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灌溉施肥技术

进入 悯农金刚机械制造有限公司 网站    作者:hcmnjg 点击:592次 发布时间:2018年2月7日

灌溉施肥技术  农业在追求作物的最高产量、最佳品质和最低生产成本的同时也要保持可持续发展。实现这个目标的前提是要有一个最优且平衡的水分和养分的供应。环境、土地和水资源的保护也是我们需考虑的另一个重要方面。通常要根据作物对养分的需求来供应养分。
  灌溉施肥技术,一种将水肥供应通过灌溉结合起来的现代农业技术,不但可实现产量的最大化,同时它对环境所产生的污染也达到最小(Magen,1995;Shani等,1998;Sneh,1987)。
  在半干旱和干旱气候条件下,有时甚至在湿润的气候条件下,最佳的供水状况取决于灌溉方式。在大部分情况下,供水是通过明渠、漫灌和沟灌来实现的。这些方法用效率是相当低的,一般有1/2~1/3的带有营养元素的灌溉水不能被作物利用。在加压灌溉系统中,水的利用率可达70%~95%,这种灌溉系统可以很好地控制水分和养分的供应并使水的损失最小化。使用加压灌溉的主要制约因素是最初的资金投入、维护费用和使用该系统所必需的专业知识。滴灌可能是一种最有效的供水方法,它对根区进行局部供水。局部供水导致根系生长受限制,因此需要频繁补充养分满足生长所需。将养分加入灌溉水中则可满足这个需求。
  表1列出了通过灌溉施肥系统营养元素的施用与吸收的数据(Hagin和Lowengart,1996)。如文献报道的一样,无土栽培番茄在生长高峰期对养分的吸收量非常接近推荐施肥量。
  

(表:表1 番茄对养分的吸收量和推荐施肥量 )

营养元素 N P K Ca Mg
吸收量(千克/公顷) 85 19 190 43 11
推荐施肥量(千克/公顷) 87 35 122 61 14

  表1的数据表明施用推荐的施肥量对环境的污染很小。例如,番茄对氮的吸收量非常接近其施用量,淋溶液所含养分几乎可以忽略不计。虽然磷的吸收量只是施用量的一半左右,但淋溶液中磷的含量并不高?因为磷的化合物被吸附在根系生长介质中。
  从依靠重力作用的开放式灌溉到加压微灌系统转化的趋势在不少地方都可见到。例如,一份加利福尼亚州农业报告指出,1986-1996年,依靠重力作用的开放式灌溉减少了11%,同时微灌增加了12%。微灌需用孔口很小的灌水器且出水流量很小。此外,更换灌溉系统的农场一般都采用诸如灌溉施肥这样的新的养分管理技术(Dillon et al,1999)。
  当一个发展中的农业系统采用微灌系统时,引进灌溉施肥技术将会显著提高其经济效益。例如,约旦河西岸的吉福特里克谷地的蔬菜生产,应用此技术后蔬菜产量增加了10倍以上。由于品质改善,农民的净收入大幅度增加。这个例子成功的主要因素是将滴灌技术与灌溉施肥技术结合应用。快速而非逐步地将这项成熟的技术应用到农业领域被证明是可行的,此技术甚至不需要先建立农业全面的基础设施。因此,在发展中国家此技术可为价值高的作物的栽培提供一条经济的、社会易接受的措施(Raymon和Or,1990)。
  应用灌溉施肥技术,可以方便地控制灌溉时间、肥料用量、养分浓度和营养元素间的比例。由于上述因素的合理控制,作物产量较利用单一施肥和灌溉方法显著提高。当然产量的提高不单是因为采用灌溉施肥技术,同时还由于其他农业技术及作物管理方式的改进。
  灌溉施肥技术可以在任何一种灌溉形式下进行。然而在田间漫灌方式下施肥,养分的分配很不均衡。 Playan和Faci(1997)研究发现漫灌方式下,地势较低的半块地,其养分分布的均匀度为3%~52%,而水分分布的均匀度为63%~97%。
  在加压灌溉系统下,特别是在微灌系统下,灌溉施肥技术被认为是作物养分管理的一个主要部分,因为在这些灌溉系统下会导致局部湿润土壤中根系的密集生长。而灌溉施肥技术是确保植物营养达到最佳状态的必要手段。
  彩色插图1(见附录)表明了加压的灌溉施肥技术对滴头附近鳄梨根系局限生长的影响。在湿润区域,溶质及植物养分的移动及其有效性取决于水的移动。根系趋向滴头附近生长表明根系是从有限的湿润土壤中吸收养分,这一点充分体现了灌溉施肥技术的优势。当水分进入土壤,就可能产生以白色沉淀为特征的化学反应。
  (图:插图1 近观滴头及其滴头周围鳄梨的细根)

