中国灌溉施肥技术的应用现状和发展前景

中国灌溉施肥技术的应用现状和发展前景中国灌溉施肥技术发展与应用现状一、中国灌溉施肥技术发展历程与基本态势（一）灌溉施肥的基本概念及其优点灌溉施肥（Fertigation）是将施肥（Fertilization）与灌溉（Irrigation）结合在一起的一项农业技术，它是借助压力灌溉系统，在灌溉的同时将由固体肥料或液体肥料配兑而成的肥液一起输入到作物根部土壤的一种方法。灌溉施肥可以在灌水量、施肥量和施肥时间等方面都达到很高的精度。灌溉施肥有多种方法，如地面灌溉施肥，喷灌施肥和微灌施肥。本文讨论的重点是微灌施肥。所谓微灌（MIS，Micro-irrigationsystem），即“利用专门设备，将有压水流变成细小的水流或水滴，湿润作物根部附近土壤的灌水方法”（水利部标准SL130-95附录A名词术语A1.0.1）。微灌有四种形式：滴灌（DriporTrickleIrrigation）、微喷灌（Micro-SprinklerorMicro-JetIrrigation）、脉冲微喷灌（也叫涌泉灌溉）（BubblingIrrigation）和渗灌（BleedingIrrigation）。微灌具有流量小、每次灌水时间长、灌水均匀度高、工作压力低的特点。微灌属于局部灌溉类型，地表不产生积水和径流，不破坏土壤结构，土壤中的养分不易被淋溶流失。一般来说，可溶性的化肥、农药、除草剂、土壤消毒剂等农用化学物品都可以借助灌溉系统施用（统称为Chemigation）。在我国目前应用最普遍的是灌溉施肥，也有灌溉施用农药的试验报道（汤吉利，2001）。灌溉施肥技术可以明显提高灌溉水和肥料的利用率；促进作物增产，改善产品品质；减少田间作业用工。这项技术适用于设施栽培、无土栽培、果树栽培以及干旱沙漠地区等多种栽培条件。由于可以根据作物的营养需求规律，有效地控制施肥量、施肥时间和灌水量，避免了化肥淋洗造成土壤和地下水污染，以及过量施肥和灌溉带来的土壤板结等问题。另外，灌溉施肥还有操作简单，易于实行自动化控制的特点，在一定条件下可用含盐水灌溉。（二）灌溉施肥技术发展历史中国灌溉施肥技术的发展始于1974年。近30年来，随着微灌技术的推广应用，灌溉施肥技术不断发展，大体经历了以下3个阶段（王留运、叶清平等，2000）：第一阶段（1974-1980年）：引进滴灌设备，并进行国产设备研制与生产，开展微灌应用试验。1980年我国第一代成套滴灌设备研制生产成功。第二阶段（1981-1996年）：引进国外先进工艺技术，设备国产规模化生产基础逐渐形成。微灌技术由应用试点到较大面积推广，微灌试验研究取得了丰硕成果，在部分微灌试验研究中开始进行灌溉施肥内容的研究。第三阶段（1996年至今）：灌溉施肥的理论及应用技术日趋被重视，技术研讨和技术培训大量开展，灌溉施肥技术大面积推广。自20世纪90年代中期以来，我国微灌技术和灌溉施肥技术迅速推广。至2001年，全国微灌面积达26.7万公顷，居世界第三位（李光永，2001）。其中，灌溉施肥面积约6.7万公顷。灌溉施肥技术已经由过去局部试验示范发展为大面积推广应用，辐射范围由华北地区扩大到西北干旱区、东北寒温带和华南亚热带地区，覆盖了设施栽培、无土栽培、果树栽培，以及蔬菜、花卉、苗木、大田经济作物等多种栽培模式和作物。在经济发达地区，灌溉施肥技术水平日益提高，涌现了一批设备配置精良、并实现了专家系统智能自动控制的大型示范工程。部分地区因地制宜实施的山区重力滴灌施肥（陈义元，2001；任树梅，2001）、西北半干旱和干旱区协调配置日光温室集雨灌溉系统利用窑水滴灌（刘健勇，2000；厚保文，2002）、瓜类栽培吊瓶滴灌施肥（陈沽，2002）、华南地区利用灌溉注入有机肥液等技术形式使灌溉施肥技术日趋丰富和完善。灌溉施肥应用与理论研究逐渐深入，由过去侧重土壤水分状况、节水和增产效益试验研究，逐渐发展到灌溉施肥条件下水肥结合效应、及其对作物生理和产品品质影响、养分在土壤中运移规律等方面的研究；由单纯注重灌溉技术、灌溉制度转变到灌溉与施肥的综合运筹。