现代农业滴灌技术发展论文

2022-04-20

小编精心整理了《现代农业滴灌技术发展论文(精选3篇)》,供大家参考借鉴,希望可以帮助到有需要的朋友。摘要:滴灌带是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式,其水利用率可达95%。而滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果。同时可以结合施肥,提高肥效一倍以上。本文针对膜下凝结水珠对滴灌带灼伤的问题进行分析,并提出了预防措施。关键词:滴灌带;灼伤;原因;预防目前滴灌技术已经被广泛应用。

现代农业滴灌技术发展论文 篇1:

膜下滴灌技术在陆良县马铃薯生产中的示范应用

摘 要 陆良县引进膜下滴灌技术在大田粮食作物进行示范应用,取得明显成效,探索积累了丰富的马铃薯膜下滴灌技术应用经验。

关键词 膜下滴灌 ;陆良县 ;冬马铃薯 ;示范

分类号 S532

Demonstration and Application of Drip Irrigation Technology

under film in Potato Production In Luliang County.

LI Hongbin1) WU Qiongfen1) WU Yanfei2)

PAN Taofen1) GUO Xiaoyan1) MENG Huanzhi3) CHEN linhua4)

(1 agricultural technology promotion center of luliang county,luliang county,yinnan 655600;

2 Sanchahe town Agricultural comprehensive service center of luliang county,

luliang county, yinnan 655603;

3 seed management station of luliang county, luliang county ,yinnan 655600

4 xiaobaihu town Agricultural comprehensive service centerof luliang county,

luliang county ,yinnan 655608)

陆良县是马铃薯种植适宜区和主产区,种植历史悠久,种植模式多样,其中冬马铃薯特色鲜明,盛名远扬,但冬春干旱的气候特点严重制约了陆良冬马铃薯产业的发展。陆良县引入膜下滴灌技术进行试验示范并推广应用,有效破解了干旱这一制约冬马铃薯发展的瓶颈因素,推动了冬马铃薯产业的发展。

1 马铃薯膜下滴灌技术特点

地膜覆盖种植技术具有保墒、增温、保水和改善光照条件、促进作物早熟高产、抑制土壤的棵间蒸发、改善土壤微生物活动及物理性状以及抑制杂草生长等作用。滴灌技术利用管道系统供水,使灌溉水成滴状、缓慢、均匀、定时、定量地浸润作物根系发育区,使作物主要根系区的土壤始终保持最优含水状态。马铃薯膜下滴灌是把工程节水-滴灌技术与农艺节水-覆膜栽培集成的新型农业节水技术,也是地膜栽培抗旱技术的延伸与深化,它把滴灌带铺于地膜之下,同时嫁接管道输水等其它先进技术,构成大田膜下滴灌系统工程。它是滴灌技术与覆膜栽培技术的有机结合,将两者的优势互补,可实现浇水、施肥一体化和可控化;由传统的大水漫灌,转向了浸润式灌既,土地不板结;从浇地转向浇作物,地表、作物棵间无水,最大限度地防止了水分流失,与常规沟灌相比可节水50%~70%;水分均匀浸润作物根系发育区,无深层渗漏,根系吸收得更直接,肥料利用率大幅度提高。

我国自20世纪70年代开始发展滴灌技术,主要在花卉等高附加值作物上应用。上世纪末,新疆首次进行了棉花膜下滴灌试验,将滴灌技术与覆膜技术进行有机结合,突破了滴灌技术不进大田的禁区,让普通农民都能用上现代高效节水技术,开启了农业节水技术的新时代。随着滴灌材料价格的下降,马铃薯膜下滴灌技术的应用推广成为可能。

2 陆良县马铃薯膜下滴灌技术示范应用现状

2.1 陆良县概况

陆良县是云南省第一大平坝,海拔1 640~2 687 m,属北亚热带高原季风型气候。年均气温15.1℃,≥10℃活动积温4 436.3℃,无霜期246 d,年日照时数2 239.1 h,年太阳辐射量125.2 kCal/cm2,年均降雨量899.7 mm,冬干夏湿,干湿分明,雨热同季,降水集中,光照充足,积温偏低,昼夜温差大,是云南省马铃薯种植的适宜区、主产区,也是独具特色的秋冬马铃薯种植区。

