水肥一体化研究与应用.docx
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水肥一体化研究与应用
水肥一体化研究与应用
内容提要
一、基本概念
二、基本原理
三、目的意义
四、技术要求
五、技术路线
一、水肥一体化技术的概念
利用低压管道系统，按土壤养分含量和作物种类的需肥规律，将肥料溶液注入灌溉输水管道，通过灌水器将液体肥料均匀、定时、定量直接提供给作物叶片或根区。
具有节水，节肥，省劳力；同时改善土壤理化性状，提高了土地利用率，提高单位面积产量。
通常的方法：
1、将肥料溶解后施用，包含淋施、浇施、喷施、管道施用等。
2、与灌溉同时进行的施肥，将肥料的溶于灌溉水，通过低压管道灌水器，将肥液直接提供给作物。
由于滴灌施用延长了施肥时间，效果最好，最节省肥料。
二、基本原理
（一）植物吸收养分的过程
1、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。
2、质流
植物在阳光下叶片气孔张开，产生蒸腾作用，导致水分损失，通过根系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，肥料溶解后才能被植物吸收，不溶解的肥料不能利用。
将灌溉和施肥同时进行，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）作物施肥的规律
1、养分归还学说
作物产量的形成有40%~80%的养分来自土壤，为保证土壤有足够的养分，必须通过施肥措施来实现。
通过施肥，可以把作物吸收的养分“归还”土壤，确保土壤能力。
2、最小养分律
作物生长发育需要吸收各种养分，但存在限制作物产量的土壤中相对含量最小的养分因素，即使增加其他养分，作物产量也难以提高。
只有提供作物所缺的各种养分，作物才会高产。
3、同等重要律
对作物来讲，不论大量元素或微量元素，都是同样重要缺一不可的，即缺少某一种微量元素，尽管它的需要量很少，仍会影响某种生理功能而导致减产，不能因为需要量少而忽略。
4、不可代替律
作物需要的各营养元素，在作物内都有一定功效，相互之间不能替代。
如缺磷不能氮代替，缺钾不能用氮、磷配合代替。
缺少什么营养元素，就必须施用含有该元素的肥料进行补充。
5、报酬递减律
当施肥量超过适量时，作物产量与施肥量之间的关系就不再是同步增减模式，而呈抛物线模式了，单位施肥量的增产会呈递减趋势。
6、因子作用律
作物产量是由影响作物生长发育诸因子综合作用的结果。
施肥作为主导限制因子，必须与其他农业措施相配合，才能发挥应有的功能；同时，各种养分之间的合理平衡作用，才能发挥应有的功能。
三、目的意义
1、节肥。
水肥一体化技术可平衡施肥和集中施肥，减少了肥料挥发和流失，供肥及时、作物易于吸收、提高肥料利用率。
与传统技术施肥相比节省化肥30%~50%。
能灵活、方便、准确地控制施肥时间和数量。
通过滴灌系统施肥，可节肥至少20%，减少病害，可节省农药投入，一般增产10~30%。
2、节水。
水肥一体化技术可减少水分的下渗和蒸发，提高水分利用率。
在露地栽培条件下，与大水漫灌相比，节水率达50%左右。
保护地栽培条件下，与畦灌相比，节水率为30%~40%。
3、改善生态环境。
水肥一体化技术可降低棚内空气湿度8.5~15
个百分点。
提高棚内温度2~4C，提高地温2~3C，改善土壤物理性质，减少土壤养分淋失。
提高灌溉水利用率达到80%以上，施氮肥当季利用率达60%,与地面灌溉相比，节水30%~50%,节肥25%~30%,减少了水向深层的渗漏，减轻了面源污染和对地下水的污染。
