中化現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（寧夏）有限公司 劉文輝

目前，滴灌技術(shù)在玉米生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用，滴灌技術(shù)具有在玉米全過程滴灌中不破壞原有土壤結(jié)構(gòu)，且對(duì)土壤內(nèi)部溫、光、水、氣、肥狀態(tài)影響小等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)，具有不產(chǎn)生地表徑流、水分蒸發(fā)損失量少、土壤縱向深層滲透少等特點(diǎn)。滴灌玉米受環(huán)境的影響較少，可以按照施肥方案隨時(shí)隨地補(bǔ)充水肥，極大地提高了水肥利用率及人均生產(chǎn)率。近年，滴灌技術(shù)快速發(fā)展，逐漸實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化。

一、滴灌技術(shù)

（一）滴灌技術(shù)的概念

滴灌是一種比較節(jié)水的灌溉形式，是按照作物需水、需肥規(guī)律，通過管道系統(tǒng)與設(shè)計(jì)在毛管上的滴水器，將水分和肥料均勻而又緩慢地滴入作物根系土壤中的技術(shù)。在玉米全生育期中，滴灌技術(shù)具有不破壞原有土壤結(jié)構(gòu)且對(duì)土壤內(nèi)部溫、光、水、氣、肥狀態(tài)影響小等優(yōu)勢(shì)。滴灌可以保持適宜作物良好生長的狀態(tài)，不產(chǎn)生地表徑流，而且蒸發(fā)損失量少，幾乎沒有土壤縱向的深層擴(kuò)散滲透，是一種高效節(jié)水的灌溉方式。滴灌具有諸多優(yōu)勢(shì)，其最大的特點(diǎn)是節(jié)水高效，每次灌水量少，每個(gè)出水孔緩慢一滴一滴出水，減少了地表徑流及地下過度滲透等缺點(diǎn)。滴灌可以隨時(shí)補(bǔ)水進(jìn)肥，不受天氣和地形影響。近年，隨著智能化和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，滴灌還可以進(jìn)行大面積自動(dòng)化控制等。

（二）滴灌技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景

目前，國內(nèi)滴灌技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景呈現(xiàn)多元化發(fā)展趨勢(shì)。最初從以色列等農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的國家引進(jìn)，在農(nóng)業(yè)研究院（所）率先落地開展試驗(yàn)并推廣實(shí)踐。最先應(yīng)用在一些園林綠化領(lǐng)域，尤其是一些干旱地區(qū)的綠化工程上。隨著需求的不斷增加及各地區(qū)水資源的日益枯竭，滴灌技術(shù)逐漸向經(jīng)濟(jì)作物發(fā)展。隨著國家糧食增產(chǎn)、農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展以及“藏糧于地、藏糧于技”等要求，糧食作物如玉米也開始大面積推廣滴灌技術(shù)，使可利用耕地面積增加，尤其在西北干旱地區(qū)，如新疆、內(nèi)蒙古、寧夏、甘肅等多個(gè)省份率先開展。應(yīng)用滴灌技術(shù)使人們具有對(duì)抗不良環(huán)境的能力，可以隨時(shí)隨地進(jìn)行滴水進(jìn)肥。在滴灌技術(shù)的基礎(chǔ)上，水肥一體化、精準(zhǔn)水肥、超大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)田、智慧農(nóng)場(chǎng)等逐漸有序開展。

