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液體肥料配肥站介紹及發(fā)展趨勢(shì)

2021-05-31 02:23涂攀峰胡克緯胡義熬楊依彬黃旅文程鳳嫻張承林鄧蘭生
磷肥與復(fù)肥 2021年4期
關(guān)鍵詞:液體田間養(yǎng)分

涂攀峰,胡克緯,胡義熬,楊依彬,黃旅文,程鳳嫻,張承林,鄧蘭生

(1.仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 園藝園林學(xué)院,廣東 廣州 510225;2.廣東省液體肥料工程技術(shù)研究中心,廣東 東莞 523135;3.東莞一翔液體肥料有限公司,廣東 東莞 523135;4.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院,廣東 廣州 510642)

在糧食增產(chǎn)的大背景下[1],資源過度消耗,土壤及地下水污染等環(huán)境問題對(duì)新時(shí)期農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提出了更高的要求[2]。我國(guó)每年化肥消耗量約占世界總消耗量的35%,667 m2化肥平均施用量是世界平均水平的2倍,化肥施用量高、利用率低等問題極大地限制了我國(guó)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[3]。精準(zhǔn)施肥[4]是根據(jù)不同區(qū)域的土壤條件、作物產(chǎn)量潛力以及養(yǎng)分管理要求,科學(xué)合理地制定適宜各區(qū)域的作物單位面積施肥限量標(biāo)準(zhǔn),以減少盲目施肥。2005年我國(guó)啟動(dòng)測(cè)土配方施肥補(bǔ)貼項(xiàng)目,旨在提高種植業(yè)科學(xué)施肥水平,但從十幾年來的實(shí)際應(yīng)用來看,測(cè)土配方施肥受技術(shù)、服務(wù)及受體等影響,推廣普及率低[5]。在農(nóng)業(yè)部《到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案》中,精準(zhǔn)施肥被列為“減肥增效”的一項(xiàng)重要途徑,也必將成為今后化肥市場(chǎng)的重要發(fā)展方向。

液體肥料[4-6]營(yíng)養(yǎng)均衡、效果穩(wěn)定、養(yǎng)分利用率高、配方靈活、安全環(huán)保,符合現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。在我國(guó),液體肥料屬于剛起步的“新興肥料”;而在發(fā)達(dá)國(guó)家,液體肥料的應(yīng)用已經(jīng)非常普遍。20世紀(jì)30年代,美國(guó)率先采用液氨作為液體肥料,取得成功后,自1947年開始大力推廣液體肥料,液體肥料市場(chǎng)占比逐步提高;20世紀(jì)60年代到90年代末,美國(guó)固體肥料市場(chǎng)占比從51%下降到10%左右,液體肥料占比從18%上升到55%以上,液體肥料工廠超過3 000家。此外,以色列、荷蘭、德國(guó)、英國(guó)、丹麥、比利時(shí)、澳大利亞、新西蘭、墨西哥、哥倫比亞、巴西、南非等國(guó)家都是應(yīng)用液體肥料較多的國(guó)家。其中,以色列幾乎100%使用液體肥料。

我國(guó)新疆維吾爾自治區(qū)滴灌農(nóng)田面積超過3 500萬畝(233萬hm2),內(nèi)蒙古自治區(qū)滴灌農(nóng)田面積約1 000萬畝(66.7萬hm2),東北地區(qū)遼寧省與吉林省滴灌農(nóng)田面積超過1 000萬畝(66.7萬hm2),同時(shí)我國(guó)南方的滴灌設(shè)施也在逐年增加。在這樣的背景下,液體肥料結(jié)合灌溉設(shè)施應(yīng)用水肥一體化技術(shù)將擁有非常明顯的優(yōu)勢(shì),如節(jié)水節(jié)肥、增產(chǎn)提質(zhì)、減少勞動(dòng)力成本等[7]。與傳統(tǒng)固體肥料相比,液體肥料在推廣應(yīng)用中也存在諸多限制,主要是市面上大量的液體肥料產(chǎn)品配方固定,產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊,廠家無法針對(duì)目標(biāo)市場(chǎng)形成可變可靠、響應(yīng)迅速的液體肥料產(chǎn)品。另外,由于液體肥料配送體系不完善,包裝成了重要的限制因素,通常每噸液體肥料的包裝成本在800~3 000元。傳統(tǒng)的桶、瓶、袋及紙箱等包裝方式推高了企業(yè)的生產(chǎn)成本,也容易產(chǎn)生脹氣、吸氣等問題,并且使用完的包裝也成為農(nóng)村的污染源之一。因此,建立一整套液體肥料配肥、配送及施肥系統(tǒng),將對(duì)液體肥料的推廣使用起到極大的促進(jìn)作用。