2.2 技术引进应用背景

2.2.1 季节性干旱导致缺水严重

陆良县属冬春干旱气候,常年11月至次年4月冬马铃薯生长季节正值旱季,降雨稀少。尤其近年来干旱呈重发、濒发态势,对冬马铃薯产业造成极大影响。

2.2.2 灌溉方式落后,水资源利用率低

马铃薯灌溉多采用沟灌及漫灌,落后的灌溉方式导致肥水流失及钙、镁离子离开土壤系统,从而使土壤板结及酸度增加。

2.2.3 种植规模仍有拓展空间

陆良县马铃薯生产一年三作,其中秋马铃薯主要为玉米/烤烟免耕套种栽培模式,冬马铃薯主要为水旱轮作、旱地轮作和桑果园套种模式。陆良县常年玉米、烤烟种植面积2.67万hm2,现有桑果园面积1.33万hm2,截止 2014 年底,共有冬闲旱地0.69万hm2,该项技术的推广应用,可充分发挥有限水资源的效用,稳步拓展陆良县秋冬马铃薯种植面积。

2.3 示范应用情况

2013年陆良县农业技术推广中心与云南省农科院经济作物研究所协作,在严重干旱气候下,试验示范冬马铃薯膜下滴灌抗旱栽培技术0.33 hm2。经调查统计和测产分析:膜下滴灌平均单产31 584 kg/hm2,较传统沟灌单产16 155 kg/hm2增15 429 kg,增95.5%,商品薯率提高23.3%,节水46.6%,每公顷节省劳动力30~45个。

在上年试验成功的基础上,陆良县2014年在小百户镇中坝采用水旱轮作冬马铃薯模式示范该项技术20 hm2,在三岔河镇万清采用桑园套种冬马铃薯模式示范该技术13.33 hm2,在大莫古镇烂泥沟片采用烤烟套种秋马铃薯模式示范该技术33.33 hm2;2015年率先在全省扩大示范冬马铃膜下滴灌技术200 hm2。针对膜下滴灌技术应用中存在的问题,陆良县先后开展了膜下滴灌技术对比试验、用水量试验、水肥一体化水溶肥筛选及品种试验、水肥一体化氮肥用量试验、不同栽培方式及密度试验、不同肥料用量试验、测墒节水灌溉试验、膜下滴灌节肥效果验证试验等共11组(次),对完善技术和指导大田生产发挥了积极作用。

3 技术应用成效

在3 a试验示范中,陆良县先后在水田、旱地、平地、坡地、起伏地等各种地块,及水旱轮作、旱地轮作、桑园套种、烤烟套种等不同种植模式下开展了马铃薯膜下滴灌技术示范,实践证明,膜下滴灌技术具有增产、提高商品率、节水、节本省工、降低田间湿度、降低植株病虫草害的发生危害等效果。陆良县马铃薯主产区农户普遍接受以膜下滴灌、高垄栽培为主的技术模式,改变了传统的大墒稀种、沟灌漫灌等不良习惯,普遍培养形成了较强的科技节水意识。

3.1 节水效果明显

在3 a的实践中,陆良县通过膜下滴灌用水量试验、土壤墒情监测和大面积示范等工作,初步摸清了灌水量、灌水时期(周期)与土壤墒情、马铃薯生育期之间的关系。根据墒情监测及分析,马铃薯生长期间共灌水8~10次,即苗期灌水1~2次、团棵期灌水2~3次、开花期灌水4~5次,总灌水量为900~1 350 m3/hm2,比常规沟灌生长期间灌水5~6次,即苗期灌水1次、现蕾期灌水2次、开花期灌水2~3次,每次灌水量约540~600 m3/hm2,生长期间共灌水2 700~3 600 m3/hm2,每公顷可节约灌水量1 500~2 250 m3,节水50%~70%。

3.2 增产效果显著

2013年小面积试验示范结果,膜下滴灌平均单产31 584 kg/hm2,较传统沟灌单产16 155 kg/hm2增15 429 kg,增95.5%,商品薯率提高23.3%;2014年冬马铃薯膜下滴灌水旱轮作模式示范20 hm2,经专家组实收测产,加权平均单产66 542.4 kg/hm2,较同区域常规沟灌增产15 213.75 kg/hm2,增29.6%,商品薯率提高9.6%。其中小百户镇中坝村吴建国户实收单产69 721.5 kg/hm2,创造了陆良县冬马铃薯高产新记录。2015年200 hm2示范加权平均单产47 308.5 kg/hm2,较传统沟灌的38 322 kg/hm2增8 986.5 kg,增23.4%,商品薯率提高10.2%。