4、减轻病虫害发生。
空气湿度的降低，在很大程度上抑制了作
物病害的发生，减少了农药的投入，每亩农药用量减少15%~30%，
节省劳力15~20个。
5、增加产量，改善品质。
水肥一体化技术可促进作物产量提高和产品质量的改善，设施栽培增产17%~28%。
增产增收。
四、水肥一体化技术要求
（一）建立一套灌水系统
根据地形、田块、单元、土壤质地、作物种植方式、水源特点等
基本情况，设计管道系统的埋设深度、长度、灌区面积等。
水肥一体
化的灌水方式可采用管道灌溉、喷灌、微喷灌、泵加压滴灌、重力滴
灌、渗灌、小管出流等，以双上孔软管滴灌较为实用。
1、双上孔滴灌优点
（1）供水均衡且节约用水
目前设施蔬菜生产上，供水方法一般是沟灌、畦面浇灌和喷灌，用水量大且水量不易控制。
采用软管滴灌方式，水直接滴在根际土壤，浇水量可人为控制，减少了土壤水分渗漏及表土水分流失，节约灌溉用水，对砂性土壤和盐碱土壤尤为重要，试验表明：
采用软管滴灌比沟灌节水70%左右，而且灌水均衡。
（2）降低湿度且减轻病害软管滴灌水量易控制，土壤水分蒸发少，降低了棚内空气湿度，控制了病害的发生程度。
黄瓜大棚栽培试验表明：
采用双上孔软管滴灌方式，大棚空气湿度在65％-75％，清晨无雾气，黄瓜叶缘无水珠，没有霜霉病发生，整个生育期仅喷预防药4次。
而对照沟灌大棚清晨多雾气，叶缘水珠多并形成水膜，2月下旬~4月上旬伴有白粉病、霜霉病发生，全生育期喷药14次，亩增加成本42元。
番茄大棚栽培试验表明：
空气相对湿度（3月20日下午2时测定湿度）分别是73%（软管滴灌大棚）和80%（沟灌大棚），同样，沟灌大棚前期早疫病和叶霉病明显增多，用药次数也明显增加。
（3）改善环境且促进生长
软管滴灌灌水均匀度达80%~90%以上，经实验表明：
软管滴灌比沟灌土壤溶重降低0.08g/cm3-0.15g/cm3，孔隙度增加0.44%-2.53％，表层土壤中盐分积累少。
由于土壤物理性状好，黄瓜根系横纵向伸展度比对照各长6.4厘米和10.2厘米，根毛数量明显多于对照，黄瓜长势好。
由于供水量得到有效控制，在冬季棚室黄瓜栽培中，10cm地温比沟灌提高2C,气温提高1.5C。
棚室番茄栽培中：
早春（3月20日）下午2时测定，5cm处地温分别是18.2C（软管滴灌）和153C（沟灌），大棚内气温分别是217C（软管滴灌）和195C（沟灌）。
4）性能可靠且操作方便
双上孔软管滴灌有良好的抗堵性能，对水质无特别要求，水中杂质粘度不超过0.8mg即可。
在灌溉时，只须开关阀门，就能完成浇水作业，操作方便，工效高。
一般软管滴灌方式比对照节省用工约20个，大大减轻劳动强度。
2、滴灌系统的组成
（1）水源工程：
根据各地水源情况设计灌溉面积，一般情况微灌每次灌水定额为8-20m3/亩左右。
（2）首部枢纽：
包括水泵、过滤器、施肥器、水表、压力表、进排气阀和控制设备等。
（3）田间管网和滴灌管线
各级主支管道，各种口径的管道压力控制阀门，排污设备和管道排水装置。
田间滴灌管线及专用接头，压力测定装置。
滴灌系统组成示意
（1）水泵
（2）压力传感器
（3）排气阀
（4）主阀
（5）施肥系统
（6）调节阀
（8）过滤器
（9）流量表
（10）主管
（11）小区阀
（12）支管
（13）滴灌带
（14）支管连接件
（15）管件
（16）自动控制系统
滴灌带一般采用抗老化塑料配方制成PE软管，机械打孔，产品结实耐用，一般可使用3年以上。
