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摘要：农作物在生长过程中需要科学合理的灌溉与施肥才能促进其提质增效，但由于过度的灌溉和低效的施肥导致农业水肥资源浪费、生态环境破坏严重等不良影响。为推动水肥一体化技术在农业中的应用和发展，本文以朗坤·默克庄园科技农业示范基地为案例，阐述了水肥一体化技术的国内外研究现状，分析了当前水肥一体化技术的优势与不足。同时针对该技术在农业生产领域的应用情况提出了相关建议对策，以期促进农业生产朝着绿色、高效、稳产方向发展，推进乡村振兴不断取得新进展。

关键词：物联网技术；水肥一体化；农业生产

引言：

水资源关乎国计民生，是一个国家综合国力的重要体现。我国水资源总储量整体较高，总量为3.1万亿m3（2020年数据），位居世界第六位，但人均占有水量严重短缺，仅为2194 m3（2020年数据），已接近国际严重缺水标准（人均水资源2000 m3），仅为世界人均占有量的1/4，被联合国列为13个贫水国家之一[1]。作为一个农业大国，很多区域仍然以传统农业为主[2]，我国农业灌溉用水量占总用水量的62.4%左右[3]，然而灌溉用水有效率仅有25%-40%，比发达国家低25-30个百分点。同时，随着农药化肥的过量使用，我国水资源也受到严重污染。随着水资源短缺和水环境污染问题日益突出，对农业灌溉技术的创新与提升提出了战略性要求。

水肥一体化总体来说就是水肥协同耦合效应，普通的水肥一体化技术是将水与可溶性肥料按照一定比例进行混合，通过滴灌管道将水肥混合液送至作物根部，以供作物生长发育[4]。是实现水肥同步管理、高效利用的一项新型现代农业技术，在节水节肥、提质增效、改善农田环境等方面作用显著[5]。近年来，国家大力倡导发展水肥一体化技术，2022年一号文件《中共中央 国务院关于做好2022年全面推进乡村振兴重点工作的意见》再次提出推进农业“水肥一体化”；2023年一号文件《中共中央 国务院关于做好2023年全面推进乡村振兴重点工作的意见》重点提到推进农业绿色发展，其中，文件明确提出“加快农业投入品减量增效技术推广应用，推进水肥一体化”。本文以朗坤·默克庄园科技农业示范基地为案例，综合分析了近年来水肥一体化技术的相关研究热点，指出了该领域的研究方向和发展趋势，以期为今后的研究提供基本理论和依据。

1 水肥一体化研究现状

1.1国外

水肥一体化是一项灌溉与施肥融为一体的农业综合新技术，最早可追溯到18世纪英国的无土栽培技术。发达国家早在20世纪30年代就开始运用喷灌这一灌溉技术[6]，随着金属冶炼、轧制技术及塑料工业的发展，微、喷灌技术应用而生。由于气候干旱，经济作物需水量日益上升，以色列作为发达国家先驱，20世纪60年代始率先研究并运用水肥一体化技术，1964年建立全国输水系统用于灌溉施肥[7]，且其推广面积占全国农业67.9 %，位居世界首位[8]。而美国起步较晚，但却是微灌面积推广应用最大的国家，滴灌应用面积约为95万hm2，占全国总灌溉面积4.2%。20世纪70年代，澳大利亚、以色列、墨西哥、新西兰、美国及南非等6个国家滴灌施肥技术模式迅速发展[9]。澳大利亚有70% 的地区雨量在500 mm 以下，节水灌溉是该国采用的主要农业技术[10]。此外，英国、德国、日本、法国等国家的水肥一体化技术发展也较快，已经形成设备生产、肥料配制、推广和服务的完善技术体系。

1.2国内

国内水肥一体化技术起步较晚，最早源于1974年从墨西哥引进的滴灌技术，这是我国首次推动使用灌溉系统。在1979年前后，以色列援助我国农业技术，建立中以农场。1980年自主研发了第一套滴灌设备，此后结合国外先进技术逐步实现设备规模化生产[11]。进入21世纪以来，我国加大节水农业发展力度，滴灌等节水措施从单位试点逐渐向规模化转变，通过建立核心示范区，辐射带动周边地区进行水肥一体化技术推广。经过多年发展，我国水肥一体化在技术模式、施肥方法、控制决策方面都取得了长足进步。近几年，国内学者一直致力于提升一体化灌溉系统的智慧性和精准性，力争实现真正的农业远程一体化智慧灌溉。李增源等[12]利用基于NB-IoT 网络传输的固态电阻传感器设备对设施葡萄根系土壤水分进行实时监测，研究表明智能灌溉与施肥结合的综合管理比农户常规管理葡萄单穗重和产量均大幅度提高，含酸量降低21.9%，用水量下降至2016 t/hm2，节水效率达33.3%。