3.3 节本效果突出

膜下滴灌能改善土壤结构,减少肥料渗漏流失,加快土壤熟化,促进根系对养分的快速吸收,可提高作物对养分的吸收利用率,可减少施肥量。经实践总结,陆良县冬马铃薯膜下滴灌经济最佳施肥量为:N 326.7 kg/hm2,P2O5 105.75 kg/hm2,K2O 194.4 kg/hm2,经试验验证每公顷施用16∶9∶10配方肥1 800~2 100 kg、农家肥30 000~45 000 kg较为理想。与习惯施肥相比,每公顷均节约化肥总量900~1 200 kg,节约化肥纯量20%~25%。同时膜下滴灌栽培可降低田块及株间湿度,减少病虫杂草,从而减少施药量,节约生产用工;膜下滴灌改善田间操作管理办法,推进统防统治、专人管护灌水,提高了组织化程度,提高了劳动效率,降低了劳动强度,每公顷可节约用工75~90个。据测算,膜下滴灌示范节水、节肥、省药、省工时等共节约成本共7 425元/hm2;滴灌材料安装共新增投入6 132.9元/hm2,滴带、旁通开关、胶垫等按使用期2年,首部系统、主管、阀门、三通、堵头等使用期按7年计算,分摊到每年为2 555.59元/hm2(表1、2)。扣除新增生产投入后,膜下滴灌技术仍表现出显著的节本增收效果。

4 主要做法和经验

4.1 强化组织保障

陆良县对马铃薯膜下滴灌技术示范工作高度重视,成立了实施领导小组,负责该项技术示范的组织、协调、监督等工作;成立了技术指导小组,分片负责宣传、发动、培训、组织实施;同时邀请省、市、县专家组成技术顾问组,负责专业技术咨询和服务。并加强部门协作和专业合作,做到人员到位、任务明确,保证了各项工作协调、高效开展。

4.2 创新工作机制

示范过程中实行县、乡镇干部和科技人员分片、分村、分点包干,每村明确一名行政和技术责任人,开展全程技术指导,确保关键技术落实到位,并做好生产数据收集和工作记录,建立田间档案。领导小组不定期对各片区工作部署、方案制定、生产投入、规模规格、技术落实、档案管理等各项措施是否及时落实到位进行监督检查和考核。统一协调整合财力和人力,规范物资采购供应制度。

4.3 落实关键技术

应用示范中根据陆良县气候特点、目标产量和前作类型,重点推广选用优质脱毒种薯、测土配方施肥、合理密植、科学布管、节水滴灌和综合病虫害防治等膜下滴灌配套综合栽培技术。组织科技人员编制统一的冬马铃薯膜下滴灌技术工艺流程和技术标准,并深入田间地头宣传落实,实现了统一规划布局、统一设备安装、统一良种供应、统一划线理墒、统一专人管水、统一施用专用肥、统一病虫害防治、统一技术培训,确保了膜下滴灌技术的示范应用效果。

4.4 深化技术培训

为确保技术到位率和应用效果,科技人员通过宣传发动、举办培训班、印发技术资料、现场指导等方式,把技术、农资、信息送到农户手中,做到户均有一位技术明白人。在马铃薯生长关键时节,组织相关人员进行现场观摩,开展技术交流,总结先进组织方式和生产技术模式,营造良好氛围。

4.5 优化田间布置

滴灌设施设备田间安装布置是技术实施中的重点和难点,陆良县在实践中充分考虑田块走向、地势高低、水源远近等因素,提出统一采购、统一安装、统一种植规格的要求,尽量做到在实用、节约的前提下方便施工、方便田间管理。

5 存在问题及建议

马铃薯膜下滴灌技术可有效解决冬春干旱季节制约马铃薯生产的问题,可在全省知适宜区大面积推广应用,但示范中发现的以下问题应引起足够重视:(1)冬马铃薯种植地块平整度、土壤肥力、水源、田间基础设施等差异大,布设滴灌设施设备难度大,易出现材料浪费、供水效果不理想等问题,建议加大管道、蓄水池等农田水利工程建设和土地平整力度。(2)冬马铃薯膜下滴灌技术中灌水、施肥、水肥一体化等技术应用关键环节尚未完全研究清楚,需要建立与作物生育进程、土壤墒情、目标产量等相一致的水肥技术指标,以加强对生产实践的指导,并全面发挥滴灌系统的作用。(3)膜下滴灌材料单位造价高,一次性投入成本大,管护成本较高,导致该技术推广应用阻力较大,建议加大专项支持力度,引导推进该技术大面积推广应用。

参考文献

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[2] 戴婷婷,张展羽,邵光成. 膜下滴灌技术及其发展趋势分析[J]. 节水灌溉,2007(02):43-44.

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[4] 王巧英,王英泉,赵培军. 乌兰察布市马铃薯膜下滴灌技术探讨[J]. 现代农业科技,2011(13):241-243.

[5] 王玉明,张子义,樊明寿. 马铃薯膜下滴灌节水及生产效率的初步研究[J]. 中国马铃薯,2009,23(3):148-151

[6] 张小娟. 浅谈滴灌技术发展概况及膜下滴灌马铃薯节水机理[J]. 甘肃农业,2013(20):44-45.

[7] 白 虎,侯 英. 膜下滴灌技术在马铃薯种植中的应用[J]. 农业开发与装备,2011(4):26-27.