二、滴灌技術(shù)國內(nèi)外應(yīng)用研究綜述

（一）國外應(yīng)用研究進(jìn)展

常見的玉米滴灌方式有地面滴灌、地下滴灌及覆膜滴灌等。在滴灌技術(shù)研究方面，以色列的地面滴灌技術(shù)比較先進(jìn)，美國的滴灌技術(shù)在落地應(yīng)用方面比較領(lǐng)先，澳大利亞等國家在灌水器研究方面比較突出，這些國家在滴灌技術(shù)研究應(yīng)用方面占據(jù)主導(dǎo)地位。20世紀(jì)60年代，以色列研制出了壓力滴灌系統(tǒng)，滴灌技術(shù)逐漸成為一種新興的灌溉方式，迅速被各國應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設(shè)中。20 世紀(jì)70 年代，Bernstein 和Francois 對(duì)比了滴灌、噴灌、溝灌三種灌溉措施下辣椒的產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用微咸水灌溉時(shí)，溝灌、噴灌與滴灌相比，分別減產(chǎn)13%與59%。20 世紀(jì)80 年代后期，印度學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)在產(chǎn)量不變的前提下應(yīng)用滴灌處理，較溝灌處理節(jié)水84.7%。20 世紀(jì)30 年代，荷蘭、英國開始研究溫室滴灌技術(shù)，之后，滴灌技術(shù)開始應(yīng)用到溫室花卉與蔬菜上，顯著提高了產(chǎn)量和水分利用效率。20 世紀(jì)中葉，以色列為了提高滴灌的灌水均勻度研制了長流道滴頭，該成果對(duì)滴灌技術(shù)的發(fā)展起到了顯著的促進(jìn)作用。20 世紀(jì)60 年代后期，以色列又進(jìn)行了大量滴灌灌水器滴頭的研究，其他國家也緊隨其后，使滴灌技術(shù)得到了長足發(fā)展。目前，滴灌技術(shù)已經(jīng)成為世界現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中一項(xiàng)不可或缺的基礎(chǔ)構(gòu)成技術(shù)，并朝著智能化、精準(zhǔn)化的方向快速發(fā)展。

（二）國內(nèi)應(yīng)用研究進(jìn)展

20 世紀(jì)70 年代后，我國開始引進(jìn)滴灌技術(shù)，到21 世紀(jì)初迅速發(fā)展。我國2003—2013 年滴灌面積增加了13倍，從27萬hm2擴(kuò)展到了390萬hm2。20世紀(jì)90 年代后，我國滴灌技術(shù)無論是在灌水器原理上，還是在關(guān)鍵工藝設(shè)備技術(shù)上都有了比較長足的進(jìn)步。近20 年，全世界滴灌技術(shù)應(yīng)用落地面積高速增長，平均每年增加33%，在此背景下，我國相關(guān)研究人員在學(xué)習(xí)國外先進(jìn)理論知識(shí)的同時(shí)，不斷把理論應(yīng)用到實(shí)踐中深化改革，促進(jìn)了我國滴灌系統(tǒng)技術(shù)高速發(fā)展。最近10 年，由于我國現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)及高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田的建設(shè)和發(fā)展，滴灌玉米面積迅速增長（主要以淺埋滴灌和覆膜滴灌為主）。近5 年，我國滴灌技術(shù)借助互聯(lián)網(wǎng)及智能化技術(shù)快速發(fā)展迭代出現(xiàn)多元化現(xiàn)象，自動(dòng)化、無人化、精準(zhǔn)化、大規(guī)?；瓤焖俪蔀榘l(fā)展勢(shì)頭。

三、滴灌技術(shù)在玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用研究

目前，滴灌技術(shù)在玉米上的應(yīng)用研究十分廣泛，但是主要集中在高效節(jié)水、密植高產(chǎn)、水肥一體化、精準(zhǔn)水肥等方面（如圖1所示）。

圖1 滴灌技術(shù)在玉米生產(chǎn)上的應(yīng)用研究概況

（一）玉米滴灌高效節(jié)水技術(shù)

