蔬菜高效水肥一体化灌溉技术的实践与发展建议

1、蔬菜高效水肥一体化灌溉技术的实践与发展建议随着“菜篮子”工程的实施，近年来我国的蔬菜产业发展迅猛，在中国 经济发展特别是在农业结构调整过程中占有重要的地位。目前，我国年人均蔬菜占有量已达311.10 kg，大大超过世界人均105.00 kg的水平1。 施肥和灌溉是蔬菜生产中两项重要的田间作业，肥料成本是生产成本的重要组 成，灌溉水资源的利用与保护，关系到农业的可持续发展和生态保护。长 期以来，蔬菜灌溉施肥模式的落后与肥料的过度滥用，不仅制约了我国蔬菜 生产的长期健康发展，也导致食品安全危机、环境污染等一系列严重问题的 产生。广义的水肥一体化是指根据作物需求，对农田水分和养分进行综合调控 和一体

2、化管理，以水促肥、以肥调水，实现水肥耦合，全面提升农田水肥利 用效率。狭义的水肥一体化是将肥料溶解在水中，借助管道灌溉系统，使灌 溉与施肥同时进行，适时适量地满足作物对水分和养分的需求，实现水肥一体 化管理和高效利用。研究表明，地表灌溉的利用率仅为45%，喷灌为75%，而 滴灌高达95%，还可节约60%以上的肥料，节省80%以上的用工2， 3。 随着农业部对水肥一体化应用范围以及重视程度不断加大，蔬菜水肥一体化进 程得到了有效推进。推广水肥一体化技术就是将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统通常由首部枢纽、控制系统、供水管网及灌 水器等组成。首部枢纽一般包括取水

3、口、提水增压泵、过滤系统、施肥系统; 控制系统包括电器控制柜或程序控制器、电磁阀或闸阀、传感器、控制线路 等；供水管网包括总管、干管、支管和毛管；灌水器是整个系统末端的灌水 装置，分为滴灌、微喷和喷灌系列5。1.1滴灌滴灌是按照作物的需水要求，通过整体式的滴灌带、滴灌管，将安装 在毛管上的滴箭、滴头或者其他孔口式灌水器把水或者肥液均匀而又精准地 滴入作物根系区附近土壤中的灌水方法。滴灌不会破坏土壤结构，可以使土 壤内部水、肥、气、热等经常保持在适宜作物生产的良好状况，蒸发损失小， 不产生地面径流及深层渗漏。由于具有精准、微量、可控等特点，滴灌系统是 高效水 肥一体化灌溉中应用最多的载体。1.2

4、微喷微喷是利用折射、旋转或辐射式等微型喷头，或微喷带等灌 水器，将 水或肥液均匀喷洒到作物表面或根区的灌水形式，微喷的工作压力低、流量 小，与滴灌一起均属于微灌范畴。按用途不同分为以灌溉和以调节小气候为目 的2种，适用于所有适合叶面灌溉的蔬菜。1.3喷灌喷灌是借助专业的喷头将具有一定压力的水喷洒到空中，散成 细密均匀的水滴后降落到地面或作物叶面的灌水方法。因材质不同，喷 灌喷头通常有塑料、合金和全铜等类型；从喷洒角度上来分，有全圆和 可控角喷头；从安装形式上通常分为移动式、半固定式和固定式喷灌系 统。常用的摇臂式喷头喷洒半径可从几米到数十米。喷灌具有覆盖范围 大、投资较低、安装使用方便等特 点

5、，广泛用于大面积种植的露天蔬菜 基地。1.4潮汐灌溉潮汐灌溉是一种针对盆栽植物的营养液栽培和为容器育苗 所设计的底部给水的先进灌溉方式。潮汐灌溉系统由营养液循环系统、控制 系统、栽培床、栽培容器组成。该方式利用落差原理，实现定时给水与施肥。将种植盆置于营养种植槽内，营养液定期循环流动，需定期检测和调节营养 液。2主要蔬菜适宜的高效灌溉模式水为蔬菜的生长提供必要条件，水、肥、 气、热等基本要素中，水最为活跃。蔬菜是需水量较大的作物，与其他农作 物相比，蔬菜对水分尤为敏感。蔬菜生长期间灌水较为频繁，灌水及时与否 对产量高低和质量好坏有明显影响6。2.1根菜类凡是以肥大的肉质直根为产品的蔬菜都属于根