例如，李久生等（2002）对滴灌施肥条件下硝态氮和铵态氮的分布规律的研究；吕殿青等（2001）对膜下滴灌土壤盐分特性及影响因素的研究；以及关于溶质转化运移规律的研究（冯绍元，1996；任理，2001）和NH4+-N转化迁移规律的研究（侯红雨，2003）等。我国灌溉施肥总体水平，已从20世纪80年代初级阶段发展和提高到中级阶段。其中，部分微灌设备产品性能、大型现代温室装备和自动化控制已基本达到目前国际先进水平。微灌工程的设计理论及方法已接近世界先进行列；微灌设备产品和微灌工程技术规范、特别是条款的逻辑性、严谨性和可操作性等方面，已跃居世界领先水平。但是，从整体上分析，我国灌溉施肥系统管理水平较低；应用灌溉施肥技术面积所占比例小，水肥结合理论与应用研究成果较少，深度不够；某些微灌设备产品特别是首部配套设备的质量与国外同类先进产品相比仍存在着较大差距。（三）灌溉施肥技术研究与推广应用的主要成就（1）灌溉施肥面积迅速增加，灌溉施肥技术得到较快发展至2001年，全国微灌面积达26.7万公顷（李光永，2001），近5年来推广面积是前20年总和（7.3万公顷）的2.7倍。据地方调查结果推测，其中灌溉施肥面积已经占到微灌面积的25.8%（表13）。特别是近几年来，灌溉施肥技术在西北干旱区迅速推广，新疆创造了农田大面积应用滴灌施肥技术规模上的世界第一（国务院研究室，2001）。(表：表13全国微灌与灌溉施肥面积)设施栽培果树经济作物其他合计微灌面积（104公顷）4.712.08.71.326.7灌溉施肥（104公顷）3.71.31.80.16.9灌溉施肥比例（%）78.710.820.77.725.8灌溉施肥技术推广应用生产了巨大的经济效益，按各地试验结果平均值计算，全国现有微灌和灌溉施肥面积每年可节水8.01亿立方米；节电801万度，节肥6.20万吨（纯养分），省工1602万个，增产果、菜、粮等20亿千克，增收20亿元。（2）设备研制生产水平提高，基本实现设备国产化规模生产经过数十年的引进、吸收和开发，我国灌溉施肥设备材质及配方、工艺制造水平已有很大改进和提高，地下滴灌专用灌水器等部分关键设备已达到国际A类产品标准，某些产品初步形成系列，系统自动化控制装置研制成功并批量生产。灌溉施肥所需设备已全部实现国产化。目前，全国共有100余家灌溉施肥设备生产企业，具备了规模化生产基础，产品数量已基本满足国内市场的需求。（3）制定并颁布了相关技术规范和标准在“八五”和“九五”期间，国家组织力量研究与总结了微灌设计理论和设计方法，完成了微灌设备性能测试及选型设计与部分微灌设备产品和微灌工程行业标准的编制任务。制定并发布实施了有关微灌产品和微灌工程技术规范等6个行业标准（王留运，叶清平等，2000），使微灌工程建设与运行管理逐步走向规范化，为灌溉施肥的推广应用奠定了基础。（4）取得大量灌溉施肥应用试验研究成果，积累了技术推广经验多年来，全国各地进行了大量微灌技术和灌溉施肥技术应用试验与理论研究，据不完全统计，全国各种专业学术交流会收量到的论文和学术刊物上公开发表论文达数百篇，形成了我国第一批灌溉施肥的试验成果，出版了《微灌论文专辑》、《果树滴灌试验研究论文汇编》等一批专著和培训教材。“九五”期间国家重点科技攻关项目成果总体已达到国际先进水平（许迪，2001）。同时，在推广灌溉施肥技术的实践中，农业技术推广部门积累总结了适合我国国情和各种栽培条件的灌溉施肥系统形式、方法和经验，为进一步推广提供了技术储备和技术支撑。（5）建立了一大批灌溉施肥技术示范基地近10年来，全国各地相继建成了大量农业科技示范园和示范基地，在这些园地中，既建有配备现代化设备、并实现了GIS与实时数据采集系统集成和自动化控制的大型温室；同时，在部分园地也建立了配置适合农民家庭应用的灌溉施肥系统的日光温室或者塑料大棚，这些示范基地为灌溉施肥技术进一步研究和推广提供了基础条件。