水肥一體化研究與應(yīng)用

1、水肥一體化研究與應(yīng)用內(nèi)容提要一、基本概念二、基本原理三、目的意義四、技術(shù)要求五、技術(shù)路線一、水肥一體化技術(shù)的概念利用低壓管道系統(tǒng)，按土壤養(yǎng)分含量和作物種類的需肥規(guī)律，將肥料溶液注入灌溉輸水管道，通過灌水器將液體肥料均勻、定時、定量直接提供給作物葉片或根區(qū)。具有節(jié)水，節(jié)肥，省勞力；同時改善土壤理化性狀，提高了土地利用率，提高單位面積產(chǎn)量。通常的方法：1、將肥料溶解后施用，包含淋施、澆施、噴施、管道施用等。2、與灌溉同時進行的施肥，將肥料的溶于灌溉水，通過低壓管道灌水器，將肥液直接提供給作物。由于滴灌施用延長了施肥時間，效果最好，最節(jié)省肥料。二、基本原理（一）植物吸收養(yǎng)分的過程1、擴散過程肥料溶解

2、后進入土壤溶液，靠近根表的養(yǎng)分被吸收，濃度降低，遠離根表的土壤溶液濃度相對較高，結(jié)果產(chǎn)生擴散，養(yǎng)分向低濃度的根表移動，最后被吸收。2、質(zhì)流植物在陽光下葉片氣孔張開，產(chǎn)生蒸騰作用，導(dǎo)致水分損失，通過根系不斷地吸收水分供葉片蒸騰耗水?？拷档乃直晃樟?，遠處的水就會流向根表，溶解于水中的養(yǎng)分也跟著到達根表，從而被根系吸收。因此，肥料溶解后才能被植物吸收，不溶解的肥料不能利用。將灌溉和施肥同時進行，肥料得到充分溶解，施入土壤的肥料被充分吸收，肥料利用率大幅提高。（二）作物施肥的規(guī)律1、養(yǎng)分歸還學(xué)說作物產(chǎn)量的形成有40%80%的養(yǎng)分來自土壤，為保證土壤有足夠的養(yǎng)分，必須通過施肥措施來實現(xiàn)。通過施肥

3、，可以把作物吸收的養(yǎng)分“歸還”土壤，確保土壤能力。2、最小養(yǎng)分律作物生長發(fā)育需要吸收各種養(yǎng)分，但存在限制作物產(chǎn)量的土壤中相對含量最小的養(yǎng)分因素，即使增加其他養(yǎng)分，作物產(chǎn)量也難以提高。只有提供作物所缺的各種養(yǎng)分，作物才會高產(chǎn)。3、同等重要律對作物來講，不論大量元素或微量元素，都是同樣重要缺一不可的，即缺少某一種微量元素，盡管它的需要量很少，仍會影響某種生理功能而導(dǎo)致減產(chǎn)，不能因為需要量少而忽略。4、不可代替律作物需要的各營養(yǎng)元素，在作物內(nèi)都有一定功效，相互之間不能替代。如缺磷不能氮代替，缺鉀不能用氮、磷配合代替。缺少什么營養(yǎng)元素，就必須施用含有該元素的肥料進行補充。5、報酬遞減律當(dāng)施肥量超過適量

4、時，作物產(chǎn)量與施肥量之間的關(guān)系就不再是同步增減模式，而呈拋物線模式了，單位施肥量的增產(chǎn)會呈遞減趨勢。6、因子作用律作物產(chǎn)量是由影響作物生長發(fā)育諸因子綜合作用的結(jié)果。施肥作為主導(dǎo)限制因子，必須與其他農(nóng)業(yè)措施相配合，才能發(fā)揮應(yīng)有的功能；同時，各種養(yǎng)分之間的合理平衡作用，才能發(fā)揮應(yīng)有的功能。三、目的意義1、節(jié)肥。水肥一體化技術(shù)可平衡施肥和集中施肥，減少了肥料揮發(fā)和流失，供肥及時、作物易于吸收、提高肥料利用率。與傳統(tǒng)技術(shù)施肥相比節(jié)省化肥30%50%。能靈活、方便、準(zhǔn)確地控制施肥時間和數(shù)量。通過滴灌系統(tǒng)施肥，可節(jié)肥至少20%，減少病害，可節(jié)省農(nóng)藥投入，一般增產(chǎn)1030%。2、節(jié)水。水肥一體化技術(shù)可減少水

