蔬菜高效水肥一體化灌溉技術(shù)的實(shí)踐與發(fā)展建議

1、蔬菜高效水肥一體化灌溉技術(shù)的實(shí)踐與發(fā)展建議隨著“菜籃子”工程的實(shí)施，近年來我國的蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，在中國 經(jīng)濟(jì)發(fā)展特別是在農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中占有重要的地位。目前，我國年人均蔬菜占有量已達(dá)311.10 kg，大大超過世界人均105.00 kg的水平1。 施肥和灌溉是蔬菜生產(chǎn)中兩項(xiàng)重要的田間作業(yè)，肥料成本是生產(chǎn)成本的重要組 成，灌溉水資源的利用與保護(hù)，關(guān)系到農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)。長(zhǎng) 期以來，蔬菜灌溉施肥模式的落后與肥料的過度濫用，不僅制約了我國蔬菜 生產(chǎn)的長(zhǎng)期健康發(fā)展，也導(dǎo)致食品安全危機(jī)、環(huán)境污染等一系列嚴(yán)重問題的 產(chǎn)生。廣義的水肥一體化是指根據(jù)作物需求，對(duì)農(nóng)田水分和養(yǎng)分進(jìn)行綜合調(diào)控 和一體

2、化管理，以水促肥、以肥調(diào)水，實(shí)現(xiàn)水肥耦合，全面提升農(nóng)田水肥利 用效率。狹義的水肥一體化是將肥料溶解在水中，借助管道灌溉系統(tǒng)，使灌 溉與施肥同時(shí)進(jìn)行，適時(shí)適量地滿足作物對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，實(shí)現(xiàn)水肥一體 化管理和高效利用。研究表明，地表灌溉的利用率僅為45%，噴灌為75%，而 滴灌高達(dá)95%，還可節(jié)約60%以上的肥料，節(jié)省80%以上的用工2， 3。 隨著農(nóng)業(yè)部對(duì)水肥一體化應(yīng)用范圍以及重視程度不斷加大，蔬菜水肥一體化進(jìn) 程得到了有效推進(jìn)。推廣水肥一體化技術(shù)就是將灌溉施肥效益最大化4。1蔬菜高效灌溉的主要模式一套典型的高效灌溉系統(tǒng)通常由首部樞紐、控制系統(tǒng)、供水管網(wǎng)及灌 水器等組成。首部樞紐一般包括取水

3、口、提水增壓泵、過濾系統(tǒng)、施肥系統(tǒng); 控制系統(tǒng)包括電器控制柜或程序控制器、電磁閥或閘閥、傳感器、控制線路 等；供水管網(wǎng)包括總管、干管、支管和毛管；灌水器是整個(gè)系統(tǒng)末端的灌水 裝置，分為滴灌、微噴和噴灌系列5。1.1滴灌滴灌是按照作物的需水要求，通過整體式的滴灌帶、滴灌管，將安裝 在毛管上的滴箭、滴頭或者其他孔口式灌水器把水或者肥液均勻而又精準(zhǔn)地 滴入作物根系區(qū)附近土壤中的灌水方法。滴灌不會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，可以使土 壤內(nèi)部水、肥、氣、熱等經(jīng)常保持在適宜作物生產(chǎn)的良好狀況，蒸發(fā)損失小， 不產(chǎn)生地面徑流及深層滲漏。由于具有精準(zhǔn)、微量、可控等特點(diǎn)，滴灌系統(tǒng)是 高效水 肥一體化灌溉中應(yīng)用最多的載體。1.2

4、微噴微噴是利用折射、旋轉(zhuǎn)或輻射式等微型噴頭，或微噴帶等灌 水器，將 水或肥液均勻噴灑到作物表面或根區(qū)的灌水形式，微噴的工作壓力低、流量 小，與滴灌一起均屬于微灌范疇。按用途不同分為以灌溉和以調(diào)節(jié)小氣候?yàn)槟?的2種，適用于所有適合葉面灌溉的蔬菜。1.3噴灌噴灌是借助專業(yè)的噴頭將具有一定壓力的水噴灑到空中，散成 細(xì)密均勻的水滴后降落到地面或作物葉面的灌水方法。因材質(zhì)不同，噴 灌噴頭通常有塑料、合金和全銅等類型；從噴灑角度上來分，有全圓和 可控角噴頭；從安裝形式上通常分為移動(dòng)式、半固定式和固定式噴灌系 統(tǒng)。常用的搖臂式噴頭噴灑半徑可從幾米到數(shù)十米。噴灌具有覆蓋范圍 大、投資較低、安裝使用方便等特 點(diǎn)