（6）国际交流和技术培训取得一定成绩1982年我国加入了国际灌排委员会，并成为世界微灌组织成员之一。20年来，国际技术交流频繁，同时，先后召开了10多次全国性微灌技术交流与研讨会。在技术培训方面，国家水利和农业主管部门举办了多期微灌技术管理、微灌工程规划设计培训班，培养了一大批微灌技术推广管理及工程设计骨干和高学位人才。自1990年后，技术培训内容注重了灌溉与施肥技术的结合。1999年开始，农业部与国际钾肥研究所（IPI）合作每年在中国组织灌溉施肥技术培训班，先后培训了400名来自全国各地的教学、科研和农业技术推广人员，培训内容主要包括灌溉施肥使用技术和灌溉施肥系统管理、植物营养、灌溉施肥的肥料种类，以及灌溉施肥系统的管理等方面的知识。近几年来，各级农业技术推广部门也陆续举办多种形式的灌溉施肥技术培训，取得了一定成效。（四）灌溉施肥技术研究与推广存在的主要问题第一，灌溉施肥和微灌技术推广率低。我国现有微灌面积26.7万公顷，但微灌占全国灌溉面积的比例仅有0.5%（李光永，2001），与经济发达国家（美国4.91%，以色列69.7%）相比有很大差距。在最适宜应用灌溉施肥技术的170.05万公顷设施栽培中，灌溉施肥面积仅占2%左右；现有855万公顷果园也仅有1.6%的面积采用了微灌技术。灌溉施肥技术的效益和作用尚未得到足够重视，灌溉施肥至今没有被纳入国家丰收计划项目或重点推广项目计划。第二，灌溉技术与施肥技术脱离。由于管理体制所造成的水利与农业部门的分割，使技术推广中灌溉技术与施肥技术脱离。目前，灌溉施肥面积仅占微灌总面积的25.8%，远远落后于先进国家（以色列为80%，美国为65%）。尽管我国微灌工程都设计有施肥设备配置，但大部分微灌系统都没有安装或使用施肥设备，仍然沿用传统的人工施肥方法，灌溉系统效益没有充分发挥。同时，有关灌溉与施肥相结合的应用技术、微灌条件下养分运移规律、矿质营养在肥液和土壤中的反应等方面的研究不足。第三，灌溉施肥工程管理水平低。灌溉制度和施肥方案的执行受人为因素影响大，除了装备先进的大型温室和科技示范园外，大部分灌溉施肥工程没有采用科学方法对土壤水分和养分含量以及作物营养状况实施即时监测，多数情况下依据人为经验进行管理，特别是施肥方面存在很大的随意性。系统设备保养差，运行年限短。第四，灌溉施肥设备生产技术装备落后，针对性设备和产品的研究和开发不足。我国微灌设备目前依然存在微灌设备产品品种及规格少、材质差、加工粗糙、品位低等问题。其主要原因是设备研究与生产企业联系不紧密，企业生产规模小，专业化程度低。特别是施肥及配套设备产品品种规格少，形式比较单一，技术含量低；大型过滤器和大容积施肥罐等装置尚属空缺。第五，灌溉施肥研究和技术培训不足。目前，在中国各农业大学土壤肥料专业中尚未设置灌溉施肥专门课程，在研究方面人力物力投入少。对农业技术推广人员和农民缺乏灌溉施肥专门知识培训，同时也缺乏通俗易懂的教材。第六，由于技术问题的疏漏所导致的负效应影响了普及推广。灌溉施肥技术相对较复杂，在某些示范项目实施中，由于系统设计、设备选用、过滤以及肥料施用等问题，造成了灌溉施肥系统效益低甚至失败，给推广带来阻力。二、灌溉施肥技术在设施栽培条件下的应用我国设施栽培作物种类有蔬菜（瓜）、果树（果品）、茶树等，目前，应用灌溉施肥技术最普遍的是蔬菜，包括黄瓜、番茄、甜椒、茄子和西葫芦等。其他作物，例如瓜类、果树等很少应用灌溉施肥技术，或者仅仅采用了微灌技术，尚未加肥灌溉。设施蔬菜灌溉施肥集中分布在华北地区的山东、北京、河北等省市。近年来，西北半干旱和干旱地区、东北地区和中南地区也开展了设施蔬菜和瓜类栽培灌溉施肥试验。（一）蔬菜作物（番茄、黄瓜、甜椒）各地试验结果（毛学森，2000；王培兴，1999；刘健勇，2000；原保忠，2000；张显珍，2001）和山东省调查资料表明，设施蔬菜采用膜下灌溉施肥，灌溉水利用率达95%，比地面灌溉省水30%~40%，每亩每季平均节水80~128方。氮肥当季利用率挺高20