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　　馬鈴薯膜下滴灌水肥一體化研究進(jìn)展

資料圖

我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水肥普遍投入過(guò)大，浪費(fèi)嚴(yán)重，利用效率低下。有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌水有效利用系數(shù)僅為0.5，相比經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家低0.2~0.3，而且傳統(tǒng)的作物栽培基本不考慮作物的需水需肥規(guī)律，均以“大水大肥”來(lái)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的目的。

特別是當(dāng)前國(guó)內(nèi)馬鈴薯種植過(guò)程中就普遍存在水分利用效率低下，過(guò)量施肥的問(wèn)題，且施肥不依照馬鈴薯的需肥規(guī)律進(jìn)行。

因而，當(dāng)下亟待破解的理論與實(shí)踐難題在于如何充分、有效的使用馬鈴薯生長(zhǎng)所需的水肥。解決問(wèn)題的重要捷徑在于革新馬鈴薯灌溉栽培技術(shù)。滴灌水肥一體化技術(shù)是當(dāng)前世界上最為先進(jìn)的一項(xiàng)灌溉施肥技術(shù)，同時(shí)覆膜技術(shù)也是目前應(yīng)用和成本效果最好的一種栽培手段，以上2項(xiàng)技術(shù)合理的互補(bǔ)、優(yōu)化結(jié)合，最終變?yōu)槟は碌喂嗨室惑w化技術(shù)。

該技術(shù)在馬鈴薯栽培過(guò)程中的應(yīng)用有效地解決了灌水和施肥難題，達(dá)到增產(chǎn)調(diào)質(zhì)的效果，是發(fā)展現(xiàn)代可持續(xù)農(nóng)業(yè)的必然選擇。因此，有必要對(duì)馬鈴薯膜下滴灌水肥一體化研究現(xiàn)狀及存在的主要問(wèn)題進(jìn)行梳理和總結(jié)，為水肥一體化在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用提供參考。

1基本概念

水肥一體化技術(shù)是指以微、噴灌等技術(shù)為依托，管道作為基本輸水條件，配以溶解可調(diào)的施肥裝置，按生育期內(nèi)作物所需灌水和肥料的適宜數(shù)值配比，再借助管網(wǎng)灌溉系統(tǒng)直接輸送至作物根系土壤部分，以起到對(duì)作物水分和養(yǎng)分適時(shí)適量滿(mǎn)足的作用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效管理和利用水肥的一體化效應(yīng)。

2研究概況

水肥一體化技術(shù)源自于無(wú)土栽培，隨著高效灌溉技術(shù)的更新而得以發(fā)展。最初被應(yīng)用于地表以下的灌溉，19世紀(jì)60年代，德國(guó)學(xué)者對(duì)農(nóng)作物灌水時(shí)，直接用管道灌水，最終產(chǎn)量大增。20世紀(jì)初，美國(guó)學(xué)者首次提出將滴灌系統(tǒng)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)灌溉。

20世紀(jì)20年代初，在滴水出流技術(shù)方面德國(guó)取得重大突破，使灌水沿穿孔管道輸送時(shí)，土壤被從孔眼流出的水浸濕；

20世紀(jì)50年代，英國(guó)和荷蘭學(xué)者領(lǐng)先將滴灌技術(shù)應(yīng)用在大棚蔬菜和花卉的灌溉試驗(yàn)；20世紀(jì)60年代以色列學(xué)者研發(fā)出長(zhǎng)流道滴水器，致使滴灌系統(tǒng)在技術(shù)上取得重要的進(jìn)展；20世紀(jì)70年代后，滴灌技術(shù)從以色列急速傳入澳大利亞、英國(guó)、南非和新西蘭等世界各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，并不斷的被應(yīng)用推廣。

同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)水肥一體化技術(shù)發(fā)展起始于20世紀(jì)70年代。于1974年，從墨西哥引進(jìn)滴灌設(shè)備，分別在山西省大寨村、河北省沙石峪村和北京密云縣各設(shè)置1個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，進(jìn)行果樹(shù)、蔬菜和糧食作物試驗(yàn)研究。1980年，我國(guó)自行研發(fā)的第1代成套滴灌設(shè)備成功生產(chǎn)，之后在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)生產(chǎn)工藝的基礎(chǔ)之上對(duì)滴灌設(shè)備及其相關(guān)理論技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用性推廣試驗(yàn)研究。

20世紀(jì)90年代，新疆維吾爾自治區(qū)生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)就大田試驗(yàn)與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合，研究一套適宜于大田的膜下滴灌技術(shù)體系，并在棉花種植上被大面積應(yīng)用。進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著技術(shù)體系的日趨成熟，開(kāi)始應(yīng)用到馬鈴薯等各類(lèi)作物。

