灌溉施肥技术.doc

灌溉施肥技术一、概述农业在追求作物的最高产量、最佳品质和最低生产成本的同时也要保持可持续发展。实现这个目标的前提是要有一个最优且平衡的水分和养分的供应。环境、土地和水资源的保护也是我们需考虑的另一个重要方面。通常要根据作物对养分的需求来供应养分。灌溉施肥技术，一种将水肥供应通过灌溉结合起来的现代农业技术，不但可实现产量的最大化，同时它对环境所产生的污染也达到最小（Magen，1995；Shani等，1998；Sneh，1987）。在半干旱和干旱气候条件下，有时甚至在湿润的气候条件下，最佳的供水状况取决于灌溉方式。在大部分情况下，供水是通过明渠、漫灌和沟灌来实现的。这些方法的水利用效率是相当低的，一般有1/21/3的带有营养元素的灌溉水不能被作物利用。在加压灌溉系统中，水的利用率可达70%95%，这种灌溉系统可以很好地控制水分和养分的供应并使水的损失最小化。使用加压灌溉的主要制约因素是最初的资金投入、维护费用和使用该系统所必需的专业知识。滴灌可能是一种最有效的供水方法，它对根区进行局部供水。局部供水导致根系生长受限制，因此需要频繁补充养分满足生长所需。将养分加入灌溉水中则可满足这个需求。表1列出了通过灌溉施肥系统营养元素的施用与吸收的数据（Hagin和Lowengart，1996）。如文献报道的一样，无土栽培番茄在生长高峰期对养分的吸收量非常接近推荐施肥量。 (表：表1 番茄对养分的吸收量和推荐施肥量 )营养元素NPKCaMg吸收量（千克/公顷）85191904311推荐施肥量（千克/公顷）87351226114表1的数据表明施用推荐的施肥量对环境的污染很小。例如，番茄对氮的吸收量非常接近其施用量，淋溶液所含养分几乎可以忽略不计。虽然磷的吸收量只是施用量的一半左右，但淋溶液中磷的含量并不高？因为磷的化合物被吸附在根系生长介质中。从依靠重力作用的开放式灌溉到加压微灌系统转化的趋势在不少地方都可见到。例如，一份加利福尼亚州农业报告指出，1986-1996年，依靠重力作用的开放式灌溉减少了11%，同时微灌增加了12%。微灌需用孔口很小的灌水器且出水流量很小。此外，更换灌溉系统的农场一般都采用诸如灌溉施肥这样的新的养分管理技术（Dillon et al，1999）。当一个发展中的农业系统采用微灌系统时，引进灌溉施肥技术将会显著提高其经济效益。例如，约旦河西岸的吉福特里克谷地的蔬菜生产，应用此技术后蔬菜产量增加了10倍以上。由于品质改善，农民的净收入大幅度增加。这个例子成功的主要因素是将滴灌技术与灌溉施肥技术结合应用。快速而非逐步地将这项成熟的技术应用到农业领域被证明是可行的，此技术甚至不需要先建立农业全面的基础设施。因此，在发展中国家此技术可为价值高的作物的栽培提供一条经济的、社会易接受的措施（Raymon和Or，1990）。应用灌溉施肥技术，可以方便地控制灌溉时间、肥料用量、养分浓度和营养元素间的比例。由于上述因素的合理控制，作物产量较利用单一施肥和灌溉方法显著提高。当然产量的提高不单是因为采用灌溉施肥技术，同时还由于其他农业技术及作物管理方式的改进。灌溉施肥技术可以在任何一种灌溉形式下进行。然而在田间漫灌方式下施肥，养分的分配很不均衡。 Playan和Faci（1997）研究发现漫灌方式下，地势较低的半块地，其养分分布的均匀度为3%52%，而水分分布的均匀度为63%97%。在加压灌溉系统下，特别是在微灌系统下，灌溉施肥技术被认为是作物养分管理的一个主要部分，因为在这些灌溉系统下会导致局部湿润土壤中根系的密集生长。而灌溉施肥技术是确保植物营养达到最佳状态的必要手段。彩色插图1（见附录）表明了加压的灌溉施肥技术对滴头附近鳄梨根系局限生长的影响。在湿润区域，溶质及植物养分的移动及其有效性取决于水的移动。根系趋向滴头附近生长表明根系是从有限的湿润土壤中吸收养分，这一点充分体现了灌溉施肥技术的优势。当水分进入土壤，就可能产生以白色沉淀为特征的化学反应。 (图：插图1 近观滴头及其滴头周围鳄梨的细根)通过灌溉施肥技术将养分和水分的供应结合起来，可避免养分向根系分布区以下土层淋失，从而减少对地下水的污染（Alva和Mozaffari，1995；Hagin和Lowengart，1996）。此外，通过采用灌溉施肥技术，可以在贫瘠的、土层很薄的土壤和惰性介质中种植作物并获得最大增产潜力（Bar-Yosef，1988；Bar-Yosef和Imas，1995；Imas等，1998；Bar-Yosef，1980；Sonneveld，1995）。在渗灌（即通过地表滴灌）系统中，灌溉施肥技术的优势更为明显。它可以减少水分蒸发，增加湿润土壤的体积和促进根系向深层生长（Phene和Lamm，1995）。此外，通过渗灌系统施肥还可将由硝酸盐产生的农业面源污染降到最低程度。在美国，Harrison （1999）建立了一个柑橘长期氮和水分管理的模型，该模型指出了不同氮肥施用方法和用量所引起的污染潜力。