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1、托普物联网开创智慧农业新时代！大棚滴灌施肥自动化技术研究进展摘要: 托普物联网指出大棚滴灌施肥自动化是指肥料随同灌溉水进入田间的过程,是施肥和灌溉技术相结合的一项新技术,是精确施肥与精确灌溉相结合的产物。本文比较详细地介绍了滴灌随水施肥的原理、优点、国内外大棚滴灌施肥自动化技术方面的研究进展，以及这一技术在我国的应用前景及存在问题等。 关键词: 滴灌 施肥 研究进展引言 随着人口的不断增长，人类一方面需要继续提高作物产量，另一方面又需防止因化肥施用量过高和施用方式不当而引起的环境污染。解决这个问题的关键技术之一是综合调控土壤－作物系统中水分、养分等的运移、贮存、转化
2、以及相应的生态效应，以达到增加产量、节约水肥资源、提高环境质量的目的。 化肥在世界农业生产所取得的巨大进步中发挥了重要作用。据估计，世界农作物增产的30％～60％来自化肥。然而，普遍存在的问题是化肥利用率低，肥料生产效益长期徘徊在较低水平。在施用化肥总量中，氮肥占有相当大的比重，约为60％左右。我国氮肥利用率为30％～50％，其中水稻平均为33％～38％，麦类作物为28％～41％，国外一般氮肥利用率为50％～60％，50％左右的氮素从各个环节损失掉。因此，合理施用氮肥对于农业生产具有举足轻重的作用。为了合理有效地施用化肥，提高氮肥利用率，国内外农学工作者做了大量的工作，
3、也取得了很多有效经验。 仅从施肥来看，传统的施肥方法就有撒施、集中施（包括穴施、沟施、环状及放射施等）、分层施用、叶面施用等，以上施肥方法虽然在不同程度上有利于提高肥料的利用效率，但结果都不太理想。近年来，随着节水灌溉技术的发展，与其相结合的大棚滴灌施肥自动化技术的应用引起人们的关注。大棚滴灌施肥自动化是定量供给作物水分和养分及维持适宜水分和养分浓度的有效方法[1]。美国的微灌面积从1981 年的185000hm2 , 增加到1995 年的1000000hm2 , 约占总灌溉面积的5 %[2 ] 。而在以色列微灌面积占总灌溉面积的75～80 %[3 ] 。我国的滴灌技术
4、已由干旱地区向半干旱地区延伸, 托普物联网开创智慧农业新时代！从单一的节水向施肥、调温、植保、改善作物生长环境的综合增产措施发展[4 ] 。大棚滴灌施肥自动化能够改善水分和养分管理, 具有提高产量和品质的潜在能力, 减少水分和养分渗漏,降低总需水量[2 ,5 ] , 减轻施肥对环境的污染[6 ] 。 本文比较详细地介绍了滴灌随水施肥的原理、优点、国内外大棚滴灌施肥自动化技术方面的研究进展，以及这一技术在我国的应用前景及存在问题等。 1 大棚滴灌施肥自动化技术简介 1.1 大棚滴灌施肥自动化技术的概念 大棚滴灌施肥自动化是指肥料随同灌溉水进入田间的过程,是施肥技术和灌
5、溉技术相结合的一项新技术,是精确施肥与精确灌溉相结合的产物。滴灌施肥技术是根据作物生长各阶段对养分的需求和土壤养分的供给状况, 准确将肥料补加和均匀施在作物根系附近, 并被根系直接吸收利用的一种施肥方法。采用大棚滴灌施肥自动化技术可以很方便地调节灌溉水中营养物质的数量和浓度,使其与植物的需要和气候条件相适应;可以大幅度提高化肥利用率;提高养分的有效性;促进植物根系对养分的吸收;提高作物的产量和质量;减少养分向根系分布区以下土层的淋失;还可以大幅度节省时间、运输、劳动力及燃料等费用,实施精确施肥.大棚滴灌施肥自动化的原则是根据作物的吸收规律提供养分,需要多少提供多少[7
6、]。 1.2 大棚滴灌施肥自动化的方法 按照控制方式的不同,大棚滴灌施肥自动化可分为两大类:一类是按比例供肥,其特点是以恒定的养分比例向灌溉水中供肥,供肥速率与滴灌速率成比例.施肥量一般用灌溉水的养分浓度表示,如文丘里注入法和供肥泵法. 另一类是定量供肥又称为总量控制,其特点是整个施肥过程中养分浓度是变化的,施肥量一般用千克/ 公顷表示,如带旁通的贮肥罐法如图2所示. 按比例供肥系统价格昂贵,但可以实现精确施肥,主要用于轻质和砂质等保肥能力差的土壤；定量供肥系统投入较小,操作简单,但不能实现精确施肥,适用于保肥能力较强的土壤。托普物联网开创智慧农业新时代！1.3 滴灌施
7、肥下水分和养分在土壤中的分布特点 滴灌的特点是水从点水源进入土壤,然后向各个方向扩散。土壤类型、滴头流量和每次灌溉的水量等均会影响水分在土壤中分布。对一种土壤来说,滴头流量的增加会引起水湿润土壤垂直深度变浅,以滴头为圆心的半径变大。如果给定灌溉水量和滴头流量,则砂土中水分湿润深度比壤土要深,但半径变小[8,11 ] 。由于大棚滴灌施肥自动化频率高,土壤水分含量变化不大,有利于作物吸收水分和养分,可提高肥料的利用率,特别是磷[9 ,10 ] 。 随着从滴头到湿润边缘距离增加,不被吸附的离子如NO3- 浓度也随之增加。壤土的湿润区域其离子浓度