滴灌玉米技術(shù)的一個(gè)典型特征就是節(jié)水，可以達(dá)到減水但不減產(chǎn)的效果，主要原因是滴灌技術(shù)的超高水分利用率優(yōu)勢(shì)，其可以在20 cm 耕層處形成類似橢球狀的濕潤區(qū)域，剛好包裹玉米根系區(qū)域，水分橫向運(yùn)動(dòng)增加，減少了水分縱向下滲。相較于漫灌等其他方式，滴灌幾乎沒有地表徑流，極大地減少了水分地表蒸發(fā)。因?yàn)榈喂嗫梢噪S時(shí)隨地澆水，所以按照玉米的需水規(guī)律可以建立灌水模型，即不同生育期灌水量不同。以寧夏西北春玉米為例，可在苗期、拔節(jié)期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、籽粒建成期、乳熟期等進(jìn)行滴水灌溉，總體7 次，水量控制在200 m3左右，墑情較差的滴水出苗方式可以適當(dāng)增加灌水量。

1.淺埋滴灌。將滴灌帶埋在田間土層3～5 cm處，是引黃灌區(qū)較為常見的玉米滴灌方式，可以實(shí)現(xiàn)種肥同播。其主要優(yōu)勢(shì)是埋藏于地下可以減少滴灌帶的物理損傷，包括太陽的照曬老化、鳥類找水喝時(shí)的啄食破壞、小動(dòng)物的啃食，以及人類田間機(jī)械操作的破壞等。同時(shí)，埋藏地下可以減少水分地表蒸發(fā)及形成地表徑流，避免土壤表面干旱質(zhì)密結(jié)皮的影響，使水分更快速到達(dá)玉米根系，從而提高水分的利用效率。

2.膜下滴灌技術(shù)。即在地膜下面鋪設(shè)滴灌帶。地膜幾乎隔斷了玉米棵間地表蒸發(fā)，同時(shí)高效吸收太陽熱量，防止熱量過度擴(kuò)散，其中以黑色地膜最為顯著。此項(xiàng)技術(shù)解決了干旱及積溫不足地區(qū)玉米生產(chǎn)難題，使墑情及地溫得以優(yōu)化，同時(shí)減少地表水分蒸發(fā)，進(jìn)一步提高水分利用效率，增加玉米種植面積。膜下滴灌技術(shù)是節(jié)水農(nóng)業(yè)的典型代表。

（二）玉米滴灌密植高產(chǎn)技術(shù)

滴灌技術(shù)的高效利用使大田生產(chǎn)突破自身的產(chǎn)量限制，傳統(tǒng)漫灌玉米由于大水漫灌及全田肥料難以隨時(shí)均勻補(bǔ)充等先天性缺陷，普遍存在田塊中間出現(xiàn)脫肥的現(xiàn)象，同時(shí)，肥料大量浪費(fèi)，生產(chǎn)效率不高，通過增加玉米種植密度達(dá)到增加產(chǎn)量的目標(biāo)比較困難。因此，滴灌技術(shù)的優(yōu)勢(shì)得以顯現(xiàn)，理論上可以做到一個(gè)毛管滴水孔管一株玉米，只要水肥方案合理，干旱脫肥的現(xiàn)象很難發(fā)生。

近年，玉米種植密度逐漸增加，產(chǎn)量不斷突破。滴灌籽粒玉米每667 m2種植密度普遍在5500 株以上，且有逐漸增大的趨勢(shì)，在新疆等先行示范區(qū)域每667 m2種植密度可以達(dá)到7000～10 000 株。受社會(huì)、市場(chǎng)等多方的影響，育種趨向于緊湊株型的玉米，各類肥料也變得更加高效，功能多樣化。農(nóng)機(jī)市場(chǎng)也同步大發(fā)展，導(dǎo)航播種快速落地，可以精準(zhǔn)高效地利用田塊，提高了土地利用率，從而提高單產(chǎn)。玉米群體密度增加后會(huì)出現(xiàn)不良生長的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，導(dǎo)致倒伏、倒折、不育和空稈等現(xiàn)象。目前，結(jié)合有效的化控技術(shù)，比如，在玉米拔節(jié)期時(shí)可以每667 m2噴施羥基乙烯利，從而有效控制玉米第一節(jié)與第二節(jié)的節(jié)間距。同時(shí)，結(jié)合深耕技術(shù)，打破犁底層，使得玉米根系下扎穩(wěn)固。優(yōu)良的品種結(jié)合先進(jìn)的播種技術(shù)促使苗壯苗齊，提高田間玉米的整齊度，然后結(jié)合科學(xué)合理的施肥，促使玉米提質(zhì)增產(chǎn)?？傮w來說，多種技術(shù)有效落地應(yīng)用使滴灌玉米產(chǎn)量逐年增加，目前，每667 m2突破1000 kg，逐漸向1200～1500 kg突破。

