第三节　水肥一体化技术各种系统特点

水肥一体化技术是借助于灌溉系统实现的。要合理地控制施肥的数量和浓度，必须选择合适的灌溉设备和施肥器械。常用的设施灌溉有喷灌、微喷灌和滴灌，微喷灌和滴灌简称微灌。

一、滴灌技术特点

滴灌是指按照作物需求，将具有一定压力的水过滤后经管网和出水通道（滴灌带）或滴头以水滴的形式缓慢而均匀地滴入植物根部附近土壤的一种灌水技术。滴灌适应于黏土、砂壤土、轻壤土等，也适应各种复杂地形。

1.滴灌的优点

相对于地面灌溉和喷灌，滴灌具有以下优点。

（1）提高水分利用率　滴灌可根据作物的需要精确地进行灌溉，一般比地面灌溉节约用水30%～50%，有些作物可达80%左右，比喷灌省水10%～20%。

（2）提高肥料利用率　滴灌系统可以在灌水的同时进行施肥，而且可根据作物的需肥规律与土壤养分状况进行精确施肥和平衡施肥，同时滴灌施肥能够直接将肥液输送至作物主要根系活动层范围内，作物吸收养分快又不产生淋洗损失，减少对地下水的污染。因此滴灌系统不仅能够提高作物产量，而且可以大大减少施肥量，提高肥效。

（3）易于实现自动化　滴灌系统比其他任何灌溉系统更便于实现自动化控制。滴灌在经济价值高的经济作物区或劳力紧张的地区实现自动化，可提高设备利用率，大大节省劳动力，减少操作管理费用，同时可更有效地控制灌溉、施肥数量，减少水肥浪费。

（4）降低能耗，减少投资　滴灌系统为低压灌水系统，不需要太高的压力，比喷灌更易实现自压灌溉，而且滴灌系统流量小，降低了泵站的能耗，减少了运行费用。其次，滴灌系统采用管道的管径也较喷灌和微喷灌小，要求工作压力低，管道投资相对较低。

（5）对地形适应能力强　由于滴灌毛管比较柔软，而且滴头有较长的流道或压力补偿装置，对压力变化的灵敏性较小，可以安装在有一定坡度的坡地上，微小地形起伏不会影响其灌水的均匀性，特别适用于山丘坡地等地形条件较复杂的地区。

（6）可开发边际水土资源　沙漠、戈壁、盐碱地、荒山荒丘等均可以利用滴灌技术进行种植业开发，滴灌系统也可以利用经处理的污水和微咸水灌溉。

（7）与覆膜结合，提高栽培标准化　覆膜栽培有提高地温、减少杂草生长、防止地表盐分累积、减少病害等诸多优点。但覆膜后灌溉和施肥的问题无法合理解决，滴灌是解决这一问题的最佳方法。膜下滴灌已成为一些地区一些作物的标准栽培技术的组成部分，已得到大面积推广，如新疆的棉花、内蒙古的马铃薯、东北的玉米等（图1-2）。

2.滴灌的局限性

但滴灌也存在以下局限性。

（1）滴头堵塞　滴灌在使用过程中如管理不当，极易引起滴头的堵塞，滴头堵塞主要是由悬浮物（沙和淤泥）、不溶解盐（主要是碳酸盐）、铁锈、其他氧化物和有机物（微生物）引起。滴头堵塞主要影响灌水的均匀性，堵塞严重时可使整个系统报废。但只要系统规划设计合理，正确使用过滤器，就可以大大减少或避免堵塞对系统的危害。

（2）盐分积累　在干旱地区采用含盐量较高的水灌溉时，盐分会在滴头湿润区域周边产生积累。这些盐分易于被淋洗到作物根系区域，当种子在高深度盐分区域发芽时，会带来不良后果。但在我国南方地区，因降雨量大，对土壤盐分的淋洗效果良好，能有效阻止高浓度盐分积累区的形成。