  通过灌溉施肥技术将养分和水分的供应结合起来,可避免养分向根系分布区以下土层淋失,从而减少对地下水的污染(Alva和Mozaffari,1995;Hagin和Lowengart,1996)。此外,通过采用灌溉施肥技术,可以在贫瘠的、土层很薄的土壤和惰性介质中种植作物并获得最大增产潜力(Bar-Yosef,1988;Bar-Yosef和Imas,1995;Imas等,1998;Bar-Yosef,1980;Sonneveld,1995)。
  在渗灌(即通过地表滴灌)系统中,灌溉施肥技术的优势更为明显。它可以减少水分蒸发,增加湿润土壤的体积和促进根系向深层生长(Phene和Lamm,1995)。此外,通过渗灌系统施肥还可将由硝酸盐产生的农业面源污染降到最低程度。
  在美国,Harrison (1999)建立了一个柑橘长期氮和水分管理的模型,该模型指出了不同氮肥施用方法和用量所引起的污染潜力。该模型模拟了成龄柑橘园地下水中硝态氮浓度的变化。结果表明,若要保持地下水中平均硝态氮含量低于环境保护机构规定的允许污染物最高含量(10毫克/升),则氮的施用量应以下列数据为准:
  1. 每年分3次施可溶性固体肥料,总氮量不超过172千克/公顷。
  2. 每年分3次施长效肥料,总氮量不超过208千克/公顷。
  3. 每年通过灌溉施肥18次,总氮量不超过231千克/公顷。
  甚至在湿润地区,灌溉施肥技术也正得到推广。例如在荷兰,利用灌溉设施进行灌溉施肥技术的果场数量和规模正在日益扩大(Koeman,1998)。
  在中国华南地区,灌溉施肥只是在短期内应用。在荔枝开花期进行灌溉施肥可确保一些生长关键期的水分和养分充分供应,以保证连年稳产(私人通讯)。
  自20世纪60年代初起,以色列开始普及灌溉施肥技术。全国43万公顷耕地中大约有20万公顷应用加压灌溉系统。果树、花卉和温室作物都是采用灌溉施肥技术,而大田蔬菜和大田作物有些是全部利用灌溉施肥技术,有些只是某种程度上应用,这取决于土壤本身的肥力和基肥施用(Aamer等,1997;Bravdo等,1988;Bravdo等,1992;Heffner等,1982;Lahav等,1995;Lahav和Kalmar,1995;Lowengart和Monor,1998;Shemesh等,1995;Zaidan和Avidan,1997)。
  总而言之,灌溉施肥技术是农业灌溉系统,特别是微灌系统的一个必要组成部分,因为这些灌溉系统中根系生长会受水分供应的限制。在湿润的环境条件下,植物根系在土壤中的分布范围较大,但此时利用灌溉施肥技术仍具有明显长处,因为灌溉施肥技术是使一些植物养分对环境污染达到最低限度的最好方法。
  二、灌溉施肥技术的发展历史
  灌溉施肥技术是现代集约化灌溉农业的一个关键因素,它起源于无土栽培(也叫营养液栽培)的发展。在古代,人们就已将这项技术应用在古巴比伦著名的空中花园和中美洲阿兹特克斯的水上花园。事实上,巴比伦的空中花园就是一个复杂的泵式水培系统,它利用富含氧气和养分的水来灌溉。在阿兹特克斯的水上花园,人们在漂浮的木筏上种植蔬菜、花卉甚至树木,这些植物的根系可穿过木筏在水中生长。古代中国人利用水培种植水稻。现代空中花园的例子是以色列的海法城的巴哈伊花园(彩色插图2)。
  (图:插图2 以色列海法城的空中巴哈伊花园)