（三）玉米滴灌水肥一體化與抗鹽堿技術(shù)

玉米水肥一體化概念是由滴灌技術(shù)逐漸發(fā)展而來的，水和肥同時(shí)提供，可以達(dá)到高效綠色的效果。依托于水肥一體化技術(shù)，肥料及水分可以根據(jù)玉米需水需肥模型規(guī)律定時(shí)定量供給，極大地提高了水肥利用效率。西北春玉米區(qū)供給水肥一般集中在6～8 次，以拔節(jié)期、小喇叭口期、大喇叭口期、抽雄吐絲期、籽粒建成期等生育期最為重要。水肥同時(shí)供給，先進(jìn)行1～2 h 的潤地，此時(shí)不開肥料閥門只滴水，目的是讓水分快速在根系間橫向擴(kuò)散，減少后續(xù)肥料的縱向下滲浪費(fèi)，提高肥料利用效率，每次滴水每667 m2盡量不要超過30 m3。玉米需水規(guī)律基本上遵循“前期少，中期多，后期偏多”的規(guī)律。玉米出苗期要少澆水，適當(dāng)干旱可以促進(jìn)玉米根系向深度和廣度發(fā)展，擴(kuò)大吸收范圍，為壯苗奠定基礎(chǔ)。進(jìn)入拔節(jié)期后植株開始快速生長，此時(shí)需水量增加，一般這個(gè)階段澆水使土壤水分維持在60%左右。玉米喇叭口期是玉米需水的關(guān)鍵期，因此，遇到干旱應(yīng)及時(shí)澆水，確保植株健壯生長。抽雄吐絲期是玉米耗水量最大的時(shí)期，也是玉米需水的臨界期，干旱、缺水都會(huì)造成玉米后期不同程度的減產(chǎn)，玉米抽雄吐絲期的灌水是增加穗粒數(shù)和粒質(zhì)量的關(guān)鍵。玉米需肥規(guī)律是隨著玉米植株的生長對(duì)養(yǎng)分的吸收速度加快，抽雄吐絲—籽粒建成期達(dá)到峰值，灌漿期至成熟期逐漸減慢，總體上對(duì)氮、磷、鉀的需求比例為1:0.5:1。

水肥一體化抗鹽堿方面最明顯的效果是避免了大水漫灌，降低了地下水位，抑制田塊中鹽堿化反復(fù)。同時(shí)，由于減少肥料的不科學(xué)合理投入，減緩?fù)寥乐宣}基離子的積累，從而緩解了次生鹽漬化。

（四）水肥模型算法影響下的玉米精準(zhǔn)灌溉與施肥技術(shù)

結(jié)合氣象、土壤、作物等諸多外界因素，一體的精準(zhǔn)水肥技術(shù)近年發(fā)展迅速，其最大的優(yōu)勢(shì)是肥水用量可以通過技術(shù)無限接近玉米的真實(shí)需求，最終達(dá)到大幅提高水肥利用效率的效果。在精準(zhǔn)水肥設(shè)計(jì)運(yùn)作時(shí)，需要大量物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)協(xié)同運(yùn)行，諸如小型氣象站更正水肥模型中的氣候蒸發(fā)參數(shù)，土壤墑情儀監(jiān)測(cè)土壤水分和溫度變化，并且及時(shí)反饋玉米缺水情況；等等。全套的智能化設(shè)備組網(wǎng)形成一個(gè)智能決策系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)指導(dǎo)玉米全生育期水肥管理。

