水肥一体化技术及应用-2023年粮食作物单产提升技术

2023年粮食作物单产提升技术培训班

提纲

一、技术背景

二、技术优势

三、技术模式

四、技术要领

五、技术应用

一、技术背景

水肥过量投入现象严重，水肥利用效率低

p传统灌溉水利用率平均为30%～40%，只有先进国家的1/2

p传统肥料使用量多，且利用率低，平均仅有33%左右

引发地下水超采和农业面源污染等环境问题

加快转变农业发展方式

提倡节水减肥、发展绿色农业，保护生态环境

肥

水

高效节水灌溉与水肥精准调控

水肥一体化技术是一种全新的灌溉施肥理念

PhotosfromtheNetafimcompany

水肥一体化概念

水肥一体化其它叫法

国外水肥一体化发展情况

以色列NETAFIM公司的NetaJet和Fertikit系列荷兰PRIVA公司的Nutri-line系列

国外水肥一体化发展情况-以色列

智能水肥一体化机

国外水肥一体化发展情况-美国

从纽约往夏威夷美国西部

国外水肥一体化发展情况-荷兰

我国水肥一体化发展情况（1）

整体目标：到2020年水肥一体化技术推广面积达到1.5亿亩，新增8000万亩。

ü东北地区：推广玉米、马铃薯滴灌水肥一体化技术1500万亩。

ü西北地区：推广玉米、马铃薯、棉花膜下滴灌水肥一体化技术2000万亩。

ü华北地区：推广小麦、玉米微喷水肥一体化技术2000万亩。

ü西南地区：推广玉米、马铃薯集雨补灌水肥一体化技术1000万亩。

ü设施农业：推广设施蔬菜、水果滴灌水肥一体化技术1000万亩。

ü果园：推广滴灌、微喷水肥一体化技术500万亩。

我国水肥一体化发展情况（2）

我国水肥一体化发展情况（3）

二、技术优势

2.1水肥均衡

传统的浇水和追肥方式，作物

饿几天再撑几天，不能均匀地“吃

喝”。而采用科学的灌溉方式，可

以根据作物需水需肥规律随时供给，

保证作物“吃得舒服，喝得痛快”！

2.2省工省时

传统的地面灌、施肥费工费时，非常麻烦。而使用水肥一体化，

只需打开阀门，合上电闸，几乎不用工。

浇水人工费用核算

2.3节水省肥

水肥一体化直接把作物所需要的肥料随水均匀的输送到植株的根

部，作物“细酌慢饮”，大幅度地提高了水肥的利用效率，可减少

50%的肥料用量，水量也只有沟灌的30%-40%。

2.4减轻病害

作物很多病害是土传病害（茎腐病、丝黑穗病、纹枯病等），

随流水传播。采用水肥一体化技术可以直接有效的控制土传病害的

发生，同时能改善农田小气候，减轻病害的发生。

2.5控温调湿

水肥一体化技术能控制浇水量，降低湿度，提高地温。传统沟

灌会造成土壤板结、通透性差，作物根系处于缺氧状态，造成沤根

现象，而避免了因浇水过大而引起的作物沤根、黄叶等问题。

2.6增产增效

2.7改善品质

由于水肥一体化技术通过人为定量调控，满足作物在关键生育

期“吃饱喝足”的需要，杜绝了任何缺素症状，因而在生产上可提

升作物的品质（籽粒饱满、容重高、粗蛋白等）。

2.8提高经济效益

滴灌的工程投资（包括管路、施肥、

动力设备等）约为120-150元/亩，每

年节省的水、肥、药30-50%，节约用

工3-5个/亩，增产幅度可达15-30%以

上，经济效益显著。

玉米水肥一体化技术效益分析

2.9有效减少面源污染

大大降低了因过量施肥而造成的水体污染问题

2.10提高农业抗旱减灾能力

三、技术模式

3.1作物种类

广泛适用于蔬菜、水果、花卉、茶叶以及棉花、马铃薯、玉

米、小麦等大田作物

3.2灌溉方式

大型喷灌机

浅埋滴灌

地下滴灌

干旱半干旱区需水补水型水肥一体化技术—西北灌溉区

该技术的特点是灌溉周期基本固定，降水量较少，灌溉时间可以

固定；由于灌溉周期固定，施肥周期是按照作物需肥规律与灌溉特征

设计；该技术的优点是水肥按需供应、气候干旱少雨。

季节性干旱区补水补肥型水肥一体化技术-东北西部、黄淮海

该区域普遍存在季节性干旱，但是也存在季节性多雨湿润，干旱

期需要灌溉，雨季不需要灌溉，该技术的特点是灌溉周期部分固定，

部分不可控，因此灌水周期和施肥无法完全提前设计，需要结合天气

情况，通过水肥一体化技术的水肥同步和快速补肥相结合。

湿润半湿润区控水施肥型水肥一体化技术-南方多雨区

该区域技术特征灌溉只是补充，施肥是直接需求，水肥一体化主

要解决的施肥便捷问题，同时存在阶段性土壤含水量过高，无法合理高

效的施肥问题。

无土或基质水肥同步型水肥一体化技术-设施农业

该技术的最大特征是水肥完全人为控制，多数水肥可以重复利用，

而且该技术的水肥一体化是全营养液的水肥一体化技术和全方位控制的

水肥一体化技术。

四、技术要领

4.1水源条件满足要求

适宜于有井、水库、蓄水池、渠道等固定水源，且水质好、符

合微灌要求。

4.2灌溉设施

已建设或有条件建设灌溉设施的区域推广应用

4.3设计灌溉系统

灌溉系统在设计方面，要根据

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。

4.4选择适宜的灌溉方式

水肥一体化的灌水方式可采用小管出流、喷灌、微喷灌、泵