  18世纪末,英国的乌特渥尔特(John Woodward)将植物种植在土壤的提取液中,这是第一个人工配制的水培营养液。19世纪中期,布森高(Jean Baptiste Boussingault)利用惰性材料做植物生长介质并以含有已知化合物的水溶液供应养分,从而确定了9种植物必需营养元素,并阐明了植物最佳生长所需的矿质养分比例。后来,von Sachs提出了能使植物生长良好的第一个营养液的标准配方。在1925年以前,营养液只用于植物营养试验研究,并确定了许多营养液配方(Hoagland,1919;Arnon,1938;Robbins,1946)。
  1925年,温室工业开始利用营养液栽培取代传统的土壤栽培。“营养液栽培”(hydroponics)这个词最初是指没有用任何固定根系基质的水培;之后,营养液栽培的含义扩大了,指不用天然土壤而用惰性介质如石砾、砂、泥炭、蛭石或锯木屑和含有植物必需营养元素的营养液来种植植物。现在一般把固体基质栽培类型称为无土栽培,无固体基质栽培类型称为营养液栽培。
  第二次世界大战加速了无土栽培的发展,成为美军新鲜蔬菜的重要来源。第一个大型营养液栽培农场就建在南大西洋荒芜的阿森松岛上,这项采用粉碎火山岩做生长基质的技术后来也应用到其他太平洋岛屿,如冲绳岛和硫黄岛。二战后美军在日本调布建起了一个22公顷的无土栽培生产基地
  20世纪50年代,无土栽培的商业化生产开始在荷兰、意大利、西班牙、法国、英国、德国、瑞典、前苏联和以色列发展。之后,中东、阿拉伯半岛的沙漠地区、科威特和撒哈拉沙漠以及中美洲、南美洲、墨西哥和委内瑞拉海岸的阿鲁巴和库拉考地区也开始推广无土栽培技术。在美国,无土栽培生产主要集中于伊利诺伊斯州、俄亥俄州、加利福尼亚州、亚利桑那州、印地安那州、密苏里州和佛罗里达州。全美国有上百万家庭式无土栽培装置。在俄罗斯、法国、加拿大、南非、荷兰、日本、澳大利亚和德国等国家也可见到这种家庭无土栽培装置。
  塑料容器和塑料管件的发展以及平衡的营养液配方促进了无土栽培的进一步发展,生产成本和管理费用都大大降低。
  20世纪50年代中期,美国进行灌溉施肥的规模很小,只在地面灌溉、漫灌和沟灌中应用。当时最常用的肥料有氨气、氨水和硝酸铵,由于灌溉水的利用率很低,使得肥料的氮利用率也很低。随着波涌灌的发展,地面灌溉的水分供应更加精确,紧接着又应用波涌阀注入肥料,这项技术极大地提高了地面灌溉的肥料利用率。在荷兰,从20世纪50年代初以来,温室数量大幅增加,通过灌溉系统施用的肥料量也大幅增加,水泵和用于实现养分精确供应的肥料混合罐也得到研制和开发。
  20世纪60年代初,以色列灌溉施肥技术的发展与微灌的发展和应用是同步进行的;这是由于滴灌湿润的土壤范围很小,根系要吸收充足的养分需要水和养分的同步供应。在其他微灌系统中,如喷灌和微喷灌系统,灌溉施肥技术对作物的作用效果也很好。随着喷灌系统由移动式转为固定式,灌溉施肥技术也被应用到喷灌系统中。20世纪80年代初,开始将灌溉施肥技术应用到自动推进机械灌溉系统。现在,以色列农业灌溉面积(除辅助灌溉外)有75%以上采用灌溉施肥技术。最初,由于使用肥料罐,灌溉施肥的养分分布不均匀;后来采用文丘里真空(抽气)泵和水压驱动肥料注射器,养分分布较为均衡;引入全电脑控制的现代灌溉施肥技术设备后,养分分布的均匀度得到显著提高。
  滴灌的构想产生于20世纪30年代初的以色列。当时恩格.申巴.布拉斯先生受邀去滨海地带的一个小农场参加傍晚茶会。他发现主人的众多葡萄柚中有一棵长得特别大,但是这棵树并没有明显的灌溉水源。经过进一步调查,他发现一条通往房子的很细的饮用水铁管在此处有一个裂口,从这个裂口流出的水可湿润范围仅为25厘米,而这棵树的树冠直径为10米。这么大一棵树竟能从容积如此小的土壤中获得所需水分,这个现象触发布拉斯先生产生滴灌的想法。不幸的是,那时研究滴灌存在许多实际困难,以至于这个想法无法实现。但是17年后,即1959年,塑料管的应用使这个想法的实现成为可能。经过3年的反复试验,最后终于成功了。与喷灌和沟灌相比,应用滴灌的番茄产量增加了一倍,黄瓜产量增加了两倍。
  这项新的灌溉技术的一个关键问题是养分的供应问题。它湿润的土壤容积只是耕作层的一小部分,特别是砂土条件下,这个问题更为明显。因此若在土壤表面撒施肥料,由于大部分肥料仍留在土壤表面而不能被植物利用。在初始阶段,通过灌溉施肥有两种方法。一种是利用喷雾泵将肥料溶液注入灌溉系统;另一方法是将灌溉系统的水引到装有水和固体肥料的容器内,然后又回到灌溉系统内。这两种施肥方法虽然简单且不精确,但是1963年的产量因为应用这两种施肥方法而显著增加。冬季在采用滴灌的果园里撒施肥料,其肥料利用率非常低,特别是在粗质地的土壤条件下情况尤甚。在滨海地带的砂土上,采用滴灌的柑橘园的产量甚至比采用喷灌的果园低,而且还出现缺素症状。20世纪60年代末到70年代初,一系列的试验研究证明灌溉施肥技术也可为多年生作物供应持续不断的养分。
  20世纪60年代末,由于出口花卉的需要,温室面积开始扩大(彩色插图3)。滴灌与灌溉施肥技术的结合极大地加速了这个密集的、高投入的种植系统的发展。同时生产蔬菜和大田作物的农户也开始应用灌溉施肥技术。

(图:插图3 观赏植物的无土栽培(舍非尔苗圃,以色列))


