作物生产的目标是用更低的生产成本去获得更高的产量、更好的品质和更高的经济效益。从作物的生长要素来看,其基本生长要素包括光照、温度、空气、水分和养分。在自然生长条件下,前三个因素是人为难以调控的,而水分和养分因素则可人为调控。因此,要实现作物的最大生产潜力,合理调节水肥的平衡供应非常重要。
水肥一体化原理
植物有两张“嘴巴”,根系是它的大嘴巴,叶片是小嘴巴。大量的营养元素是通过根系吸收的。叶面喷肥只能起补充作用。施到土壤的肥料怎样才能到达植物的嘴边呢?通常有三个过程。一个叫扩散过程。肥料溶解后进入土壤溶液,靠近根表的养分被吸收,浓度降低,远离根表的土壤溶液浓度相对较高,结果产生扩散,养分向低浓度的根表移动,最后被根系吸收。第二个过程叫质流。植物在有阳光的情况下叶片气孔张开,进行蒸腾作用(这是植物的生理现象),导致水分损失。根系必须源源不断地吸收水分供叶片蒸腾耗水。靠近根系的水分被吸收了,远处的水就会流向根表,溶解于水中的养分也跟着到达根表,从而被根系吸收。第三个过程叫截获,即养分正好就在根系表面而被吸收。扩散和质流是最重要的养分迁移到根表的过程。这两个过程都离不开水做媒介。因此,肥料一定要溶解才能被吸收,不溶解的肥料植物“吃不到”,是无效的。在实践中就要求灌溉和施肥同时进行(或叫水肥一体化管理),这样施入土壤的肥料被充分吸收,肥料利用率大幅度提高。
质流过程示意图
扩散过程示意图
从对肥料浓度的控制条件看,通过灌溉系统施肥可以按下面两种方式进行。按数量施肥
在施肥时只考虑每次施入的肥料总量。如对大田作物要求每公顷施多少公斤肥料,而对木本果树则要求每株施多少公斤肥料。在施肥过程中,随着施肥时间的延长,被灌溉水带走的肥料浓度越来越低,最后趋于零,这种施肥方法称为按数量施肥。
按比例施肥
在施肥时既考虑施肥数量同时又考虑施肥浓度,要求施肥过程中养分浓度是均匀一致的,这种施肥方法称为按比例施肥。
结论
对这两种施肥方式的选择主要根据作物的种类、根系生长介质和施肥成本来确定。总体来讲按数量施肥的设备成本要低于按比例施肥。一般大田种植的作物多采用按数量施肥,而温室栽植的蔬菜、花卉等多采用按比例施肥。因为温室栽培多采用砂、泥炭、岩棉等疏松透气的基质。这些基质虽然有很好的保水和通气性能,但对养分的吸附和缓冲性能低。给根系供应恒定的适宜的养分浓度,可使根系免受高浓度养分造成的肥害。在水肥一体化技术条件下的各种施肥设备有的是按数量施肥,有的是按比例施肥。
水肥一体化技术的局限性
1、投资成本大
尽管水肥一体化技术已日趋成熟,有上述诸多优点,但因其属于设施施肥,需要购买必须的设备,其最大局限性在于一次性投资较大。根据近几年的灌溉设备和施肥设备市场价格估计,大田采用灌溉施肥一般每亩设备投资在400~1500元,而温室灌溉施肥的投资比大田高。投资大小与众多因素有关。
2、管理要求高
除投资外,水肥一体化技术对管理有一定要求,管理不善,容易导致滴头堵塞。如磷酸盐类化肥,在适宜的pH值条件下易在管内产生沉淀,使系统出现堵塞。而在南方一些井水灌溉的地方,水中的铁质引致的滴头铁细菌堵塞常会使系统报废。
3、选肥料要适当
用于灌溉系统的肥料对溶解度有较高要求。对不同类型的肥料应有选择性施用。肥料选择不当,很容易出现堵塞,降低设备的使用效率。
4、用户观念的转变
采用水肥一体化技术后,施肥量、肥料种类、施肥方法、肥料在生长期的分配都与传统施肥存在很大差别,要求用户要及时转变观念。而生产中很多用户安装了先进灌溉设备,但还是按传统的施肥方法,结果会导致负面结果。
