水肥一体化技术,是指灌溉与施肥融为一体的农业新技术。其借助外部压力系统将肥料按土壤养分含量和作物种类的需肥规律及特点进行配兑,由可控管道系统传送到营养液池内进行相融,再通过管道或滴头形成滴灌,均匀、定时、定量的浸润农作物根系的发育生长区域,使主要根系土壤始终保持疏松和适宜的含水量。节肥、节水、省力、节约土地、增加产量、提高效率是水肥一体化技术的明显优势,有农业科技人员通过反复试验研究证实,设施草莓采用水肥一体化技术后,比常规沟灌方式节肥节水40%左右,总产量增加近40%,其中优质果增加70%左右,经济效益和社会效益相当可观。
1. 施肥方法
采用膜下滴灌法最好,这种有别于普通大众的地下节水灌溉方式,最明显的特征就是水由地表向地下转移,也称之为地下滴灌法。
方法步骤是:先在地面覆盖一层膜,目的是防止水管堵塞。尔后在地下埋设作为渗水管的塑料管,在渗水管上每隔一段距离扎些小孔。当渗水管接到水龙头或其他送水装置时,水就像像出汗一样从小孔中渗出。通过这种结构,可把水分和营养直接送到作物的地下根区附近,供植物直接吸收。
2. 肥料用量和使用节点
氮磷钾肥总用量:纯氮24公斤、五氧化二磷12公斤、氧化钾24公斤。滴灌次数和滴灌施肥量见表1:
肥料选择与施肥比例。主要选择可溶性尿素、磷酸二铵、磷酸二氢钾、硫酸钾、硼砂、硫酸锰、钼酸铵等肥料。N:p2〇5:k2o比前期(定植+移栽至开花期)约为1:0.7:0.8,中期(开花至膨大期)为1:0.5:1.2,后期(采收期)为1:0.3:1.5,控制肥料浓度,在1立方米水中添加0.6-0.9公斤肥料。
3. 微灌设备及安装
3.1设备规格
设备规格(推荐)见下表。
3.2 微灌设备的安装
滴灌系统含过滤器、水泵、控制阀、止回阀、施肥器、压力表、水表、总管、排气阀、支管、管接头和滴灌带(图1)。
图1. 滴灌设备安装图
1泵,2闸阀,3止回阀,4堆栈过滤器,5螺旋翼水表,6闸阀,7比例式施肥泵,8M式过滤器,9球阀,10压力表,11干管,12支管,13滴灌带。
管路:干管和支管选用PE(聚乙烯)管材,选择时要考虑管件的承压能力,一般应能承受0.25 MPa-0.4MPa。干管一般铺设于冻土层(0.8-1m)以下,支管根据管网布置可铺设于地面或埋于冻土层以下。PE管件与PE管连接处应拧紧,以防脱落。
滴灌带:当水压达到0.02-0.05MPa,起输水作用。将滴灌带的水从滴孔滴入或喷洒到土壤中。
3.2.1滴灌带与支管的连接
有两种方法:①不同直径的三通连接方式。用异径三通连接,其中一端套上滴灌带后用绳索或铁丝扎紧,滴灌带的另一端也要扎紧。滴灌带采用三种不同的三通连接方式,水量大,流量快。特别适用于长50米以上的温室,按滴灌带进行水管钻孔,在孔上安装旁路。②按滴灌带的布在输水支管上打孔,后通过连接孔的旁通将滴灌带接在出水口上扎紧。日光温室输水距离小时,一般都采用这种连接方法。在安装旁路时,穿支是穿孔支管上特殊的工法。冲孔时,冲头必须保持正直不能倾斜,且钻头入口深度省于1/2管径后将旁路压入支管。
3.2.2 田间安装要点
按略大于一行草莓的长度裁剪滴灌带并沿草莓行布置,然后一端与旁通(三通)相连接。一根微灌带向一行草莓供水。
3.2.3安装滴灌带
管道买回后,一般内部有赃物,因此需要先打开阀门冲洗一下。后关闭阀门,制作一个木塞或草料堵住滴灌带末端并扎紧。
球阀:庄支管的进口处安装。球阀结构不太复杂、体积不大、抗水流能力也不大,正因为有这些特点,所以如果开启动作太快会在管道中产生水锤。因此,球阀不应用于微灌系统的主管道上,但球阀可用于清洗主干端和支管端部,冲洗排污效果良好。
止回阀:一般情况下水流动沿一个方向流动。当关闭阀门切断水源时,因内部压力差原因易产生倒流,止回阀的作用就是防止含有肥料的水倒流进水源,还可防止水流倒流引起水泵叶轮倒转,进而保护水泵。
水表:微灌工程中常用的水表有旋翼式水表和螺翼式水表两种。这两种水表的外形、工作水温、允许最大工作压力基本相同,其差别主要在于在同口径和工作压力下,螺旋翼水表的流量比转子式水表的流量大1/3左右,水头损失和水表体积均小于转子式流量计。(使用有翼水表)
4. 关键设备的选型、安装及技术要点
4.1 施肥器的选择、安装