该模型模拟了成龄柑橘园地下水中硝态氮浓度的变化。结果表明，若要保持地下水中平均硝态氮含量低于环境保护机构规定的允许污染物最高含量（10毫克/升），则氮的施用量应以下列数据为准：1. 每年分3次施可溶性固体肥料，总氮量不超过172千克/公顷。2. 每年分3次施长效肥料，总氮量不超过208千克/公顷。3. 每年通过灌溉施肥18次，总氮量不超过231千克/公顷。甚至在湿润地区，灌溉施肥技术也正得到推广。例如在荷兰，利用灌溉设施进行灌溉施肥技术的果场数量和规模正在日益扩大（Koeman，1998）。在中国华南地区，灌溉施肥只是在短期内应用。在荔枝开花期进行灌溉施肥可确保一些生长关键期的水分和养分充分供应，以保证连年稳产（私人通讯）。自20世纪60年代初起，以色列开始普及灌溉施肥技术。全国43万公顷耕地中大约有20万公顷应用加压灌溉系统。果树、花卉和温室作物都是采用灌溉施肥技术，而大田蔬菜和大田作物有些是全部利用灌溉施肥技术，有些只是某种程度上应用，这取决于土壤本身的肥力和基肥施用（Aamer等，1997；Bravdo等，1988；Bravdo等，1992；Heffner等，1982；Lahav等，1995；Lahav和Kalmar，1995；Lowengart和Monor，1998；Shemesh等，1995；Zaidan和Avidan，1997）。总而言之，灌溉施肥技术是农业灌溉系统，特别是微灌系统的一个必要组成部分，因为这些灌溉系统中根系生长会受水分供应的限制。在湿润的环境条件下，植物根系在土壤中的分布范围较大，但此时利用灌溉施肥技术仍具有明显长处，因为灌溉施肥技术是使一些植物养分对环境污染达到最低限度的最好方法。二、灌溉施肥技术的发展历史灌溉施肥技术是现代集约化灌溉农业的一个关键因素，它起源于无土栽培（也叫营养液栽培）的发展。在古代，人们就已将这项技术应用在古巴比伦著名的空中花园和中美洲阿兹特克斯的水上花园。事实上，巴比伦的空中花园就是一个复杂的泵式水培系统，它利用富含氧气和养分的水来灌溉。在阿兹特克斯的水上花园，人们在漂浮的木筏上种植蔬菜、花卉甚至树木，这些植物的根系可穿过木筏在水中生长。古代中国人利用水培种植水稻。现代空中花园的例子是以色列的海法城的巴哈伊花园（彩色插图2）。 (图：插图2 以色列海法城的空中巴哈伊花园)18世纪末，英国的乌特渥尔特（John Woodward）将植物种植在土壤的提取液中，这是第一个人工配制的水培营养液。19世纪中期，布森高（Jean Baptiste Boussingault）利用惰性材料做植物生长介质并以含有已知化合物的水溶液供应养分，从而确定了9种植物必需营养元素，并阐明了植物最佳生长所需的矿质养分比例。后来，von Sachs提出了能使植物生长良好的第一个营养液的标准配方。在1925年以前，营养液只用于植物营养试验研究，并确定了许多营养液配方（Hoagland，1919；Arnon，1938；Robbins，1946）。1925年，温室工业开始利用营养液栽培取代传统的土壤栽培。“营养液栽培”（hydroponics）这个词最初是指没有用任何固定根系基质的水培；之后，营养液栽培的含义扩大了，指不用天然土壤而用惰性介质如石砾、砂、泥炭、蛭石或锯木屑和含有植物必需营养元素的营养液来种植植物。现在一般把固体基质栽培类型称为无土栽培，无固体基质栽培类型称为营养液栽培。第二次世界大战加速了无土栽培的发展，成为美军新鲜蔬菜的重要来源。第一个大型营养液栽培农场就建在南大西洋荒芜的阿森松岛上，这项采用粉碎火山岩做生长基质的技术后来也应用到其他太平洋岛屿，如冲绳岛和硫黄岛。二战后美军在日本调布建起了一个22公顷的无土栽培生产基地。20世纪50年代，无土栽培的商业化生产开始在荷兰、意大利、西班牙、法国、英国、德国、瑞典、前苏联和以色列发展。之后，中东、阿拉伯半岛的沙漠地区、科威特和撒哈拉沙漠以及中美洲、南美洲、墨西哥和委内瑞拉海岸的阿鲁巴和库拉考地区也开始推广无土栽培技术。在美国，无土栽培生产主要集中于伊利诺伊斯州、俄亥俄州、加利福尼亚州、亚利桑那州、印地安那州、密苏里州和佛罗里达州。全美国有上百万家庭式无土栽培装置。在俄罗斯、法国、加拿大、南非、荷兰、日本、澳大利亚和德国等国家也可见到这种家庭无土栽培装置。塑料容器和塑料管件的发展以及平衡的营养液配方促进了无土栽培的进一步发展，生产成本和管理费用都大大降低。20世纪50年代中期，美国进行灌溉施肥的规模很小，只在地面灌溉、漫灌和沟灌中应用。当时最常用的肥料有氨气、氨水和硝酸铵，由于灌溉水的利用率很低，使得肥料的氮利用率也很低。随着波涌灌的发展，地面灌溉的水分供应更加精确，紧接着又应用波涌阀注入肥料，这项技术极大地提高了地面灌溉的肥料利用率。在荷兰，从20世纪50年代初以来，温室数量大幅增加，通过灌溉系统施用的肥料量也大幅增加，水泵和用于实现养分精确供应的肥料混合罐也得到研制和开发。