榮延軍，劉洪岺，張建凱，張 波，甘久霖，徐福勝

（濱海新區(qū)大港林果種苗站，天津 300270）

農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化核心支撐是農(nóng)業(yè)機(jī)械化。水肥則是影響林果產(chǎn)業(yè)質(zhì)量的重要因素。水肥一體化技術(shù)是水與肥料融合同步的一項(xiàng)農(nóng)業(yè)新技術(shù)新方法[1]，具有節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥；省工、省力、省心；增量、增收、增效[1]等功效。目前，我國水肥一體化技術(shù)發(fā)展已經(jīng)由過去當(dāng)?shù)貞?yīng)用示范到現(xiàn)在的大規(guī)模應(yīng)用[1]。其模式特征均屬于固定式的設(shè)施管網(wǎng)滴灌體系，主要有水源工程、首部系統(tǒng)、輸配管道系統(tǒng)和灌水肥器等硬件系統(tǒng)組成[2]。該系統(tǒng)龐大復(fù)雜，其技術(shù)含量、建設(shè)投資、運(yùn)行成本、對(duì)水源肥料質(zhì)量要求高，但其穩(wěn)定性、功能性、通用性、實(shí)用性、靈活性差，且易老化、易損壞、易出故障、易堵易漏、易致次生鹽堿累積、易影響林果園土壤耕作和樹體管理作業(yè)，而此類需要額外消耗電能，且價(jià)格較高[3]，其缺陷多、問題大、推廣困難，一般多應(yīng)用于設(shè)施農(nóng)業(yè)或小規(guī)模高附加值蔬菜栽培。我國目前還沒有一套能夠集水肥一體化技術(shù)管理各種優(yōu)勢、克服其所有缺陷的多功能機(jī)械設(shè)備以支撐和推動(dòng)我國規(guī)?；筇铿F(xiàn)代農(nóng)業(yè)及林果產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和提質(zhì)增效。我們項(xiàng)目組則通過發(fā)明一種果園水肥一體化多功能機(jī)械專利設(shè)備及其配套技術(shù)（專利號(hào)201920552315.5），致力于解決我國規(guī)?；筇铿F(xiàn)代農(nóng)業(yè)和林果產(chǎn)業(yè)水肥一體機(jī)械化多功能管理問題。

1 該專利設(shè)備系統(tǒng)特征

該專利發(fā)明一種果園水肥一體化多功能機(jī)械專利設(shè)備系統(tǒng)特征主要有Ⅰ配套主動(dòng)力系統(tǒng)、Ⅱ發(fā)明主體設(shè)備系統(tǒng)和Ⅲ配套輔動(dòng)力及儲(chǔ)罐系統(tǒng)配套集成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征如圖1所示。

說明：Ⅰ代表配套主動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：1'.拖拉機(jī)；10'.動(dòng)力升降桿。Ⅱ代表發(fā)明主體設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：2'.可拆卸空心犁頭；3'.主體方形剛架構(gòu)；4'.深度控制輪；11'.鋒鋼刀片；12'.M分頭膠管支撐桿；13'.高壓泵；14'.覆土器。Ⅲ代表配套輔動(dòng)力及儲(chǔ)罐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，包括：5'.儲(chǔ)水罐；6'.出水管；7'.高壓泵柴油機(jī)；8'.吸水管；9'.儲(chǔ)水罐牽引桿。Ⅰ和Ⅲ配套設(shè)備是一般大型果園用于耕作和病蟲害防治噴藥都先行必備的動(dòng)力和基礎(chǔ)設(shè)備。該專利發(fā)明主體設(shè)備Ⅱ?qū)儆谀K化集成應(yīng)用。