5、分的下滲和蒸發(fā)，提高水分利用率。在露地栽培條件下，與大水漫灌相比，節(jié)水率達50%左右。保護地栽培條件下，與畦灌相比，節(jié)水率為30%40%。3、改善生態(tài)環(huán)境。水肥一體化技術(shù)可降低棚內(nèi)空氣濕度8.515個百分點。提高棚內(nèi)溫度24，提高地溫23，改善土壤物理性質(zhì)，減少土壤養(yǎng)分淋失。提高灌溉水利用率達到80%以上，施氮肥當(dāng)季利用率達 60%，與地面灌溉相比，節(jié)水30%50%，節(jié)肥25%30%，減少了水向深層的滲漏，減輕了面源污染和對地下水的污染。4、減輕病蟲害發(fā)生?？諝鉂穸鹊慕档?，在很大程度上抑制了作物病害的發(fā)生，減少了農(nóng)藥的投入，每畝農(nóng)藥用量減少15%30%，節(jié)省勞力1520個。5、增加產(chǎn)量，改善品

6、質(zhì)。水肥一體化技術(shù)可促進作物產(chǎn)量提高和產(chǎn)品質(zhì)量的改善，設(shè)施栽培增產(chǎn)17%28%。增產(chǎn)增收。四、水肥一體化技術(shù)要求（一）建立一套灌水系統(tǒng)根據(jù)地形、田塊、單元、土壤質(zhì)地、作物種植方式、水源特點等基本情況，設(shè)計管道系統(tǒng)的埋設(shè)深度、長度、灌區(qū)面積等。水肥一體化的灌水方式可采用管道灌溉、噴灌、微噴灌、泵加壓滴灌、重力滴灌、滲灌、小管出流等，以雙上孔軟管滴灌較為實用。1、雙上孔滴灌優(yōu)點（1）供水均衡且節(jié)約用水目前設(shè)施蔬菜生產(chǎn)上，供水方法一般是溝灌、畦面澆灌和噴灌，用水量大且水量不易控制。采用軟管滴灌方式，水直接滴在根際土壤，澆水量可人為控制，減少了土壤水分滲漏及表土水分流失，節(jié)約灌溉用水，對砂性土壤和鹽堿

7、土壤尤為重要,試驗表明：采用軟管滴灌比溝灌節(jié)水70%左右，而且灌水均衡。（2）降低濕度且減輕病害軟管滴灌水量易控制，土壤水分蒸發(fā)少，降低了棚內(nèi)空氣濕度，控制了病害的發(fā)生程度。黃瓜大棚栽培試驗表明：采用雙上孔軟管滴灌方式，大棚空氣濕度在65-75，清晨無霧氣，黃瓜葉緣無水珠，沒有霜霉病發(fā)生，整個生育期僅噴預(yù)防藥4次。而對照溝灌大棚清晨多霧氣，葉緣水珠多并形成水膜，2月下旬4月上旬伴有白粉病、霜霉病發(fā)生，全生育期噴藥14次，畝增加成本42元。番茄大棚栽培試驗表明：空氣相對濕度（3月20日下午2時測定濕度）分別是73%（軟管滴灌大棚）和80%（溝灌大棚），同樣，溝灌大棚前期早疫病和葉霉病明顯增多，用

8、藥次數(shù)也明顯增加。（3）改善環(huán)境且促進生長軟管滴灌灌水均勻度達80%90%以上，經(jīng)實驗表明：軟管滴灌比溝灌土壤溶重降低0.08gcm³-0.15gcm³，孔隙度增加0.44-2.53，表層土壤中鹽分積累少。由于土壤物理性狀好，黃瓜根系橫縱向伸展度比對照各長6.4厘米和10.2厘米，根毛數(shù)量明顯多于對照，黃瓜長勢好。由于供水量得到有效控制，在冬季棚室黃瓜栽培中，10cm地溫比溝灌提高2，氣溫提高1.5。棚室番茄栽培中：早春（3月20日）下午2時測定，5cm處地溫分別是18.2（軟管滴灌）和15.3（溝灌），大棚內(nèi)氣溫分別是21.7（軟管滴灌）和19.5（溝灌）。（4）性能可靠