20世纪60年代初，以色列灌溉施肥技术的发展与微灌的发展和应用是同步进行的；这是由于滴灌湿润的土壤范围很小，根系要吸收充足的养分需要水和养分的同步供应。在其他微灌系统中，如喷灌和微喷灌系统，灌溉施肥技术对作物的作用效果也很好。随着喷灌系统由移动式转为固定式，灌溉施肥技术也被应用到喷灌系统中。20世纪80年代初，开始将灌溉施肥技术应用到自动推进机械灌溉系统。现在，以色列农业灌溉面积（除辅助灌溉外）有75%以上采用灌溉施肥技术。最初，由于使用肥料罐，灌溉施肥的养分分布不均匀；后来采用文丘里真空（抽气）泵和水压驱动肥料注射器，养分分布较为均衡；引入全电脑控制的现代灌溉施肥技术设备后，养分分布的均匀度得到显著提高。滴灌的构想产生于20世纪30年代初的以色列。当时恩格.申巴.布拉斯先生受邀去滨海地带的一个小农场参加傍晚茶会。他发现主人的众多葡萄柚中有一棵长得特别大，但是这棵树并没有明显的灌溉水源。经过进一步调查，他发现一条通往房子的很细的饮用水铁管在此处有一个裂口，从这个裂口流出的水可湿润范围仅为25厘米，而这棵树的树冠直径为10米。这么大一棵树竟能从容积如此小的土壤中获得所需水分，这个现象触发布拉斯先生产生滴灌的想法。不幸的是，那时研究滴灌存在许多实际困难，以至于这个想法无法实现。但是17年后，即1959年，塑料管的应用使这个想法的实现成为可能。经过3年的反复试验，最后终于成功了。与喷灌和沟灌相比，应用滴灌的番茄产量增加了一倍，黄瓜产量增加了两倍。这项新的灌溉技术的一个关键问题是养分的供应问题。它湿润的土壤容积只是耕作层的一小部分，特别是砂土条件下，这个问题更为明显。因此若在土壤表面撒施肥料，由于大部分肥料仍留在土壤表面而不能被植物利用。在初始阶段，通过灌溉施肥有两种方法。一种是利用喷雾泵将肥料溶液注入灌溉系统；另一方法是将灌溉系统的水引到装有水和固体肥料的容器内，然后又回到灌溉系统内。这两种施肥方法虽然简单且不精确，但是1963年的产量因为应用这两种施肥方法而显著增加。冬季在采用滴灌的果园里撒施肥料，其肥料利用率非常低，特别是在粗质地的土壤条件下情况尤甚。在滨海地带的砂土上，采用滴灌的柑橘园的产量甚至比采用喷灌的果园低，而且还出现缺素症状。20世纪60年代末到70年代初，一系列的试验研究证明灌溉施肥技术也可为多年生作物供应持续不断的养分。20世纪60年代末，由于出口花卉的需要，温室面积开始扩大（彩色插图3）。滴灌与灌溉施肥技术的结合极大地加速了这个密集的、高投入的种植系统的发展。同时生产蔬菜和大田作物的农户也开始应用灌溉施肥技术。 (图：插图3 观赏植物的无土栽培（舍非尔苗圃，以色列）)20世纪60年代中期，随着滴灌的发展，应用肥料罐施肥是主要的施肥方法。一些温室应用两用途的喷雾泵来进行喷施农药和灌溉施肥，而果园则应用移动式喷雾器将肥料溶液直接注入灌溉系统。20世纪70年代初，液体肥料的应用促进了水力驱动泵的发展。第一种开发的水力驱动泵为膜式泵，它将肥料溶液从一个敞开的容器中抽取后再注入灌溉系统。这种泵产生的压力是灌溉系统中压力的两倍。第二种水力驱动泵为活塞泵，依靠活塞来进行肥料溶液的吸取和注入。这些肥料泵的应用实现了水和肥料的同步供应。同样在20世纪70年代初，开始应用低流量的文丘里施肥器，主要应用于苗圃和盆栽温室。它的应用解决了早期肥料泵的一个主要缺点，即在低流量时的不精确性。在有电的地方，主要在温室内，电驱动的肥料泵可以对肥料溶液进行精确供应。20世纪90年代初，用于精确施用低中流量肥料溶液的新型肥料泵得到发展。在饮用水和灌溉水共用的供水网内，阻止肥料溶液倒流回供水系统是实现灌溉施肥的前提。应用真空阀、止回阀和空气隔离可解决这个问题。对肥料用量的控制也越来越精确。最初需要手工来调节肥料罐的进流量和出流量，后来应用机械化设备来自动控制水和肥料的同步供应。现在已有非常复杂的控制设备，计算机与监控肥料混合罐的酸度计、电导率仪及灌溉控制器相连接，对肥料用量实现更为精确的控制。三、灌溉施肥技术文献回顾文献资料表明，大多数情况下，应用灌溉施肥技术后作物的产量增加、肥料和水的利用率提高，环境中流失养分量减少。下面是一些例子。（一）蔬菜和小株型果树番茄是一种重要的大田和保护地栽培作物。与应用传统灌溉和施肥方法的番茄相比，经灌溉施肥的番茄产量高、干物质含量高、品质好（如大小、硬度和可溶糖含量）（Alcantar等，1999）。比较滴灌和施肥分开应用和滴灌施肥结合应用的试验结果表明，分开应用时番茄产量为44吨/公顷，而两者结合应用番茄产量可达72吨/公顷，是前者的两倍。应用灌溉施肥技术产量增加的一个重要原因是养分的有效性显著提高（Pan等，1999）。在另一个试验中，与传统施肥和喷灌方法相比，灌溉施肥技术使番茄产量从39吨/公顷增加到50吨/公顷，且品质也显著提高了（Siviero和Sandei，1999）。在6个加工番茄品种上应用渗滴灌施肥技术，其商品产量可达8098吨/公顷，而且品质好，可溶性固形物含量超过4.9%。