（3）影响作物根系分布　对于多年生作物（如茶树）来说，滴头位置附近根系密度增加，而非湿润区根系因得不到充足的水分供应其生长会受到影响，尤其是在干旱、半干旱地区，根系的分布与滴头位置有很大关系。少灌、勤灌的灌水方式会导致作物根系分布变浅，在风力较大的地区可能产生拔根危害。

（4）投资相对较高　与地面灌溉相比，滴灌一次性投资和运行费用相对较高，其投资与作物种植密度、种植和自动化程度有关，作物种植密度越大，则投资越高；反之，越小。自动化控制增加了投资，但可降低运行管理费用，选用时要根据实际情况而定。

二、微喷灌技术特点

微喷灌也称微型喷洒灌溉，简称微喷，是指利用折射式、辐射式或旋转式微型喷头将水喷洒在作物叶面或作物根系的一种灌水技术。微喷灌不仅与地面灌溉相比具有很多优点，而且在某些方面还有喷灌和滴灌不及之处。

1.微喷灌的优点

微喷灌具有以下优点。

（1）水分利用率高，增产效果显著　微喷灌也属于局部灌溉，因而实际灌溉面积要小于地面灌溉，减少了灌水量，同时微喷灌具有较大的灌水均匀度，不会造成局部的渗漏损失，且灌水量和灌水深度容易控制，可根据作物不同生长期需求规律和土壤含水量状况适时灌水，提高水分利用率，管理较好的微喷灌系统比喷灌系统用水可减少20%～30%。微喷灌还可以在灌水过程中进行喷施可溶性化肥、叶面肥和农药，具有显著的增产作用，尤其对木耳、蘑菇、茶树等对温度和湿度有特殊要求的作物增产效果更明显（图1-3）。

（2）灵活性大，使用方便　微喷灌的喷灌强度由单喷头控制，不受邻近喷头的影响，相邻的两微喷头间喷洒水量不相互叠加。微喷头可移动性强，根据条件的变化可随时调整其工作位置，如行间或株间等，在有些情况下微喷灌系统还可以与滴灌系统相互转化。

（3）降低能耗，减少投资　微喷头也属于低压灌溉，设计工作压力一般在150～200千帕之间，同时微喷灌系统流量要比喷灌小，因而对加压设施的要求要比喷灌小得多，可节省大量能源，发展自压灌溉对地势高差的要求也比喷灌小。同时由于设计工作压力低、系统流量小，又可减少各级管道的管径，降低管材压力，使系统的总投资大大下降。

（4）改善田间小气候，实现自动化　由于微喷灌水滴雾化程度大，可有效增加近地面空气湿度，在炎热天气可有效降低田间温度，甚至还可将微喷头移至树冠上，以防止霜冻灾害等。另外，微喷灌还容易实现自动化，节约劳力。

2.微喷灌的局限性

微喷灌的局限性表现在以下几方面。第一，对水质要求较高。水中的悬浮物等容易造成微喷头的堵塞，因而要求对灌溉水进行过滤。第二，田间微喷灌易受杂草、作物茎秆的阻挡而影响喷洒质量。第三，灌水均匀度受风影响较大。在大于3级风的情况下，微喷水滴容易被风吹走，灌水均匀度降低，一般不宜进行灌水。因而微喷头的安装高度在满足灌水要求的情况下要尽可能低一些，以减少风对喷洒的影响。第四，在作物未封行前，微喷灌结合喷肥会造成杂草大量生长。

三、喷灌技术特点

1.喷灌的优点

喷灌与传统的地面灌水方法及其他节水灌溉方式相比，具有以下优缺点。

（1）节约用水　据试验研究，喷灌的灌溉水利用率可达到72%～93%，一般比地面灌溉节约用水30%～50%，在透水性强、保水能力差的砂性土壤上，节水效果更加明显，可达70%以上。喷灌受地形和土壤影响较小，喷灌后地面湿润比较均匀，均匀度可达80%～90%。