作者:李红斌 吴琼芬 武燕飞 潘涛芬 郭肖艳 孟焕芝 陈林华

现代农业滴灌技术发展论文 篇2:

浅析膜下凝结水珠对滴灌带灼伤分析

摘要:滴灌带是目前干旱缺水地区最有效的一种节水灌溉方式,其水利用率可达95%。而滴灌较喷灌具有更高的节水增产效果。同时可以结合施肥,提高肥效一倍以上。本文针对膜下凝结水珠对滴灌带灼伤的问题进行分析,并提出了预防措施。

关键词:滴灌带;灼伤;原因;预防

目前滴灌技术已经被广泛应用。但在滴灌使用过程中近年来又出现滴灌带被灼伤现象日趋严重的情况,滴灌带被烫伤的小洞使滴灌带在滴灌过程中出现漏水现象。从而造成滴灌系统无法正常运行。给农民的生产造成损失。夏季气温较高,日照强烈,蒸发量大。膜下滴灌系统中地膜内有较多、较大的水珠。作物生长缓慢,株高所产生的太阳阴影无法遮挡太阳光的强烈照射,从而为水滴凸透镜提供了光源。由于杂草生长、地面不平等原因将地膜顶起,形成一定的间距,为焦点落在滴灌带上形成滴灌带熔穿破洞创造了条件。

1、膜下凝结水珠对滴灌带灼伤原因

盛夏时节,由于太阳直射,光照非常强,容易对滴灌带造成损伤。随着温度不断升高,水汽会在地膜内侧凝结成大量水珠。田问膜下水珠有表面张力和分子吸附力作用,在表面张力的作用下水分子不能向四周扩散。而是被聚集在一起形成弯月面。由于覆盖的是透光膜,在阳光的照射下,一定角度及高度(杂草顶起、开沟未埋、土地不平整等导致),有些小水滴凸透镜的焦点就恰巧落在了滴灌带上。水珠直径越大,聚光面也越大,其焦距越长,照射到膜下滴灌带上,形成非常熠眼的光点,当地膜与滴灌带的距离在13mm左右时,水珠聚焦点在短时问内能聚焦较高温度(75℃- 160℃).在焦点处易将滴灌带灼伤产生小洞,造成滴灌带漏水:如下原理图:

当水珠形成了凸透镜,两水珠球面的中心连线相当于主光轴,焦平面相当于滴灌带,当凸镜到滴灌带距离焦距大约13mm时,光照射到膜表面通过水珠(相当于凸透镜),焦点都聚焦于滴灌带,产生高温,造成灼伤。

1.1凝结水的形成

(1)田问地面覆膜后,南于土壤蒸发作用使土壤中的水分以气态方式脱离地面,在地膜下表面凝结成水珠。

(2)作物播种滴水后,膜内附着较多的小水滴,在膜上积聚。

(3)阵雨过后天气突热,膜上、膜下易形成凝结水珠,在地膜上表面的小水滴由于受风、阳光、蒸发等环境影响较大,存在的时问较短,相对于膜下水滴来说产生的危害机率较小。

1.2灼伤破洞原因分析

(1)生产中对滴灌带有破坏作用的凝结水珠主要是直径超过6mm的水珠。理论上水珠直径越大灼伤得越快,但不可能无限大,因为较大直径的水珠很难附着在地膜表面。理论分析得出直径为8m的水珠出现的概率最大,这取决于水珠的重量和附着力之间的平衡关系。在膜下滴灌系统中,地膜内侧有较多、较大的水珠,一般田问水珠以直径8 - lOmm居多。

(2)随着水珠直径的增大,烧伤滴灌帶所用的时问缩短:聚光焦距增加。

(3)地膜与滴灌带有一定问距,如果土地不平整、开沟未埋、膜内杂草丛生,则易导致滴灌带破洞。

(4)土壤环境湿度较大,一般雨后晴天、晴天灌水后或地下水位较高的地方,易在膜上聚集大水珠。

(5)滴灌带生产过程中,添加过多回收料,导致在光、热、氧条件下老化过快。

2、如何预防滴灌带灼伤

节水灌溉技术在实际的应用中仍有许多问题需要解决,而作为滴灌带的生产企业要对生产质量严格把控。企业相关技术人员应指导广大农民正确使用滴灌带,帮助农民解决滴灌带在田问地头中的具体问题,其中就包括如何避免膜下凝结水珠对滴灌带灼伤问题。本文针对该技术应用中出现的这一问题提出了几点行之有效的预防措施。

2.2改善提高滴灌带生产配方,提高产品熔点。尽量使用熔点温度较高的质量好的聚乙烯生产原料,或能在满足性能的情况下添加熔点较高的无机填充料来整体提高滴灌带熔点。

2_3滴灌带铺设使用中将滴灌带表层覆一层土。因为膜下土壤具有一定湿度,土壤温度上升慢,不至于使滴灌带烧伤。另外,土层表面不光滑,水珠透镜体的焦点照到土层表面后发生散射现象,使光分散,不至于产生高温,从而保护滴灌带。