隨著各類傳感器和人為數(shù)據(jù)的逐年積累，形成一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫體系，再根據(jù)區(qū)域特性進(jìn)行分類，形成較為適合某個(gè)市、縣的專有玉米水肥灌溉模型，最終實(shí)現(xiàn)這樣的效果：只要數(shù)據(jù)庫中有的地點(diǎn)模型，輸入地點(diǎn)后就會(huì)自動(dòng)決策生成該區(qū)域玉米施肥方案，指導(dǎo)農(nóng)戶進(jìn)行綠色高效生產(chǎn)。

（五）玉米田產(chǎn)投比在滴灌技術(shù)影響下的優(yōu)勢(shì)

在滴灌技術(shù)的促進(jìn)下，玉米生產(chǎn)效率大幅度提高，不僅增加了單位面積產(chǎn)量，還提高了人均生產(chǎn)力。綜合每667 m2平均收入，較傳統(tǒng)種植方式可增效200～280元，同時(shí)，為農(nóng)業(yè)集約化、大規(guī)?；l(fā)展奠定基礎(chǔ)。高效的水肥模型得以落地實(shí)施，達(dá)到減肥減水但不減產(chǎn)的優(yōu)良效果，節(jié)省了一部分化肥費(fèi)用和水費(fèi)投入也是提高生產(chǎn)效率的表現(xiàn)。綜上所述，在滴灌技術(shù)的影響下，玉米種植的產(chǎn)投比得到了長足的正向發(fā)展。

四、滴灌技術(shù)在玉米種植管理上的應(yīng)用展望

（一）精準(zhǔn)水肥技術(shù)

隨著滴灌技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，玉米生產(chǎn)中任何環(huán)節(jié)都可以實(shí)現(xiàn)智能化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。即玉米全生育期水肥活動(dòng)全部可以模擬監(jiān)測(cè)，形成一套高精度數(shù)據(jù)庫模型。只要知道種植玉米的地點(diǎn)，就可以生成一份施肥灌溉方案，此方案的水分利用效率與肥料利用效率極高。數(shù)據(jù)模型精準(zhǔn)的原因是其涉及該區(qū)域歷史的天氣情況，包含溫度變化、蒸發(fā)量、降水量、干熱情況、地形、土壤類型、下襯面特性等，還有作物吸收水肥的規(guī)律等，從而可以精確到每個(gè)生育期具體需要多少水及氮、磷、鉀等元素。

（二）物聯(lián)網(wǎng)與智能化發(fā)展

滴灌技術(shù)結(jié)合智能化的發(fā)展，最終會(huì)把人們從繁重的農(nóng)事勞作中解放出來。所有的端口最終都會(huì)集成到智能手機(jī)APP 中，結(jié)合多種類型的傳感器可用手機(jī)遙控控制，甚至人工授權(quán)后，電腦AI可以自主決策一些簡(jiǎn)單的場(chǎng)景，如灌溉、施肥等。

（三）超大規(guī)模與無人化監(jiān)管

此階段需要10～15 年的發(fā)展，1～2 人就可以管理大型玉米農(nóng)場(chǎng)。多數(shù)玉米農(nóng)場(chǎng)的農(nóng)事操作全部智能化決策，人們只需要從事對(duì)外簡(jiǎn)單的農(nóng)資投入品采購、日常無人機(jī)巡田等工作，以及標(biāo)準(zhǔn)化處理突發(fā)事件，如電腦決策錯(cuò)誤、管道破損、傳感器失靈等。總體來說，可以使玉米生產(chǎn)變成一個(gè)超級(jí)工廠，大多數(shù)生產(chǎn)可以定量標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)。