目前市场上常见、农户常用的施肥器有压差式、水力驱动比例式、文丘里施肥器、施肥泵。其中,压差肥料可由肥料总量控制,在运行过程中流体浓度不断衰减,难以实现精确控制。文丘里喷油器对工作压力要求很高,第一工作压力很小,容易使夹杂泥浆和水草的浊水倒流,从而造成喷口阻塞。水力驱动比例式施肥泵高精度施肥,具有运行稳定、便于调控的优点,适合于需要精确施肥的灌溉施肥系统,如比较有名的是产自以色列的Mixrite 2504自动比例施肥泵,液压传动是成正比的喷油器,其通过液压驱动从肥料容器提取肥液,并在泵腔内自动混合一定比例的肥液,提供相应比例的营养物质对植物的生长。肥料配比一般为0.4%-4%,如有特殊要求,可根据草莓生长要求进行控制。施肥泵前后必须先行安装用铁丝网制作的或市场上专用的过滤器,阻挡肥水中的杂质,以防堵塞滴孔。
4.2 水源的选择及计量控制
就近选择自来水或井水做水源,采用DN15PPR管进行连接,在DN15PPR管安装水表,用来测量和控制灌溉量。因为在自来水管网末端的水压不稳,应综合分析如滴水洞的工作流程因素、工作压力、肥料和过滤设备的水头损失,并选择头10m和流动7201/h泵加压低水压力用来满足水压要求。其压力范围为0-0.6mpa压力表(肥料泵的正常工作压力0.02-0.6MPa是用于监测管网水压防止滴灌带爆炸超压。同时,为防止肥液和水源污染的逆向流动,必须安装DN15单向阀。
4.3 滴灌带的选择及分区控制
考虑到土壤与水分之间的运动规律,最宜采用壁厚0.3mm、单孔直径16mm、滴头间距20cm,设计流量2.71/h的滴灌带,用旁通阀将各滴灌带与支管连接,滴灌施肥时阀门开启关闭,分别应用滴灌。
4.4 施肥比例调试
根据所需水景和所需肥料景确定肥料配比,即吸肥率与进水量之比。上下旋转可调节施肥泵的刻度,达到设定值。首次使用时,用一定量的清水填充容器,并设置不同肥料配比。它通过水表读取进水口的进水量,并检查施肥泵的时间比例。在施肥泵开始时,应该将顶部的排气阀压到排出的阀门中少量的水,然后迅速关闭排气阀。
4.5输水压力调控
考虑到滴灌带的最大工作压力为0.15MPa,为防止启动之初的爆管现象,为此在运行初期,应调节压力表,将管内压力控制在0.1-0.15MPa之间。如若没有压力表,可根据滴灌带的外形和声音来进行有效判别。如果滴水区域大约是圆形的,而水流动没有声音的,那么压力是合适的。如果滴水带太紧,声音太大,说明压力太大,可通过阀门调节、减压旋塞进行调节。
4.6 灌水量的调控
根据草莓需肥、需水规律、培养模式和滴灌施肥的特点,确定灌溉定额,施肥总量和草莓不同生长阶段的施肥比例。在实际运行中,需要考虑日照、降雨量、温湿度等实际情况确定灌水景。试验证明,在播种前,草莓必须每天通过滴灌施水施肥,使保持成活棵,这是草莓生长的重耍前提。草莓正常生长后,耗水量减少。在本试验条件下,草莓在整个生育期内的滴灌量为2175m3/hm2,分配为醒棵前、前期、中后期三个阶段,分别为90m3/hm2次、70.5m3/hm2次、48m3/hm2次。
4.7选择肥料品种
满足高溶解性的特性才能用作灌溉施肥的肥料,其杂质含量低,灌溉水pH值不会发生戏剧性的变化,灌概系统的腐蚀和各种混合肥料溶解后不发生化学反应沉淀和其他不良反应。本试验以草莓氮憐钾肥为适宜化肥用量,主要品种有K2SO4、KH2PO4、(CO(NH2)2)、ZnSO4.7H2O等。
4.8 其他
定期清洗化肥泵的部件,检查活塞和密封圈的损坏情况。并及时修理。定期打开过滤器,排放污水,清洗过滤器。温室外管道应埋在冻土以下或冬季保温,以防止冷水管冻裂,每次灌溉施肥后应放空空气管中的残余水,以避免结冰。
4.9 操作要领
水肥一体化装置主要采取设计预设值、调节施肥泵、校核施肥泵比例进行启动。启动后,需排空管道空气,并有少量水从排气阀溢出后即关阀,以防爆管。系统运行之初,调节阀门把水压控制在0.1-0.15MPa之间(此滴灌带最大工作压力为0.15MPa)。如无压力表,可以通过手握滴灌带,体会是否有膨胀的感觉。