（2）适应性强　喷灌适用于各种地形和土壤条件，不一定要求地面平整，对于不适合地面灌溉的山地、丘陵、坡地等地形较复杂的地区和局部有高丘、坑洼的地区，都可以应用喷灌技术。除此以外，喷灌可应用于多种作物，对于所有密植浅根系作物，如小麦、花生、马铃薯等都可以采用喷灌。同时对透水性强或沉陷性土壤及耕作表层土薄且底土透水性强的砂质土壤而言，最适合运用喷灌技术。

（3）节省劳力和土地　喷灌的机械化程度高，又便于采用小型电子控制装置实现自动化，可以节省大量劳动力，如果采用喷灌施肥技术，其节省劳动力的效果更为显著。此外，采用喷灌还可以减少修田间渠道、灌水沟畦等用工。同时，喷灌利用管道输水，固定管道可以埋于地下，减少田间沟、渠、畦、埂等的占地，比地面灌溉节省土地7%～15%。

（4）增加产量，改善品质　首先，喷灌能适时适量地控制灌水量，采用少灌、勤灌的方法，使土壤水分保持在作物正常生长的适宜范围内；同时，喷灌像下雨一样灌溉作物，对耕层土壤不会产生机械破坏作用，保持了土壤团粒结构，有效地调节了土壤水、肥、气、热和微生物状况。其次，喷灌可以调节田间小气候，增加近地层空气湿度，调节温度和昼夜温差，又避免干热风、高温及霜冻对作物的危害，具有明显的增产效果，一般粮食作物可增产10%～20%、经济作物增产20%～30%。再次，喷灌能够根据作物需水状况灵活调节灌水时间与灌水量，整体灌水均匀，且可以根据作物生长需求适时调整施肥方案，有效提高农产品的产量和产品品质。

2.喷灌的缺点

（1）喷洒作业受风影响较大　由喷头喷洒出来的水滴在落洒地面的过程中其运动轨迹受风的影响很大。在风的影响下，喷头在各方向射程的水量分布都会发生明显变化，从而影响灌水均匀性，甚至出现漏喷现象。一般风力大于3级时，喷灌的均匀度就会大大降低，此时不宜进行喷灌作业；宜在夜间风力较小时进行喷灌。灌溉季节多风的地区应在设备选型和规划设计上充分考虑风的不利影响，如难以解决，则应考虑采用其他灌溉方法。

（2）漂移蒸发损失大　由喷头喷洒出的水滴在落到地面前会产生蒸发损失，在有风的条件下会漂出灌溉地造成漂移损失，尤其在干旱、多风及高温季节，喷灌漂移蒸发损失更大，其损失量与风速、气温、空气湿度有关。喷灌蒸发损失还与喷头的雾化程度有关，雾化程度越高，蒸发损失越大。

（3）设备投资高　喷灌系统需要大量的机械设备和管道材料，同时系统工作压力较高，对其配套的基础设施的耐压要求也较高，因而需要标准较高的设备，使得一次性投资较高。喷灌系统投资还与自动化程度有关，自动化程度越高，需要的先进设备越多，投资越高。

（4）耗能和运行费用高　喷灌系统需要加压设备提供一定的压力，才能保证喷头的正常工作，达到均匀灌水的要求，在没有自然水压的情况下只有通过水泵进行加压，这需要消耗一部分能源（电、柴油或汽油），增加了运行费用。为解决这类问题，目前喷灌正向低压化方向发展。另外，在有条件的地方要充分利用自然水压，可大大减少运行费用。

（5）表面湿润较多，深层湿润不足　与滴灌相比，喷灌的灌水强度要大得多，因而存在表层湿润较多，而深层湿润不足的缺点，这种情况对深根作物不利，但是如在设计中恰当地选用较低的喷灌强度，或用延长喷灌时间的办法使水分充分地渗入下层，则会大大缓解此类问题。

此外，对于尚处于小苗时期的作物，由于没有封行，在使用喷灌系统进行灌溉尤其是将灌溉与施肥结合进行时，一方面很容易滋生杂草，从而影响作物的正常生长，另一方面，又加大了水肥资源的浪费；而在高温季节，特别是在南方，在使用喷灌系统进行灌溉时，在作物生长期间容易形成高温、高湿环境，引发病害的发生传播等。