9、且操作方便雙上孔軟管滴灌有良好的抗堵性能，對水質(zhì)無特別要求，水中雜質(zhì)粘度不超過0.8mg即可。在灌溉時，只須開關(guān)閥門，就能完成澆水作業(yè)，操作方便，工效高。一般軟管滴灌方式比對照節(jié)省用工約20個，大大減輕勞動強度。2、滴灌系統(tǒng)的組成（1）水源工程：根據(jù)各地水源情況設(shè)計灌溉面積，一般情況微灌每次灌水定額為8-20m3/畝左右。（2）首部樞紐：包括水泵、過濾器、施肥器、水表、壓力表、進排氣閥和控制設(shè)備等。（3）田間管網(wǎng)和滴灌管線各級主支管道，各種口徑的管道壓力控制閥門，排污設(shè)備和管道排水裝置。田間滴灌管線及專用接頭，壓力測定裝置。滴灌系統(tǒng)組成示意（1）水泵（2）壓力傳感器（3）排氣閥（4）主閥（5）

10、施肥系統(tǒng)（6）調(diào)節(jié)閥（7）壓力表（8）過濾器（9）流量表（10）主管（11）小區(qū)閥（12）支管（13）滴灌帶（14）支管連接件（15）管件（16）自動控制系統(tǒng)3、滴灌帶滴灌帶一般采用抗老化塑料配方制成PE軟管，機械打孔，產(chǎn)品結(jié)實耐用，一般可使用3年以上。該產(chǎn)品投資少、工作壓力低（15米水頭）、抗堵塞性能好、對水源要求低、安裝使用方便，噴灑水沖擊力小，灌水均勻、不傷害作物，體積小、重量輕，移動儲藏方便。管徑一般為28mm，其上出水孔0.60.8mm，出水分開向上，微灌范圍大，滴灌帶工作壓力為3060kPa。吸水口四周用40目以上紗網(wǎng)圍成過濾裝置。滴灌帶技術(shù)參數(shù)名稱規(guī)格折徑×單層厚度mm

11、工作壓力kPa每卷長度m噴水孔類型微噴帶N45×0.210-30200雙孔或異步孔主管N80×0.450-80100無孔三通50×25×50四通50×25×50×25滴灌帶說明：1、孔縱向間距在100-400mm之間；2、孔橫向間距在10-30mm之間3、孔徑為0.8mm4、N45使用壓力15m水柱（不超過50kpa -5 m水柱），每米流量：雙孔11.220.7升/時米，使用長度：（ qv=10%）雙孔 60米。4、滴灌帶安裝水泵與主管相連，主管再用三通或四通與噴灌帶相連。主管和噴灌帶與接頭連接時，先把管子的口用手拉伸擴大

12、孔口，便可安裝。提水泵可選用175QJ32-65B型水泵5、灌水制度的確定根據(jù)土壤有效含水量、作物不同生育期需水量確定灌水定額。（1）不同作物種類需水不同 吸水力中等，水分消耗較大：黃瓜、白菜及綠葉蔬菜。 吸水力強，水分消耗中等：西瓜、甜瓜。 吸水力中等，水分消耗中等：茄果類、豆類等。 吸水力中等，水分消耗小：蔥蒜類。（2）不同生育期需水不同黃瓜不同生育期水分要求生育期土壤水分負壓PF灌水要點出苗期2.02.3水分充足出苗后2.5適當(dāng)控水定苗期1.7保持土壤濕潤莖葉生長期2.12.2灌水量不宜過大結(jié)果期1.72.3需充足水分，勤灌水結(jié)果后期2.5適當(dāng)控水（3）不同土壤條件的含水量（4）水分控制

13、方法 水分控制田間試驗，盆栽試驗，模擬試驗 需水量確定作物種類、品種、生育時期土壤質(zhì)地和耕作層深度作物有害水分點土壤最適含水量 灌水指標(biāo)確定形態(tài)指標(biāo)土壤含水量（絕對含水量、相對含水量、土壤水分負壓）生理指標(biāo)（組織吸水力、細胞滲透壓、氣孔開放程度）（二）建立一套施肥系統(tǒng)根據(jù)水源、地形、種植面積、作物種類，選擇不同的微灌施肥系統(tǒng)。保護地栽培、露地瓜菜種植、大田經(jīng)濟作物栽培一般選擇滴灌施肥系統(tǒng)，施肥裝置保護地一般選擇文丘里施肥器、壓差式施肥罐、注肥泵或選擇自動灌溉施肥系統(tǒng)。在田間要設(shè)計為定量施肥，包括蓄水池和混肥池的位置、容量、出口、施肥管道、分配器閥門、水泵肥泵等。同時，以養(yǎng)分歸還學(xué)說、最小養(yǎng)分律