5、易出现限根现象
在水肥一体化条件下,施肥通常只湿润部分土壤,根系的生长可能只局限在灌水器的湿润区,有可能造成作物的限根效应,造成株型较大的植株矮小。这在干旱半干旱地区只依赖滴灌供水的地区可能会出现这种情况,但在华南地区有较丰富的降水,设施灌溉并不是水分的唯一来源,在此情况下基本不存在限根效应。
6、根部易盐渍化
长期应用微灌施肥,特别是滴灌施肥,容易造成湿润区边缘的盐分累积。但在降雨充沛的地区,雨水可以淋洗盐分。如在我国南方地区田间应用灌溉施肥,则不存在土壤盐分累积的问题。而在大棚中多年应用滴灌施肥,盐分累积问题比较突出。
7、有可能污染水源
施肥设备与供水管道联通后,在正常的情况下,肥液被灌溉水带到田间。但若发生特殊情况如事故、停电等,则有时系统内会产生回流现象,这时肥液可能被带到水源处。另外,当饮用水与灌溉水用同一主管网时,如无适当措施,肥液也可能进入饮用水管道,这些都会造成对水源水的污染。但在设计和应用时采取一定的安全措施,如安装逆止阀、真空破坏阀等,就可避免污染的发生。
水肥一体化推广的障碍
灌溉施肥技术的成本较高,而农产品价格偏低,这是目前技术推广的最大障碍。农业生产本身也是一项经济活动。一项技术再好,如果用户不能产生经济效益也无法推广开去。目前,我国绝大部分的农用水是不收费或很低收费,因此,从节水角度鼓励农民使用节水灌溉收效不大,绝大部分是从节肥省工高效来考虑。但目前较高的成本使他们犹豫再三,不敢尝试。水肥一体化灌溉施肥技术是一项综合管理技术措施,涉及到多项成本构成,具体有:1、设备成本
包括设备来源(国产或进口)、系统寿命的长短、自动化程度的高低、材料的等级及规格等。以滴灌管为例,有些可以用15年以上,有些只能一年半载;同样的材料有些管壁厚有些壁薄;对内置滴灌管而言,滴头间距越小,成本越高。很显然,寿命长、管壁厚、滴头间距小的滴灌管价格就要高。
2、水源工程
在水肥一体化系统的规划设计中,只要是符合农田灌溉水质标准的水都可以作为灌溉水源,如河水、井水、水库水、池塘水、湖水、降水等。很显然,水源工程越复杂,花费越多。一些地方需要打深井,一些要建引水渠,修蓄水池,拉电源等,所涉及的成本差异大。
3、作物种类
包括种植作物的种类、行间距、年龄等。如单位面积茶园应用滴灌技术的成本要高于苹果,因为茶的行距远小于苹果,需要更多的滴灌管。蔬菜通常比果树成本高。
4、地形及土壤条件
如土壤质地、地形坡度等。很显然在复杂的地形条件下可能需要消耗更多的材料且增加安装成本。与平坦地带相比,当高差很大时要用压力补偿式滴灌管,增加成本。土壤质地与滴头间距有关,砂土间距小,滴头多,相应成本增加。
5、地理位置
交通不便的地方材料购置与运输困难,通常会大幅度增加系统成本。
6、系统规划设计
一般来说,合理的设计可节省材料,系统的安装和运行成本相对较低;而不合理的设计通常导致材料的浪费,系统运行成本也会相应增加。
7、系统所覆盖种植区的面积
一般来说,无论种植区面积大小,都必须至少有一套灌溉施肥首部系统。面积越大,首部系统分摊到单位面积的成本就越少。
8、肥料
在系统运行过程中,肥料的选择有多种,有普通肥或专用肥、进口肥或国产肥之分。一般而言,用普通肥料自行配肥是便宜的。但配肥需要有专业知识。
9、施肥设备和施肥质量要求