  20世纪60年代中期,随着滴灌的发展,应用肥料罐施肥是主要的施肥方法。一些温室应用两用途的喷雾泵来进行喷施农药和灌溉施肥,而果园则应用移动式喷雾器将肥料溶液直接注入灌溉系统。20世纪70年代初,液体肥料的应用促进了水力驱动泵的发展。第一种开发的水力驱动泵为膜式泵,它将肥料溶液从一个敞开的容器中抽取后再注入灌溉系统。这种泵产生的压力是灌溉系统中压力的两倍。第二种水力驱动泵为活塞泵,依靠活塞来进行肥料溶液的吸取和注入。这些肥料泵的应用实现了水和肥料的同步供应。同样在20世纪70年代初,开始应用低流量的文丘里施肥器,主要应用于苗圃和盆栽温室。它的应用解决了早期肥料泵的一个主要缺点,即在低流量时的不精确性。在有电的地方,主要在温室内,电驱动的肥料泵可以对肥料溶液进行精确供应。20世纪90年代初,用于精确施用低中流量肥料溶液的新型肥料泵得到发展。
  在饮用水和灌溉水共用的供水网内,阻止肥料溶液倒流回供水系统是实现灌溉施肥的前提。应用真空阀、止回阀和空气隔离可解决这个问题。
  对肥料用量的控制也越来越精确。最初需要手工来调节肥料罐的进流量和出流量,后来应用机械化设备来自动控制水和肥料的同步供应。现在已有非常复杂的控制设备,计算机与监控肥料混合罐的酸度计、电导率仪及灌溉控制器相连接,对肥料用量实现更为精确的控制。
  三、灌溉施肥技术文献回顾
  文献资料表明,大多数情况下,应用灌溉施肥技术后作物的产量增加、肥料和水的利用率提高,环境中流失养分量减少。下面是一些例子。
  (一)蔬菜和小株型果树
  番茄是一种重要的大田和保护地栽培作物。与应用传统灌溉和施肥方法的番茄相比,经灌溉施肥的番茄产量高、干物质含量高、品质好(如大小、硬度和可溶糖含量)(Alcantar等,1999)。比较滴灌和施肥分开应用和滴灌施肥结合应用的试验结果表明,分开应用时番茄产量为44吨/公顷,而两者结合应用番茄产量可达72吨/公顷,是前者的两倍。应用灌溉施肥技术产量增加的一个重要原因是养分的有效性显著提高(Pan等,1999)。在另一个试验中,与传统施肥和喷灌方法相比,灌溉施肥技术使番茄产量从39吨/公顷增加到50吨/公顷,且品质也显著提高了(Siviero和Sandei,1999)。
  在6个加工番茄品种上应用渗滴灌施肥技术,其商品产量可达80~98吨/公顷,而且品质好,可溶性固形物含量超过4.9%。90%以上的根系集中分布在地表上层25厘米的土壤范围内。高产量还伴随着良好的加工特性,即病害少、烂果少(Silva 等,1999)。实践证明,灌溉施肥技术除了提高作物产量之外,还有其他优势。温室无土栽培的番茄应用灌溉施肥技术后,其病害发生最少并保持长时间的丰产(Reist等,1999)。
  对其他作物的研究也有类似的报道。在德国巴伐利亚低地的粉质砂壤土上进行的大田黄瓜试验中,利用在覆盖物下滴灌施氮磷钾肥的黄瓜产量最高,达到74吨/公顷;而用喷灌和将尿素做叶面肥施用的黄瓜产量最低,为65吨/公顷(Mosler,1998)。在冲积土上(pH7.9)种植黄瓜,通过灌溉施肥技术分别施用硫酸铵和硝酸钾两种氮肥,每种氮肥设3个用量,结果发现氮肥施用量最高的处理其产量最高。由于硝态氮的利用率(75%~97%)比铵态氮的利用率(10%)高,所以通过灌溉施肥技术施用硝酸盐肥料,硝酸盐的渗滤损失很少(Brito等,1999)。
  应用灌溉施肥技术,当施纯氮100千克/公顷时,爱斯伯格生菜的产量可达33吨/公顷(Rineon等,1998)。在其他大田生菜试验中,纯氮施用量为450千克/公顷,用滴灌施肥的处理其氮利用率比用喷灌和传统施肥方法处理高25%o。这是由于通过滴灌施肥,土壤中的硝酸盐浓度更稳定,氮的分布更合理,硝态氮与铵态氮比例增加,铵离子的浓度处于产生毒害的浓度之下(Mcpharlin等,1995)。
  将地面灌溉并施用固体肥料和滴灌施肥两种方法对鹰嘴豆产量的影响作了比较。结果表明,按推荐施肥量施用固体肥料,鹰嘴豆产量为1.9吨/公顷;而用灌溉施肥技术并按推荐施肥量的75%~150%施肥,鹰嘴豆产量为2.2~2.3吨/公顷。此外,滴灌比地面灌溉的需水量减少60%(Deolankan和Pandit,1998)。在粉质砂壤土上,当滴灌用水量是集雨盆蒸发量的75%且施纯氮25千克/公顷时,豌豆的产量最高、对水的利用率也最高(Malik和Kumar,1996)。
  在粘质砂壤和粘土上种植花椰菜,施用纯氮400千克/公顷,用滴灌施肥的产量(24.5吨/公顷)比肥料撒施的产量高(Castellanos等,1990)。草莓应用滴灌施肥技术施用氮磷钾肥比撒施固体氮磷钾肥的产量多25%左右(Bernardoni等,1990)。在一个对越橘进行的试验中,应用灌溉施肥和撒施颗粒肥两种方法,每种方法头两年施纯氮65千克/公顷、第三年施纯氮77千克/公顷。3年后,应用灌溉施肥技术的越橘产量比撒施颗粒肥的高。灌溉施肥技术的效果如此好的原因是由于氮在根际的含量增多从而使氮的有效性得到提高。
  (二)大田作物
  小麦试验表明应用灌溉施肥技术,可节约大量的磷肥。在石灰性砂壤土种植小麦,通过灌溉系统施用总磷量一半的磷酸二铵的小麦产量与撤施总磷量的过磷酸钙处理产量相同。小麦磷的吸收量也得到相似结果(Alam等,1999)。对甘蔗的试验也得到类似结论,应用滴灌施肥技术,氮肥的施用量可减少30%,每年施纯氮80千克/公顷的产量并不少于每年条施纯氮120千克/公顷的产量(Kwong等,1999)。在玉米的大田试验中,与撒施固体肥料相比,应用灌溉施肥的玉米产量增加且氮转运到籽粒中的量提高(Bassoi and Reichardt,1995)。
  一些试验表明,渗滴灌施肥对棉花有增产和促进养分吸收的作用,特别是对磷的吸收(Eizenkot等,1998)。在粘土上种植棉花,应用灌溉施肥技术施纯氮75千克/公顷的产量与直接施纯氮100千克/公顷(固体氮肥)的产量相同。应用灌溉施肥技术后棉花品质、水和氮的利用率以及棉花对其他养分的吸收都显著提高(Bharamber等,1997)。