6、菜类。在我国栽培较多的 有萝卜、胡萝卜、芜菁、根用芥菜，尤以萝卜和胡萝卜7栽培最为普遍。 根菜类为深根性植物，并以肉质根为产品器官，主要根系分布在2040 cm 深的土层中，生产上多用种子直播，不耐移植，多露天栽培。这类蔬菜适宜的高效灌溉模式有滴灌和微喷。窄垄种植的根菜类萝卜、芋头等蔬菜种植行距较大，以滴灌最佳。采 用滴灌时，滴头间距2050 cm,流量1.384.00 L/h，通常每垄铺设1条滴 灌管，使用寿命长，耐虫害，也可使用壁薄的贴片式滴灌带，一次性投入成本 较低。起宽垄栽植的根菜类因定植密度较大，该类蔬菜根系和叶片分布都很 密集，以微喷最适。应用微喷时，灌水器可采用喷洒半径3 m左右

7、的5429旋 转微喷头，出水成细雨状。旋转微喷头最好采用组合布置，组合间距3m左右， 相互交叉补充，以提高灌水的均匀性。露天灌溉的微喷头可采用地插式安装， 根据植株高度选用一定高度的地插杆，通过输水毛管连接管道和微喷头。温 室栽培时，常采用倒挂的形式安装微喷头，输水管道借助温室结构铺设在温室 顶部，不影响正常的其他作业，无需反复拆装。2.2叶菜类叶菜类蔬菜可细分为白菜类、甘蓝类和绿叶菜类，常见的有大白菜、 菜心、甘蓝、花椰菜、小白菜8、生菜、菠菜等。叶菜类蔬菜的共同特点 是根系浅，大部分分布在10 cm左右的土层中，吸收能力弱，一般栽植相对密集，生长周期最多几个月，植株矮小。露 天季节性栽培已

8、不能满足广大消费者的市场需求，温室大规模种植周年生产 已经成为主流。叶菜类蔬菜的叶面积较大，水分蒸发量大，整个生长期对土 壤湿度和空气相对湿度都有较高的要求，根据地形、栽培方式及土地租用年限， 应选择不同的高效灌溉模式。露天大面积种植的叶菜类该类蔬菜适宜采 用喷灌或微喷，均匀湿润根系层土壤。为减少对叶面的冲击，应用喷灌时， 建议使用工作压力低、喷灌均匀度高的摇臂喷头，如3022双喷嘴摇臂喷头（喷 洒半径7 m左右，流量0.71.0 m3/h），或选用H33高均匀度阻尼旋转喷头（喷洒半径11.014.3 m，流量0.661.94 m3/h ）。对于叶片特别娇嫩的 叶菜，如生菜小白菜8，应采用微喷

9、。灌水器可选用5429旋转微喷头， 地插式安装以3m左右的间距组合布置喷头，实现全面灌溉湿润。喷灌和微喷 不仅可以满足小白菜等叶菜频繁均匀灌水的需要，还可以达到清洗叶面但不损 伤嫩叶的效果。大规模设施栽培的叶菜类适宜采用微喷，选择倒挂形式安装。如采用 5429旋转微喷头，通常6 m宽的大棚布置2排喷头，8 m宽的大棚可布置2 3排，喷头间距3 m左右；如采用5428雾化微喷头，则通常在每畦上方 安装 1 排为宜，喷头间距1 m左右。叶面肥可结合微喷同时施用，如采用雾化微喷头，还可以实现水肥药一体化作业，省工省力、均匀高效。微喷应少量多次，控制 灌溉时间，以防植株间温湿度过高，还可预防霜霉病和软