目前我国正逐渐大规模、区域性地推动农田中智能水肥一体化技术的应用。我国农业农村部等六部委印发的《“十四五”全国农业绿色发展规划》，提出到 2025年，化肥、农药使用量持续减少，主要农作物化肥利用率从2020年的40.2%提高到2025年的43%[13]。但由于我国水肥一体化技术发展较晚，虽已有不少农田采用了智能水肥一体化技术，但占比仍比较低，推广度有待提升。

2 朗坤·默克庄园案例介绍

2.1基本概况

以合肥市包河区大圩镇朗坤·默克庄园科技农业示范基地为例，分析了水肥一体化技术应用的优势与不足。

朗坤·默克庄园科技农业示范基地位于合肥市包河区大圩镇，其中葡萄种植核心师范基地约300亩，辐射面积约10000亩，办公场地约2000m2。地势平坦，水陆交通便利，土地肥沃，水利条件优越，农业发展条件得天独厚。基地自2016年建成以来，一直注重科技创新与研发，致力于科技种植。在农业灌溉这块，全部应用了水肥一体化技术，目前基地种植有葡萄、黄桃、草莓、黄瓜等。通过研发水肥一体化系统和区块链质量安全追溯平台、智慧农业可视化大数据平台等，准确掌握大棚内农产品生育进程和生长动态，提高大棚精细化种植生产能力，促进企业增产增收，利用创新的模式推动农业转型升级，带动周边农业发展，探索高质量农业发展方向，助力乡村振兴。

2.2案例优势分析

2.1.1 节水减肥，改善生态环境

相对于传统水肥漫灌导致资源浪费，水肥一体化按照作物不同生育期的需水规律、降水情况以及土壤墒情，利用管道灌溉压力系统，主要采用滴灌、微喷灌等方式进行灌溉，有效提升作物水肥利用效率，实现了水肥同步管理和高效利用[14]。同时，相较于传统施肥造成肥料浪费，运用水肥一体化技术，可防止土壤板结，减少土壤盐碱化的发生；降低土壤和地下水源污染及大气污染。且通过有效调温控湿减少病害发生率，大大降低农药的使用次数，有助于保护生态环境[15]，促进可持续发展。

张小琴等[16]在对和田地区葡萄水肥一体化技术与传统水肥管理模式的对比分析中发现，灌水施肥效果大幅提高，且节水、节肥、节约成本，很适合在该地区推广应用。张超等[17]探究不同水肥耦合模式下葡萄生长情况，研究表明当水肥耦合模式为W2N2处理（灌溉水量9150 m3/hm2、施氮量450 kg/hm2）时，葡萄外观品质、百粒质量、产量、可溶性固形物量及硬度均优于其他处理，既能实现高产优质，又有效提升了水肥利用率。

2.1.2 降本增效，促进农产品品牌提升

朗坤·默克庄园科技农业示范基地通过采用水肥一体化技术，应用无线传感网络技术、组态方法、模糊PID控制算法等，对水、肥进行综合调控和精准灌溉，实现农产品生长周期的智能决策和管理。可有效降低灌溉水、化肥、农药成本，且可大幅度减少劳动力和能耗，促进农作物产量和品质提高，进一步带动农产品品牌价值提升。

2.1.3 增加收入，带动农业产业发展

基地通过采用水肥一体化技术，将物联网、云计算、数据分析等核心技术运用到作物生产，提升水肥利用率，实现科学生产、精准管理，促进降本降耗，增产增效。加快优势农产品如葡萄的区域优化布局，有效地促进农产品市场流通、产销衔接，节约成本，增加农民收入，带动农业产业发展，更大程度地挖掘经济价值。