90%以上的根系集中分布在地表上层25厘米的土壤范围内。高产量还伴随着良好的加工特性，即病害少、烂果少（Silva 等，1999）。实践证明，灌溉施肥技术除了提高作物产量之外，还有其他优势。温室无土栽培的番茄应用灌溉施肥技术后，其病害发生最少并保持长时间的丰产（Reist等，1999）。对其他作物的研究也有类似的报道。在德国巴伐利亚低地的粉质砂壤土上进行的大田黄瓜试验中，利用在覆盖物下滴灌施氮磷钾肥的黄瓜产量最高，达到74吨/公顷；而用喷灌和将尿素做叶面肥施用的黄瓜产量最低，为65吨/公顷（Mosler，1998）。在冲积土上（pH7.9）种植黄瓜，通过灌溉施肥技术分别施用硫酸铵和硝酸钾两种氮肥，每种氮肥设3个用量，结果发现氮肥施用量最高的处理其产量最高。由于硝态氮的利用率（75%97%）比铵态氮的利用率（10%）高，所以通过灌溉施肥技术施用硝酸盐肥料，硝酸盐的渗滤损失很少（Brito等，1999）。应用灌溉施肥技术，当施纯氮100千克/公顷时，爱斯伯格生菜的产量可达33吨/公顷（Rineon等，1998）。在其他大田生菜试验中，纯氮施用量为450千克/公顷，用滴灌施肥的处理其氮利用率比用喷灌和传统施肥方法处理高25%o。这是由于通过滴灌施肥，土壤中的硝酸盐浓度更稳定，氮的分布更合理，硝态氮与铵态氮比例增加，铵离子的浓度处于产生毒害的浓度之下（Mcpharlin等，1995）。将地面灌溉并施用固体肥料和滴灌施肥两种方法对鹰嘴豆产量的影响作了比较。结果表明，按推荐施肥量施用固体肥料，鹰嘴豆产量为1.9吨/公顷；而用灌溉施肥技术并按推荐施肥量的75%150%施肥，鹰嘴豆产量为2.22.3吨/公顷。此外，滴灌比地面灌溉的需水量减少60%（Deolankan和Pandit，1998）。在粉质砂壤土上，当滴灌用水量是集雨盆蒸发量的75%且施纯氮25千克/公顷时，豌豆的产量最高、对水的利用率也最高（Malik和Kumar，1996）。在粘质砂壤和粘土上种植花椰菜，施用纯氮400千克/公顷，用滴灌施肥的产量（24.5吨/公顷）比肥料撒施的产量高（Castellanos等，1990）。草莓应用滴灌施肥技术施用氮磷钾肥比撒施固体氮磷钾肥的产量多25%左右（Bernardoni等，1990）。在一个对越橘进行的试验中，应用灌溉施肥和撒施颗粒肥两种方法，每种方法头两年施纯氮65千克/公顷、第三年施纯氮77千克/公顷。3年后，应用灌溉施肥技术的越橘产量比撒施颗粒肥的高。灌溉施肥技术的效果如此好的原因是由于氮在根际的含量增多从而使氮的有效性得到提高。（二）大田作物小麦试验表明应用灌溉施肥技术，可节约大量的磷肥。在石灰性砂壤土种植小麦，通过灌溉系统施用总磷量一半的磷酸二铵的小麦产量与撤施总磷量的过磷酸钙处理产量相同。小麦磷的吸收量也得到相似结果（Alam等，1999）。对甘蔗的试验也得到类似结论，应用滴灌施肥技术，氮肥的施用量可减少30%，每年施纯氮80千克/公顷的产量并不少于每年条施纯氮120千克/公顷的产量（Kwong等，1999）。在玉米的大田试验中，与撒施固体肥料相比，应用灌溉施肥的玉米产量增加且氮转运到籽粒中的量提高（Bassoi and Reichardt，1995）。一些试验表明，渗滴灌施肥对棉花有增产和促进养分吸收的作用，特别是对磷的吸收（Eizenkot等，1998）。在粘土上种植棉花，应用灌溉施肥技术施纯氮75千克/公顷的产量与直接施纯氮100千克/公顷（固体氮肥）的产量相同。应用灌溉施肥技术后棉花品质、水和氮的利用率以及棉花对其他养分的吸收都显著提高（Bharamber等，1997）。（三）果树在以色列西加利利地区对香蕉的长期试验表明，应用灌溉施肥技术可以提高肥料的利用率。20世纪60年代，香蕉主要是用喷灌和一季撒施34次固体肥料。20世纪90年代，开始在香蕉整个生长季节都利用滴灌施肥，这增加了氮的施用量，从原来的每年施纯氮250千克/公顷增为每年500千克/公顷。同时，香蕉平均株高由150厘米增到270厘米，一穗香蕉平均重量由18千克增到28千克，每公顷的香蕉穗数由1700穗增加到2100穗，平均每公顷产量从30吨增加到60吨。将1972年和1995年的第七叶叶柄氮磷钾含量相比较，结果表明氮从0.6%增加到1.1%，磷从0.08%增加到0.12%，钾从3.7%增加到6.5%。香蕉对养分的吸收量增加以及产量的提高可能是由于应用灌溉施肥技术后施肥量增加、养分的空间和时间分布更趋合理（Lahav 和Lowengart，1998）。在美洲山核桃的试验中，通过滴灌施用纯氮56千克/公顷的坚果产量和品质与全部撤施或半撒施半滴灌施用纯氮112千克/公顷的处理一样。与撒施氮肥相比，全部应用滴灌施用氮肥对土壤pH的影响小，树冠下的非湿润区土壤钾、钙和镁的损失少，地表下1530厘米土层的pH、钾镁含量的下降都很微小，叶片中钙镁含量增加（Worley和Mullinix，1996）。灌溉施肥技术与其他农业改进技术相结合对苹果也有明显效果。