14、、同等重要律、不可代替律、報酬遞減律和因子作用律等為理論依據(jù)，以確定沒養(yǎng)分的施肥總量和配比為主要內(nèi)容。為了補充發(fā)揮肥料的最大增產(chǎn)效益，施肥必須以選用良種、肥水管理、種植密度、耕作制度和氣候變化等影響肥效的諸因素結(jié)合，形成一套完整的施肥技術(shù)體系。 1、施肥設(shè)備選擇（1）壓差式施肥罐由兩根細管（旁通管）與主管道相連接，在主管道上兩條細管接點之間設(shè)置一個節(jié)制閥（球閥或閘閥）以產(chǎn)生一個較小的壓力差（12m水壓），使一部分水流流入施肥罐，進水管直達罐底，水溶解罐中肥料后，肥料溶液由另一根細管進入主管道，將肥料帶到作物根區(qū)。 （2）文丘里施肥器文丘里施肥器與微灌系統(tǒng)或灌區(qū)入口處的供水管控制閥門并聯(lián)安裝，使

15、用時將控制閥門關(guān)小，造成控制閥門前后有一定的壓差，使水流經(jīng)過安裝文丘里施肥器的支管，利用水流通過文丘里管產(chǎn)生的真空吸力，將肥料溶液從敞口的肥料桶中均勻吸入管道系統(tǒng)進行施肥。文丘里施肥器造價低廉，使用方便，施肥濃度穩(wěn)定，無須外加動力等特點，其缺點是壓力損失較大，一般適于灌區(qū)面積不大的場合。薄壁多孔管微灌系統(tǒng)的工作壓力較低，可以采用文丘里施肥器。（3）施肥機灌溉施肥機，可配置計算機控制系統(tǒng)，能按照用戶的要求精確控制施肥和灌溉水量。能將水與肥料在混合器中混合配制成作物生長所需的營養(yǎng)液，通過用戶設(shè)定的灌溉施肥程序，適時適量地供給作物。尤其適用于無土栽培。2、施肥制度的確定根據(jù)種植作物的需肥規(guī)律、地塊的

16、肥力水平及目標(biāo)產(chǎn)量確定總施肥量、氮磷鉀比例及底、追肥的比例。作底肥的肥料在整地前施入，追肥則按照不同作物生長期的需肥特性，確定其次數(shù)和數(shù)量。實施微灌施肥技術(shù)可使肥料利用率提高40%-50%，故微灌施肥量為常規(guī)施肥的50%-60%。各地根據(jù)蔬菜種類，依據(jù)氮素營養(yǎng)需求規(guī)律和氮素營養(yǎng)關(guān)鍵需求時期，以及灌溉管理措施來確定優(yōu)化追肥次數(shù)。一般情況下，推薦追肥次數(shù)見下表，每次推薦氮肥（N）量控制在2-7 kg/畝。3、施肥罐施肥時間確定（1）電導(dǎo)率法：測定施肥時流出液的電導(dǎo)率的變化確定施肥罐肥的施肥時間。將某種肥料倒入罐內(nèi)約1/3容積，稱重，記錄入水口壓力表讀數(shù)，用電導(dǎo)率儀測量流出液的電導(dǎo)率，記錄施肥開始的

17、時間。施肥過程中每隔3分鐘測量一次，直到電導(dǎo)率值與入水口灌溉水的電導(dǎo)率值相等，此時表明罐內(nèi)無肥，記錄結(jié)束的時間。開始與結(jié)束的時間差即為參考的施肥時間。（2）試劑法：利用鉀離子與銨離子能與2%的四苯硼鈉形成白色沉淀來判斷。做法同電導(dǎo)率法相似。試驗肥料可用硝酸鉀、氯化鉀、硝酸銨等含鉀或銨的肥料。記錄開始施肥的時間。每次用50ml的燒杯取肥液35ml，滴入1滴四苯硼鈉溶液，搖勻，開始施肥時變白色沉淀，以后隨濃度越來越稀而無反應(yīng)。開始與結(jié)束的時間差即為施肥時間。（3）溶解度法：用上述兩種方法都無法檢測尿素的施肥時間。通過測定等量氯化鉀的施用時間，根據(jù)溶解度來推斷尿素的施肥時間。如在常溫下，氯化鉀的溶解