5、，廣泛用于大面積種植的露天蔬菜 基地。1.4潮汐灌溉潮汐灌溉是一種針對(duì)盆栽植物的營養(yǎng)液栽培和為容器育苗 所設(shè)計(jì)的底部給水的先進(jìn)灌溉方式。潮汐灌溉系統(tǒng)由營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)、控制 系統(tǒng)、栽培床、栽培容器組成。該方式利用落差原理，實(shí)現(xiàn)定時(shí)給水與施肥。將種植盆置于營養(yǎng)種植槽內(nèi)，營養(yǎng)液定期循環(huán)流動(dòng)，需定期檢測(cè)和調(diào)節(jié)營養(yǎng) 液。2主要蔬菜適宜的高效灌溉模式水為蔬菜的生長(zhǎng)提供必要條件，水、肥、 氣、熱等基本要素中，水最為活躍。蔬菜是需水量較大的作物，與其他農(nóng)作 物相比，蔬菜對(duì)水分尤為敏感。蔬菜生長(zhǎng)期間灌水較為頻繁，灌水及時(shí)與否 對(duì)產(chǎn)量高低和質(zhì)量好壞有明顯影響6。2.1根菜類凡是以肥大的肉質(zhì)直根為產(chǎn)品的蔬菜都屬于根

6、菜類。在我國栽培較多的 有蘿卜、胡蘿卜、蕪菁、根用芥菜，尤以蘿卜和胡蘿卜7栽培最為普遍。 根菜類為深根性植物，并以肉質(zhì)根為產(chǎn)品器官，主要根系分布在2040 cm 深的土層中，生產(chǎn)上多用種子直播，不耐移植，多露天栽培。這類蔬菜適宜的高效灌溉模式有滴灌和微噴。窄壟種植的根菜類蘿卜、芋頭等蔬菜種植行距較大，以滴灌最佳。采 用滴灌時(shí)，滴頭間距2050 cm,流量1.384.00 L/h，通常每壟鋪設(shè)1條滴 灌管，使用壽命長(zhǎng)，耐蟲害，也可使用壁薄的貼片式滴灌帶，一次性投入成本 較低。起寬壟栽植的根菜類因定植密度較大，該類蔬菜根系和葉片分布都很 密集，以微噴最適。應(yīng)用微噴時(shí)，灌水器可采用噴灑半徑3 m左右

7、的5429旋 轉(zhuǎn)微噴頭，出水成細(xì)雨?duì)?。旋轉(zhuǎn)微噴頭最好采用組合布置，組合間距3m左右， 相互交叉補(bǔ)充，以提高灌水的均勻性。露天灌溉的微噴頭可采用地插式安裝， 根據(jù)植株高度選用一定高度的地插桿，通過輸水毛管連接管道和微噴頭。溫 室栽培時(shí)，常采用倒掛的形式安裝微噴頭，輸水管道借助溫室結(jié)構(gòu)鋪設(shè)在溫室 頂部，不影響正常的其他作業(yè)，無需反復(fù)拆裝。2.2葉菜類葉菜類蔬菜可細(xì)分為白菜類、甘藍(lán)類和綠葉菜類，常見的有大白菜、 菜心、甘藍(lán)、花椰菜、小白菜8、生菜、菠菜等。葉菜類蔬菜的共同特點(diǎn) 是根系淺，大部分分布在10 cm左右的土層中，吸收能力弱，一般栽植相對(duì)密集，生長(zhǎng)周期最多幾個(gè)月，植株矮小。露 天季節(jié)性栽培已

8、不能滿足廣大消費(fèi)者的市場(chǎng)需求，溫室大規(guī)模種植周年生產(chǎn) 已經(jīng)成為主流。葉菜類蔬菜的葉面積較大，水分蒸發(fā)量大，整個(gè)生長(zhǎng)期對(duì)土 壤濕度和空氣相對(duì)濕度都有較高的要求，根據(jù)地形、栽培方式及土地租用年限， 應(yīng)選擇不同的高效灌溉模式。露天大面積種植的葉菜類該類蔬菜適宜采 用噴灌或微噴，均勻濕潤(rùn)根系層土壤。為減少對(duì)葉面的沖擊，應(yīng)用噴灌時(shí)， 建議使用工作壓力低、噴灌均勻度高的搖臂噴頭，如3022雙噴嘴搖臂噴頭（噴 灑半徑7 m左右，流量0.71.0 m3/h），或選用H33高均勻度阻尼旋轉(zhuǎn)噴頭（噴灑半徑11.014.3 m，流量0.661.94 m3/h ）。對(duì)于葉片特別嬌嫩的 葉菜，如生菜小白菜8，應(yīng)采用微噴