加拿大英属哥伦比亚的苹果园之所以采用高密度种植（8001400棵/公顷）取代传统的低密度种植，是因为滴灌施肥可以提高对养分的管理水平，特别是在粗质地的土壤上（Neilsen和Robert，1996）。在粗质地的土壤上，频繁的每日滴灌使矮化砧木嫁接的高密度种植苹果根系主要为浅层生长。与微喷灌相比，根系侧向生长也受到限制（Neilsen等，2000）。在苹果园进行的滴灌施肥与传统灌溉和撒施肥料处理的比较试验表明，应用灌溉施肥技术施纯氮26千克/公顷可增加梢生长量、花芽数量、坐果率和累积产量，并且使这些因素间达到最佳平衡。由于灌溉施肥技术可以在施肥量较少的情况下促进苹果树体生长和提高产量，因此它成为一种最少农用化学品（如化肥、农药）投入的高水平果树生产系统的有用技术（Hipps，1992）。然而，在苹果和桃的一些试验中并没有发现灌溉施肥技术的优势。虽然应用灌溉施肥技术后苹果4年里的产量比其他处理（追肥、施缓释肥、喷施液体肥料）高，但灌溉施肥系统的高投入抵消了它所产生的增产量，所以灌溉施肥技术并不是一种经济有效的方法（Paoli，1997）。对两个苹果品种长达6年的研究表明，灌溉施肥技术并不比传统的喷施肥料和撒施肥料好（Widmer和Krebs，1999）。 Dolega等（1998）发现，应用灌溉施肥技术和没有用灌溉施肥技术的苹果，果实硬度、酸度和糖分含量都没有差别。灌溉施肥技术并不会提高水果的矿物质含量和延长贮藏期，对开花和产量也没有显著作用。而应用滴灌和肥料撒施则可以达到最高产量。在高密度种植的桃园（606株/公顷），应用灌溉施肥技术施用氮和钾，与条施肥料相比，对桃树增产作用不明显（Layne等，1996）。但对以色列桃园的观察表明灌溉施肥技术可以促进果实早熟，桃树可比传统管理的果园早一年半结果。苹果园和桃园应用灌溉施肥技术后产生的效果不确定性，可能与这些试验都在湿润气候条件下进行有关。在湿润条件下，灌溉施肥技术的一个重要组成部分即土壤水分的管理没有得到表达。对橙进行灌溉施肥试验表明，利用滴灌进行小容积高浓度施肥（养分浓度相当于霍格兰营养液的一半）可获得最高产量。滴灌施肥后形成局限生长的密集的根系，根系中有大量须根（Bravdo等，1992）。灌溉施肥比撒施固体肥料使生长在细砂土上的橙的产量多38吨/公顷。进一步的测定表明，通过灌溉系统年施18次肥比每年撤施3次颗粒肥料（肥料总量一样）减少地下水的硝酸盐含量（Alva等，1998）。Alva和Mozaffani（1995）对灌溉施肥技术减少地下水的硝酸盐污染方面也有相关报道。应用灌溉施肥技术生产葡萄柚的利润可超过传统撒施肥料获得的利润（Boman，1995）。将传统施肥处理（撒施颗粒肥料）与混合施肥处理（撒施和灌溉施肥技术相结合）对成龄葡萄柚的作用进行了比较。传统施肥处理每年撒施3次肥料，混合施肥处理春天时撒施全年氮钾总用量的33%，以后每隔两周通过灌溉系统施剩余的肥料。结果显示混合施肥处理的产量比传统施肥处理的高8%9%，且提高了肥料的利用率（Boman，1996）。四、肥料（一）适于灌溉施肥的肥料种植者可选用的肥料种类很多，有固体肥料和液体肥料。肥料是否可用于灌溉施肥技术取决于它本身的一些性质，尤其是溶解性。所有的液体肥料和常温下可完全溶解的固体肥料都可用于灌溉施肥。混合时必须保证肥料之间的相容性，不能有沉淀生成且混合后不改变它们的溶解度。例如，将硫酸铵与氯化钾混合后，硫酸钾的溶解度决定混合液的溶解度，因为生成的硫酸钾的溶解度是该混合溶液中最小的。溶液的腐蚀性也很重要，肥料在灌溉系统中也会与金属成分发生化学反应，酸性和/或含氯化物的肥料通常比其他肥料的腐蚀性强。含有螯合态微量元素的肥料母液不要和其他肥料混合，螯合物与酸性肥料母液必须分开配制，因为螯合物在酸性溶液中会趋于分解。肥料与灌溉水的反应也必须考虑。有一些水含有较高浓度的二价阳离子，如钙和镁。一些磷酸盐化合物在这样的水中很容易产生沉淀，而其他的磷酸盐化合物如聚磷酸盐则不会产生沉淀。表2列出了肥料在水中的溶解度随温度变化的数据。这些数据有些引自化学和物理手册，有些引自Avidan（1996）和Wolf（1985）等人的资料。特别在配制营养母液时（见表2）必须考虑温度变化而造成的溶解度变化。一种肥料夏天时可能是完全溶解的，但冬天时却可能出现盐析现象。 (表：表2 化肥在不同温度下的溶解度（克/升） )化合物分子式0102030尿素CO（NH2）268085010601330硝酸铵NH4NO31183158019502420硫酸铵（NH4）2SO4706730750780硝酸钙Ca（NO3）21020124012941620硝酸钾KNO3130210320460硫酸钾K2SO47090110130氯化钾KCl280310340370硝酸氢二钾K2HPO41328148816001790磷酸二氢钾KH2PO4142178225274磷酸二铵（NH4）2HPO4429628692748磷酸一铵NH4H2PO4227295374464氯化镁MgCl2528540546568硫酸镁MgSO4260308356405大部分灌溉水本身都含有盐分，所以也就有一个最初的渗透压，这个渗透压随施肥引起盐分浓度增加而增大。