隨著《測(cè)土配方施肥-配肥服務(wù)點(diǎn)技術(shù)規(guī)范》[8]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái),政策上已經(jīng)認(rèn)可規(guī)范配肥站模式的運(yùn)作。智能配肥站[9]及液體加肥站[10]是我國(guó)現(xiàn)階段兩種最主要的配肥站運(yùn)營(yíng)模式。

智能配肥站主要提供定制化的固體摻混肥,結(jié)合測(cè)土配方數(shù)據(jù)庫(kù),只需在配肥機(jī)上輸入相對(duì)應(yīng)的種植戶信息,即可通過系統(tǒng)計(jì)算出最優(yōu)化的配方肥方案,其在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些弊端,一是檢測(cè)周期長(zhǎng);二是在規(guī)模種植區(qū)無論撒施還是結(jié)合水肥一體化施用都將消耗大量勞動(dòng)力,如運(yùn)肥、倒肥、溶肥等;三是肥效出現(xiàn)問題時(shí),由于缺乏配套的檢測(cè)系統(tǒng),基本上很難及時(shí)糾正;四是如果沒有適配的施肥裝置,養(yǎng)分均勻性很難得到保證。

液體加肥站是近些年興起的一種液體肥的生產(chǎn)銷售模式。生產(chǎn)廠家根據(jù)當(dāng)?shù)刂饕N植作物各個(gè)生育期的養(yǎng)分需求特征配制好不同生育期專用液體配方肥,如旺苗肥、膨果肥等,零售商使用類似于加油站的銷售模式,種植戶可以根據(jù)自身需要自主選擇。但是,傳統(tǒng)的加肥站本質(zhì)上并不屬于配肥站的范疇。其實(shí)際上是將工廠生產(chǎn)好的液體肥料運(yùn)輸?shù)戒N售站點(diǎn),通常使用液罐或者水桶進(jìn)行分裝。雖然建設(shè)成本很低,但是其銷售的液體肥料產(chǎn)品配方往往只有簡(jiǎn)單的幾個(gè)作物不同生長(zhǎng)階段的配比,只適用于一些規(guī)模較小的散戶,經(jīng)濟(jì)價(jià)值與施用價(jià)值都很難得到體現(xiàn)。

目前我國(guó)已經(jīng)有諸多農(nóng)資企業(yè)開始著力在測(cè)土配肥的方向發(fā)力。例如中國(guó)中化集團(tuán)有限公司農(nóng)業(yè)事業(yè)部打造的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)項(xiàng)目MAP(Modern Agriculture Platform)戰(zhàn)略,通過當(dāng)?shù)胤?wù)站為客戶設(shè)計(jì)出具有針對(duì)性、差異化的全程作物營(yíng)養(yǎng)方案,其服務(wù)內(nèi)容包含了土壤養(yǎng)分檢測(cè)、全自動(dòng)配肥和施肥等。云南云天化股份有限公司也在多地布局了智能配肥站與液體加肥站,這些模式都為測(cè)土配方施肥的觀念下沉起到積極的促進(jìn)作用。