9、。灌水器可選用5429旋轉(zhuǎn)微噴頭， 地插式安裝以3m左右的間距組合布置噴頭，實(shí)現(xiàn)全面灌溉濕潤(rùn)。噴灌和微噴 不僅可以滿足小白菜等葉菜頻繁均勻灌水的需要，還可以達(dá)到清洗葉面但不損 傷嫩葉的效果。大規(guī)模設(shè)施栽培的葉菜類適宜采用微噴，選擇倒掛形式安裝。如采用 5429旋轉(zhuǎn)微噴頭，通常6 m寬的大棚布置2排噴頭，8 m寬的大棚可布置2 3排，噴頭間距3 m左右；如采用5428霧化微噴頭，則通常在每畦上方 安裝 1 排為宜，噴頭間距1 m左右。葉面肥可結(jié)合微噴同時(shí)施用，如采用霧化微噴頭，還可以實(shí)現(xiàn)水肥藥一體化作業(yè)，省工省力、均勻高效。微噴應(yīng)少量多次，控制 灌溉時(shí)間，以防植株間溫濕度過高，還可預(yù)防霜霉病和軟

10、腐病，減少蚜蟲等蟲 害的發(fā)生。設(shè)施規(guī)?；~菜類蔬菜床植栽培，無論是基質(zhì)育苗還是穴盤栽植，其共 同特點(diǎn)是栽培容器的底部留有出水孔。若需要葉面灌溉，適宜采用懸掛式自走噴灌機(jī)，專為溫室苗床栽培灌溉設(shè)計(jì)，噴灌機(jī)在懸掛 于溫室頂部的軌道上運(yùn)行，進(jìn)行灌溉作業(yè)，以減少對(duì)溫室其他生產(chǎn)作業(yè)的影 響；若只進(jìn)行根部灌溉，可采用潮汐灌 溉，采用潮汐灌溉方式的作物，其 生長(zhǎng)量明顯優(yōu)于人工澆灌方式，不但能降低壞疽葉和褶皺葉的發(fā)生，還可減少 用水量達(dá)33%，提高水分利用效率達(dá)40%，同時(shí)，由于潮汐灌溉沒有淋浴作用，還能減少氮素使 用量達(dá)30%-35%大大提高氮素的利用效率。氣霧栽培的葉菜類綠葉菜氣霧栽培采用霧化微噴灌溉，通

11、常采用5427 渦流霧化噴頭，將營養(yǎng)液霧化，使其直接包裹于植物根系，達(dá)到氣霧栽培的 目的。由于水霧在空氣中受到根系的遮擋及重力作用，較難均勻地噴灑到每 一株植株根部，會(huì)造成作物長(zhǎng)勢(shì)不均，降低葉菜的品相。因此，在布置霧化 微噴頭時(shí)需要加大密度，盡量滿足每株植株對(duì)水肥的需求，實(shí)現(xiàn)氣霧栽培的 高質(zhì)高量。2.3茄果類茄果類蔬菜是指茄科以漿果作為食用部分的蔬菜作物，包括 番茄9, 10、茄子和辣椒11，12等。茄果類是我國蔬菜生產(chǎn)中最重要 的果菜類之一，加之適應(yīng)性較強(qiáng)，全國各地普遍栽培，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，溫室大棚四季種植。茄果類蔬菜的共同特點(diǎn)是根系分布較淺，主要分布在3050cm的土層當(dāng)中，根系密集，

12、須根較多，再生能力較強(qiáng)，最適于育苗移栽。 莖直立性或者蔓生，多支架栽培，營養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)同步進(jìn)行。茄果類蔬菜 灌溉要求既滿足需水要求，又不能使空氣濕度過大，空氣濕度大不僅阻礙正 常授粉，而且病害發(fā)生嚴(yán)重，因此最適宜的高效灌溉模式是滴灌。因栽培 基質(zhì)與種植方式的不同，需選擇不同類型的滴灌灌水器。起壟寬窄行栽培的茄果類茄果類蔬菜多為有限生長(zhǎng)型，起壟寬窄行栽 培行距一般在5060 cm、株距3035 cm，根系區(qū)域宜采用貼片式滴灌帶進(jìn)行帶狀濕潤(rùn)?？擅繅配佋O(shè)12條滴灌帶，使出水口朝上，滴頭間距約30 cm。若進(jìn)行覆膜 栽培，可在育苗移栽時(shí)將地膜和滴灌帶同時(shí)鋪設(shè)好，在合適的進(jìn)水位置安裝 文丘里施肥器或