1.1 該專利設(shè)備結(jié)構(gòu)功能

該專利發(fā)明設(shè)備主體是由方形鋼管焊接成的長方形鋼架構(gòu)3'，用于承載各種功能器具；3' 可調(diào)控深度5～45 cm，可伸縮長度2.5～4.5 m，以達(dá)到最佳作業(yè)幅度；3' 后邊兩端對(duì)稱分布兩個(gè)深度控制輪4'，用于平衡和輔助控制犁頭深入土壤作業(yè)深度；3' 主架兩側(cè)對(duì)稱分布空心犁頭2～8 個(gè)（一般林果園株行距（2～3 m）×（4～6 m）情況下使用2～4 個(gè)空心犁頭即可），以將水肥藥菌灌注地下；2' 呈18°寬燕尾翅三角形狀，用于開溝；2' 從犁尖到犁脖中間垂直焊接30 cm 長、2 cm 寬單刃長形鋒鋼刀片11'，刀刃朝上斜前，用于切割草團(tuán)根系、大型土塊，并通過控制犁頭深度實(shí)現(xiàn)根系修剪；5' 是一般果園噴藥用儲(chǔ)水罐，在該專利發(fā)明應(yīng)用中同時(shí)用于儲(chǔ)存配置好的肥藥微生物菌等；3' 設(shè)置于1' 后邊、5' 前邊，直接和10' 連接；5' 設(shè)置于3' 后邊，直接連接拖拉機(jī)牽引鉤，7 固定在5' 后邊的車架上，以合理形成配套和順暢作業(yè)；3'、5'、13' 由6'、8' 連通、再由12' 支撐分頭膠管管節(jié)，以保證水肥藥菌的吸入和輸出；13' 提供吸取、輸送和灌注的動(dòng)力；14' 實(shí)現(xiàn)給犁溝覆土保墑功能，以完成水肥一體機(jī)械化多功能作業(yè)。

1.2 該專利設(shè)備使用技術(shù)

（1）將該專利發(fā)明果園水肥一體化多功能機(jī)械配套設(shè)備40 拖拉機(jī)、和主體設(shè)備、儲(chǔ)水罐、各種膠管全部掛鉤連貫，根據(jù)作物及林果株行距調(diào)試好主體設(shè)備鋼架構(gòu)寬度，配置好空心犁數(shù)量。

（2） 根據(jù)使用說明，配制好300 倍稀釋配方水溶肥和20%呋蟲胺7 000 倍液配置到儲(chǔ)水罐中。

（3）進(jìn)園后，將空心犁頭深入地下15 cm 深度，然后開動(dòng)高壓泵柴油機(jī)，設(shè)置供水壓力3 個(gè)，計(jì)量水量1 t，40 拖拉機(jī)低速三檔位順行牽引。這樣，該專利設(shè)備及其配套新技術(shù)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)1.5 人、15 min 完成0.27 hm2的（200 棵冬棗樹）水肥藥菌一體化多功能作業(yè)。

1.3 該專利設(shè)備配套產(chǎn)品及其使用技術(shù)

該專利設(shè)備配套北京環(huán)科益農(nóng)生物科技有限公司配方水溶肥新產(chǎn)品包括稀土配方高鉀型、平衡性水溶肥和微生物菌配方有機(jī)質(zhì)水溶肥，在本項(xiàng)目示范中均應(yīng)用300 倍液。

2 應(yīng)用的方式方法

2.1 應(yīng)用示范園概況

本項(xiàng)目應(yīng)用示范園位于天津市濱海新區(qū)太平鎮(zhèn)東升村，當(dāng)?shù)貙儆谂瘻貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫13.2℃，≥10℃積溫4 323℃年，平均日照2 733 h，累年總輻射量121.1 kcal/cm2（5 354.6 兆焦耳/m2），生理輻射總量61.544 kcal/cm2，無霜期238 d，年均降水量416.8 mm，年蒸發(fā)量1 989 mm。降水主要集中7 月—8 月，降水量占全年的74.4%，土質(zhì)黏重，主要由鹽化潮土和海積鹽土構(gòu)成，平均含鹽4.73 %，平均有機(jī)質(zhì)含量0.4%。

2.2 應(yīng)用方法

本項(xiàng)目應(yīng)用示范以天津市濱海新區(qū)太平鎮(zhèn)東升村鑫盛冬棗種植專業(yè)合作社的20 hm2冬棗園做應(yīng)用示范園，以該園20 年生盛果期生長發(fā)育狀況基本一致的冬棗樹為試材，以該園10 hm2冬棗樹應(yīng)用T1：水肥一體化多功能機(jī)械專利設(shè)備及其配套新技術(shù)管理模式；以該園10 hm2冬棗樹應(yīng)用T2：水肥常規(guī)化人工挖穴埋肥樹帶起畦灌水施肥管理模式作對(duì)照。T1 和T2 均在冬棗樹萌芽期、花期、幼果膨大期和果實(shí)成熟前期，通用T1 配套的北京環(huán)科益農(nóng)生物科技公司300 倍配方水溶肥，分別實(shí)施4 次常用的人工肥水管理作業(yè)和4 次新模式水肥一體化作業(yè)。T1 第一次作業(yè)同時(shí)應(yīng)用20%護(hù)瑞7 000 倍用于地下施藥防治冬棗兩大主要害蟲綠盲蝽象和棗癭蚊危害。