1 液體肥料配肥站配肥、配送及施肥系統(tǒng)組成

1.1 養(yǎng)分檢測(cè)單元

配肥站的核心是“配”,要想更好地實(shí)現(xiàn)“配”就必須有獨(dú)立的“測(cè)”,其中“測(cè)”包括“測(cè)土”與“測(cè)葉”。測(cè)土的目的是了解土壤基本參數(shù),包括養(yǎng)分含量、酸堿度、鹽堿度等多項(xiàng)指標(biāo);測(cè)葉的目的是跟蹤肥料在作物上的吸收利用情況,并據(jù)此及時(shí)調(diào)整施肥方案。

為落實(shí)測(cè)土配方施肥技術(shù),養(yǎng)分檢測(cè)仍然為液體肥生產(chǎn)的前提。養(yǎng)分檢測(cè)系統(tǒng)分為土壤檢測(cè)系統(tǒng)及植株養(yǎng)分速測(cè)系統(tǒng)。土壤檢測(cè)系統(tǒng)依賴于目前較成熟的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過在地塊布置一定量的傳感器適時(shí)獲取目標(biāo)土壤的相關(guān)參數(shù)[11],如相對(duì)濕度、pH、土壤養(yǎng)分等。植株養(yǎng)分速測(cè)系統(tǒng)通過采集作物不同生育時(shí)期具有代表性的葉片,利用快速檢測(cè)工具獲得植株養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)。養(yǎng)分檢測(cè)系統(tǒng)為液體肥料的配制提供相應(yīng)的參考,針對(duì)不同的地塊根據(jù)作物生育周期制定不同的液體肥料配制方案。

1.2 配肥單元

配肥單元通過養(yǎng)分檢測(cè)單元收集的數(shù)據(jù),結(jié)合大田作物區(qū)成熟的作物種植模型(玉米、馬鈴薯、小麥等)自動(dòng)計(jì)算出每個(gè)施肥單元所需的養(yǎng)分配比。配肥單元中設(shè)置氮溶液、磷溶液、鉀溶液、中微量元素原液、有機(jī)質(zhì)原液等原料儲(chǔ)備罐,所需的配方液體肥料生產(chǎn)通過自動(dòng)化控制系統(tǒng)操作各原料罐的肥液進(jìn)出量,最終所有所需的原料肥液集中到單獨(dú)的混配罐中攪拌均勻,混配好后即可直接通過混配罐出口的水泵輸送到配送車輛,再運(yùn)輸?shù)教镩g施用。整個(gè)配肥單元操作簡(jiǎn)便,生產(chǎn)快速,自動(dòng)化控制精準(zhǔn)。具體配肥單元裝置構(gòu)成見圖1。

圖1 液體肥料配肥站配肥單元裝置構(gòu)成

1.3 配送單元

該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于可將配肥站設(shè)置在田間地頭,由于是直接輸送到用戶地頭,包裝成本與運(yùn)輸成本隨之大幅度下降。

對(duì)于配肥站輻射半徑外圍的用戶,可以直接通過槽罐車將肥料運(yùn)送到用肥區(qū)域,包裝成本幾乎為零,運(yùn)輸成本也大大降低。對(duì)于配肥站輻射半徑內(nèi)的規(guī)模種植戶,一般通過埋設(shè)聚氯乙烯(PVC)管輸送肥料,每個(gè)用戶的出肥管道口電磁閥通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠(yuǎn)程控制,其他零散種植戶可以通過噸桶裝載運(yùn)輸肥料。一般一個(gè)小型配肥站可以輻射周邊5萬~10萬畝(3 333~6 667 hm2)的種植區(qū)域。