根际介质的渗透压较高时不利于作物高产，因为渗透压增大后，植物吸收水分和养分需要消耗更多的能量，从而减少作物产量。所以配制用于灌溉施肥的营养液时应该选用那些对溶液渗透压影响较小的肥料。肥料或灌溉施肥营养液的渗透压通常没有明确规定或测定。事实上，我们测定营养液的电导率并通过电导率来比较各种不同肥料溶液的渗透压。如果需要，我们还可通过以下公式求算电导率（EC）和渗透压（OP）之间的关系。OP =0.036EC（Ricbards，1954）灌溉施肥技术的溶液酸度可用pH表示，溶液呈酸性时具有腐蚀性，呈碱性则可能形成沉淀。例如，在弱碱性溶液中，可能会形成磷酸钙沉淀。肥料溶液的电导率（EC，单位：分西门子/米）与pH都可以计算出来并作比较。只要知道离子强度（IS）的大小后，我们可根据公式IS=0.013EC而求出EC值（Griffin和Jurinak，1973）。IS值和pH可用Geochem程序计算出来（Sposito和Mattigod，1980）。对于尿素溶液而言，为了与其他溶液做一些性质上的比较，需要一种不同的计算方法。尿素溶于水中不会产生电导率，但是会产生渗透压（OP，单位：atm），根据公式OPV=NRT可以算出OP值，式中N指容积为V的溶液摩尔数，R=0.082，T指绝对温度。然后再根据上面计算渗透压的公式求出尿素溶液的“当量电导率”值。表3给出了浓度10毫摩尔/升的肥料溶液的电导率（EC）、pH以及营养元素的浓度。 (表：表3 10毫摩尔/升肥料溶液的电导率（BC）、pH以及营养元素浓度 )化合物分子式营养元素营养元素浓度（毫克/升）EC 分西门子/米pH硝酸NHO3N1400.72.0硝酸铵NH4NO3N2800.75.5硝酸钙Ca（NO3）2N2802.06.9氨水NH4OHN1400.75.5硫酸铵（NH4）2SO4N2801.44.5尿素CO（NH2）2N2802.77.0磷酸一铵NH4H2PO4N1400.44.7P310磷酸二铵（NH4）2HPO4N2800.67.8P310磷酸H3PO4P3100.42.3磷酸氢二钾K2HPO4P3101.99.2K780磷酸二氢钾KHPO4P7800.74.6K310氯化钾KClK3900.77.0磷酸钾KNO3N1400.77.0K390硫酸钾K2SO4K7800.27.0氯化镁MgCl2Mg2402.06.8硫酸镁MgSO4Mg2402.26.9表3 的数据显示：（1）硝酸钙在溶液中产生的渗透压比硝酸钾大。（2）磷酸氢二钾溶液比磷酸二氢钾溶液的pH高。（3）较低浓度的磷酸也可明显降低溶液的pH。配制N、P2O5和K2O含量不少于9%10%的氮钾、磷钾和氮磷钾清液肥料，可以将尿素、磷酸和氯化钾在初始温度为10的水中混合。如果将硫酸铵和氯化钾一起使用，会因为生成硫酸钾而使得肥料溶液的浓度不会很高。若用磷酸配制清液肥料，应先加入磷酸，因为磷酸与水混合会放热。用尿素和氯化钾配制N-P205-K20比例为O-O-8，4.9-0-4.9，3.1-0-6.3，2.7-0-8.1，6.-0-3.1和7.8-0-2.6的清液肥料时，稀释后pH的范围为57。用尿素、磷酸和氯化钾配制N-P205-K20比例为0-6.3-6.3，0-3.7-7.4，0-3.2-9.6，0-7.4-3.7，3.6-3.6-3.6，2.7-2.7-8.1，2.7-5.4-2.7，2.5-5.1-10.1，7.4-2.5-2.5和5.1-1.7-5.1的清液肥料时，稀释后pH的范围为34。用于配制营养母液的水的pH对最终pH几乎没什么影响（Lupin等，1996）。 在田间也可用一系列的可溶固体肥料配制用于灌溉施肥的营养母液，肥料用量和养分间的配比视作物的需求而定。这种配制方法较经济合算，但要配制植物所需的养分配比、无沉淀形成、pH和EC值适宜的溶液，则需要有专门的知识和技术。可参考表2和表3中的数据来配制用于灌溉施肥的营养母液（表5）。化肥企业生产了许多用于灌溉施肥的液体肥料，这些液体肥料有一系列不同的养分组成、pH和EC值以满足不同作物和生长介质的要求。表4列出了一些含有大量营养元素与微量营养元素的商品液体肥料的性质。这些资料摘自以色列的几家化肥公司的产品目录表。全球其他化肥企业也生产类似的或其他产品。表4的数据显示通过改变营养液中混合物的组成与配比可得到许多新的肥料配方。要补偿镁和钙的不足，可用硝酸（5g N/L）、硝酸钙（3g Ca/L）和硝酸镁（1g Mg/L）配成混合溶液。同时含硼7克/升的硼溶液也有公司配制。 (表：表4 一些用于灌溉施肥的液体肥料混合物的性质 )化合物N-P-K相对EC值p H温度比重尿素、硝酸铵、磷酸8-16-01.10.4111.23尿素、硝酸铵、磷酸、氯化钾8-8-81.00.6141.25尿素、硝酸铵、氯化钾15-0-50.77.561.20尿素、硝酸铵、磷酸、氯化钾12-6-61.01.0111.24硝酸铵、磷酸14-14-01.70.121.34硝酸铵、磷酸、氯化钾8-4-81.10.4151.23硝酸铵、硝酸铵、磷酸、氯化钾8-2-41.01.801.22硝酸铵、磷酸、硝酸钾、磷酸二氢钾8-6-60.90.791.27硝酸铵、磷酸、硝酸钾、磷酸二氢钾6-3-60.60.761.19N-P-K：指质量百分比，用N、P2O5和K20计算温度：盐析温度，相对EC值：指1升去离子水与1毫升液体肥料混合后的电导率（单位：分西门子/米）比重：指25下1升溶液所含的溶剂质量（单位：千克/升） (表：表5 供选择的微量元素母液 )微量元素克/升克/升克/升Fe-EDTA螯合物12.25.5040.5Mn-EDTA螯合物5.22.7020.2Zn-EDTA螯合物1.751.3510.1Cu-EDTA螯合物0.540.201.5Mo0.240.151.1B2.0p H9.28.57.5比重1.11.11.35（二）肥料化合物在灌溉水中的反应灌溉水所含的可溶盐分组成和浓度以及EC值、pH各不相同，所以在选择灌溉施肥用的肥料时也应考虑水质。氨水是灌溉施肥中常用的氮溶液，将氨水加入到灌溉系统中会使pH上升从而引起堵塞。在富含二价阳离子（Ca2+，Mg2+）和碳酸氢根阴离子（HCO3-）的水中，pH上升易形成碳酸钙和碳酸镁沉淀而堵塞滴水器和过滤器，生成沉淀的多少取决于加入氨水的浓度和灌溉水盐分的浓度及组成。电导率为0.2分西门子/米、钙镁浓度为10毫克/升的灌溉水可容许的氨氮（NH3-N）浓度为30克/升。灌溉水盐分浓度较高时，电导率为0.8分西门子/米、钙镁浓度为30毫克/升，则只能容许氨氮（NH3-N）浓度为1克/升。可利用以上数据进行灌溉施肥的施肥推荐。例如，在干旱地区，水的硬度较大，可以据此防止沉淀形成；假设灌溉水的电导率为2.5分西门子/米，二价阳离子（Ca2+，+Mg2+）浓度为200毫克/升，那么加入的氨氮（NH3-N）浓度不得超过0.25克/升（Whiting，1975）。高浓度的硫酸钱对灌溉水有少许的酸化作用。在硫酸铵浓度很高时，硫酸根离子会与灌溉水中的钙离子结合生成硫酸钙沉淀。其他的氮源，像尿素和硝酸铵则不会与灌溉水中的盐分反应，也就不会有沉淀生成。灌溉施肥中使用的磷肥会与灌溉水中的盐分以多种方式发生反应。磷酸，更准确地说应该是正磷酸，是一种常用的磷肥。磷酸是一种比较强的酸，它会降低灌溉水的pH从而溶解一些沉淀，起到清洁或防堵塞作用。磷酸一铵，一种正磷酸盐，是灌溉量施肥经常使用的磷肥。当磷酸根离子和二价阳离子（如Ca2+）的浓度超过一定限度，就会形成磷酸一钙（CaHP04）沉淀和磷酸钙Ca3（P04）2沉淀而引起堵塞。加入灌溉水中的磷肥的临界浓度很难估计，因为这除了受钙镁浓度的影响还受溶液的pH及其他离子浓度的影响。例如，往钙浓度为200毫克/升的灌溉水中加磷酸铵，当磷的浓度超过7.5%时就会生成沉淀（Duis和Burman，1969）。当一些配方用正磷酸盐会形成沉淀时，可以用聚磷酸盐。聚磷酸是正磷酸的聚合物，这些聚磷酸的结构以及聚合反应的简图见图1。图中显示2个正磷酸分子聚合形成1个焦磷酸分子，同时释放1分子水；同样地，1分子正磷酸与1分子焦磷酸结合可形成1分子三聚磷酸，依次类推而形成更长的链。聚磷酸盐肥料通常由不同长度链的聚磷酸盐混合而成。 (图：图1 一些磷酸的结构)这些酸与阳离子反应可生成像聚磷酸铵等用于施肥配方的盐类。聚磷酸盐的一个特点是可以鳌合像钙一类的阳离子，在富含钙的灌溉水中加入足够的聚磷酸盐会生成可溶的磷酸钙盐从而防止沉淀的形成。而在富含钙的灌溉水中加入少量的聚磷酸盐溶液则会生成溶解度很小的焦磷酸钙沉淀，但是随着聚磷酸盐的量不断增加，沉淀会逐渐溶解同时还可防止生成其他沉淀。Duis和Burman（1969）以及Noy和Yoles（1979）曾对组成为11-37-0的肥料进行过定量分析：（1）当灌溉水中的钙浓度为100毫克/升时，无论加入多少聚磷酸铵都不会生成沉淀。（2）当灌溉水中的钙浓度为200毫克/升时，以1:300稀释聚磷酸盐溶液会生成沉淀而以1:200稀释则不会形成沉淀。（3）当灌溉水中的钙浓度为500毫克/升时，以1:100稀释聚磷酸盐溶液会生成沉淀而以1:50稀释则不会形成沉淀。其他有关文献也报道了防止沉淀生成的最低浓度，但结果稍有差异。这些差异很可能是因为使用的肥料中所含的不同链长聚磷酸盐的比例不同。实际上，每批聚磷酸盐肥料都应该测定各种链长的临界比例。钾盐在常温下可溶于水。所以大多数情况下，可以往灌溉水中加入大量的钾盐。表2中的数据显示，在20下，氯化钾的溶解度可达34%，硝酸钾溶解度达32%，磷酸二氢钾的溶解度达30%，而磷酸氢二钾的溶解度更高。