2.3 案例不足分析

2.3.1 投入成本较高

与传统灌溉和施肥相比，水肥一体化技术的运用综合投入成本较高。一方面是设备造价高，除机械水肥一体化设备、土壤墒情仪、田间气象站等环境监测设备，以及电磁阀、阀控器等自动控制设备硬件外，还包括水肥施用方案的应用程序（例如手机APP）以及控制设备的系统平台等软件，且其还需花费一定财力人力去定期更新维护；另一方面，该技术对肥料要求较高，需配套相应的水溶性肥料。朗坤默克庄园基地的葡萄种植中，所应用的水肥一体化智能灌溉系统需配套专用微灌水溶性有机肥，增加了成本；此外，该技术对系统操作与管理有一定要求，需具备相关专业知识和操作流程，人力成本增加。

2.3.2 推广难度较大

水肥一体化技术专业性较强，需具备相关专业知识才能对其进行科学操作与管理，且在使用过程中出现问题也得不到及时维护、解决，导致设备使用周期缩短，进一步阻碍了技术设备的应用与推广。目前国内的水肥一体化技术应用推广难度较大；其次，政府部门缺乏资金支持与宣传，是该项技术推广难度加大的又一原因；此外，专业技术推广人员有限，对农户的技术普及和后期服务不到位，出现问题难以寻求专业人员帮忙解决，严重影响了这一技术应用效果。

2.3.3 设备维护服务较困难

目前，国内先进的水肥一体化技术应用较多的主要是在规模较大的园区或基地，且大多是为了项目立项而应用这一技术。而对于更多的普通分散小农户而言，建设应用水肥一体化技术是极其受限于建设成本及设备维护难度的。因为在水肥一体化实际应用中，根据农户的反应，水肥一体化设备经常发生滴头堵塞、接口脱扣、滴灌带老化破裂等问题。水质差、肥料溶解度差、混溶方法不当等都极易造成滴头堵塞。我国从事水肥一体化设备生产的小厂家有很多，大都存在生产标准不完善、生产不规范的问题，此类小厂家的产品质量差、使用年限低[18]。

3 农业智能水肥一体化技术应用对策建议

3.1 拓宽技术推广

政府技术推广部门应加强技术推广人员技能培养，有效提升相关人员专业化水平；各地农业技术推广站技术人员可以通过公开课、集中示范、知识讲堂等多种形式，帮助农民制定科学合理的灌溉施肥方案，指导农民科学种植，鼓励其积极尝试应用新技术；相关技术人员要做好水肥一体化设备后期跟踪服务工作，指导农户操作使用，不断加大水肥一体化科技培训，助力农业智能灌溉技术持续发展。

3.2 加大政府扶持

政府相关部门应加大扶持力度，促进水肥一体化技术攻关研究及使用推广。一方面水肥一体化技术投入较大，需过滤器、流量计、压力表、止逆阀等重要设备较多，且部分设备维修更换周期较短；另一方面较普通肥料，水溶性肥料成本较高。一般农户难以维系如此高成本的技术设备。因此，政府应适当加大对水肥一体化设施设备及技术研究的投入扶持，建立长效水肥一体化补助机制或相关制度，助力水肥一体化技术持续、稳定发展。

3.3 强化水肥一体化关键技术研究

相关政府、高校和科研单位应加大对水肥一体化关键技术的研究。通过人才引培、增加科研投入等措施，不断强化水肥一体化技术攻关研究，根据当地物气候环境、土壤条件等特点因地制宜制定相应的灌溉施肥制度、设备管理制度及配套栽培管理方案等；提升水肥一体化相关企业自主创新能力，减小水肥一体化设备生产成本，提高水肥一体化技术产品的质量与性能的稳定性，促进该项技术不断普及推广，推动施肥灌溉更加智能化、精准化。

4 结语

总体来说，国外水肥一体化起步较早，发展迅速，推广应用广泛。我国水肥一体化技术发展较晚，但技术、设备研发速度较快。经过多年发展，我国水肥一体化在技术模式、施肥方法、控制决策方面都取得了长足进步，产品基本可以满足作物灌溉施肥要求。然而在发展过程中也存在一些诸如投入成本高、推广应用难等问题。

基于此，国内水肥一体化技术只有不断实现科技攻关和广泛应用，才能有效提高经济收益，推动农业生产方式向绿色化转变，深度推进现代化农业建设。

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