马铃薯膜下滴灌水肥一体化研究进展

资料图

我国农业生产中水肥普遍投入过大，浪费严重，利用效率低下。有关统计数据显示，国内农业灌水有效利用系数仅为0.5，相比经济发达国家低0.2~0.3，而且传统的作物栽培基本不考虑作物的需水需肥规律，均以“大水大肥”来实现高产的目的。

特别是当前国内马铃薯种植过程中就普遍存在水分利用效率低下，过量施肥的问题，且施肥不依照马铃薯的需肥规律进行。

因而，当下亟待破解的理论与实践难题在于如何充分、有效的使用马铃薯生长所需的水肥。解决问题的重要捷径在于革新马铃薯灌溉栽培技术。滴灌水肥一体化技术是当前世界上最为先进的一项灌溉施肥技术，同时覆膜技术也是目前应用和成本效果最好的一种栽培手段，以上2项技术合理的互补、优化结合，最终变为膜下滴灌水肥一体化技术。

该技术在马铃薯栽培过程中的应用有效地解决了灌水和施肥难题，达到增产调质的效果，是发展现代可持续农业的必然选择。因此，有必要对马铃薯膜下滴灌水肥一体化研究现状及存在的主要问题进行梳理和总结，为水肥一体化在农业生产中的应用提供参考。

1基本概念

水肥一体化技术是指以微、喷灌等技术为依托，管道作为基本输水条件，配以溶解可调的施肥装置，按生育期内作物所需灌水和肥料的适宜数值配比，再借助管网灌溉系统直接输送至作物根系土壤部分，以起到对作物水分和养分适时适量满足的作用，进而实现高效管理和利用水肥的一体化效应。

2研究概况

水肥一体化技术源自于无土栽培，随着高效灌溉技术的更新而得以发展。最初被应用于地表以下的灌溉，19世纪60年代，德国学者对农作物灌水时，直接用管道灌水，最终产量大增。20世纪初，美国学者首次提出将滴灌系统应用到农业灌溉。

20世纪20年代初，在滴水出流技术方面德国取得重大突破，使灌水沿穿孔管道输送时，土壤被从孔眼流出的水浸湿；

20世纪50年代，英国和荷兰学者领先将滴灌技术应用在大棚蔬菜和花卉的灌溉试验；20世纪60年代以色列学者研发出长流道滴水器，致使滴灌系统在技术上取得重要的进展；20世纪70年代后，滴灌技术从以色列急速传入澳大利亚、英国、南非和新西兰等世界各个国家和地区的农业生产当中，并不断的被应用推广。

同发达国家相比，我国水肥一体化技术发展起始于20世纪70年代。于1974年，从墨西哥引进滴灌设备，分别在山西省大寨村、河北省沙石峪村和北京密云县各设置1个试验点，进行果树、蔬菜和粮食作物试验研究。1980年，我国自行研发的第1代成套滴灌设备成功生产，之后在引进国外先进生产工艺的基础之上对滴灌设备及其相关理论技术进行应用性推广试验研究。

20世纪90年代，新疆维吾尔自治区生产建设兵团就大田试验与室内试验相结合，研究一套适宜于大田的膜下滴灌技术体系，并在棉花种植上被大面积应用。进入21世纪后，随着技术体系的日趋成熟，开始应用到马铃薯等各类作物。

王泽义等：马铃薯膜下滴灌水肥一体化研究进展农业工程水土工程3研究进展

3.1水肥规律

土壤中水、肥、气和热等资源有效利用效率经膜下滴灌水肥一体化技术的实施得到了提高。因此膜下滴灌条件下的马铃薯需水、需肥规律的深入研究，可为马铃薯的水肥高效管理提供理论支撑及技术服务。

秦军红等研究认为，膜下滴灌马铃薯全生育期耗水量呈现出生育前期少、中期多、后期减少的近似抛物线的趋势。

尹娟等研究结果表明，马铃薯灌溉定额一定时，其产量、耗水量和水分利用效率等指标均表现出1次或3次灌水的结果均低于2次灌水的规律。

田英等试验结果表示，马铃薯各生育阶段需水规律表现：水分下限最佳指标是苗期65%、块茎形成期75%、块茎增长期80%、淀粉积累期60%～65%；耗水量在354.59～372.69 m是确定马铃薯经济灌溉定额研究的主要范围。

井涛研究认为，氮素被马铃薯吸收速率呈现单峰曲线变化趋势，呈“慢-快-慢”的变化规律，块茎形成期与块茎膨大期是马铃薯氮素吸收速率最大的时期，可达到51.14~70.39 mg/株·d-1。

高媛等试验结果表明，生产1 t的马铃薯，所需要的N、P2O5、K2O等养分区间范围依次是3.0~4.0 kg，1.0~1.5 kg，4.0~6.0 kg，且施肥过量对于产量的提高和养分的吸收均无显著影响。