3 獲得的效果和突破

3.1 關(guān)于T1 和T2 兩種示范模式各種成本、質(zhì)量、效益指標(biāo)

見表1 和表2。

3.2 關(guān)于T1 和T2 兩種示范管理模式應(yīng)用效益分析

從表1 和表2 可以看出，兩種管理模式T1 和T2 經(jīng)過4次作業(yè)的用水量和用肥量，T2 是T1 的400 倍和4 倍，分別實(shí)現(xiàn)專技節(jié)水率99.8%和節(jié)肥率75%。因此，該發(fā)明設(shè)備節(jié)水效果尤其顯著；如果不計(jì)用水價(jià)值，T2 模式水、肥、油、電、工費(fèi)用是79 800 元，T1 模式則是15 180 元，實(shí)現(xiàn)降低綜合費(fèi)用成本64 620 元，綜合節(jié)本率達(dá)81.0%。T1 模式節(jié)本效果更是突出。

從T1 和T2 兩種管理模式表現(xiàn)出的質(zhì)量和效益指標(biāo)看，T1 模式全面超越T2 模式。主要原因由于水分和養(yǎng)分（肥料）是作物生長的最基礎(chǔ)條件，是人為調(diào)控頻繁、影響最大的生長環(huán)境因子[4]，水肥一體化技術(shù)最大化地發(fā)揮水肥耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)水分和養(yǎng)分時(shí)空上同步，大幅度地提高水肥利用效率，使養(yǎng)分利用率可高達(dá)90%[5]，在節(jié)水的基礎(chǔ)上促進(jìn)了冬棗樹生殖生長，在節(jié)肥的基礎(chǔ)上顯著地提高產(chǎn)量達(dá)23%。在節(jié)水和節(jié)肥的雙基礎(chǔ)上提高品質(zhì)指標(biāo)含糖量34.0%、維生素C 含量21.9%。分析原因水肥一體化技術(shù)施用鉀肥有效性較高，鉀利用率可超過90%[6]。因?yàn)殁浽丶饶茉霎a(chǎn)，還能改善果實(shí)品質(zhì)，如可溶性固形物和抗壞血酸濃度增加、改善果實(shí)顏色、延長保鮮期等[7]。T2 則因?yàn)榇笏蠓蕦?dǎo)致冬棗樹勢營養(yǎng)生長過旺，坐果率、含糖量和單果重分別降低70.8%、34.0%和27.9%，產(chǎn)量下降，品質(zhì)降低，成熟期也隨之延后1 個(gè)月，綜合因素導(dǎo)致T1 模式冬棗果實(shí)價(jià)格高于T2 達(dá)65.7%，這與吳海蘭等對(duì)紅棗的研究中發(fā)現(xiàn)水肥一體化固體肥、液體肥、滴灌、NPK 處理均不同程度提高了沙地紅棗含水量、總糖、還原糖、總黃酮、維生素C 等品質(zhì)指標(biāo)的含量，同時(shí)也有效降低了棗果酸度，其中水肥一體化液體肥處理提升棗果品質(zhì)最佳[8]和王新元等研究表明的灌水量較高時(shí)會(huì)降低蔬菜品質(zhì)，使果實(shí)內(nèi)可溶性糖、有機(jī)酸、可溶性固形物、可溶性蛋白和維生素C 含量降低[9]的研究結(jié)果相一致。

表1 T1 與T2 不同示范管理模式成本各項(xiàng)構(gòu)成及相關(guān)技術(shù)指標(biāo)Tab.1 Cost components and related technical indicators of different demonstration management modes of T1 and T2

表2 T1 與T2 不同示范管理模式質(zhì)量、效益及各項(xiàng)多功能技術(shù)指標(biāo)Tab.2 T1 and T2 different demonstration management modes quality, efficiency and various multi-functional technical indicators

4 結(jié)語

中國是果樹產(chǎn)業(yè)第一大國，林果產(chǎn)業(yè)對(duì)我國農(nóng)民增收和脫貧致富具有重要作用，隨著我國土地流轉(zhuǎn)政策發(fā)展，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；筇锪止麍@水肥一體機(jī)械化管理意義重大。該發(fā)明設(shè)備實(shí)用、耐用、成本低、集成度好、配套性強(qiáng)，使用靈活、機(jī)動(dòng)簡易，農(nóng)民樂于接受，易于推廣，適應(yīng)性強(qiáng)，是我國實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化、機(jī)械化、規(guī)?；?、集約化和標(biāo)準(zhǔn)化的利器。