  (三)果树
  在以色列西加利利地区对香蕉的长期试验表明,应用灌溉施肥技术可以提高肥料的利用率。20世纪60年代,香蕉主要是用喷灌和一季撒施3~4次固体肥料。20世纪90年代,开始在香蕉整个生长季节都利用滴灌施肥,这增加了氮的施用量,从原来的每年施纯氮250千克/公顷增为每年500千克/公顷。同时,香蕉平均株高由150厘米增到270厘米,一穗香蕉平均重量由18千克增到28千克,每公顷的香蕉穗数由1700穗增加到2100穗,平均每公顷产量从30吨增加到60吨。将1972年和1995年的第七叶叶柄氮磷钾含量相比较,结果表明氮从0.6%增加到1.1%,磷从0.08%增加到0.12%,钾从3.7%增加到6.5%。香蕉对养分的吸收量增加以及产量的提高可能是由于应用灌溉施肥技术后施肥量增加、养分的空间和时间分布更趋合理(Lahav 和Lowengart,1998)。
  在美洲山核桃的试验中,通过滴灌施用纯氮56千克/公顷的坚果产量和品质与全部撤施或半撒施半滴灌施用纯氮112千克/公顷的处理一样。与撒施氮肥相比,全部应用滴灌施用氮肥对土壤pH的影响小,树冠下的非湿润区土壤钾、钙和镁的损失少,地表下15~30厘米土层的pH、钾镁含量的下降都很微小,叶片中钙镁含量增加(Worley和Mullinix,1996)。
  灌溉施肥技术与其他农业改进技术相结合对苹果也有明显效果。加拿大英属哥伦比亚的苹果园之所以采用高密度种植(800~1400棵/公顷)取代传统的低密度种植,是因为滴灌施肥可以提高对养分的管理水平,特别是在粗质地的土壤上(Neilsen和Robert,1996)。在粗质地的土壤上,频繁的每日滴灌使矮化砧木嫁接的高密度种植苹果根系主要为浅层生长。与微喷灌相比,根系侧向生长也受到限制(Neilsen等,2000)。在苹果园进行的滴灌施肥与传统灌溉和撒施肥料处理的比较试验表明,应用灌溉施肥技术施纯氮26千克/公顷可增加梢生长量、花芽数量、坐果率和累积产量,并且使这些因素间达到最佳平衡。由于灌溉施肥技术可以在施肥量较少的情况下促进苹果树体生长和提高产量,因此它成为一种最少农用化学品(如化肥、农药)投入的高水平果树生产系统的有用技术(Hipps,1992)。
  然而,在苹果和桃的一些试验中并没有发现灌溉施肥技术的优势。虽然应用灌溉施肥技术后苹果4年里的产量比其他处理(追肥、施缓释肥、喷施液体肥料)高,但灌溉施肥系统的高投入抵消了它所产生的增产量,所以灌溉施肥技术并不是一种经济有效的方法(Paoli,1997)。对两个苹果品种长达6年的研究表明,灌溉施肥技术并不比传统的喷施肥料和撒施肥料好(Widmer和Krebs,1999)。
  Dolega等(1998)发现,应用灌溉施肥技术和没有用灌溉施肥技术的苹果,果实硬度、酸度和糖分含量都没有差别。灌溉施肥技术并不会提高水果的矿物质含量和延长贮藏期,对开花和产量也没有显著作用。而应用滴灌和肥料撒施则可以达到最高产量。
  在高密度种植的桃园(606株/公顷),应用灌溉施肥技术施用氮和钾,与条施肥料相比,对桃树增产作用不明显(Layne等,1996)。但对以色列桃园的观察表明灌溉施肥技术可以促进果实早熟,桃树可比传统管理的果园早一年半结果。苹果园和桃园应用灌溉施肥技术后产生的效果不确定性,可能与这些试验都在湿润气候条件下进行有关。在湿润条件下,灌溉施肥技术的一个重要组成部分即土壤水分的管理没有得到表达。
  对橙进行灌溉施肥试验表明,利用滴灌进行小容积高浓度施肥(养分浓度相当于霍格兰营养液的一半)可获得最高产量。滴灌施肥后形成局限生长的密集的根系,根系中有大量须根(Bravdo等,1992)。灌溉施肥比撒施固体肥料使生长在细砂土上的橙的产量多3~8吨/公顷。进一步的测定表明,通过灌溉系统年施18次肥比每年撤施3次颗粒肥料(肥料总量一样)减少地下水的硝酸盐含量(Alva等,1998)。Alva和Mozaffani(1995)对灌溉施肥技术减少地下水的硝酸盐污染方面也有相关报道。
  应用灌溉施肥技术生产葡萄柚的利润可超过传统撒施肥料获得的利润(Boman,1995)。将传统施肥处理(撒施颗粒肥料)与混合施肥处理(撒施和灌溉施肥技术相结合)对成龄葡萄柚的作用进行了比较。传统施肥处理每年撒施3次肥料,混合施肥处理春天时撒施全年氮钾总用量的33%,以后每隔两周通过灌溉系统施剩余的肥料。结果显示混合施肥处理的产量比传统施肥处理的高8%~9%,且提高了肥料的利用率(Boman,1996)。
  四、肥料
  (一)适于灌溉施肥的肥料
  种植者可选用的肥料种类很多,有固体肥料和液体肥料。肥料是否可用于灌溉施肥技术取决于它本身的一些性质,尤其是溶解性。所有的液体肥料和常温下可完全溶解的固体肥料都可用于灌溉施肥。混合时必须保证肥料之间的相容性,不能有沉淀生成且混合后不改变它们的溶解度。例如,将硫酸铵与氯化钾混合后,硫酸钾的溶解度决定混合液的溶解度,因为生成的硫酸钾的溶解度是该混合溶液中最小的。溶液的腐蚀性也很重要,肥料在灌溉系统中也会与金属成分发生化学反应,酸性和/或含氯化物的肥料通常比其他肥料的腐蚀性强。含有螯合态微量元素的肥料母液不要和其他肥料混合,螯合物与酸性肥料母液必须分开配制,因为螯合物在酸性溶液中会趋于分解。
  肥料与灌溉水的反应也必须考虑。有一些水含有较高浓度的二价阳离子,如钙和镁。一些磷酸盐化合物在这样的水中很容易产生沉淀,而其他的磷酸盐化合物如聚磷酸盐则不会产生沉淀。表2列出了肥料在水中的溶解度随温度变化的数据。这些数据有些引自《化学和物理手册》,有些引自Avidan(1996)和Wolf(1985)等人的资料。
  特别在配制营养母液时(见表2)必须考虑温度变化而造成的溶解度变化。一种肥料夏天时可能是完全溶解的,但冬天时却可能出现盐析现象。