13、比例式注肥泵，以便實(shí)現(xiàn)水肥一體化。因茄果類蔬菜生長(zhǎng)周 期僅有幾個(gè)月，采用滴灌帶性價(jià)比高，回收方便，前期投入小，是茄果類蔬菜 高效灌溉的一種良好方式。多年大規(guī)模種植茄果類蔬菜的種植戶宜選用滴灌 管。相對(duì)于滴灌帶而言，滴灌管的管壁較厚，抗光降解、紫外線，耐壓、 耐候性好，使用壽命更長(zhǎng)。若作無限型生產(chǎn)，也可采用滴灌管代替滴灌帶，鋪 設(shè)方法一樣，一次投入，長(zhǎng)期受益。穴盤育苗后移栽基質(zhì)栽培的 茄果類1800系列滴箭作為滴灌中常用的一種灌水器，具有灌溉精準(zhǔn)、出水均 勻，且可以根據(jù)不同時(shí)段靈活調(diào)整滴水位置的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，更加有利于實(shí)現(xiàn)精 準(zhǔn)化生產(chǎn)管理。一般采用單行布置，每壟鋪設(shè)1條PE管，將單支滴箭插在蔬菜根系

14、附近的基質(zhì)中。此法成本投入較高，但可以確保植物根系最有效地吸收水肥，當(dāng)通過穴盤育苗后移栽基質(zhì)栽培時(shí)，可根據(jù)植株根系的生長(zhǎng) 情況來調(diào)節(jié)滴箭位置，并使不同位置基質(zhì)中的養(yǎng)分均衡釋放。利用此種灌溉 方式，上海華御農(nóng)業(yè)種植合作社高標(biāo)準(zhǔn)種植櫻桃番茄，大幅提高了番茄產(chǎn)量 和品質(zhì)，產(chǎn)生了很好的經(jīng)濟(jì)效益。2.4瓜類瓜類蔬菜多為一年生攀緣性或蔓性草本植物，最常見的有黃瓜13、 西瓜、甜瓜14、南瓜、苦瓜15、絲瓜等。其共同特 點(diǎn)是根系入土淺， 主要分布在1030 cm的土層中，再生能力弱，吸肥能力差，故灌水、施肥 需要少量多次。由于不斷結(jié)果和采收，對(duì)營養(yǎng)元素需求量大。起壟種植的瓜類適宜的灌溉模式為滴灌，常用灌水器

15、類型有滴灌帶 和滴箭。瓜類蔬菜的生育周期不足1 a，因此適合采用貼片式滴灌帶進(jìn)行灌 溉。露地栽培通常起壟行植，開花結(jié)果后要搭架固定，因此，滴灌帶應(yīng)在幼 苗移栽前鋪設(shè)好，以免后期鋪設(shè)損傷植株。鋪設(shè)方法大體是每一小高畦上鋪 設(shè)2條滴灌帶，即每行植株鋪設(shè)1條，將滴灌帶順畦間鋪于小高畦上，使 出水孔朝上。滴頭與作物主根宜錯(cuò)開510 cm,避免滴頭長(zhǎng)時(shí)間在主根位置 滴水，造成爛根。在低溫季節(jié)，可以在滴灌帶上覆膜，覆膜具有保持土壤溫度、 減少水分蒸發(fā)、促進(jìn)作物根系發(fā)育等優(yōu)點(diǎn)。無土基質(zhì)栽培的瓜類固體基質(zhì)對(duì)水、氣的通透性較強(qiáng)，使得瓜類蔬 菜根系環(huán)境的水、氣更易調(diào)節(jié)，更加有利于根系的發(fā)育。特別是在采用容器 栽培