1.4 田間應(yīng)用單元

配肥站必須解決兩個(gè)核心問題,一是配好肥,另一個(gè)就是施好肥。因此田間應(yīng)用單元是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵,包括田間儲(chǔ)肥罐、自動(dòng)施肥機(jī)等設(shè)備。不同方式輸送到田間的液體配方肥最終保存于田間儲(chǔ)肥罐備用,田間儲(chǔ)肥罐通過自動(dòng)施肥機(jī)與灌溉主管道相連。系統(tǒng)中的施肥機(jī)運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過手機(jī)、電腦等終端設(shè)備控制,實(shí)際應(yīng)用中只需輸入每個(gè)輪灌區(qū)的面積、灌溉起止時(shí)間即可自動(dòng)開啟施肥機(jī),用移動(dòng)終端來監(jiān)控施肥時(shí)間和用量。配肥站田間應(yīng)用單元示意如圖2所示。

圖2 液體肥料配肥站田間應(yīng)用單元示意

1.5 質(zhì)量控制單元

目前企業(yè)及經(jīng)銷商運(yùn)作的配肥站已經(jīng)彰顯出監(jiān)管的嚴(yán)重缺位,政策法規(guī)層面也無具體針對(duì)液體肥料配肥站的質(zhì)量管控方案,沒有嚴(yán)格的質(zhì)量控制就無法將液體肥料配肥站真正推廣開來。該系統(tǒng)中對(duì)固體原料、原料儲(chǔ)液、成品液體配方肥都有嚴(yán)格的檢測(cè),包括養(yǎng)分含量、pH、EC(可溶性離子濃度)等指標(biāo),在原料采購(gòu)、液體肥料生產(chǎn)、配送田間工序都會(huì)現(xiàn)場(chǎng)取樣封存,保證農(nóng)戶與配肥站各留存一個(gè)成品液體肥料樣品現(xiàn)場(chǎng)封存,以便后期出現(xiàn)糾紛時(shí)有據(jù)可查。

2 液體肥料配肥站應(yīng)用效果

內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市烏拉特前旗大佘太鎮(zhèn)馬卜子村現(xiàn)有一個(gè)液體肥料配肥站,技術(shù)依托于華南農(nóng)業(yè)大學(xué)作物營(yíng)養(yǎng)與施肥研究室和仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院園藝園林學(xué)院。對(duì)農(nóng)戶的土壤檢測(cè)后進(jìn)行配方生產(chǎn),然后在田間使用自動(dòng)施肥系統(tǒng)定時(shí)定量將液體肥料施用到作物根區(qū)。兩年(2018年和2019年)8塊試驗(yàn)地的玉米產(chǎn)量和用肥數(shù)據(jù)見表1和表2。

表1 2018—2019年液體配方肥處理8塊試驗(yàn)地玉米平均產(chǎn)量

由表1可知,與農(nóng)民常規(guī)施肥相比,施用液體配方肥每667 m2玉米產(chǎn)量達(dá)到979.5 kg,增產(chǎn)達(dá)122.1 kg,增幅為14.2%,產(chǎn)量的增加主要是由于施用液體配方肥增加了玉米的穗粒數(shù)和百粒質(zhì)量,從而提高了單穗質(zhì)量,進(jìn)而提高產(chǎn)量。

施用液體配方肥在增加玉米產(chǎn)量的同時(shí)減少了養(yǎng)分的投入,提高了肥料的利用率。由表2可知,與常規(guī)施肥相比,施用液體配方肥每667 m2減少氮和磷的投入分別為6.66、3.96 kg,減幅分別達(dá)到34.5%、44.0%,鉀的施用每667 m2增加了1.78 kg。從2年的試驗(yàn)結(jié)果來看,氮和磷不是限制玉米產(chǎn)量的因子,液體配方肥里增加了鉀和中微量元素的投入,做到了平衡施肥,減少了玉米禿尖,增加了百粒質(zhì)量,從而促進(jìn)了產(chǎn)量的增加。