10、腐病，减少蚜虫等虫 害的发生。设施规模化叶菜类蔬菜床植栽培，无论是基质育苗还是穴盘栽植，其共 同特点是栽培容器的底部留有出水孔。若需要叶面灌溉，适宜采用悬挂式自走喷灌机，专为温室苗床栽培灌溉设计，喷灌机在悬挂 于温室顶部的轨道上运行，进行灌溉作业，以减少对温室其他生产作业的影 响；若只进行根部灌溉，可采用潮汐灌 溉，采用潮汐灌溉方式的作物，其 生长量明显优于人工浇灌方式，不但能降低坏疽叶和褶皱叶的发生，还可减少 用水量达33%，提高水分利用效率达40%，同时，由于潮汐灌溉没有淋浴作用，还能减少氮素使 用量达30%-35%大大提高氮素的利用效率。气雾栽培的叶菜类绿叶菜气雾栽培采用雾化微喷灌溉，通

11、常采用5427 涡流雾化喷头，将营养液雾化，使其直接包裹于植物根系，达到气雾栽培的 目的。由于水雾在空气中受到根系的遮挡及重力作用，较难均匀地喷洒到每 一株植株根部，会造成作物长势不均，降低叶菜的品相。因此，在布置雾化 微喷头时需要加大密度，尽量满足每株植株对水肥的需求，实现气雾栽培的 高质高量。2.3茄果类茄果类蔬菜是指茄科以浆果作为食用部分的蔬菜作物，包括 番茄9, 10、茄子和辣椒11，12等。茄果类是我国蔬菜生产中最重要 的果菜类之一，加之适应性较强，全国各地普遍栽培，具有较高的经济价值，温室大棚四季种植。茄果类蔬菜的共同特点是根系分布较浅，主要分布在3050cm的土层当中，根系密集，

12、须根较多，再生能力较强，最适于育苗移栽。 茎直立性或者蔓生，多支架栽培，营养生长与生殖生长同步进行。茄果类蔬菜 灌溉要求既满足需水要求，又不能使空气湿度过大，空气湿度大不仅阻碍正 常授粉，而且病害发生严重，因此最适宜的高效灌溉模式是滴灌。因栽培 基质与种植方式的不同，需选择不同类型的滴灌灌水器。起垄宽窄行栽培的茄果类茄果类蔬菜多为有限生长型，起垄宽窄行栽 培行距一般在5060 cm、株距3035 cm，根系区域宜采用贴片式滴灌带进行带状湿润。可每垄铺设12条滴灌带，使出水口朝上，滴头间距约30 cm。若进行覆膜 栽培，可在育苗移栽时将地膜和滴灌带同时铺设好，在合适的进水位置安装 文丘里施肥器或

13、比例式注肥泵，以便实现水肥一体化。因茄果类蔬菜生长周 期仅有几个月，采用滴灌带性价比高，回收方便，前期投入小，是茄果类蔬菜 高效灌溉的一种良好方式。多年大规模种植茄果类蔬菜的种植户宜选用滴灌 管。相对于滴灌带而言，滴灌管的管壁较厚，抗光降解、紫外线，耐压、 耐候性好，使用寿命更长。若作无限型生产，也可采用滴灌管代替滴灌带，铺 设方法一样，一次投入，长期受益。穴盘育苗后移栽基质栽培的 茄果类1800系列滴箭作为滴灌中常用的一种灌水器，具有灌溉精准、出水均 匀，且可以根据不同时段灵活调整滴水位置的独特优点，更加有利于实现精 准化生产管理。一般采用单行布置，每垄铺设1条PE管，将单支滴箭插在蔬菜根系

14、附近的基质中。此法成本投入较高，但可以确保植物根系最有效地吸收水肥，当通过穴盘育苗后移栽基质栽培时，可根据植株根系的生长 情况来调节滴箭位置，并使不同位置基质中的养分均衡释放。利用此种灌溉 方式，上海华御农业种植合作社高标准种植樱桃番茄，大幅提高了番茄产量 和品质，产生了很好的经济效益。2.4瓜类瓜类蔬菜多为一年生攀缘性或蔓性草本植物，最常见的有黄瓜13、 西瓜、甜瓜14、南瓜、苦瓜15、丝瓜等。其共同特 点是根系入土浅， 主要分布在1030 cm的土层中，再生能力弱，吸肥能力差，故灌水、施肥 需要少量多次。由于不断结果和采收，对营养元素需求量大。起垄种植的瓜类适宜的灌溉模式为滴灌，常用灌水器

