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水肥一体化实施方案

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节水农业及滴灌水肥一体化技术的发展现状及应用前景

节水农业及滴灌水肥一体化技术的发展现状及应用前景

发布日期:2018-07-13 作者: 点击:

   节水农业是提高用水有效性的农业,是水、土、作物资源综合开发利用的系统工程;衡量节水农业的标准是作物的产量及其品质,用水的利用率及其生产率。

   滴灌是目前有效的节水灌溉方式。是按照作物需水要求,通过管道系统与安装在毛管上的灌水器,将水和作物需要的水分和养分一滴一滴均匀而又缓慢地滴入作物根区土壤中的灌水方法。

   滴灌施肥技术是当今世界上公认的先进的准确灌溉、准确施肥技术之一。它利用滴灌设施以经济有效的方式供给作物所需的水分、养分,并使其限定在作物有效根域范围内,实现对供给的水分和养分及作物个体和群体的有效调控,旨在作物的不同生育阶段将所需的不同养分和水分多次小量供给,肥水均匀浸润在特定区域的耕层内,满足作物生长发育的需要,达到节水节肥、高产高效的目的。该技术源于以色列,已在世界上80多个国家和地区得到广泛应用。

国外滴灌及滴灌水肥一体化技术发展情况

   20世纪60年代,以色列人创造了滴灌技术,并建成了世界上第一个滴灌系统。这一系统由不同口径的塑料管组成,灌溉水和溶于水中的化肥从水源被直接输送到作物根部,呈点滴状缓缓而均匀地滴灌到作物根区的土壤中。滴灌使农业灌溉技术发生了根本性变化,标志着农业灌溉由粗放走向高度集约化和科学化,基本实现了按需供水、肥,成为灌溉技术的一项重大突破。如今,以色列超过80%的灌溉土地使用滴灌方法,灌溉水的利用率高达95%,水分生产效率达2.23公斤/立方米,氮肥利用率在80%以上。与此同时,以色列著名的NETAFIM滴灌技术设备公司,产品和服务遍及70多个国家和地区,年产滴头300多亿只,年销售额超过2亿美元,占全球灌溉设备市场总销量70%。

   20世纪60年代后,滴灌技术开始在美国、澳大利亚、墨西哥、南非等地陆续研究和示范应用。

   美国水资源充沛,人均水资源占有量12000 立方米。有效灌溉面积约2533万公顷,不足我国50%,但喷灌和滴灌面积却占有效灌溉面积的87%,2010年滴灌面积就达153万公顷。美国注重对地下滴灌技术的研究和推广,据堪萨斯州立大学Freddie Lam教授2011年撰文,2003-2008年美国在棉花、玉米、苜蓿等作物上应用地下滴灌面积1。73万公顷,与地表滴灌比,种植苜蓿用地下滴灌更能提高水的利用效率。

   澳大利亚有70%的地区雨量在500毫米以下,节水灌溉是该国采用的主要农业技术。上世纪70年代后,该国开始将滴灌及灌溉施肥技术用于蔬菜、果树和甘蔗等作物,一般节水、增产都在20%以上,优质蔬菜的收获率由传统灌溉方法的60%-70%提高到90%,同时采用滴灌施肥可将减少25%-50%的氮肥损失。上世纪末,T系统公司在班达伯格甘蔗上使用地下滴灌技术,获得了5700 立方米的水生产128吨甘蔗;而采用漫灌方式,9800 立方米的水只生产了98吨。

   印度是使用滴灌技术较早的亚洲国家,近年发展速度很快。据2015年印度New Ag International会议报道,截至2014年,印度微灌面积达到750万公顷,其中滴灌320万公顷、喷灌430万公顷。JAIN灌溉公司用滴灌和灌溉施肥技术在水稻和小麦作物上做了8年研究,两种作物增产25%-45%、节水在50%-60%。印度的水溶性肥约分为16个等级,2014-2015年生产量已达到150000吨,年增15%-20%。

二、国内滴灌及滴灌水肥一体化技术发展情况  

   我国从上世纪70年代开始引进滴灌技术,通过引进、消化吸收再创新,在灌溉设备和配套技术等方面有了长足的发展,基本形成了国内具有区域特色的滴灌技术体系。

01、滴灌产品研发

   通过引进、吸收、消化,到上世纪90年代末期,我国滴灌产品门类和系列基本配套。

   滴灌带方面,单翼迷宫边缝式滴灌带已处成熟期,内镶扁平滴头式滴灌管正处在成长期,圆柱式滴头和压力补偿式滴灌管发展趋势好;滴灌工程中大多用聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(UPVC)管和相应管件,国内多个厂家的产品质量和配套规格基本适应滴灌发展要求。

   过滤装置方面,研制出了符合我国国情的筛网过滤器、叠片过滤器、砂石过滤器、水沙分离器、LZ型自动清洗立式过滤器、自动反冲洗过滤器及沉淀池等,但产品的精密度、技术规范与国外仍有较大差距。在施肥设备方面,普遍采用不透明的压差式施肥罐,文丘里式、水动泵等设备和控制装置的国产化和规模化应用相对缓慢。

   在田间管网铺设机械化作业方面,研制出了田间毛管铺设、铺膜播种一体机和干管铺设开沟机,并在棉花、甜菜、豆类等多种作物广泛应用;研制出了适于大田农作物随水施肥的全营养速溶性高效滴灌固态复合肥;研究开发出滴灌平衡施肥专家决策系统,并应用于生产,实现了条田施肥数字化管理。