(表:表2 化肥在不同温度下的溶解度(克/升) )

化合物 分子式 0℃ 10℃ 20℃ 30℃
尿素 CO(NH2)2 680 850 1060 1330
硝酸铵 NH4NO3 1183 1580 1950 2420
硫酸铵 (NH4)2SO4 706 730 750 780
硝酸钙 Ca(NO3)2 1020 1240 1294 1620
硝酸钾 KNO3 130 210 320 460
硫酸钾 K2SO4 70 90 110 130
氯化钾 KCl 280 310 340 370
硝酸氢二钾 K2HPO4 1328 1488 1600 1790
磷酸二氢钾 KH2PO4 142 178 225 274
磷酸二铵 (NH4)2HPO4 429 628 692 748
磷酸一铵 NH4H2PO4 227 295 374 464
氯化镁 MgCl2 528 540 546 568
硫酸镁 MgSO4 260 308 356 405


  大部分灌溉水本身都含有盐分,所以也就有一个最初的渗透压,这个渗透压随施肥引起盐分浓度增加而增大。根际介质的渗透压较高时不利于作物高产,因为渗透压增大后,植物吸收水分和养分需要消耗更多的能量,从而减少作物产量。所以配制用于灌溉施肥的营养液时应该选用那些对溶液渗透压影响较小的肥料。肥料或灌溉施肥营养液的渗透压通常没有明确规定或测定。事实上,我们测定营养液的电导率并通过电导率来比较各种不同肥料溶液的渗透压。如果需要,我们还可通过以下公式求算电导率(EC)和渗透压(OP)之间的关系。
  OP =0.036×EC(Ricbards,1954)
  灌溉施肥技术的溶液酸度可用pH表示,溶液呈酸性时具有腐蚀性,呈碱性则可能形成沉淀。例如,在弱碱性溶液中,可能会形成磷酸钙沉淀。
  肥料溶液的电导率(EC,单位:分西门子/米)与pH都可以计算出来并作比较。只要知道离子强度(IS)的大小后,我们可根据公式IS=0.013×EC而求出EC值(Griffin和Jurinak,1973)。IS值和pH可用Geochem程序计算出来(Sposito和Mattigod,1980)。对于尿素溶液而言,为了与其他溶液做一些性质上的比较,需要一种不同的计算方法。尿素溶于水中不会产生电导率,但是会产生渗透压(OP,单位:atm),根据公式OP×V=N×R×T可以算出OP值,式中N指容积为V的溶液摩尔数,R=0.082,T指绝对温度。然后再根据上面计算渗透压的公式求出尿素溶液的“当量电导率”值。表3给出了浓度10毫摩尔/升的肥料溶液的电导率(EC)、pH以及营养元素的浓度。

(表:表3 10毫摩尔/升肥料溶液的电导率(BC)、pH以及营养元素浓度 )

