智能水肥一体化技术与装备的研究现状与发展趋势.pdfVIP

智能水肥一体化技术与装

备的研究现状与发展趋势

摘要:针对目前我国农业生产中存在的水肥投入量大、产出

低，各类要素综合利用效率低的现状，本文论述了水肥一体化技

术在节水、节肥、提高农产品产量和质量、减少病虫害发生并降

低农业污染等方面所具有的突出优势，并被认为是目前改变农业

生产现状的重要关键技术之一。智能水肥一体化技术的开发、应

用和推广更是一项加速升级传统农业管理模式、促进我国现代农

业发展的新的模式和技术途径，可有力支撑现代农业的快速发展。

本文综述了现有水肥一体化技术的发展研究与应用现状、存在的

缺憾和不足，并指出了该技术与装备的发展方向及关键技术。

1.引言

截止到2019年的年底，我国人口已突破14亿人，随着城镇

化率的提高和城镇化速度的不断加快，人均耕地占有面积逐步呈

现越发紧张的态势。同时，随着经济的发展和人民群众生活水平

的不断提升，大众对物质生活提出了更高的要求，亟需农业领域

提供门类差异、质优价廉、层次多样的农产品。因此，我国农业

生产面临着单位面积产量与农产品质量双重加速升级的严峻挑战。

同时，随着农业人口向城镇的不断聚集，直接从事农业劳动的总

量人数，尤其是青壮年人数出现大幅下降，因此农业生产面临规

模化生产趋势尤其紧迫，农业生产必须依托机械化、自动化和智

能化的技术和手段来替代传统的作业与运营模式，以不断提升农

业产业的生产效率和效益。

众所周知，支撑农业生产发展的最为关键的资源为水资源，

而我国水资源严重缺乏，人均淡水量仅占世界人均淡水量的1/4。

据统计，目前农业领域每年灌溉用水的缺口就达300亿立方米以

上，而且在我国的很多地区农业用水方式极不合理，存在大量浪

费现象。据统计分析，目前我国农业用水有效利用率平均不到40%

左右，与发达国家(如美国、日本、西欧等)农业用水有效利用率

80%的状况差距较大，我国农业生产在节水方面还有很大的提升空

间。同时，我国作为一个肥料生产和消费大国。每年使用的肥料

约占世界总施肥量的1/3，达到6000多万吨，但肥料的有效利用

率逐年降低，自1980年至2014年，我国化肥施用总量增长4.5

倍左右，而同期我国各类粮食产量的总量仅增长了82.8%，化肥

消耗量增速远超过粮食产量的增速，目前平均仅有30%左右被作

物生长所吸收，很多地区的农户为了追求高产量，而一味增加化

肥的施肥量，这种不根据农作物自身生长发育营养元素的需求，

盲目增加施肥的方式，不仅造成了大量的肥料浪费，还带来土壤

板结、酸化等一系列隐患，非常不利于我国农业生产的可持续发

展。根据农业部公布的数据，现行我国农作物亩均化肥用量达到

21.9公斤，远高于世界平均水平的每亩8公斤，是美国用量的2.6

倍，欧盟用量的2.5倍。综上来看，水肥用量的高投入与高消耗、

低效能产出已成为制约我国农业实现持续健康发展的拦路虎和绊

脚石，必须通过科技手段予以攻克和解决。

水肥一体化技术是当今世界公认的一项高效节水、保肥、低

污染、绿色与可持续发展的技术，其实现方法通常一般提前按比

例将水和肥料混合，借助管路的压力直接输运到作物营养物质的

吸收区(根部)，快速、稳定、精准地完成灌溉施肥的全过程，在

业界又被称为灌溉施肥、水肥耦合等。这一技术不仅实现了水肥

的高效综合利用，还能有效控制作物根系的湿度(特别是温室大

棚)，减少了作物病虫害发生的概率以及农药的使用量，在节约成

本投入的同时，可大幅降低对水土的污染。不仅如此，水肥一体

化技术和设备的应用在改善土壤品质、保持土壤营养物质、防止

土地盐渍化、提高农产品产量和质量方面也有显著效果，目前被

越来越多的大型农场所采用。水肥一体化技术自诞生以来，尤其

是在最近几十年的发展过程中，许多国家(尤其是发达国家)在水

肥一体化技术开发方面投入了巨大精力，尤其是研制了大量的水

肥一体化装备及相关的元器件，为农业生产的高效低耗发展做出

了巨大贡献。

2.国内外水肥一体化技术应用与研究现状

2.1.国外水肥一体化技术研究现状与应用

水肥一体化技术的核心和起点是滴灌技术，诞生于19世纪的

中后期，在20世纪的中期之后，伴随着塑料工业的发展，滴灌技

术的发展逐渐走上了快车道并趋于不断完善和成熟，在之后的50

年时间里，水肥一体化技术在全世界迅猛发展。作为一个最严重

缺水的国家之一，20世纪60年代初以色列逐渐开始在国内普及

水肥一体化技术，并在1964年建成了覆盖全国农