02、滴灌系统配置研究

    根据灌溉水源类型和水质变化情况研制出了不同的滴灌首部过滤系统、地埋干管与地面支辅管相结合的“支管+辅管”滴灌系统、不使用辅管的“大支管轮灌系统”、移动首部滴灌系统、小农户滴灌系统、微压滴灌系统、自压滴灌系统、重力滴灌系统、自动化控制灌溉滴灌系统等多种形式的滴灌系统;针对不同作物研制出了棉花、加工番茄、甜菜等大田作物滴灌系统和适应设施农业的群棚及小型单棚滴灌系统;根据地形地貌研制出了丘陵滴灌系统和不同坡度的平原滴灌系统。

03、滴灌配套技术研究

   1996年,新疆兵团引进以色列成套滴灌设备,将滴灌技术与地膜覆盖技术有机结合,创造了膜下滴灌技术。随后研究了在滴灌条件下不同作物的需水需肥规律及高效灌溉制度、随水平衡施肥与水肥一体化耦合技术、化学调控技术、病虫害防治技术、高密度高产栽培技术,不同土壤质地水盐、养分运移规律和土壤次生盐渍化的综合防治技术,作物需水预测预报及农田灌溉调度管理、水库群灌优化调度等关键技术,形成了以棉花、加工番茄、瓜果等作物为主体的滴灌综合配套技术体系。同时,开展了滴灌技术在粮食作物上的应用研究,逐步使滴灌技术的应用由棉花扩展到玉米、小麦、甜菜、向日葵等作物,而且应用地域范围逐步扩大,由新疆逐步向西北、华北、东北等地推广。

三、目前存在的主要问题

   通过多年的技术引进、消化和吸收,我国在滴灌设备研制及生产、系统设计及配置、配套产品与技术开发等方面都取得了突破性的进展,部分滴灌设备产品性能和田间作业机械配套及以棉花等经济作物的应用效果已接近或达到国外同等水平。但在滴灌技术的应用范围、推广速度、应用效果等方面,在全国范围内存在较大的差异。这些问题反映在技术上,主要有以下几个方面。

01、工程规划设计欠规范

  规划是滴灌系统设计的前提,制约着滴灌工程投资、效益和运行管理等多方面指标,是决定滴灌工程成败的工作基础。

   我国目前绝大部分地区还没有将滴灌工程纳入农田水利工程规划之中,在田间设计和系统配置上存在死搬硬套他人模式、与当地资源环境及农艺技术结合不够紧密等问题,导致出现了流域灌排不协调、条田林网死亡、经济社会效益不突出等现象。

02、水肥一体化技术不到位

   滴灌随水施肥是滴灌技术的重要组成部分,是实现水肥一体化、提高肥料利用率、增产增收、节本增效的关键措施。但目前大部分滴灌区注重滴灌田间工程建设、关注强调节水的因素较多,重视水肥结合、发挥肥的作用不够;实行氮肥随水滴施的较多,采用氮、磷、钾等多元素配方随水施的较少;大部分农户凭经验随意进行,滴灌技术的准确灌溉、准确施肥的作用没能得到充分发挥。

03、应用的作物较单一

    “九五”以前,我国滴灌技术的研究与应用,主要集中在设施园艺、瓜果蔬菜等作物上。1996年后,新疆兵团将滴灌技术广泛应用于大田作物生产,但在2005年前也仅应用于棉花、加工番茄、甜菜等经济作物,且在滴灌设备、田间管网和配套作业机械与灌溉施肥制度等方面的科研力量,也主要集中于经济和设施园艺作物。将粮食作物应用滴灌技术纳入新疆兵团科研计划是从2005年开始的,而且在田间装置及农艺配套技术等方面,基本上参照或沿用了棉花滴灌模式。

04、基于滴灌的区域环境研究滞后

   自1996年新疆兵团将滴灌技术应用于大田作物以来,为我国农业节水、作物增产增效、农民的增收发挥了巨大的作用。然而,滴灌技术的应用对于区域环境包括水环境、土壤环境、作物病虫害、农田小气候、区域生态会造成什么样的影响,目前的相关研究一定程度上滞后。

四、发展前景展望

  农业农村部提出到2020年,我国农业要实现“控制农业用水总量,减少化肥、农药使用量,化肥、农药用量实现零增长”。同时,我国仍然面临着要以占世界7%的耕地养活了占世界22%的人口的问题。在此背景下,大力发展滴灌和水肥一体化将有利于解决控水减肥与粮食需求增长之间的矛盾,对于提高肥料利用率并减轻对环境的压力,保障粮食安全、保护生态环境具有极其重要的意义。

    滴灌技术是集装备和技术于一体的先进灌溉技术,是实现农业设施化、规范化、自动化的有效途径,它能使种植业最基本的两项农事活动(灌溉、施肥)实现准确化,能大大提高农业资源产出率和劳动生产率。

    水是万物之源,是农业的命脉,涉及我国粮食安全、食品安全、生态安全和人与自然和谐共生的基本方略。实践证明:滴灌技术可节水50%以上;单位面积粮食作物增产20%以上,水产比提高80%以上;单位耕地的播种面积增加5%-7%;单位面积等产量的农药化肥使用量减少30%以上,有效降低了农田和食品的污染源。

    滴灌技术是一种广谱的节水技术,干旱半干旱、季节性或突发性缺水地区的洼地、坡地、山地等都适宜使用,适宜使用滴灌的作物种类也很广泛。据不完全统计:我国目前适宜采用滴灌的经济作物有油料、棉花、麻类、糖料、烟草、药材、蔬菜瓜果等,面积约5066.67万公顷;灌区小麦、玉米等粮食作物播种面积约4000万公顷;果园面积约920万公顷,且大部分分布在坡地和丘陵山区,缺少水源工程设施;设施温室、大棚面积约166.67万公顷;治沙造林(仅经济林)约366.67万公顷。可见,滴灌技术在我国有着广阔的发展前景。


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