表2 2018—2019年液體配方肥處理8塊試驗(yàn)地667 m2平均用肥量

3 液體肥料配肥站應(yīng)用中存在的問題

目前液體肥料配肥站推廣應(yīng)用還需要國(guó)家政策的扶持和相關(guān)農(nóng)業(yè)部門的引導(dǎo)。江蘇省是率先開展測(cè)土配方施肥智能配肥站服務(wù)模式的省份,實(shí)際應(yīng)用中也存在終端配肥機(jī)淡季閑置、旺季排隊(duì)、價(jià)格偏高及產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管不到位等問題[12]。配肥站作為一種新生事物,服務(wù)的監(jiān)督機(jī)制、具體養(yǎng)分配方的形成機(jī)制、配方肥質(zhì)量的監(jiān)督機(jī)制等都需要政策層面加以規(guī)范。

液體肥料配肥站的運(yùn)作模式與技術(shù)手段仍需要不斷完善,需要聯(lián)合土肥技術(shù)管理部門、液體肥料生產(chǎn)主體與種植戶主體三方共同搭建農(nóng)情共享平臺(tái)。測(cè)土配方施肥最重要的內(nèi)容還是要不斷擴(kuò)容更新土壤基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù),現(xiàn)階段中土壤檢測(cè)仍然是一項(xiàng)比較耗時(shí)、耗力且成本較高的工作,并且政府機(jī)構(gòu)與各企業(yè)間的檢測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)獨(dú)立,很難形成區(qū)域的土壤養(yǎng)分大數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)際應(yīng)用中,各個(gè)配肥站可以采用價(jià)格相對(duì)低廉、操作便捷的養(yǎng)分速測(cè)工具,建立輻射半徑內(nèi)每個(gè)種植主體的種植檔案,建立數(shù)據(jù)庫(kù),以便長(zhǎng)期跟蹤與服務(wù)。運(yùn)營(yíng)模式也可采用P2B2C或者P2C等多種操作模式,增加多個(gè)受益主體,將液體肥料配肥站的建設(shè)成本與運(yùn)營(yíng)成本分?jǐn)偂?/p>

目前我國(guó)北方大田作物種植仍然較依賴于傳統(tǒng)種植經(jīng)驗(yàn),如果不及時(shí)改變現(xiàn)狀,會(huì)對(duì)農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效和推進(jìn)化肥減量施用工作造成影響。傳統(tǒng)種植戶的施肥習(xí)慣改變需要過程,相關(guān)農(nóng)業(yè)部門與涉農(nóng)企業(yè)應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)種植戶的科學(xué)用肥培訓(xùn)。同時(shí)液體肥料配肥站建立在田間地頭,雖然可以方便、快速及有效地服務(wù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn),但需要各級(jí)政府和技術(shù)部門建立完善的規(guī)章制度加以引導(dǎo)和扶持,同時(shí)在資金安排和項(xiàng)目配套上給予實(shí)施企業(yè)、技術(shù)單位和運(yùn)營(yíng)主體一定的傾斜,促進(jìn)液體肥料配肥站大面積推廣。

4 展望

目前,國(guó)際肥料消費(fèi)正向高濃度、復(fù)合化、液體化、緩效化方向發(fā)展。農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家農(nóng)業(yè)集約化和產(chǎn)業(yè)化水平高、農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平高等優(yōu)勢(shì)都為液體肥料提供了廣泛的應(yīng)用基礎(chǔ)。我國(guó)北方大田區(qū)域地勢(shì)平坦且種植集中,膜下滴灌等灌溉技術(shù)已大面積推廣,耕作機(jī)械化程度也相對(duì)較高,各項(xiàng)基礎(chǔ)條件都已經(jīng)非常適合液體肥料的機(jī)械化施用。

液體肥料配肥站建設(shè)成本低,實(shí)現(xiàn)液體肥料服務(wù)當(dāng)?shù)刈魑?,減少液體肥料運(yùn)輸成本,且可根據(jù)當(dāng)?shù)氐闹饕魑铩⑼寥兰爸仓隊(duì)顩r靈活調(diào)整配方,實(shí)現(xiàn)肥料利用效率的最大化,并且針對(duì)不同作物復(fù)制難度小。液體肥料配肥站在我國(guó)北方大田區(qū)域乃至全國(guó)規(guī)模種植區(qū)域都有良好的應(yīng)用前景。

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