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引言
為深入貫徹習近平總書記節水優先的治水方針，黨中央高度重視節水工作，國務院辦公廳印發了《國家農業節水綱要(2012—2020年)》，全面部署并推進農業節水工作，提出要把節水灌溉作為發展現代化農業的一項根本性指標，水利部、國家發展改革委按照2021年中央一號文件要求，印發了《“十四五”重大農業節水供水工程實施方案》，明確應大力普及并推廣節水灌溉技術。2022年，葉建春省長在江西省農業發展大會上強調，為了應對極端高溫干旱天氣帶來的嚴峻挑戰，必須全力以赴，努力維護產量和供給。將深入實施現代種業提升工程，不斷開展優勢特色農業關鍵核心技術的聯合攻關，以促進農業經濟的穩中向好。水肥一體化灌溉技術儼然成為江西省發展高效農業的重要保障。在農業節水領域，國內外諸多研究表明，農藝節水可以顯著降低用水成本，同時有效促進增產增收［1，2］。康德奎等［3－5］從工程、農藝、應用等方面提出了相關的技術措施和影響因素研究，取得了較好的成效和推廣;孫仕軍等、李娜等［6，7］從標準化建設方面提出了農業節水技術標準，為促進農業節水可持續發展提供了理論依據。本文以江西省農村生態水利科研示范基地為例，通過基于物聯網的水肥一體化灌溉技術在南豐蜜桔栽培中的實際應用效果，分析該項技術在南豐蜜桔的種植應用是否可行、適應、可推廣，以期為江西省推廣使用水肥一體化灌溉系統提供參考。
1水肥一體化灌溉技術
1.1水肥一體化水肥一體化技術是水肥同步供應與使用，涉及灌溉、栽培與耕種的一項農業綜合技術［8］。在土壤含養量及作物需肥量等規律基礎上，結合作物根系耐肥度，將肥料配制成相應肥液，通過壓力系統，與水一起均衡勻速、定時定量輸送到作物根系進行灌溉施肥［9－11］。相較于傳統的漫灌和畦灌等落后灌溉方式，水肥一體化的新型灌溉技術更加高效和環保，灌溉系統有著節水節肥、省時減工、提質增效等優點［12－14］，實施水肥一體化技術，遵循了習近平總書記提出的重點關注減輕土壤和水資源短缺，促進農業發展方式改革的目標。水肥一體化系統因其安裝簡單、使用便利、精度較高，在我國北方和部分南方地區的果蔬、花卉、藥材等經濟作物栽培中得到了廣泛的應用［15］。
1.2水肥一體化技術優勢
1.2.1節約水肥資源，水肥供給均衡傳統耕作灌溉模式下，灌溉及施肥均以漫灌式為主，投入了大量人力物力，效果卻難以保障。水肥一體化技術能有效達到蜜桔各生長期對水和肥的需求，又可將水肥的消耗量控制在需求區間，有效節約水肥資源。同時，水肥一體化可根據蜜桔在不同生長期的養分需求規律進行適時適量施肥，實現按需所取的科學供給模式，更好地滿足蜜桔生長需求。
1.2.2集約人力資源，系統運作高效水肥一體化技術使得作物灌溉和施肥過程變得更加便利、高效，且具有較高的自動化、集約化，無需投入大量人力，僅需開閥及傾倒肥料入桶即可，單人就能實現整個園區的灌溉施肥工作。
1.2.3降低病害發生，提高果實品質實施水肥一體化，有效提高了水肥利用率，滿足蜜桔不同時期生長需要，抗病害能力也隨之提高，滴灌灌溉可阻隔病菌傳播，降低病蟲害發生。同時，傳統的灌溉模式，若土壤濕度過高則可能導致爛根，而水肥一體化可保障土壤透氣性及相應濕度，在果實成熟前很少出現爛果。
2水肥一體化技術應用
