陈 芳

(天津市农业发展服务中心，天津 300061)

0 引言

我国是水资源严重匮乏和分布极不均衡的国家，多年来水资源总量居世界第4位，但人均水资源占有量仅为世界人均水平的1/4，单位耕地面积水资源量约为世界平均水平的1/2[1]。水资源分布率占全球的60%，是典型的季风性气候，南部地区的降水量是北方地区的2～3倍，这导致我国南方地区水资源分布丰富，而北方地区水资源分布匮乏[2]。天津市地处华北平原，农业用水资源紧缺，目前全市年实际农业可用水12亿m3，占总用水量43.6%[3]。传统农业的大水漫灌和过度增施化肥，既明显浪费水肥资源，又严重破坏土壤结构和农业环境。故而国家把资源节约型和环境友好型农业建设做为传统农业改造和现代农业发展的重要标志和战略方针。水是命脉，肥是基础，水肥一体化管理技术尤显重要，而机械化、智能化生产技术则是推动现代农业发展和规模化经营的关键，明显提高水肥资源的利用效率，满足农作物不同生育阶段对水分和养分的需求，达到栽培作物增产增收和品质改良之目的，实现农业节本增效，推动传统农业向现代化农业转变，促进乡村振兴、农业增效、农民富裕，提升农业生产力之愿景。

1 发展概况

1.1 现状

水肥一体化技术在节水节肥、增产增收、改良品质、环境保护和省工省力等方面效果显著，发达国家早已在生产上广泛应用，而我国从设施栽培精准农业示范工程逐步向果园和大田栽培中应用，开始被广大农民和示范园区逐步接受。目前，在喷灌、微灌面积与低压管灌面积方面有逐年增大趋势，水肥一体化技术也从过去的小范围试验示范逐渐发展到大面积的推广应用，全面覆盖东北地区、华北地区、西南地区和南方大部分地区，其技术主要应用于粮食、蔬菜、果树、茶叶、花卉等多种农作物的栽培上[4]。水肥一体化进一步通过农业物联网和远程控制设备的配置和运行，形成信息化、精准化、自动化的智能型高效管理技术体系，但受一次性投入和运行成本高，对施用物质量要求严格和操作者科技水平等因素限制，目前仅在经济和科技实力雄厚的工厂化生产企业和部分现代农业与果树示范区中应用，生产经济价值较高的花卉、水培蔬菜和优质果品等农业产品。

1.2 应用模式

1.2.1 设施栽培

智能型水肥一体化技术适用于具有一定规模、资金和科技力量雄厚，生产经济附加值较高的工厂化生产企业和现代化农业示范园区。膜下滴灌适用于设施蔬菜覆膜栽培，单棚采用压差式施肥罐或文丘里施肥器，多棚集中采用智能施肥机或注肥泵。微喷适用于设施育苗、花卉、食用菌栽培，安装悬挂式微喷头或自走式微喷设备，肥料按要求浓度用注肥泵注肥，既保证栽培作物水肥要求，又保障环境内适宜湿度。

1.2.2 现代果园示范区

根据不同品种果树自身生长发育规律及水肥(养分)需求量，选择适合的灌溉技术[5]。采用喷灌、滴灌、涌泉灌或小管流出式灌溉，施肥用压差式施肥罐或文丘里施肥器。

1.2.3 大田作物、规模化产业园区

适用于小麦、玉米、露地蔬菜等农作物栽培，多采用微喷带、固定喷灌或指针式、直走式、卷盘行走式喷灌机具，配置注肥泵或智能施肥机。

1.3 应用效果

刘玉青等[6]进行的温室越冬茬番茄栽培水肥一体化技术与传统技术对比研究结果表明：水肥一体化技术比传统技术节水1 710 m3/hm2，省水30%左右；节肥1 717 kg/hm2，省肥1/3，节省肥料投入3 160元/hm2；在不同土壤质地温室内栽培单产在15 552～16 362 kg/hm2，分别增收4.85%～6.77%；节省用工381 d/hm2，按80元/(人·d)计算，可节省人工成本30 480元/hm2，扣除设备投入年均费用、运行维修等费用，总计节约成本在20%以上。

袁丽敏等[7]通过设施辣椒水肥一体化氮肥减量增效试验证明，在相同栽培形式下，施N量减少到147.9 kg/hm2，比传统施肥量减少50%，利用率可提高30.57%，单产增加33 966 kg/hm2，增产36%，结本增效纯收益为54 114.6元/hm2，既节省了农业资源，又明显提高了经济效益。目前应用的水肥一体化技术，经过进一步减氮对比试验，结果减少氮15%，氮肥利用率提高6.47%，节本增效54 114元/hm2，改造水肥一体化传统农艺技术也可取得显著效益。