王澤義等：馬鈴薯膜下滴灌水肥一體化研究進(jìn)展農(nóng)業(yè)工程水土工程3研究進(jìn)展

3.1水肥規(guī)律

土壤中水、肥、氣和熱等資源有效利用效率經(jīng)膜下滴灌水肥一體化技術(shù)的實(shí)施得到了提高。因此膜下滴灌條件下的馬鈴薯需水、需肥規(guī)律的深入研究，可為馬鈴薯的水肥高效管理提供理論支撐及技術(shù)服務(wù)。

秦軍紅等研究認(rèn)為，膜下滴灌馬鈴薯全生育期耗水量呈現(xiàn)出生育前期少、中期多、后期減少的近似拋物線(xiàn)的趨勢(shì)。

尹娟等研究結(jié)果表明，馬鈴薯灌溉定額一定時(shí)，其產(chǎn)量、耗水量和水分利用效率等指標(biāo)均表現(xiàn)出1次或3次灌水的結(jié)果均低于2次灌水的規(guī)律。

田英等試驗(yàn)結(jié)果表示，馬鈴薯各生育階段需水規(guī)律表現(xiàn)：水分下限最佳指標(biāo)是苗期65%、塊莖形成期75%、塊莖增長(zhǎng)期80%、淀粉積累期60%～65%；耗水量在354.59～372.69 m是確定馬鈴薯經(jīng)濟(jì)灌溉定額研究的主要范圍。

井濤研究認(rèn)為，氮素被馬鈴薯吸收速率呈現(xiàn)單峰曲線(xiàn)變化趨勢(shì)，呈“慢-快-慢”的變化規(guī)律，塊莖形成期與塊莖膨大期是馬鈴薯氮素吸收速率最大的時(shí)期，可達(dá)到51.14~70.39 mg/株·d-1。

高媛等試驗(yàn)結(jié)果表明，生產(chǎn)1 t的馬鈴薯，所需要的N、P2O5、K2O等養(yǎng)分區(qū)間范圍依次是3.0~4.0 kg，1.0~1.5 kg，4.0~6.0 kg，且施肥過(guò)量對(duì)于產(chǎn)量的提高和養(yǎng)分的吸收均無(wú)顯著影響。

3.2水肥耦合機(jī)制

20世紀(jì)80年代，提出水肥耦合的概念，是將作物所需水分和肥料，耦合調(diào)節(jié)在合理的范圍，推動(dòng)水肥間相互協(xié)調(diào)、共同作用，從而使得作物水分、養(yǎng)分利用效率被提升。

宋娜等試驗(yàn)研究表明，在水分條件等同的情況下，隨著施氮數(shù)量的增加，耗水量和水分利用效率都呈拋物線(xiàn)趨勢(shì)變化。

尹娟等通過(guò)盆栽馬鈴薯膜下滴灌的試驗(yàn)結(jié)果表明，以馬鈴薯淀粉含量為目標(biāo)函數(shù)，淀粉含量最高時(shí)，水肥最佳配合為灌水量在苗期、現(xiàn)蕾期、初花期和盛花期均為灌溉定額的25%，補(bǔ)灌定額為856.20 m3/hm2；氮、磷、鉀的施量依次為236.55、183.75和75 kg/hm2。

劉凡試驗(yàn)研究了不同水肥處理?xiàng)l件下的水肥耦合效應(yīng)顯示，以產(chǎn)量最大化為目標(biāo)時(shí)，水肥耦合方案為苗期、現(xiàn)蕾期、塊莖形成期和塊莖膨大期為灌水時(shí)期，灌水量各為灌溉定額的25%，847.5~952.5 m3/hm2的灌水量，211.000~238.192 kg/hm2的施氮量，182.5~195.5 kg/hm2的施磷量，333.8~356.2 kg/hm2的施鉀量。

吳曉紅等研究認(rèn)為，膜下滴灌條件下采用水肥一體化的水溶肥處理，氮、磷和鉀肥的利用率分別被提高了22.7%、20.5%、23.5%，發(fā)現(xiàn)建立良好的水肥耦合比例不僅可以提高水肥資源的利用率，而且可以更好地改善馬鈴薯的品質(zhì)。

3.3水鹽運(yùn)移規(guī)律

自然膜下滴灌水肥一體化技術(shù)的應(yīng)用對(duì)土壤水鹽有著顯著的影響。李思明等結(jié)果表明，膜下滴灌初期，土壤中含鹽量降低非常顯著，隨時(shí)間推移，降幅逐步減少，多年后穩(wěn)定在一個(gè)固定數(shù)值。楊鵬年等試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)滴灌后的土壤，鹽分會(huì)在土壤中形成第2次分布，最終耕作層中土壤的鹽分被有效的淋洗，濃度降至作物根系生長(zhǎng)的適宜數(shù)值。

Mmolawa K等認(rèn)為，膜下滴灌條件下，在濕潤(rùn)峰附近土壤發(fā)生鹽分聚集，高頻滴灌可有效抑制土壤鹽分在作物根區(qū)積累。譚軍力等研究表明，土壤耕作層鹽分含量將隨著滴灌年限的增加而逐漸減少，在耕作層以下土壤鹽分含量卻逐漸增多。