3.2水肥耦合机制

20世纪80年代，提出水肥耦合的概念，是将作物所需水分和肥料，耦合调节在合理的范围，推动水肥间相互协调、共同作用，从而使得作物水分、养分利用效率被提升。

宋娜等试验研究表明，在水分条件等同的情况下，随着施氮数量的增加，耗水量和水分利用效率都呈抛物线趋势变化。

尹娟等通过盆栽马铃薯膜下滴灌的试验结果表明，以马铃薯淀粉含量为目标函数，淀粉含量最高时，水肥最佳配合为灌水量在苗期、现蕾期、初花期和盛花期均为灌溉定额的25%，补灌定额为856.20 m3/hm2；氮、磷、钾的施量依次为236.55、183.75和75 kg/hm2。

刘凡试验研究了不同水肥处理条件下的水肥耦合效应显示，以产量最大化为目标时，水肥耦合方案为苗期、现蕾期、块茎形成期和块茎膨大期为灌水时期，灌水量各为灌溉定额的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的施钾量。

吴晓红等研究认为，膜下滴灌条件下采用水肥一体化的水溶肥处理，氮、磷和钾肥的利用率分别被提高了22.7%、20.5%、23.5%，发现建立良好的水肥耦合比例不仅可以提高水肥资源的利用率，而且可以更好地改善马铃薯的品质。

3.3水盐运移规律

自然膜下滴灌水肥一体化技术的应用对土壤水盐有着显著的影响。李思明等结果表明，膜下滴灌初期，土壤中含盐量降低非常显著，随时间推移，降幅逐步减少，多年后稳定在一个固定数值。杨鹏年等试验结果表明，经滴灌后的土壤，盐分会在土壤中形成第2次分布，最终耕作层中土壤的盐分被有效的淋洗，浓度降至作物根系生长的适宜数值。

Mmolawa K等认为，膜下滴灌条件下，在湿润峰附近土壤发生盐分聚集，高频滴灌可有效抑制土壤盐分在作物根区积累。谭军力等研究表明，土壤耕作层盐分含量将随着滴灌年限的增加而逐渐减少，在耕作层以下土壤盐分含量却逐渐增多。

4问题及对策

4.1存在的问题

近年来，膜下滴灌水肥一体化技术在我国的大力推广应用，已取得了显著的成效，但仍存在以下4点问题。第一，作物的耦合机理在不同地域的研究不足；第二，水肥一体化技术设备及产品不配套、成本高；第三，覆膜栽培面积扩大，致使田地“白色污染”问题日益突出；第四，技术培训、宣传力度仍不够且推广机制不完善。这些问题成为了制约膜下滴灌水肥一体化技术发展的瓶颈。

4.2解决对策

4.2.1加强不同地区作物水肥耦合机理研究

马铃薯膜下滴灌水肥一体化技术不是单纯的灌水与施肥紧密结合的新型技术，还须根据不同地区气候特点、水资源现状、作物种类及水肥耦合技术要求，在采取膜下滴灌措施灌区的长期运行管理中应积极地进行水肥耦合机理的灌溉试验研究，并做好相关分析总结，以制定出适宜于不同地区的最优水肥配比。

4.2.2加强对水肥一体化技术设备研究

要以农业生产需求和农民实际需求为依据，强化核心技术和配套产品的组织研发。要加强对水肥一体化设备科研攻关，对其结构进一步优化，最大限度降低其成本和劳动力，增加智能化程度，提高灌溉施肥精度；同时利用物联网等前沿应用技术体系和市场，加强研制小型化、智能化和低成本的水肥一体化灌溉和施肥设备，积极推动我国发展高效、优质、高产节水农业。

4.2.3加强专用可降解覆膜研究

随着该技术的不断推广，地膜覆盖面积不断增加，“白色污染”这一原本突出的环境问题在农田覆膜种植后显得越发严重。而普通材料制成的塑料地膜，自然条件下难降解，残存时间长，多年覆膜种植后，土壤中残膜大量累积，破坏土体结构，严重影响种子萌发，作物根系生长以及水肥的吸收，给可持续农业生产及农村环境造成严重危害。因此，加强同材料学等相关学科的联系，增加对于专用可降解覆膜的科研投入。

4.2.4加强技术宣传、培训和推广

强化相关技术示范培训，形成膜下滴灌水肥一体的标准化示范展示基地，并以各基地作为平台，开展技术讲座、田间学校、入户指导等相应的宣传和技术培训活动；协调科研、企业和合作组织等各方力量，深化协作推广机制；有关水肥一体化设备生产企业应在销售产品的同时提供相应的售后技术指导服务。

膜下滴灌水肥一体化技术要想实现稳定性的、持续性的增产增效，在未来的时间应以如下3点为其发展的主要方向。首先，加强成本低、实用性高的滴灌设备和专用可降解膜及水溶性肥料等产品的研发；其次，要加强对于水肥一体化关键技术的理论研究；最后在已有的理论、技术和设备的基础上，不断的建立推行适宜于各地区域的实用化、规范化和标准化的水肥一体化综合管理制度。

（作者：王泽义，张恒嘉，王玉才，张万恒，高佳，姜田亮）