15、类型有滴灌带 和滴箭。瓜类蔬菜的生育周期不足1 a，因此适合采用贴片式滴灌带进行灌 溉。露地栽培通常起垄行植，开花结果后要搭架固定，因此，滴灌带应在幼 苗移栽前铺设好，以免后期铺设损伤植株。铺设方法大体是每一小高畦上铺 设2条滴灌带，即每行植株铺设1条，将滴灌带顺畦间铺于小高畦上，使 出水孔朝上。滴头与作物主根宜错开510 cm,避免滴头长时间在主根位置 滴水，造成烂根。在低温季节，可以在滴灌带上覆膜，覆膜具有保持土壤温度、 减少水分蒸发、促进作物根系发育等优点。无土基质栽培的瓜类固体基质对水、气的通透性较强，使得瓜类蔬 菜根系环境的水、气更易调节，更加有利于根系的发育。特别是在采用容器 栽培

16、时，应选用滴箭作灌水器进行灌溉。用长度可以定制的毛管从供水PE支管上引出即可，另一端连接滴箭，滴箭的 安插位置具有极大的灵活性。由于无土栽培容器的高度不一且摆放的行株距 不一致，此时滴箭可灵活安装和移动，适应性较强，以实现根部精准灌水施肥。温室瓜类蔬菜 行植与露天种植的滴灌模式相似，温室密闭性较高，应严格控制空气湿度， 以防病害发生。2.5食用菌类食用菌含有丰富的蛋白质和氨基酸，其含量是一般蔬菜和水果的几倍到 几十倍。随着技术的不断改进和更新，新品种不断增力口，目前可不受地区资 源条件的限制进行栽培。常见的食用菌有平菇、香菇、木耳等，其生长发育 与环境的温度、湿度、pH值等因素密切相关。目前主

17、要的培育方式有设施和露地2种，适宜采用微喷灌 调节生长环境。露地食用菌培育多数在林下进行，其遮荫、散射光充足，环境开阔，通 风好，湿度其实是由水分蒸发转化而来的，所以同样需用微喷系统调节温度和 湿度。适合选择5428雾化微喷头，采用地插式安装，地插杆有碳钢和塑料2 种材质，高度不够时应配套延长套装。微喷头先向培育基质周围环境补充水 分，通过水分蒸发进而调节湿度，促进出菇，避免高温高湿诱发链霉菌或 过干使菇蕾枯萎死亡。温度适宜、光线适中，则菌肉厚、菇柄短、色深、质 量好，抢占有利市场。如在设施内（温室或工厂化栽培），宜采用雾化效果更好的5427涡流雾化喷头，根据栽培模式的要求，采用匹配密度和组合

18、形式的方式 安装。可以直接调控温室内空气湿度和温度。设施内采用雾化微喷系统，必 须做好合适的通风和光照措施。如果投资许可，可以采用高压弥雾系统，微米级的水雾可以在空气中 悬浮，飘逸和扩散效果更突出，可有效调节空气的湿度、温度。在规模化设 施内布置，设备数量比微喷要少很多，设备的隐蔽性要好，不会影响设施内 光照等条件，还能增加空气中负氧离子含量。3蔬菜高效水肥一体化灌溉技术的发展建议3.1存在的问题虽然种植户科学灌溉施肥的理念有所提升，但我国蔬菜生产中肥水管理 过程仍存在诸多问题。土壤次生盐渍化严重设施菜地土壤质量退化严重，已成为我国设施蔬 菜可持续发展的制约瓶颈之一 16。蔬菜复种指数高 菜农缺乏节水节肥观念，年化肥用量高，肥料利用 率低，不足30%17。蔬菜高效水肥一体化灌溉技术示范面积规模小，难以形成规模化管理 传统的渠道输水、地面灌溉模式对农业水资源的分配、灌溉操作和灌溉系统控制都依赖人工 劳作，不但费时费力，而且资源浪费严重，效率低下。随着水溶性肥料推 陈出新，各种灌溉设备也在不断跟进，但依然存在工程项目设计方案不合理、 设施设备不配套、系统老化和技 术人员匮乏等诸多问题。3.2发展建议蔬菜高效水肥一体化灌溉技术是当前蔬菜生产的关键技术18，与地面沟灌相比，水肥一体化技术自动化程度较高，可以实现精确灌溉、精准施肥，具有省