该产品投资少、工作压力低（1〜5米水头）、抗堵塞性能好、对水源要求低、安装使用方便，喷洒水冲击力小，灌水均匀、不伤害作物，体积小、重量轻，移动储藏方便。
管径一般为28mm,其上出水孔0.6〜0.8mm,出水分开向上，微灌范围大，滴灌带工作压力为30〜60kPa。
吸水口四周用40目以上纱网围成过滤装置。
滴灌带技术参数
名称
规格折径X单层厚度mm
工作压力
kPa
母卷长度
m
喷水孔类型
微喷带
N45X0.2
10-30
200
双孔或异步孔
主管
N80X0.4
50-80
100
无孔
三通
①50X25X50
四通
①50X25X50X25
滴灌带说明：
1、孔纵向间距在100-400mm之间；
2、孔横向间距在10-30mm之间
3、孔径为0.8mm
4、N45使用压力1~5m水柱（不超过50kpa-5m水柱），每米流
量：
双孔11.2-20.7升/时米，使用长度：
（qv=10%）双孔<60米。
水泵与主管相连，主管再用三通或四通与喷灌带相连。
主管和喷灌带与接头连接时，先把管子的口用手拉伸扩大孔口，便可安装。
提水泵可选用175QJ32-65B型水泵
5、灌水制度的确定
根据土壤有效含水量、作物不同生育期需水量确定灌水定额。
（1）不同作物种类需水不同
1吸水力中等，水分消耗较大：
黄瓜、白菜及绿叶蔬菜。
2吸水力强，水分消耗中等：
西瓜、甜瓜。
3吸水力中等，水分消耗中等：
茄果类、豆类等。
4吸水力中等，水分消耗小：
葱蒜类。
（2）不同生育期需水不同
黄瓜不同生育期水分要求
生育期
土壤水分负压PF
灌水要点
出苗期
2.0~2.3
水分充足
出苗后
2.5
适当控水
定苗期
1.7
保持土壤湿润
茎叶生长期
2.1~2.2
灌水量不宜过大
结果期
1.7~2.3
需充足水分，勤灌水
结果后期
2.5
适当控水
（3）
不同土壤条件的含水量
（4）水分控制方法
1水分控制
田间试验，盆栽试验，模拟试验
2需水量确定
作物种类、品种、生育时期
土壤质地和耕作层深度
作物有害水分点
土壤最适含水量
3灌水指标确定
形态指标
土壤含水量（绝对含水量、相对含水量、土壤水分负压）生理指标（组织吸水力、细胞渗透压、气孔开放程度）
（二）建立一套施肥系统根据水源、地形、种植面积、作物种类，选择不同的微灌施肥系统。
保护地栽培、露地瓜菜种植、大田经济作物栽培一般选择滴灌施肥系统，施肥装置保护地一般选择文丘里施肥器、压差式施肥罐、注肥泵或选择自动灌溉施肥系统。
在田间要设计为定量施肥，包括蓄水池和混肥池的位置、容量、出口、施肥管道、分配器阀门、水泵肥泵等。
同时，以养分归还学说、最小养分律、同等重要律、不可代替律、报酬递减律和因子作用律等为理论依据，以确定没养分的施肥总量和配比为主要内容。
为了补充发挥肥料的最大增产效益，施肥必须以选用良种、肥水管理、种植密度、耕作制度和气候变化等影响肥效的诸因素结合，形成一套完整的施肥技术体系。
1、施肥设备选择
（1）压差式施肥罐由两根细管（旁通管）与主管道相连接，在主管道上两条细管接
点之间设置一个节制阀（球阀或闸阀）以产生一个较小的压力差（1
2m水压），使一部分水流流入施肥罐，进水管直达罐底，水溶解罐中肥料后，肥料溶液由另一根细管进入主管道，将肥料带到作物根区
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（2）文丘里施肥器
文丘里施肥器与微灌系统或灌区入口处的供水管控制阀门并联安装，使用时将控制阀门关小，造成控制阀门前后有一定的压差，使水流经过安装文丘里施肥器的支管，利用水流通过文丘里管产生的真空吸力，将肥料溶液从敞口的肥料桶中均匀吸入管道系统进行施肥。