若滴灌带对手握力要求不高时,此时压力合适。若滴灌带对手握力要求比较高,对虎口有胀裂感时,说明滴灌带绷得比较紧,说明水压偏大,此应通过阀门调压,或开启田间水龙头泄压。此后的施水施肥过程中,需根据草莓肥水需求规律、栽培方式、滴灌施肥的特点等,确定草莓全生育期灌水定额、施肥总量,确定不同生育期、不同处理方式的施肥比例。在田间进行水肥一体化实际操作时,每次都要事先测定好灌水量,测定的依据就是综合考虑日照程度、降水量、温湿度、苗情长势等实际情况。试验证明,草莓在播种前每天都是通过滴灌保持活力的。草莓正常生长后耗水量有所减少。
在正常条件下,草莓在整个生育期的滴灌量为2175m3/hm2,分配在醒棵前、前期和后期三个阶段,分别为90m3/hm2次、70.5m3/hm2次、48m3/hm2次。适用于灌溉施肥的肥料来满足高溶解性的需要,杂质含量低,体现出pH值的灌概水不会产生戏剧性的变化,灌溉系统的腐蚀和各种混合肥料溶解后不会发生化学反应式的沉淀。推荐草莓氮磷钾肥为适宜化肥用品,尿素、硫酸钾、磷酸二氢钾、硫酸锌是主要品种。还定期清洗化肥泵的部件,检查活塞和密封圈的损坏情况。并及时修理。定期打开过滤器、排放污水、清洗过滤器。温室外管道应埋在冻土以下或冬季保温以防止冷水管冻死;每次灌溉施肥后应放空管子中的余水,以避免结冰。
5. 使用和操作规程
5.1初次使用
初次使用前,先要打开干管、支管和所有滴灌带的塞子。为了提高冲洗效果,可将滴灌带依次清洗。冲洗时间约10-15分钟。冲洗完毕后,关闭管路上的排水阀,然后关闭排水阀,结束于滴灌带末端。
5.2日常使用
必须缓慢启闭管道上的阀门,并应符合下列要求:
(1)在水泵开车前,打开阀门,准备灌溉管道。然后打开泵,慢慢打开总阀,慢慢往灌水管中灌满水,流量不应超过每秒0.5米/秒,时间不得少于5-10分钟,以防引起水锤。调整好工作压力,直到符合灌概要求。
(2)在管道停止运行时,为防止因阀门关闭过快而引起水锤破坏管道,所以要求要缓慢关闭阀门。
5.3操作规程
(1)首先打开滴灌带上的控制阀,使滴灌带正常运行。在此基础上,慢慢地、一个一个打开上游阀门,以确保灌溉系统的安全。
(2)水压力的调整。水的压力调整到0.03-0.05MPa,而压力过大和滴落带坏了。当没有压力表时,可以根据滴灌区的运行情况来判断。如果滴灌区是圆的,水不健全,压力被认为是合适的。如果滴水带太紧,水下太大,说明压力太大,应该调整。
(3)供水管理。灌溉量应根据作物的生长期和气象条件确定。一般每亩可灌溉20立方米(1亩=1/15公顷),使我们能少采种苗,大力发展。当没有流量计显示时,可以通过软管的供水时间来计算,也可通过目测、感觉土壤湿度来判断。一般情况下输水压力、软带直径、滴灌带数、滴孔大小和密度以及流量等诸多因素影响施肥施水时间,但通常情况下应控制在2-3个小时。
(4)灌溉要有计划地轮流对灌区进行作业,在切换灌区时,应打开阀门的开关,然后再关闭。
(5)施肥时,先关闭6号阀门(如图2—1),然后打开前后施肥阀,通过比例施肥泵将肥料与水混合,给作物施肥。
(6)当系统关闭时,应牢记先关泵再关阀门,切换阀门应缓慢旋转,如果速度过快则会产生水锤,造成管道及泵的损坏。
(7)系统的运行记录:必须坚持进行作系统的运行记录,包括各个部分的运行时间和工作压力等数据,以作参考。
6. 设备维护
6.1 定期系统检查
定期检查第一个系统,特别是过滤器,这样我们就可以定期清洗沙子和清洗滤网,否则水头损失会明显增加。过滤器两侧的压力差会增大,粒子会通过滤网进入系统或突破滤网,造成系统堵塞。
网式过滤器:拆开过滤器,用毛刷去除滤网,清洗网上的污渍,用清水冲洗,洗涤时不可过度频繁,频繁刷洗会导致滤网损坏。如果水质比较淸洁,在灌溉季节结束时清洗即可。
叠片过滤器:灌溉季节后,叠层过滤器的滤芯应清洗,并应维修其他部件和更换损坏的部件。
比例施肥泵:定期清洗泵的部件,检查活塞和密封的损坏程度,及时修复。
滴灌带的壁比较薄,不可强拉硬扯或突然扭曲,要有意识地轻缓用力,以延长其使用寿命。
在非灌溉期,应定期拆除水管,防止管道在冬季开裂,影响下一年的正常使用。
管道内所有阀门应定期润滑,防止生锈卡死。为此,应定期检查排气阀是否能转动、密封圈是否有弹性,进排气时是否畅通无阻。
6.2 故障与排除
水泵故障与排除,见表3。
过滤设备故障与排除,见表4。
施肥装置故障与排除,见表5。