相对而言，硫酸钾的溶解度较低，20时的溶解度最高只有11%。此外，在富含二价阳离子（主要是钙离子）的灌溉水中，还会生成溶解度较低的硫酸钙沉淀。Elm等（1995）对氯化钾、硫酸钾和硝酸钾进行了测试。这几种肥料用于灌溉施肥中溶解快速、钾浓度高。在25时氯化钾的溶解度最大且在较低温度下其溶液的钾浓度最高；硝酸钾的溶解度随温度的升高而增加，而硫酸钾的溶解度是最低的。对非忌氯作物或存在渗漏条件下，氯化钾是用于灌溉施肥的最好肥料，因为它的溶解速度最快、钾含量最高、溶解度受温度变化的影响最小且价格是这3种肥料中最低的。微量元素通常以鳌合态形式与大量元素一起加入灌溉水中，（表4），由于是鳌合态，大部分微量元素不会形成沉淀。（三）通过灌溉施肥施入的养分在土壤和生长基质中的反应灌溉施肥中的养分是溶解后施入的，移动性较强，可与土壤和其他生长基质发生反应。尿素是一种简单的有机分子而不是盐，大量的肥料配方都用到它（表4）。使用时必须确保尿素的缩二脲含量不超过0.25%，因为缩二脲对植物有害。尿素的溶解性很好，正常条件下它的溶解度为1千克/升。实际应用中灌溉水的尿素浓度可不受限制。尿素会随水分在土壤或生长基质中移动，直到被普遍存在的脲酶水解生成碳酸铵：CO（NH2）2+2H20=（NH4）2C03碳酸铵不稳定，易分解成氨气和二氧化碳：（NH4）2C03=2NH3+CO2+H20氨气会被吸附在土壤和生长基质表面或者溶解于水中形成铵离子，铵离子可被吸附在土壤阳离子交换位。在碱性条件下，一些氨气会挥发而造成损失。一般尿素水解需要的时间差异很大，从几个小时到几天（Balwinder-Singh等，1996）。生长基质的温度和pH对尿素的水解速率也有影响。在545范围内，温度每升高10，尿素的水解速率就增加一倍（Moyo等，1989）；在pH约为6.5时达到最大（Cabrera等，1991）。随着碳酸钙含量、盐分浓度和碱性的增加，水解速率逐渐降低；而随着生长基质中粘土含量、有机质含量的增加，水解速率会不断增大。用于灌溉施肥的其他氮肥有铵盐和硝酸盐。在生长基质和粗质地的土壤中铵盐会保留在溶液中。在含有粘土的土壤中，一部分铵盐会被吸附到土壤阳离子交换位，一些可能被固定到粘土的晶格中。铵离子，不论是在溶液中还是被吸附，都可以被植物和微生物利用。在正常的环境条件下，铵离子会被微生物氧化为硝酸根离子；硝化速率受环境条件的影响，硝化一半铵离子需要几天到几个星期的时间。在自养细菌的作用下先硝化成亚硝酸根离子，然后再硝化形成硝酸，硝化过程伴随着能量的释放。这个反应可以用下列方程式描述：2NH4+ +3O2=4H+ +2H20+2NO2- 2NO2- +O2=2NO3-这两个方程式显示硝化反应需要氧气参与，并会生成氢离子，从而酸化硝化层周围的土壤。所以使用铵盐或尿素会酸化生长基质，而土壤和生长基质中的碳酸钙会起到中和作用。土壤结构决定了通气程度和缓冲能力从而影响硝化的速率。在沙砾壤土上种植的苹果树用铵盐肥料进行灌溉施肥1年后，沿滴头水平方向60厘米、垂直方向60厘米的区域开始酸化。在滴头正下方2030厘米的土层酸化最为严重，1年后pH由5.8降到4.5，3年后降到3.7。此外，还观察到钾被快速置换（Parchomchuk等，1993）。粗质地土壤和细质地土壤（粘土）之间的硝化速率不同还与土壤或生长基质所含水分有关。如果用张力来表示水分含量，则水分和通气状况达到最佳范围的张力为0.11.0巴。当张力为0.01巴时，介质充满了水，没有空气，硝化细菌因为缺氧而使硝化反应停止。同样地，当张力超过15巴时，微生物会因为缺水而使硝化作用停止。Kuldip-Singh（1996）报导了pH影响铵离子硝化速率的数量指标。在培养试验里，60%的土壤孔隙充满水，硝化速率在pH为7.4时最大（每天7毫克N/千克土），在pH为9.4时硝化速率中等（每天3毫克N/千克土），在pH为4.8时最小（每天1毫克N/千克土）。一般而言，硝化反应的最适pH为6.68.4，pH低于4.0或高于9.5都会抑制硝化反应。施用铵盐肥料会影响pH。在一个硝化反应的研究中，分别将硫酸铵、磷酸二铵和尿素施到中等酸度、pH缓冲性能差的土壤，结果发现硝化速率与氮肥的本身的碱性有关。施用尿素的硝化速率最大，其次为磷酸二铵，硫酸铵最小（Mclnnes和Fillery，1989）。Haynes（1990）研究了田间条件滴头下湿润土壤中硫酸铵、尿素和硝酸钙的移动和转化规律。该试验还调查了湿润土体内pH受到的影响。在一个灌溉施肥周期内（滴头流量为2升/小时），施入的铵盐快速在滴头下10厘米处的土壤里聚集且很少向侧向扩散；与此相反，由于尿素和硝酸盐在土壤中的移动性大，它们在滴头下的土壤剖面分布均匀并且向侧向扩散到距滴头半径为15厘米的土壤剖面内。尿素中的氮转化为硝态氮比硫酸铵快，所以硫酸铵处理中滴头下大量铵离子累积会抑制硝化反应。硫酸铵和尿素的硝化反应都会酸化该湿润土壤，硫酸