文丘里施肥器造价低廉，使用方便，施肥浓度稳定，无须外加动力等特点，其缺点是压力损失较大，一般适于灌区面积不大的场合。
薄壁多孔管微灌系统的工作压力较低，可以采用文丘里施肥器。
（3）施肥机
灌溉施肥机，可配置计算机控制系统，能按照用户的要求精确控制施肥和灌溉水量。
能将水与肥料在混合器中混合配制成作物生长所需的营养液，通过用户设定的灌溉施肥程序，适时适量地供给作物。
尤其适用于无土栽培。
2、施肥制度的确定
根据种植作物的需肥规律、地块的肥力水平及目标产量确定总施肥量、氮磷钾比例及底、追肥的比例。
作底肥的肥料在整地前施入，追肥则按照不同作物生长期的需肥特性，确定其次数和数量。
不同菜山推苕的有机肥用虽
離出
新菜出；
23年
大十舛老菜田
髙UN祖杂有机吧
奏肥r堆肥
堆肥
隽肥*
秸秆
（hf由〕
8-10
5-7
3-5
3+2
4*5
37
2心
1+2
实施微灌施肥技术可使肥料利用率提高40%-50%，故微灌施肥
量为常规施肥的50%-60%。
各地根据蔬菜种类，依据氮素营养需求规律和氮素营养关键需求时期，以及灌溉管理措施来确定优化追肥次
数。
一般情况下，推荐追肥次数见下表，每次推荐氮肥（N）量控制
在2-7kg/亩。
不同蔬荣及栽1咅滨溉模式下推荐追爬次数
栽培力贰
追肥次数
睦灌
谪灌
叶菜类
淅:
也
24
设施
3Y
6-3
果类蔬菜
5-6
8-10
一年两崔
5-8
8-12
一年-茬
10-12
15-15
3、施肥罐施肥时间确定
（1）电导率法：
测定施肥时流出液的电导率的变化确定施肥罐肥的施肥时间。
将某种肥料倒入罐内约1/3容积，称重，记录入水口压力表读数，用电导率仪测量流出液的电导率，记录施肥开始的时间。
施肥过程中每隔3分钟测量一次，直到电导率值与入水口灌溉水的电导率值相等，此时表明罐内无肥，记录结束的时间。
开始与结束的时间差即为参考的施肥时间。
（2）试剂法：
利用钾离子与铵离子能与2%的四苯硼钠形成白色
沉淀来判断。
做法同电导率法相似。
试验肥料可用硝酸钾、氯化钾、硝酸铵等含钾或铵的肥料。
记录开始施肥的时间。
每次用50ml的烧
杯取肥液3〜5ml，滴入1滴四苯硼钠溶液，摇匀，开始施肥时变白色沉淀，以后随浓度越来越稀而无反应。
开始与结束的时间差即为施肥时间。
（3）溶解度法：
用上述两种方法都无法检测尿素的施肥时间。
通过测定等量氯化钾的施用时间，根据溶解度来推断尿素的施肥时
间。
如在常温下，氯化钾的溶解度为100g水溶解35g,而尿素为100g水溶解100g。
当氯化钾的施肥时间为30分钟时，因尿素的溶解度比氯化钾更大，等量的尿素施肥完成时间同样也应为30分钟。
4、肥料及配方的选择
（1）肥料种类肥料品种必须是可溶性肥料。
符合国家标准或行业标准的尿素、
碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵、硫酸钾、氯化钾等，纯度较高，杂质较少，溶于水后不会产生沉淀，均可用作追肥。
（2）肥料配方通过田间试验是获得作物最佳施肥量、施肥时期、施肥方法等，
探明土壤养分校正系数、土壤供肥量、作物需肥参数和肥料利用率等基本参数。
1土壤测试通过开展土壤理化特性和养分测试，了解土壤供肥能力状况。
2配方设计。
通过总结田间试验、土壤养分数据等，提出不同作物的施肥配方。
3校正试验。
以当地主要作物为对象，对比配方施肥的增产效果，校验施肥参数，完善肥料配方。
5、配套技术