在施肥设备中,既有简易的、低成本施肥装置,也有复杂的、价格相对昂贵的施肥机等。在施肥方式上,有按比例施肥和按数量施肥两种。总体而言,按比例施肥用的设备要比按数量施肥用的设备昂贵。
结论
因上述每项都是一个变数,要确定某一灌溉施肥系统的详细成本需视具体情况而定。正如建房子,相同面积的房子价格可以相差几十上百倍,但房子居住的基本功能却是相似的。随着我国水肥一体化技术的发展,市场会越来越成熟,灌溉施肥的模式也会越来越多,成本也将越来越低。在目前情况下,水肥一体化技术可以优先用在经济效益较好的作物上(如花卉、果树、蔬菜、药材、烟草、棉花、茶叶及其它特产经济作物等)。
水肥一体化应用前景
水肥一体化技术是现代农业生产中最重要的一项综合管理技术措施之一。具有显著的节水、节肥、节能、省工、高效、环保等诸多特点和优点,使该技术在世界范围内得到快速推广应用。
我国的可耕种土地面积非常有限,其中绝大部分是比较贫瘠的,这就意味着有相当大一部分的土地需要水分和养分的补充。在可耕种土地当中,灌溉耕地面积约占43%,57%是靠自然降水。但是雨水的季节性分布不均,大部分降雨发生在夏季和秋季;旱灾发生频率很高,几乎覆盖了全国的各个农业生态区,特别是在我国北方和南方的部分地区,干旱缺水的情况比较严重,如被认为雨水充足的广东、海南,虽然年均降雨量在1800毫米以上,但连年的秋冬连旱或秋冬春连旱已成为农业生产发展的最主要限制因素之一。
我国又是世界化肥消耗大国,单位面积施肥量居世界前列,养分利用率不高。从全国的情况看,一是不同地区的施肥水平不均衡,西部和北部地区施肥水平相对较低,而在南方和蔬菜生产中则施肥过量;二是养分的分布不均衡,有些地方过多地使用氮肥,导致氮、磷、钾比例失调,而有些地方虽注意了氮、磷、钾肥的平衡施用,但大量元素肥料和中微量元素肥料之间的比例失衡,严重影响作物产量和产品质量的提高;三是施肥技术比较落后,大多数地区依然使用传统的施肥方式,如肥料撒施或大水冲施,这种施肥方式导致肥料利用率低下,不仅浪费大量的肥料资源,也引起大量的能源损失。而肥料资源的浪费则意味着对水体、土壤或大气的污染,是对环境的破坏。因此,在农业生产中,如何提高水肥利用率,不仅体现在节约水肥资源、降低农业生产能耗,还体现在如何减少对环境的破坏与污染、保护我们的生存环境。
随着我国经济的发展,劳动力短缺现象将愈加明显,劳动力价格也将越来越高,这在无形中增加了生产的成本。据调查,在现有的农业生产中,真正在生产一线从事劳动的主要是40岁上下的妇女,而青壮年所占的比例很小,劳动力群体结构明显不合理、年龄断层严重。可以预见,在未来的若干年以后,一旦现有的这部分从业人员不再劳作,将很难有人来替代她们的工作,劳动力矛盾将更加突出;再有,现在的劳动力薪酬已是5年前的两倍甚至更高,按这种发展速度,有朝一日,这一成本将使不断增长的生产成本不堪重负。因此,在我国传统的“精耕细作”农业逐步向“集约化农业”转型的今天,如何实现高效低成本的生产将是每个经营者都必须考虑的问题。
结论
上述诸多因素的分析,让我们看到在我国发展水肥一体化技术的重大意义和美好前景,它的合理应用将有利于从根本上改变传统的农业用水方式,大幅度提高水资源利用率;有利于从根本上改变农业的生产方式,提高农业综合生产能力;有利于从根本上改变传统农业结构,大力促进生态环境保护和建设,最终实现农产品竞争力增强、农业增效和农民增收的目的。
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