化合物 分子式 营养元素 营养元素浓度(毫克/升) EC 分西门子/米 pH
硝酸 NHO3 N 140 0.7 2.0
硝酸铵 NH4NO3 N 280 0.7 5.5
硝酸钙 Ca(NO3)2 N 280 2.0 6.9
氨水 NH4OH N 140 0.7 5.5
硫酸铵 (NH4)2SO4 N 280 1.4 4.5
尿素 CO(NH2)2 N 280 2.7 7.0
磷酸一铵 NH4H2PO4 N 140 0.4 4.7
P 310
磷酸二铵 (NH4)2HPO4 N 280 0.6 7.8
P 310
磷酸 H3PO4 P 310 0.4 2.3
磷酸氢二钾 K2HPO4 P 310 1.9 9.2
K 780
磷酸二氢钾 KHPO4 P 780 0.7 4.6
K 310
氯化钾 KCl K 390 0.7 7.0
磷酸钾 KNO3 N 140 0.7 7.0
K 390
硫酸钾 K2SO4 K 780 0.2 7.0
氯化镁 MgCl2 Mg 240 2.0 6.8
硫酸镁 MgSO4 Mg 240 2.2 6.9


  表3 的数据显示:(1)硝酸钙在溶液中产生的渗透压比硝酸钾大。(2)磷酸氢二钾溶液比磷酸二氢钾溶液的pH高。(3)较低浓度的磷酸也可明显降低溶液的pH。

配制N、P2O5和K2O含量不少于9%~10%的氮钾、磷钾和氮磷钾清液肥料,可以将尿素、磷酸和氯化钾在初始温度为10℃的水中混合。如果将硫酸铵和氯化钾一起使用,会因为生成硫酸钾而使得肥料溶液的浓度不会很高。若用磷酸配制清液肥料,应先加入磷酸,因为磷酸与水混合会放热。用尿素和氯化钾配制N-P205-K20比例为O-O-8,4.9-0-4.9,3.1-0-6.3,2.7-0-8.1,6.-0-3.1和7.8-0-2.6的清液肥料时,稀释后pH的范围为5~7。用尿素、磷酸和氯化钾配制N-P205-K20比例为0-6.3-6.3,0-3.7-7.4,0-3.2-9.6,0-7.4-3.7,3.6-3.6-3.6,2.7-2.7-8.1,2.7-5.4-2.7,2.5-5.1-10.1,7.4-2.5-2.5和5.1-1.7-5.1的清液肥料时,稀释后pH的范围为3~4。用于配制营养母液的水的pH对最终pH几乎没什么影响(Lupin等,1996)。
  在田间也可用一系列的可溶固体肥料配制用于灌溉施肥的营养母液,肥料用量和养分间的配比视作物的需求而定。这种配制方法较经济合算,但要配制植物所需的养分配比、无沉淀形成、pH和EC值适宜的溶液,则需要有专门的知识和技术。可参考表2和表3中的数据来配制用于灌溉施肥的营养母液(表5)。
  化肥企业生产了许多用于灌溉施肥的液体肥料,这些液体肥料有一系列不同的养分组成、pH和EC值以满足不同作物和生长介质的要求。表4列出了一些含有大量营养元素与微量营养元素的商品液体肥料的性质。这些资料摘自以色列的几家化肥公司的产品目录表。全球其他化肥企业也生产类似的或其他产品。表4的数据显示通过改变营养液中混合物的组成与配比可得到许多新的肥料配方。要补偿镁和钙的不足,可用硝酸(5g N/L)、硝酸钙(3g Ca/L)和硝酸镁(1g Mg/L)配成混合溶液。同时含硼7克/升的硼溶液也有公司配制。

(表:表4 一些用于灌溉施肥的液体肥料混合物的性质 )

化合物 N-P-K 相对EC值 p H 温度 比重
尿素、硝酸铵、磷酸 8-16-0 1.1 0.4 11 1.23
尿素、硝酸铵、磷酸、氯化钾 8-8-8 1.0 0.6 14 1.25
尿素、硝酸铵、氯化钾 15-0-5 0.7 7.5 6 1.20
尿素、硝酸铵、磷酸、氯化钾 12-6-6 1.0 1.0 11 1.24
硝酸铵、磷酸 14-14-0 1.7 0.1 2 1.34
硝酸铵、磷酸、氯化钾 8-4-8 1.1 0.4 15 1.23
硝酸铵、硝酸铵、磷酸、氯化钾 8-2-4 1.0 1.8 0 1.22
硝酸铵、磷酸、硝酸钾、磷酸二氢钾 8-6-6 0.9 0.7 9 1.27
硝酸铵、磷酸、硝酸钾、磷酸二氢钾 6-3-6 0.6 0.7 6 1.19


  N-P-K:指质量百分比,用N、P2O5和K20计算
  温度:盐析温度,℃
  相对EC值:指1升去离子水与1毫升液体肥料混合后的电导率(单位:分西门子/米)
  比重:指25℃下1升溶液所含的溶剂质量(单位:千克/升)

(表:表5 供选择的微量元素母液 )