18、度為100g水溶解35g，而尿素為100g水溶解100g。當(dāng)氯化鉀的施肥時間為30分鐘時，因尿素的溶解度比氯化鉀更大，等量的尿素施肥完成時間同樣也應(yīng)為30分鐘。4、肥料及配方的選擇（1）肥料種類肥料品種必須是可溶性肥料。符合國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的尿素、碳酸氫銨、氯化銨、硫酸銨、硫酸鉀、氯化鉀等，純度較高，雜質(zhì)較少，溶于水后不會產(chǎn)生沉淀，均可用作追肥。（2）肥料配方通過田間試驗是獲得作物最佳施肥量、施肥時期、施肥方法等，探明土壤養(yǎng)分校正系數(shù)、土壤供肥量、作物需肥參數(shù)和肥料利用率等基本參數(shù)。 土壤測試通過開展土壤理化特性和養(yǎng)分測試，了解土壤供肥能力狀況。 配方設(shè)計。通過總結(jié)田間試驗、土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)等，

19、提出不同作物的施肥配方。 校正試驗。以當(dāng)?shù)刂饕魑餅閷ο?，對比配方施肥的增產(chǎn)效果，校驗施肥參數(shù)，完善肥料配方。5、配套技術(shù)實施水肥一體化技術(shù)要配套應(yīng)用作物良種、種植密度、耕作制度、病蟲害防治和田間管理技術(shù)。依據(jù)種植方式，采用地膜覆蓋技術(shù)，形成膜下滴灌等形式，充分發(fā)揮節(jié)水節(jié)肥優(yōu)勢，達到提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)，增加效益的目的。（五）灌溉施肥操作1、首先確定需灌水的大棚，大棚所在的小區(qū)，打開每棚的閥門和所在小區(qū)的閥門，每次灌水總的棚數(shù)根據(jù)壓力表示值決定。2、開啟泵房水磁，啟動水泵前先檢查泵房各閥門開關(guān)狀態(tài)，確保無誤。3、小區(qū)灌水量達到后，若需灌溉其它小區(qū)，先打其它小區(qū)閥門和大棚閥門，再關(guān)閉剛灌完

20、小區(qū)的閥門。4、若不需再灌水，關(guān)閉水泵和小區(qū)閥門。5、灌溉施肥的操作。（1）肥料溶解與混勻：施用液態(tài)肥料時不需要攪動或混合，一般固態(tài)肥料需要與水混合攪拌成液肥，必要時分離，避免出現(xiàn)沉淀等問題。（2）施肥量控制：施肥時要掌握劑量，注入肥液的適宜濃度大約為灌溉流量的0.1%。例如灌溉流量為50m³/畝，注入肥液大約為50升/畝；過量施用可能會使作物致死以及環(huán)境污染。（3）灌溉施肥的程序分3個階段：第一階段，選用不含肥的水濕潤；第二階段，施用肥料溶液灌溉；第三階段，用不含肥的水清洗灌溉系統(tǒng)。（六）注意事項1、水源（1）對泵站、蓄水池等應(yīng)經(jīng)常養(yǎng)護，保持工程完好。（2）對蓄水池沉積的泥沙、藻類等污物應(yīng)定期排除洗刷。（3）灌溉季節(jié)結(jié)束后應(yīng)排除所有管道中的存水，封堵閥門。2、水泵（1）運行前檢查水泵與電機工作是否正常。（2）水泵和水管各部位有沒有漏水和進氣情況。（3）水泵停車前應(yīng)先停啟動器，后拉電閘。（4）停車后要擦凈水跡，防止生銹。（5）在灌溉季節(jié)結(jié)束或冬季使用水泵時，停車后應(yīng)打開泵殼下的放水塞把水放凈，防止銹壞或凍壞水泵。3、過濾器（1）肥料倒入施肥罐