加压滴灌、重力滴灌、渗灌等。特别忌用大水漫灌，这容易造成

氮素损失，同时也降低水分利用率。

滴灌灌溉系统

以色列滴灌灌溉系统

地下滴灌、微喷灌溉系统

基于物联网智能灌溉系统

4.5施肥系统

在田间要设计为定量施肥，包括蓄水池和混肥桶（池）的位置、

容量、出口、施肥管道、分配器阀门、水泵肥泵等。

4.5施肥系统-施肥设备

4.5施肥系统-施肥方法

4.5施肥系统-施肥方法

方法优点缺点

低成本，低维护费用，操作简单，适合肥料要运到最高处施用，不

重力自压式施肥液体和固体肥料，不需要外驱动力，施适宜自动化。

肥浓度均一。

低成本，低维护费用，施肥浓度均一，水头损失大（达30%），对

文丘里施肥器

无需外驱动力，适宜自动化。压力变化波动大。

低成本，低维护费用，操作简单，适合不适宜自动化。

泵吸肥法液体和固体肥料，不需要外部驱动力，

施肥速度可以调节，施肥浓度均一。

操作简单，对直接灌溉的地区，泵注肥要单独配置施肥泵。适宜自

法是最佳选择。原理是利用加压泵将肥动化。对施肥不频繁地区，

泵注肥法料溶液注入有压管道，通常泵产生的压普通清水泵可以使用。但对

力必须要大于输水管的水压，否则肥料于频繁施肥的地区，建议用

注不进去。耐腐蚀的化工泵。

按比例施肥，计量精确，浓度均一，不费用昂贵，操作复杂，有些

智能施肥机受水压变化的影响，没有水头损失，设型号需要动力驱使。

备可以移动，实现真正的精确施肥，适

合自动化。

4.5施肥系统-施肥方法

p施肥模式：重力自压式施肥法

主要应用于南方丘陵山地果园、茶园、林地等

4.5施肥系统-施肥方法

p施肥模式：泵吸肥法

简单、实用、低廉、精确

4.5施肥系统-施肥方法

p施肥模式：压差式旁通罐施肥法

4.5施肥系统-施肥方法

p各种规格和材料的施肥罐

4.5施肥系统-施肥方法

p施肥模式：比例施肥泵法

4.5施肥系统-施肥方法

p施肥模式：泵注肥法

•泵注肥法主要用于井灌区

•行走式喷灌机施肥-全部采用泵注肥法

4.5施肥系统-施肥方法

p自动化/智能化施肥设备处于研发和应用阶段

4.6选择适宜肥料种类

p溶液中养分浓度高

p田间温度条件下完全溶于水

p能迅速地溶于灌溉水中

p优级,能流动什么样的肥料适

p不会阻塞过滤器和滴头用于灌溉施肥？

ü不溶物含量低

ü调理剂含量最小

p能与其它肥料混合

p与灌溉水的相互作用很小

p不会引起灌溉水pH的剧烈变化

p对控制中心和灌溉系统的腐蚀性小

4.6选择适宜肥料种类

p可溶性固体单质肥料

üN:尿素,硝酸铵

üP:磷酸二铵，磷酸一胺，麦隆

üK:氯化钾，硝酸钾

p可溶性固体NPK复肥

ü18-18–18，15－30－10,16－39－5

p液体肥料（如果用沼液或腐殖酸液肥，必须经过过漏，

以免堵塞管道。）

ü13-8–21＋2Mg

4.7灌溉施肥方案的制定

p灌溉制度的确定

根据种植作物的需水量和作物生育期的降水量确定灌水定额。

一般情况下，微灌的灌溉定额应比大水漫灌减少50％，滴灌的灌水

定额应比畦灌减少30％~40％。灌溉定额确定后，可依据作物的需

水规律、降水情况及土壤墒情确定灌水时期、次数和每次的灌水量。

4.7灌溉施肥方案的制定

p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。做底肥的肥料在整地

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。微灌施肥的用肥量为常规施肥的70％~80％。

4.8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。

4.8灌溉施肥的操作

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。

4.8灌溉施肥的操作

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。

五、技术应用

5.1玉米水肥一体化技术应用

p基本要求

水源:应选择水量充足、清洁、无污染的地下水、地表径流水、

坑塘蓄水等水源，水质要好。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p基本要求

专用型全溶性肥料：

l全水溶性、各元素之间不会发生拮抗反应；

l不会引起灌溉水pH的剧烈变化；

l对灌溉系统的腐蚀性较小；

l不与灌溉水发生沉淀反应。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p首部枢纽——加压设备

根据水源情况，选择离心泵或潜水泵。按照系统设计扬程和

流量选择相应的水泵型号，超过系统正常工作所需最大扬程和最

大流量的5%～10%。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p首部枢纽——过滤器

•井水宜选用离心过滤器加筛网过滤器或叠片过滤器；

•库水、塘水及河水根据泥砂状况、有机物状况配备离心式过滤器