2.4铺设地膜和滴灌带时,保持地面平整,防止土块、杂草等将地膜托起,造成水汽在地膜内积水,形成透镜效应灼伤滴灌带。开沟浅埋时,应避免滴灌带裸露。

2.5作物植株高度的阴影无法遮住滴灌带,天气晴朗、日照强烈、气温较高时,发现膜内出现水珠时要及时拍打,或用风机轻吹地膜抖落膜内水珠。

2.6严格按照《膜下滴灌栽培技术规程》进行地膜和滴灌带施工和维护,防止由于以上多种原因导致膜内产生高温聚焦点。

2.7研制防雾地膜,避免阳光聚焦。

3、膜下凝结水珠对滴灌带灼伤的补救方法

3.1对滴灌带已经形成灼伤部位,可截断后使用直通连接,较为严重的部分,可用新滴灌带替换。

3.2对于较轻的灼伤部位可用塑料薄膜缠绕打结后方可继续使用。

结语:

节水灌溉这一技术现已普遍应用,目前膜下凝结水珠对滴灌带灼伤问题也较为突出,对这一情况要及时总结出问题所在,提出解决办法避免类似情况的反复发生,有效预防滴灌带灼伤,以避免给农民的生产带来不必要的损失。

参考文献:

[1]宁松瑞,左强,石建初,王数,刘忠山.新疆典型膜下滴灌棉花种植模式的用水效率与效益[J].农业工程学报.2013 (22)

[2]王东晶.我国膜下滴灌技术发展与应用现状[J].现代农业科技.2013 (19)

[3]李显溦,石建初,左强.新疆棉花膜下滴灌技术存在的问题及改进措施——双层可降解膜覆盖与地下滴灌技术结合应用探讨[J].农业工程.2012(10)

[4]朱光艺.膜下滴灌带受阳光照射问题的探讨[J].新疆农业科技.2011(OI)

[5]李明思,王菊红,陈明珠,李洁,黄永强.膜下滴灌条件下膜下凝结水对滴灌带的影响分析[J].节水灌溉.2008 (09)

[6]黄永强,李洁.滴灌带灼伤产生的原因及其预防[J].现代农业.2008 (06)

[7]王英,郭沂林,柴金华.兵团膜下滴灌技术推广存在的问题[J].节水灌溉.2008 (02)

(作者单位:阿克苏地区产品质量检验所)

作者:付疆

现代农业滴灌技术发展论文 篇3:

中国滴灌施肥技术优缺点分析与发展对策

摘 要:为了解决肥水制约中国农业发展的问题,文章综述了国内外近20年滴灌施肥技术研究进展,发现滴灌施肥技术具有节水、节肥、省工、增产、地形适应能力强等优点,但滴灌施肥技术还存在滴头堵塞、盐分积累以及首次投入成本高等不足。要促进此项技术的广泛使用,既要依靠政策驱动和技术创新促进滴灌施肥技术发展,又要强化培训和示范推广提速该项技术的应用,今后还需研究水肥药平衡和自动化控制技术,以促进中国精准农业的发展。

关键词:节水;滴灌施肥;经济效益

Key words: Water-saving; Fertigation; Economic Benefits

0 引言

滴灌施肥技术是将作物所需的肥料溶解于灌溉水中,通过管道系统及安装在末级管道上的灌水器,将肥水以小流量、均匀、准确地补充给作物根部附近土壤,使作物根系活动区的土壤经常保持适宜的水分和营养,具有节水、省肥、便于自动化管理等优点,广泛应用到果树、花卉、蔬菜、设施栽培和大田作物上。以色列是开发此项技术的先驱,早在20世纪60年代初,就开始普及水肥一体化灌溉施肥技术,全国4.3×105 hm2耕地中大约有2×105 hm2应用了加压滴灌系统[1]。中国水资源严重短缺,人均水资源占有量排在世界第109位,仅为世界平均水平的l/4。在所有耕地中,灌溉耕地面积约为43%,其余依靠自然降雨。而中国季节性干旱明显,大部分集中于夏季和秋季,水资源短缺和干旱限制了中国农业的发展。为了满足农业生产的需求,中国于1974年从墨西哥引进第1套滴灌施肥系统开展试验性研究,面积仅为3.5 hm2 [1]。经过30多年的发展,灌溉施肥技术已经由过去局部试验示范发展成为大面积推广应用,推广面积遍及华北地区、西北干旱区、东北寒温带和华南亚热带地区。其中,新疆地区的膜下滴灌施肥技术处于世界领先水平[2]。在设备研制方面,1980年成功研制第1套滴灌施肥设备,历经改革开放30年的发展,在水肥一体化技术自动施肥控制系统[3]、滴灌施肥机灌水与施肥均匀性[4]、精准滴灌施肥监控系统[5]、温室滴灌施肥智能化控制系统[6]、智能滴灌施肥系统中pH的调节[7]等方面也取得了较好效果。近5年来,滴灌施肥越来越受到大家的关注,示范推广有星火燎原之势。因此,笔者系统总结滴灌施肥技术的优劣,从菠萝上分析其成本效益,进而提出下一步发展对策,以期为进一步发展滴灌施肥技术提供参考。