实施水肥一体化技术要配套应用作物良种、种植密度、耕作制度、病虫害防治和田间管理技术。
依据种植方式，采用地膜覆盖技术，形成膜下滴灌等形式，充分发挥节水节肥优势，达到提高作物产量、改善作物品质，增加效益的目的。
（五）灌溉施肥操作
1、首先确定需灌水的大棚，大棚所在的小区，打开每棚的阀门和所在小区的阀门，每次灌水总的棚数根据压力表示值决定。
2、开启泵房水磁，启动水泵前先检查泵房各阀门开关状态，确保无误。
3、小区灌水量达到后，若需灌溉其它小区，先打其它小区阀门和大棚阀门，再关闭刚灌完小区的阀门。
4、若不需再灌水，关闭水泵和小区阀门。
5、灌溉施肥的操作。
（1）肥料溶解与混匀：
施用液态肥料时不需要搅动或混合，一般固态肥料需要与水混合搅拌成液肥，必要时分离，避免出现沉淀等问题。
（2）施肥量控制：
施肥时要掌握剂量，注入肥液的适宜浓度大
约为灌溉流量的0.1%。
例如灌溉流量为50m3/亩，注入肥液大约为50升/亩；过量施用可能会使作物致死以及环境污染。
（3）灌溉施肥的程序分3个阶段：
第一阶段，选用不含肥的水湿润；第二阶段，施用肥料溶液灌溉；第三阶段，用不含肥的水清洗灌溉系统。
（六）注意事项
1、水源
（1）对泵站、蓄水池等应经常养护，保持工程完好。
（2）对蓄水池沉积的泥沙、藻类等污物应定期排除洗刷。
（3）灌溉季节结束后应排除所有管道中的存水，封堵阀门。
2、水泵
（1）运行前检查水泵与电机工作是否正常。
（2）水泵和水管各部位有没有漏水和进气情况。
（3）水泵停车前应先停启动器，后拉电闸。
（4）停车后要擦净水迹，防止生锈。
（5）在灌溉季节结束或冬季使用水泵时，停车后应打开泵壳下的放水塞把水放净，防止锈坏或冻坏水泵。
3、过滤器
（1）肥料倒入施肥罐前先溶解过滤，滤网60〜80目。
如直接用固体肥料，
可将肥料罐安装在主管道的过滤器之前。
（2）拆开过滤器，取出滤网用刷子刷洗滤网上的污物并用清水冲洗干净。
（3）对滤网要经常检查，发现损坏应及时修复；灌溉季节结束时，应取
出过滤器滤网，刷洗晾干后备用。
4、施肥施药装置
（1）用压差式施肥罐进行施肥时，应注意肥液浓度随时间不断
变化，当以轮灌方式向各个轮灌区施肥时，存在施肥不均匀的问题，
应正确掌握各轮灌区的施肥时间
（2）用注射泵进行施肥时，最重要的是确定化肥罐内须装多少肥料与水混合，还要校核这些肥料是否能全部溶解在化肥罐的水中。
（3）每次施完肥后，应对管道用灌溉水冲洗，将残留在管道中
的肥液排出。
一般滴灌系统20〜30分钟，微喷灌10〜15分钟。
5、管道系统
（1）管道在首次使用时，应打开干管、支管和所有毛管的尾端进行冲洗。
冲洗后关闭干管上排水阀，然后关闭支管排水阀，最后封堵毛管尾端。
以后每工作一段时间冲洗一次。
保证阀门启闭自如，管道和管件完整无损。
（2）每年灌溉季节结束，必须对管道进行一次全面检查维修，将地面毛管卷成盘状，做好标记存放。
（3）滴灌带堵塞的预防，经常检查灌水器工作状况并测定其流量，加强水质检测，保证水质清洁。
6、灌溉季节结束后维护
（1）全系统高压清洗，将管道内的污物冲洗干净。
然后把堵头装回。
（2）施肥系统：
在进行维护时，关闭水泵，开启与主管道相连的注肥口和驱动注肥系统的进水口，排去压力。
仔细清洗罐内残液并晾干保存。
7、灌溉季节开始前维护
检查所有的末端竖管，是否有折损或堵头丢失。
检查所有的阀门
与压力调节器及其连接微管，关闭主支管道上的排水阀门
五、技术线路
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