2.1基本情況江西省水利科學院農村生態水利科研示范基地(以下簡稱“基地”)，坐落南豐縣白舍鎮茶亭村，距縣城20km，位于江西省撫州市南部，為南豐蜜桔主產區，多年平均氣溫為18.2℃，多年平均降水量1802mm·6h－1。基地建于2004年，種植面積36hm2，栽培南豐蜜桔1.8萬株，致力于通過規范化管理和集中式生產來打造南豐蜜橘生態示范園，成為一個規模宏大的農業生產基地，平均產量2300kg·667m－2，精品率90%以上。地形為低丘陵區，土壤為紅壤，容重約1.34g·cm－3，田間持水量為26.8%。圖1項目區總體平面圖項目區(E116°9'，N26°58')自然條件良好，交通便利，土壤豐沃，但傳統的灌水施肥及粗放管理方式，導致蜜桔水肥利用效率偏低，不合理的灌溉方式導致蜜桔產量和品質下降，這種情況對當地農業經濟的長期可持續性造成了極大的阻礙。同時，因為該項目區的地形復雜，山巒陡峭，水土流失和源頭污染非常嚴重，給當地的農業生產和生態環境帶來了巨大的挑戰。為解決灌溉難、施肥難，特別是在旱季靠天吃飯的問題，徹底改善灌溉問題，在項目區安裝一套基于物聯網的水肥一體化灌溉系統，在灌溉的同時隨水施肥，項目投入使用約2a。
2.2系統布設通過物聯網技術，水肥一體化灌溉系統旨在實現“一控兩減”的目標，特別適用于大規模種植作物，如水果、蔬菜和花卉。這種系統能夠有效地控制和管理水肥，提高作物的產量和質量。這個系統能夠有效地解決大規模種植和集約化管理中的一些問題，如廣闊的種植面積、人力資源匱乏、高需求的勞動力、低效率的管理、水肥效益不佳和品質無法控制。通過現場控制、移動控制和中央控制等不同的管理模式，能夠高效協助園區管理人員對種植區域進行全面的水肥管理，顯著提高水肥的利用效率。大幅提升產量和品質。水肥一體化灌溉系統主要由水源、泵房和管網等系統組成，如圖2所示。水源系統主要是以引河水為水源，為了避免灌水器堵塞，需要采取過濾措施。首部泵房系統包含變頻恒壓控制柜、壓力流量監測設備、管網保護設備，如泄壓閥和持壓閥。此外，還有多級過濾系統和施肥控制系統。管網系統由主干管、支管、管網保護設備(如排氣閥、泄水閥和減壓閥)、田間毛管和末端灌水器組成。灌溉技術的發展已經大幅改進，現在更多地使用滴灌和微噴灌等方法。
2.3項目建設本系統建設以實現灌溉水肥的精準管控為目標，在掌握蜜桔各生育期的需水吸肥規律的基礎上，為了確定蜜桔的最佳灌溉和施肥時間，需要精確掌握灌水量和施肥量的參數。此外，還需要對蜜桔植株的生長生態環境進行全方位監控，并使用先進的傳感技術來監測氣象因子、土壤墑情和作物生長等指標。通過遠程傳輸監測數據，可以利用有線和無線通信技術進行數據篩選、分析和決策。通過中控平臺對蜜桔植株的生長情況進行實時監控，并做出明智的決策，采取最佳的南豐蜜桔灌溉與施肥制度。控制器在農業生產中起著至關重要的作用，其能夠幫助農民進行自動化灌溉和施肥。如今，許多人都在使用一體化水肥設備，能夠同時進行灌溉和施肥。這些設備通常具有觸摸式界面，能夠根據需要進行個性化操作，并且能夠實現多種不同的灌溉和施肥方案。根據不同應用需求，采取定時、定量、定濃度、定方式等不同灌溉模式，真正實現按需施肥，定額用水，提高水資源及化肥利用率。另外，隨著智能手機的廣泛使用，通過一個按鈕就能進行種植管理變得越來越容易。通過連接到中央控制平臺、現場控制器和手機終端，可以有效構建多種管理模式，包括集中控制、移動控制和隨時隨地控制，極大地提高了園區的管理水平和效率。項目區的水肥一體化灌溉系統項目實施主要包括以下內容。確定灌溉方式。本次南豐蜜桔水肥一體化灌溉項目，是在連片種植基礎上，建立“管道+滴灌+微噴灌”灌溉系統，分區灌溉;傳統灌溉方式管理粗放，責任難以落實到位，效益難以有效發揮，采用水肥一體化灌溉技術能夠有效激發種植戶的積極性，并有效提高管理水平。設備安裝調試。水源充足的前提下，通過建設蓄水池及壓力泵站，安裝相應配套管件及灌溉設施，安裝完成后進行調試以確保實現水肥一體化種植要求，同時對主管道沖洗保壓，保證水壓維持在合理范圍內，適時檢查滴頭，保障能夠正常運作，避免出現爆管、漏水等現象。投入運行使用。在蜜桔整個生長期，采用水費一體化灌溉設備進行施肥和灌水，項目區分為滴灌灌溉區域和微噴灌灌溉區域，設置好灌溉時長、灌水速率等參數，開啟一體化灌溉系統進行工作，無需人工看守，僅需待灌溉結束，進行設備清洗，做好相應的維養和管理。