郑育所等[8]进行的设施膜面软体集雨窖水肥一体化新技术研究结果表明，有效集雨、高效节水灌溉、水肥耦合的一体化集成，具有节水、节肥、省工、改善水质、增产、增效的效果。

崔增团等[9]进行的水肥一体化渗灌技术在苹果上的应用模式研究结果表明，“有机肥+水肥一体化(物联网+自动施肥+渗灌)”技术模式通过推广应用水肥一体化技术，通过滴灌将水肥直接输入到果树根部，结合果树病虫害绿色防控技术，苹果果品品质得到提高，化肥利用率提高20%，水分利用率提高10%以上，减少投入和用工成本30%，节本增效8 299.5元/hm2。

2 问题与对策

2.1 智能制造水平落后，亟待多学科融合发展

智能机械制造工艺基础薄弱，缺少核心技术，研发成本高，科技力量不足：智能型水肥一体化机械设备制造工艺相对落后，尚未真正掌握核心技术，很多自动化控制系统的精密元器件仍依赖进口，研发单位分散、技术力量不足、经费短缺，造成价格高、配套组装契合度低、维护成本提高等普及使用的瓶颈[10]。为此，针对智能型水肥一体化机械设备的制造，应整合研发单位与企业的科技资源，加大投入，提升机械制造工艺水平，突破核心技术难点，确保机械设备的精确性、可靠性和配套性；利用5G网络环境，融合网络信息技术，融合人机工程概念，结合农业生产的复杂性，开展专属智能型机械成套设备的研发与生产，增加用户的使用愉悦感，克服“闭门造车”的设计理念；广泛接触国外先进技术，与国内现有技术紧密结合，尽快研发制造出适应我国现代农业发展，性能优良，价格适宜的智能型水肥一体化成套装备，促进现代农业发展和生产效率的提升。

2.2 解决制约因素影响，扩大技术应用规模

制约因素主要有种植规模小且分散，农田水利工程落后，水源不足，水质较差，不以灌溉用水量收费；追肥多，普遍应用可溶性的肥料，个别经济实力较好的集体，在国家惠农资金资助下建成的节水灌溉示范区，重建设，轻管护，新技术效果不明显。随着国家乡村振兴、土地流转等惠农政策的不断深入推进，土地经营规模逐渐扩大，部分农村进城创业人员、积累一定经济实力的企业家和部分有志农村创业的高学历科技人才，有着强烈的农村创业意愿。应根据目前形势，制定出更多、更优惠的扶持和鼓励政策，以推动传统农业向现代农业转变，促进乡村振兴的质量和速度。

2.3 降低设备运管费用，促进应用效益提高

水肥一体化技术，尤其是智能型水肥一体化技术，设施设备和运行管护费用高。水肥一体化技术对水肥药等农业资源的节约和农业环境的保护意义重大，作用明显。尽管回乡创业人员有一定的经济实力和科学知识，但不足以完成农田水肥一体化工程建设和设施设备与材料购置的需要。为此，应制定和完善以政府为主导，多渠道融资、投资入股、优化金融服务等政策和措施，以保障这些有志农村现代化发展之士的愿景能顺利实施，快速发展，取得明显的经济、社会和生态效益，彻底改变农业效益和生产力低下的旧面貌，促进农业现代化发展。

2.4 提升整体科技水平，推动新技术发展和应用

首先是机械设备、材料，尤其是智能型成套设备，质量有待进一步提高，制造成本亦需明显下降，增强机械设备的配套性能；其次是缺少科学应用和精准维修的专业科技队伍；再次是工程建设规范化、标准化程度不足，工程质量得不到有效的保障。

机械设备制造企业应优化机械设备制造工艺，制定产品企业标准，提高产品精度，增强机械设备配套和通用功能，努力降低生产成本。国家应对生产企业给予一定的设备改造资金支持，以及产品提质增效、提高配套性和通用性的技术帮助；应用和维护专业队伍的建设方面，现代农业经营主体对现有操作人员邀请有经验的使用维护人员进行培训，或派科技人员去相关技术先进单位或职业培训部门短期培训。教育部门也应考虑建设和增设适应现代农业科技发展所需要的综合实用型人才培养的职业教育体系和机构。水肥一体化工程建设单位应努力提高工程质量，组建专业施工队伍，制订工程建造工艺流程规范，以及科学施工、工程监理和验收标准。