或砂介质过滤器加筛网过滤器或叠片过滤器。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p首部枢纽——施肥设备：肥液储存罐、施肥器等组成

•肥液储存罐宜选择塑料等耐腐蚀性强的；

•施肥器可选择压差式施肥罐、文丘里施肥器、比例式施肥泵、

注肥泵等。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p首部枢纽——安全保护设备

由进排气阀、逆止阀、控制阀门和变频器等组成。

•进排气阀和逆止阀的选用依据首部管径大小而定；

•控制设备主要包括闸阀、碟阀、球阀等，根据首部管径大小和用户

需求选择适宜的控制阀门；

•水泵流量超过灌溉区实际水量的10%，应安装变频控制柜，变频控

制柜的功率应大于水泵的额定功率。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p首部枢纽——计量设备：水表、压力表等组成

•根据系统流量和管径选择相应水表型号，通过计量实现定量灌

溉，水表的精度为0.001m3。

•在过滤器前后分别安装压力表，应选择比系统最大水压高15%

的压力表，压力表的精度为0.01MPa。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p输配水管网

包括干、支、毛三级管道，可埋入地下也可放在地面。

•干管宜采用聚氯乙稀（PVC）硬管，管径90～125mm，管壁厚

2.0～3.0mm，承压0.6MPa。

•支管宜采用聚乙烯（PE）软管，管径40～60mm，管壁厚1.0～1.5

mm。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p输配水管网

•毛管根据土壤类型沿玉米种植平行方向铺设，与支管垂直。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p输配水管网

•微喷带模式下，铺设长度不超过80m，根据喷幅每1.8m～

2.4m铺设一条直径为40mm～63mm的微喷带；

•滴灌带模式下，铺设长度不超过50m，根据玉米种植模式铺

滴灌管。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p灌水器

•滴灌——内镶式滴灌带宜采用聚乙烯（PE）软管，管径15～

20mm，管壁厚0.4～0.6mm，出水口间距为20～30cm，

流量为1～3L/h。

•微喷灌——微喷带宜采用聚乙烯（PE）软管，管径40～60

mm，管壁厚0.4～0.5mm，流量为20～30L/h。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p灌水器

地埋伸缩喷灌-解决了灌溉设备与农机作业相互影响的难题，实现

了它们之间的有机融合。每次灌溉完毕，设备自动缩入地下350—

400mm，不影响农机作业。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p灌水器-地埋伸缩喷灌展示

5.1玉米水肥一体化技术应用

p灌溉施肥系统维护

•每次工作前先用清水灌溉3～5min，可通过调整阀门的开启度

进行调压，使系统各支管进口的压力大致相等，待压力稳定后再

开始向管道加肥。

•施肥结束后，微喷灌灌水模式下用清水继续灌溉不少于10min，

滴灌带模式下继续滴清水不少于25min。

要注意系

统维护才

能用的久！

5.1玉米水肥一体化技术应用

p灌溉施肥系统维护

系统应在正常工作压力下运行。

•微喷带模式下，支管压力保持在0.15MPa～0.25MPa；

•滴灌带模式下，支管压力保持在0.08MPa～0.12MPa。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p灌溉施肥系统维护

系统运行一段时间后，应根据管道系统堵塞情况进行清洗。

•清洗时，依次打开毛管末端堵头，使用高压水流冲洗干、支管

道；

•过滤器的出口压力表压力高于进口压力0.01～0.02MPa时清

洗过滤器，对离心过滤器应及时排沙。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p灌溉施肥系统维护

•定期对管网进行检查，如有漏水立即处

理。对损坏处应进行维修，冲净泥沙，

排净积水。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p水分需求

•小麦收获后，各土层土壤相对含水量处于

35%-50%之间，土壤处于重度水分亏缺状态。

在实际生产中，玉米播种前后灌溉（蒙头水）

是经常需要考虑的。

•玉米拔节、大喇叭口、吐丝或灌浆期，土壤相

对含水量≤70％时进行灌溉，每次灌水量30～

40mm/亩。

5.1玉米水肥一体化技术应用

p养分需求

•玉米生长需要从土壤中吸收多种矿质营养元素，其中以氮素最多，钾

次之，磷居第三位；

•追肥原则：以氮肥为主配施微肥，氮肥遵循前控、中促、后补的原则。

钾肥基追比例为6：4，追施钾肥在大喇叭口和吐丝期随水追施。

5.1玉米水肥一体