1 滴灌施肥技术的优点

在一般生产条件下,施肥和灌溉2项操作是独立进行的,不仅劳动工序和用丁量大,而且易造成施肥和灌水的分离和错位,水肥的吸收无法同步进行。养分和水分耦合效应不能得到及时有效发挥,导致水肥利用率下降。滴灌施肥(水肥一体化)就是利用现代设施灌溉技术。把肥料溶入灌溉用水,定时定量定比例将水肥同时供给作物根系,可以大幅度提高水、肥的利用效率。并可根据作物对水肥的需求规律,在不同生育时期实现定量精准供给[8]。可以预计,滴灌施肥技术代表着现代农业的发展方向,是增加农民收入、减少资源浪费和减少环境污染的重要技术措施,也是可持续农业发展的保障[9]。

1.1 节约用水,提高水分利用效率

滴灌施肥与其他灌溉相比,显著提高水分利用效率。王玉明[10]通过滴灌、喷灌、管灌对马铃薯水分生产率及效益的对比试验研究表明,滴灌比喷灌单位产值高61.7%,比管灌高22.4%;单位水的水分生产率和效益,滴灌比喷灌分别提高了7.8%、61.7%,比管灌分别提高5.3%、22.6%。弋翠[11]比较了马铃薯畦灌、半固定式喷灌、滴灌、大型喷灌机喷灌4种灌溉方式下产量、水分利用率、投资期等,最后应用TOPSIS法和AHP法对4种灌溉方式进行了综合评价,得出滴灌最优,与畦灌相比,滴灌节水73.2%。

1.2 操作简单,节省劳动力

滴灌借助管道和农用机械将水和肥料一同供应给作物,可以节省大量的施肥和灌溉用工。近年来,由于人力资源成本的上升,滴灌施肥省工省力的优势将进一步体现。以菠萝为例,巴厘种菠萝叶缘布满倒刺,给农事操作带来极大的困难,且追肥劳动量大,用工成本高,据“徐闻科技小院”查,常规追肥,1人1天仅能够完成0.27 hm2的菠萝施肥工作,单位面积追施肥料需要人工费1350元/hm2,而采用水肥一体化技术,不用下地,1人1天可以灌溉施肥3.33 hm2,试验示范追肥用工成本仅为900元/hm2,工效提高了10倍。中国目前仍旧处于劳动密集型农业发展阶段,随着劳动成本的不断上升,节省劳动力将成为中国农业的主要发展思路。因此,滴灌施肥技术在未来将拥有广阔的发展前景。

1.3 提高肥料利用率

滴灌施肥,能有效方便地调节施用肥料的种类、比例、数量及时期,可将肥料施于根区,保证根区养分的供应,减少养分的淋失,显著提高肥料养分的利用率[12-13]。中国氮肥利用率为30%~50%,当年磷利用率为10%~25%,当年钾利用率约为50%[14]。墨西哥的研究表明,要达到相同的蕃茄产量,直接土施时,N、P2O、K2O的需要量分别为400、200、600 kg/hm2;而滴灌施肥肥料使用量分别减少60%、50%和80%[15]。涂攀峰等[9]在香蕉上的研究表明:滴灌时肥料利用率显著提高,N的利用率可达70%、P达50%、K达80%。甘蔗的滴灌施肥试验研究表明:滴灌施肥的N利用效率达到了75%~80%,常规施肥只有40%[16]。

1.4 对地形适应能力强

滴灌出水量小,平均每个滴头出水量约为1.6 L/h,且管道长,拥有比较成熟的压力补偿装置,对压力变化的灵敏性较小,在小于5°的坡地上,可以不用考虑压力问题,而其他灌溉方式如喷灌、小管出流等对压力敏感性较大,在丘陵地区推广局限性较大,而中国有相当大一部分农业区处于丘陵和山地,而在滴灌方式下,作物根部形成1个椭球形的湿润体,在不断滴入的水流作用下,土壤中的盐分被推移到椭球体边缘,使作物根部的椭球体部分保持正常的生长环境。因此,滴灌适应范围广,应用潜力大,在温室、大棚、田间、山地和沙漠等地方均可应用[17]。