2.5 加快水源改良，研发适用肥料，提高应用效果

符合水肥一体化，尤其是智能型技术机械装备所需达标的水肥资源不足。水肥一体化技术是资源节约型和环境友好型现代农业建设的关键技术，我国水资源匮乏，尤其是长江以北区域更甚。农田灌溉用水体量大，地表水多利用自然降水，河道坑塘水库雨季贮水和经净化处理的工业和生活污水；追肥多施用水溶性差价格便宜的普通化肥，且施用量过多，既浪费资源增加成本，又破坏土壤结构。水肥一体化技术机械装备要求洁净的中性水质，以防对机械设备的腐蚀和堵塞，以及对土壤环境的破坏；追施的肥料要求水溶性和溶解稳定性好，以保障易于勾兑，浓度均匀不分解沉淀。

应对所有污水排放企业或单位严格检查，尤其是对农村小型企业要严加管理，增加对污水净化单位的政策与经济支持，严格检测净化水质标准，贮存水源应用单位要增加用水的过滤净化设备。要求对化肥生产企业要通过技术研发、工艺设备改造和先进技术与工艺设备引进，增加水溶性优良的化肥产量和品质，努力降低生产成本。提高水肥一体化技术，尤其是智能型技术在节约农业资源、保护生态环境中所产生的显著效果。

2.6 完善作物栽培和土壤技术需求资料

水肥一体化技术实施地域土壤基础资料和栽培作物不同生育阶段水肥需求规律等资料欠缺，不能充分发挥新技术节本增效、保护生态环境的显著作用。实施前必须熟悉和掌握实施地域内土壤基础条件，如质地、容重及盐分，以及有机质和N、P、K有效成份含量等资料；清楚地了解所栽培作物不同重要生育时期对水肥的需求规律，并制定出与水肥一体化技术相匹配的规范化栽培技术体系。

在当地土壤肥料管理部门详细查阅土壤普查存档资料的基础上，与农艺科技人员紧密配合委托有资质单位现场取样，进行土壤基础状况相关项目分析。要获得栽培作物不同生育阶段如育苗、定植、开花、结果等时期水肥需求规律资料。一方面查阅相关栽培技术文献和当地科研与推广单位开展的相同作物研发技术成果，再与相同作物种植经验丰富的农民座谈并取得当地农业部门的农艺科技人员的指导；还要清楚地了解实施地区的水资源和水利工程现状，最后制订出水肥一体化技术实施与作物相配套，符合当地资源条件的灌溉与施肥方案，遴选出经济适用的水肥一体化技术设备，以充分发挥新技术的明显优势。

2.7 促进农机农艺融合，制定技术实施标准

我国农业现代技术的科技水平和配套机械设备的精准度、稳定性远落后于发达国家，水肥一体化技术实施还处于初级阶段，尚未建立一套科学、可操作性强的规范化配套技术体系，研发资金不足，专业科技人员匮乏，水资源稀缺，肥料可溶性差，使用者对实施地环境基础、栽培作物的水肥需求规律了解不深，限制了水肥一体化等现代农业技术的应用。

要深入系统开展水肥一体化技术研发，制订完整可操作性强的设施建设、设备配置和配套栽培技术体系。各级政府科技主管机构应注重农业现代技术的研发，列入科技发展规划，加大投入力度，科技单位开展深入系统研发，组织农机、农艺、水利等多学科科研攻关，尽快制订出标准化的工程建设方案，配置实用的机械设备，以及完整、科学、规范的作物栽培技术体系，以方便使用者实施。要加强现代农业技术专业科技人才培养：一方面通过对现有科技人才培训，提高科技水平；另一方面则是通过正规的职业教育培养较高层次的专业科技人才，以满足现代农业快速发展的需求。加大对现有人才资助和支持，提高设施设备的维护和改造以及对正在实施的高科技技术进一步研发和提升，对推动现代农业建设的快速发展，促进现代农业技术的科技进步，提高农业生产力和明显增加现代农业的经济、社会和生态效益，以及加快乡村振兴意义重大。

3 结束语

水肥一体化技术是根据实施地域的土壤水肥含量和栽培作物水肥需求规律，将可溶性肥料与水配兑成液肥，利用压差与灌溉水混合，经可控管道定时定量按比例提供给农作物，达到施用便捷、节本增效、保护环境和改良品质之目的。智能型水肥一体化技术应用，由于控制系统稳定性不高，核心技术和设备关键零部件制造技术达不到质量要求标准，现有机械设备不能满足用户节能、高效、精准、稳定和价廉的要求，制约了其普及应用，但随着现代农业发展、种植规模不断扩大，经营主体对智能型水肥一体化技术和装备需求迫切、意识增强，随着国家科学技术的进步，突破关键技术难点，实现成套机械设备的制造国产化，智能型水肥一体化等一批现代农业技术必将得到迅猛发展，推动我国农业现代化早日实现。