2.4效益分析基于物聯網的水肥一體化灌溉系統的效益十分顯著，相對于傳統耕作模式，主要表現在節約水肥資源、提高作物質量等經濟效益，助力規模發展、促進農業節水等社會效益，改善生態環境、推動農業發展等環境效益。通過對本次基地蜜桔種植的水肥一體化應用的分析，通過引入水肥一體化自動控制灌溉系統，實現對灌溉和施肥的全面自動化，并將其納入集約化和信息化管理中，可以大幅度減少園區管理用工，使得80%以上的人力成本下降，同時還能夠將每667m2土地的用水量減少30%，化肥使用量也會減少25%。通過使用這個系統，可以添加各種有益的微量元素，從而大幅提高蜜橘果實的品質，并且帶來顯著的經濟收益。通過大力推廣這個系統，不僅能夠降低農業種植者進入市場的難度，還能夠有效地降低農業生產中所面臨的風險，操作簡易、便捷的數字化技術，通過提供專業指導和培訓，幫助許多初學者迅速掌握技能，并為其提供必要的經驗支持。
2.4.1經濟效益園區采用自動化灌溉和水肥一體化系統，顯著提高灌溉精度、降低勞動強度，原來需近10人管理，現只需1～2人，省工80%以上，自動灌溉大大減少了灌溉不均勻、跑冒滴漏等現象，節水達30%，節肥25%以上。同時，極大改善了蜜桔生長環境，降低了病蟲害發生，增產了20%，提高了蜜桔品質，帶動了銷售利潤。
2.4.2社會效益實踐證明，自動化灌溉結合水肥一體化非常適合于集中連片的蜜桔種植模式，能夠大力助推江西省土地流轉和規模化經營，信息化管理模式，能夠有效促進從農業大省向農業強省邁進。同時，引導種植戶樹立節水省肥觀念，增強節水意識，為深入推進農業水價綜合改革提供良好環境。
2.4.3環境效益傳統“大水大肥”的管理模式，造成了水資源浪費，破壞了農業生態，如水位和地力下降、水土污染等，實施水肥一體化措施后，顯著減少了用水量和化肥用量，促進農產品綠色化和農業發展可持續化。同時，有助于緩解農業面源污染現狀，改善大氣、水體、土壤等質量，實現農業現代化發展。
3水肥一體化應用前景
蜜桔園區由原粗放灌溉改造成基于物聯網的水肥一體化灌溉，運行2a來，通過大幅度改進灌溉條件，已經大幅提升了水肥利用效率，并且采用了自動化灌溉和水肥一體化系統，這個工程的效益非常顯著，并且投資成本很小，可以有效減少對耕地的占用。此外，該系統的運行更為方便，維護更為簡單，管理更為便捷，成本更低，可以降低當地農戶的勞動成本，減輕其負擔，并增加農民收入。雖然目前蜜桔種植水肥一體化技術依然有亟待改進之處，如水肥一體化對于肥料種類的基本要求較高，施肥時肥料質量不佳可能導致沉淀，從而導致管道堵塞，并且相應的滴頭也可能因為雨水浸濕而被淤泥堵塞等。然而，經過全面優化和提升，可以確保水肥一體化技術得到充分應用，并解決目前存在的問題。由此可見，基于物聯網的水肥一體化灌溉系統先進實用，具有廣泛的適用性，在江西省乃至全國的桔園栽培中具有可觀的應用前景，隨著國家一控兩減戰略、高標準農田建設、旱作節水項目、數字農業等一系列現代農業扶持政策的落地，首先要解決規模化土地的水肥管理問題，因此，本項目的推廣應用可以作為江西省完成新增高效節水灌溉目標任務的重要保障。
參考文獻
［1］單寧，田軍倉，閆新房，等．水肥熱耦合對滴灌青貯玉米生長、光合及產量的影響［J］．節水灌溉，2021(09):12－17．
［2］楊錦越，趙曉燕，沈建華，等．青貯玉米農藝節水技術的研究進展［J］．安徽農業科學，2022，50(19):4－6，10．
［3］康德奎，王磊，王浩斐，等．農戶持續采用農業節水技術的影響因素研究［J］．華北水利水電大學學報(自然科學版)，2022，43(04):36－42．
作者:鄧升 譚淋露 郭慶冰 盧江海 曹騰飛 單位:江西省水利科學院 江西省科學技術信息研究所