1.5 可开发边际水土资源

沙漠、戈壁、盐碱土壤、荒山荒丘地区干旱少雨,保水保肥性差,采用其他灌溉方式,既浪费水资源,同时也无法满足作物的生长需要,而滴灌施肥技术只湿润作物根区,节省水资源,同时出水量少,按照少量多次的原则随机满足作物对水分和养分的需求。以色列南部地区的Negev沙漠,年均降雨量仅为100 mm,而年蒸发量达1700 mm[18],降雨少而蒸发大,正常情况下是无法种植作物的,但通过利用滴灌施肥技术以后,该地区得到开发和使用,广泛种植马铃薯等作物。因此,滴灌施肥在中国西部地区具有广泛的应用前景。

2 滴灌施肥技术的缺点

滴灌施肥是一项相对新型而年轻的技术,由于制造工艺不成熟、操作不当,使用过程中也会产生一些问题,主要表现在投入成本大、滴头堵塞和盐分积累等问题。

2.1 滴头易堵塞

滴灌带孔口直径,滴头流道直径一般小于1 mm必须注意防堵塞[19],滴头堵塞主要是由悬浮物(沙和杂质)、溶解盐(主要是碳酸盐)、藻类有机物等引起。目前,市场上过滤器品种少,过滤主要解决了除沙等物理性堵塞,生物堵塞和化学堵塞解决得不够理想。如果有大量杂质进入滴灌管中,不仅容易阻塞滴孔,同时也容易滋生微生物,进一步阻塞出水孔。因此,含矿物质较多、水质偏硬且杂物多的水源(如河水、受污染的湖水、溪水等)不适合用于滴灌,在特殊情况下必须使用的话,需通过过滤网过滤后方可使用。肥料需选择水溶性成分在95%以上品种,且混溶的肥料之间不会发生化学反应产生沉淀。

2.2 盐分积累

对于降雨量少而蒸发量大的干旱地区,由于滴灌出水量小,水分蒸腾快,部分矿物养分无法随水分下渗到根区,而在地表造成盐分积累,随着滴灌次数的增加,地表盐分浓度增加,对作物造成损害,同时也会改变土壤理化性质。但在降雨量大的地区,雨水会将地表的盐分淋洗,基本不会出现盐分积累的现象。

2.3 首次投入成本高,铺收管工程量较大

利用滴灌施肥技术,首要条件是需要有水源和电源,通常情况下,农民需要打井和拉电,并建立肥料池、水池和机房,花费在20000~40000元。管道费用为6000~22500元/hm2 [1],滴灌施肥首部设施(包括电泵、过滤器、压力表)根据规格和型号,也需要几千至数万元不等。对于个体农户的零星种植而言,首次投入成本高。另外,对于香蕉、柑橘等种植密度相对较小的作物,滴灌带铺设比较稀疏,收管的工作量不是很大,特别是对于那些多年生经济作物,基本上不存在收管的问题。但是,如果要在种植密度较大的大田作物(菠萝、甘蔗等)中使用滴灌施肥技术,一方面管道铺设密集,另一方面作物换茬较快,收管成为换茬时一项劳动量较大的工作。

3 滴灌施肥技术经济效益分析——以菠萝为例

菠萝每2年为1个生长周期,种植成本按照生长周期计算。滴灌基础建设成本按照20年折算,管道可使用4年,即2个生长周期。商品果平均收购价格按照2.0元/kg,罐头果按照1.2元/kg。

具体各项测算见表1~2。投入成本上,滴灌成本比常规种植成本高出3330元/hm2。但是,用工、用肥上有较大节余,且产量和商品果率均有较大提高,综合比较,滴灌比常规经济效益提高64.9%。可见,滴灌施肥是一项值得推广的技术。

4 滴灌施肥技术发展对策

中国丘陵地区约占陆地面积的70%,丘陵地区因为坡度大,保水能力差,干旱是种植业的主要威胁。而滴灌施肥是解决这一问题的有效途径。据统计,中国滴灌技术目前累计面积达2.6×105 hm2,其中滴灌施肥达1/3左右。因此,中国滴灌施肥技术仍有巨大的发展潜力。要进一步示范推广滴灌施肥技术,必须从政策、技术、培训和示范推广等层面予以保障,才能引导、促进水肥一体化技术的全面健康发展。

4.1 政策保障

滴灌施肥技术不仅能节约灌溉用水,而且能大幅度减轻劳动强度,提高农业劳动生产率。与生态文明建设紧密结合,可考虑将滴灌施肥同机耕、机播、机收和机保(植保)面积放在同等重要位置,列入实现农业机械化水平的评价指标之一和支持鼓励政策中,建议根据2013年中央一号文件,开展对滴灌施肥设备实行补贴,滴灌施肥工程的水源工程和首部枢纽部分由国家投入,滴灌带部分由群众自筹。激励农民购买和使用滴灌施肥设备的积极性,采取“公司+农户”、“农民水肥一体化协会”等经营体制,使滴灌施肥工程规模化、集约经营,逐步形成良性循环,促进滴灌施肥的健康发展,实现作物增产、资源节约和环境友好的国家战略目标。

