗、菠萝等），而滴灌则不受限制，可以随时追肥。

5.减少杂草生长：滴灌施肥只湿润根层，行间没有水肥供应，杂草生长也会显著减少。

6.调节土温：冬季土温低，可以将水加温，通过滴灌滴到根部，提高土温。在温室大棚有很强的应用性。

7.解决根部缺氧问题：对于较粘重土壤，将滴灌管埋于一定土层深度，通过空气压缩机向土壤灌气，解决根部缺氧问题。

8.避免高温对根的伤害：由于滴灌容易做到精确的水肥调控，在土层深厚的情况下，可以将根系引入土壤底层，避免夏季土壤表面的高温对根系的伤害。

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