16、時(shí)，應(yīng)選用滴箭作灌水器進(jìn)行灌溉。用長(zhǎng)度可以定制的毛管從供水PE支管上引出即可，另一端連接滴箭，滴箭的 安插位置具有極大的靈活性。由于無土栽培容器的高度不一且擺放的行株距 不一致，此時(shí)滴箭可靈活安裝和移動(dòng)，適應(yīng)性較強(qiáng)，以實(shí)現(xiàn)根部精準(zhǔn)灌水施肥。溫室瓜類蔬菜 行植與露天種植的滴灌模式相似，溫室密閉性較高，應(yīng)嚴(yán)格控制空氣濕度， 以防病害發(fā)生。2.5食用菌類食用菌含有豐富的蛋白質(zhì)和氨基酸，其含量是一般蔬菜和水果的幾倍到 幾十倍。隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)和更新，新品種不斷增力口，目前可不受地區(qū)資 源條件的限制進(jìn)行栽培。常見的食用菌有平菇、香菇、木耳等，其生長(zhǎng)發(fā)育 與環(huán)境的溫度、濕度、pH值等因素密切相關(guān)。目前主

17、要的培育方式有設(shè)施和露地2種，適宜采用微噴灌 調(diào)節(jié)生長(zhǎng)環(huán)境。露地食用菌培育多數(shù)在林下進(jìn)行，其遮蔭、散射光充足，環(huán)境開闊，通 風(fēng)好，濕度其實(shí)是由水分蒸發(fā)轉(zhuǎn)化而來的，所以同樣需用微噴系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度和 濕度。適合選擇5428霧化微噴頭，采用地插式安裝，地插桿有碳鋼和塑料2 種材質(zhì)，高度不夠時(shí)應(yīng)配套延長(zhǎng)套裝。微噴頭先向培育基質(zhì)周圍環(huán)境補(bǔ)充水 分，通過水分蒸發(fā)進(jìn)而調(diào)節(jié)濕度，促進(jìn)出菇，避免高溫高濕誘發(fā)鏈霉菌或 過干使菇蕾枯萎死亡。溫度適宜、光線適中，則菌肉厚、菇柄短、色深、質(zhì) 量好，搶占有利市場(chǎng)。如在設(shè)施內(nèi)（溫室或工廠化栽培），宜采用霧化效果更好的5427渦流霧化噴頭，根據(jù)栽培模式的要求，采用匹配密度和組合

18、形式的方式 安裝?？梢灾苯诱{(diào)控溫室內(nèi)空氣濕度和溫度。設(shè)施內(nèi)采用霧化微噴系統(tǒng)，必 須做好合適的通風(fēng)和光照措施。如果投資許可，可以采用高壓彌霧系統(tǒng)，微米級(jí)的水霧可以在空氣中 懸浮，飄逸和擴(kuò)散效果更突出，可有效調(diào)節(jié)空氣的濕度、溫度。在規(guī)?；O(shè) 施內(nèi)布置，設(shè)備數(shù)量比微噴要少很多，設(shè)備的隱蔽性要好，不會(huì)影響設(shè)施內(nèi) 光照等條件，還能增加空氣中負(fù)氧離子含量。3蔬菜高效水肥一體化灌溉技術(shù)的發(fā)展建議3.1存在的問題雖然種植戶科學(xué)灌溉施肥的理念有所提升，但我國蔬菜生產(chǎn)中肥水管理 過程仍存在諸多問題。土壤次生鹽漬化嚴(yán)重設(shè)施菜地土壤質(zhì)量退化嚴(yán)重，已成為我國設(shè)施蔬 菜可持續(xù)發(fā)展的制約瓶頸之一 16。蔬菜復(fù)種指數(shù)高 菜農(nóng)缺乏節(jié)水節(jié)肥觀念，年化肥用量高，肥料利用 率低，不足30%17。蔬菜高效水肥一體化灌溉技術(shù)示范面積規(guī)模小，難以形成規(guī)?；芾?傳統(tǒng)的渠道輸水、地面灌溉模式對(duì)農(nóng)業(yè)水資源的分配、灌溉操作和灌溉系統(tǒng)控制都依賴人工 勞作，不但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且資源浪費(fèi)嚴(yán)重，效率低下。隨著水溶性肥料推 陳出新，各種灌溉設(shè)備也在不斷跟進(jìn)，但依然存在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案不合理、 設(shè)施設(shè)備不配套、系統(tǒng)老化和技 術(shù)人員匱乏等諸多問題。3.2發(fā)展建議蔬菜高效水肥一體化灌溉技術(shù)是當(dāng)前蔬菜生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)18，與地面溝灌相比，水肥一體化技術(shù)自動(dòng)化程度較高，可以實(shí)現(xiàn)精確灌溉、精準(zhǔn)施肥，具有省