4.2 技术保障

4.2.1 开发水溶性肥料 滴灌工程建设中安装的施肥设备,一般是注入式和压差式施肥罐,而目前市场上供农作物使用的肥料多为固体肥料,常用的肥料主要有尿素和磷酸二铵,用滴灌系统设备施放非常困难,尤其是磷酸二铵根本就无法施用。近年来,各肥料企业加大了水溶性肥料研发,肥料的溶解性有了显著提高,为滴灌施肥创造了一定的条件。例如硝酸磷肥、硝酸磷钾肥、硝酸铵、硝酸铵钙等,水溶性较过去有大幅度的提高;部分农用化学公司应用聚磷酸盐化合物的络合性、缓冲性等特点生产清液型液体肥料,都取得了较好的效果。未来将依据主要作物的需水、需肥规律和水肥互作机理,土壤养分、盐分的运移规律和分布特征,开发滴灌施肥专用的液态肥料,将是肥料企业研发的重点方向之一。

4.2.2 滴灌和滴灌施肥交替使用 引起滴头堵塞的主要有物理、化学和生物堵塞3种方式,可通过过滤、选用水溶性肥料和清洗等方式解决。研究结果表明,径向和垂直湿润距离随灌水量的增加呈幂函数关系增加;灌水量相同时,随灌水器流量的增大,灌水器周围的土壤含水率增加,垂直湿润距离减小,而径向湿润距离变化不大;灌水器流量一定时,垂直湿润距离随灌水量的增大而明显增加。对氮素分布的测试结果表明,硝态氮在湿润体边界存在累积现象;铵态氮在灌水器附近出现浓度高峰,且铵态氮集中在灌水器周围15 cm范围内。滴灌施肥灌溉系统运行方式对硝态氮在土壤中的分布影响明显,建议采用最初用灌水施肥总时间的1/4灌水,再用1/2时间施肥,最后用1/4时间冲洗管道的运行方式,以便将施入土壤的氮素最大限度地保留在作物根区内,氮素在土壤中分布最均匀,且不容易产生硝态氮淋失,防止硝态氮淋失[20]。

4.3 强化技术培训,增强农户科技意识

由于滴灌施肥属于新技术,讲究少灌勤灌,和传统灌水方式相比差别较大,各种作物应何时灌水,1次灌多长时间,如何滴灌施肥,农民不能立刻完全理解和准确掌握操作要领。要组织不同形式、不同层次的滴灌施肥技术培训,传授滴灌知识,培养技术力量,注意对用户的技术培训和指导,制定管理制度和运行操作规程,让农民和合作社技术干部懂得如何安装、维护和管理运行滴灌施肥工程,使之长期高效发挥效益,以促进水肥一体化技术的健康发展。

4.4 示范推广

近年来,示范推广模式呈现多样化趋势,主要有专家大院、科技小院、田家学校和科技特派员等模式。要促进滴灌施肥工程技术的进一步发展,建议采取“政府+高等院校+科研单位+企业”四位一体的解决模式,政府牵头,完善农田灌溉基础设施建设,高等院校+科研单位+企业在基层共同建立科技小院,派驻研究生,进驻农业生产第一线,高等院校和当地科研单位开展技术研究工作,为滴灌施肥技术的推广应用提供技术支持,并以科技小院为平台,举办农民田间学校,开展农民培训,提高农民科技意识,传播科技知识,培养技术骨干。企业结合自己的研发,通过科技小院对物化的技术产品进行展示,使科研和成果转化无缝对接,广大农户直接受益,从而实现科技增益的最大化。

5 滴灌施肥技术应用展望

滴灌施肥技术具有节水、节肥、节省劳动力、提高经济效益、便于大规模自动化管理,水肥资源高效耦合的优势,解决了作物旱季生长缓慢,肥料利用率低,资源浪费严重等问题。尽管在管理过程中会出现管道堵塞和盐分累积等问题,但只要肥料选择恰当,操作合理,这些问题是可以避免的。首期投入虽高,但相对经济效益而言,还是有很大的利润空间。随着人力资源成本上升,土地流转加速,农业集约化程度提高,水、矿产、土地等资源将会越来越紧张,环境保护也越来越受到人们的重视,滴灌施肥技术将会越来越受到农户和农业公司的青睐,水肥药平衡和自动化控制技术将是未来此项技术主要发展方向,有助于中国现代和精准农业的发展。

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作者:杨晓宏等

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