4問(wèn)題及對(duì)策

4.1存在的問(wèn)題

近年來(lái)，膜下滴灌水肥一體化技術(shù)在我國(guó)的大力推廣應(yīng)用，已取得了顯著的成效，但仍存在以下4點(diǎn)問(wèn)題。第一，作物的耦合機(jī)理在不同地域的研究不足；第二，水肥一體化技術(shù)設(shè)備及產(chǎn)品不配套、成本高；第三，覆膜栽培面積擴(kuò)大，致使田地“白色污染”問(wèn)題日益突出；第四，技術(shù)培訓(xùn)、宣傳力度仍不夠且推廣機(jī)制不完善。這些問(wèn)題成為了制約膜下滴灌水肥一體化技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

4.2解決對(duì)策

4.2.1加強(qiáng)不同地區(qū)作物水肥耦合機(jī)理研究

馬鈴薯膜下滴灌水肥一體化技術(shù)不是單純的灌水與施肥緊密結(jié)合的新型技術(shù)，還須根據(jù)不同地區(qū)氣候特點(diǎn)、水資源現(xiàn)狀、作物種類(lèi)及水肥耦合技術(shù)要求，在采取膜下滴灌措施灌區(qū)的長(zhǎng)期運(yùn)行管理中應(yīng)積極地進(jìn)行水肥耦合機(jī)理的灌溉試驗(yàn)研究，并做好相關(guān)分析總結(jié)，以制定出適宜于不同地區(qū)的最優(yōu)水肥配比。

4.2.2加強(qiáng)對(duì)水肥一體化技術(shù)設(shè)備研究

要以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求和農(nóng)民實(shí)際需求為依據(jù)，強(qiáng)化核心技術(shù)和配套產(chǎn)品的組織研發(fā)。要加強(qiáng)對(duì)水肥一體化設(shè)備科研攻關(guān)，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，最大限度降低其成本和勞動(dòng)力，增加智能化程度，提高灌溉施肥精度；同時(shí)利用物聯(lián)網(wǎng)等前沿應(yīng)用技術(shù)體系和市場(chǎng)，加強(qiáng)研制小型化、智能化和低成本的水肥一體化灌溉和施肥設(shè)備，積極推動(dòng)我國(guó)發(fā)展高效、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)節(jié)水農(nóng)業(yè)。

4.2.3加強(qiáng)專(zhuān)用可降解覆膜研究

隨著該技術(shù)的不斷推廣，地膜覆蓋面積不斷增加，“白色污染”這一原本突出的環(huán)境問(wèn)題在農(nóng)田覆膜種植后顯得越發(fā)嚴(yán)重。而普通材料制成的塑料地膜，自然條件下難降解，殘存時(shí)間長(zhǎng)，多年覆膜種植后，土壤中殘膜大量累積，破壞土體結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重影響種子萌發(fā)，作物根系生長(zhǎng)以及水肥的吸收，給可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及農(nóng)村環(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，加強(qiáng)同材料學(xué)等相關(guān)學(xué)科的聯(lián)系，增加對(duì)于專(zhuān)用可降解覆膜的科研投入。

4.2.4加強(qiáng)技術(shù)宣傳、培訓(xùn)和推廣

強(qiáng)化相關(guān)技術(shù)示范培訓(xùn)，形成膜下滴灌水肥一體的標(biāo)準(zhǔn)化示范展示基地，并以各基地作為平臺(tái)，開(kāi)展技術(shù)講座、田間學(xué)校、入戶(hù)指導(dǎo)等相應(yīng)的宣傳和技術(shù)培訓(xùn)活動(dòng)；協(xié)調(diào)科研、企業(yè)和合作組織等各方力量，深化協(xié)作推廣機(jī)制；有關(guān)水肥一體化設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)在銷(xiāo)售產(chǎn)品的同時(shí)提供相應(yīng)的售后技術(shù)指導(dǎo)服務(wù)。

膜下滴灌水肥一體化技術(shù)要想實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定性的、持續(xù)性的增產(chǎn)增效，在未來(lái)的時(shí)間應(yīng)以如下3點(diǎn)為其發(fā)展的主要方向。首先，加強(qiáng)成本低、實(shí)用性高的滴灌設(shè)備和專(zhuān)用可降解膜及水溶性肥料等產(chǎn)品的研發(fā)；其次，要加強(qiáng)對(duì)于水肥一體化關(guān)鍵技術(shù)的理論研究；最后在已有的理論、技術(shù)和設(shè)備的基礎(chǔ)上，不斷的建立推行適宜于各地區(qū)域的實(shí)用化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的水肥一體化綜合管理制度。

（作者：王澤義，張恒嘉，王玉才，張萬(wàn)恒，高佳，姜田亮）