微量元素 克/升 克/升 克/升
Fe-EDTA螯合物 12.2 5.50 40.5
Mn-EDTA螯合物 5.2 2.70 20.2
Zn-EDTA螯合物 1.75 1.35 10.1
Cu-EDTA螯合物 0.54 0.20 1.5
Mo 0.24 0.15 1.1
B 2.0
p H 9.2 8.5 7.5
比重 1.1 1.1 1.35


  (二)肥料化合物在灌溉水中的反应
  灌溉水所含的可溶盐分组成和浓度以及EC值、pH各不相同,所以在选择灌溉施肥用的肥料时也应考虑水质。
  氨水是灌溉施肥中常用的氮溶液,将氨水加入到灌溉系统中会使pH上升从而引起堵塞。在富含二价阳离子(Ca2+,Mg2+)和碳酸氢根阴离子(HCO3-)的水中,pH上升易形成碳酸钙和碳酸镁沉淀而堵塞滴水器和过滤器,生成沉淀的多少取决于加入氨水的浓度和灌溉水盐分的浓度及组成。电导率为0.2分西门子/米、钙镁浓度为10毫克/升的灌溉水可容许的氨氮(NH3-N)浓度为30克/升。灌溉水盐分浓度较高时,电导率为0.8分西门子/米、钙镁浓度为30毫克/升,则只能容许氨氮(NH3-N)浓度为1克/升。
  可利用以上数据进行灌溉施肥的施肥推荐。例如,在干旱地区,水的硬度较大,可以据此防止沉淀形成;假设灌溉水的电导率为2.5分西门子/米,二价阳离子(Ca2+,+Mg2+)浓度为200毫克/升,那么加入的氨氮(NH3-N)浓度不得超过0.25克/升(Whiting,1975)。
  高浓度的硫酸钱对灌溉水有少许的酸化作用。在硫酸铵浓度很高时,硫酸根离子会与灌溉水中的钙离子结合生成硫酸钙沉淀。其他的氮源,像尿素和硝酸铵则不会与灌溉水中的盐分反应,也就不会有沉淀生成。
  灌溉施肥中使用的磷肥会与灌溉水中的盐分以多种方式发生反应。磷酸,更准确地说应该是正磷酸,是一种常用的磷肥。磷酸是一种比较强的酸,它会降低灌溉水的pH从而溶解一些沉淀,起到清洁或防堵塞作用。磷酸一铵,一种正磷酸盐,是灌溉量施肥经常使用的磷肥。当磷酸根离子和二价阳离子(如Ca2+)的浓度超过一定限度,就会形成磷酸一钙(CaHP04)沉淀和磷酸钙[Ca3(P04)2]沉淀而引起堵塞。加入灌溉水中的磷肥的临界浓度很难估计,因为这除了受钙镁浓度的影响还受溶液的pH及其他离子浓度的影响。例如,往钙浓度为200毫克/升的灌溉水中加磷酸铵,当磷的浓度超过7.5%时就会生成沉淀(Duis和Burman,1969)。
  当一些配方用正磷酸盐会形成沉淀时,可以用聚磷酸盐。聚磷酸是正磷酸的聚合物,这些聚磷酸的结构以及聚合反应的简图见图1。图中显示2个正磷酸分子聚合形成1个焦磷酸分子,同时释放1分子水;同样地,1分子正磷酸与1分子焦磷酸结合可形成1分子三聚磷酸,依次类推而形成更长的链。聚磷酸盐肥料通常由不同长度链的聚磷酸盐混合而成。

(图:图1 一些磷酸的结构)


  这些酸与阳离子反应可生成像聚磷酸铵等用于施肥配方的盐类。聚磷酸盐的一个特点是可以鳌合像钙一类的阳离子,在富含钙的灌溉水中加入足够的聚磷酸盐会生成可溶的磷酸钙盐从而防止沉淀的形成。而在富含钙的灌溉水中加入少量的聚磷酸盐溶液则会生成溶解度很小的焦磷酸钙沉淀,但是随着聚磷酸盐的量不断增加,沉淀会逐渐溶解同时还可防止生成其他沉淀。Duis和Burman(1969)以及Noy和Yoles(1979)曾对组成为11-37-0的肥料进行过定量分析:
  (1)当灌溉水中的钙浓度为100毫克/升时,无论加入多少聚磷酸铵都不会生成沉淀。
  (2)当灌溉水中的钙浓度为200毫克/升时,以1:300稀释聚磷酸盐溶液会生成沉淀而以1:200稀释则不会形成沉淀。
  (3)当灌溉水中的钙浓度为500毫克/升时,以1:100稀释聚磷酸盐溶液会生成沉淀而以1:50稀释则不会形成沉淀。
  其他有关文献也报道了防止沉淀生成的最低浓度,但结果稍有差异。这些差异很可能是因为使用的肥料中所含的不同链长聚磷酸盐的比例不同。实际上,每批聚磷酸盐肥料都应该测定各种链长的临界比例。
  钾盐在常温下可溶于水。所以大多数情况下,可以往灌溉水中加入大量的钾盐。表2中的数据显示,在20℃下,氯化钾的溶解度可达34%,硝酸钾溶解度达32%,磷酸二氢钾的溶解度达30%,而磷酸氢二钾的溶解度更高。相对而言,硫酸钾的溶解度较低,20℃时的溶解度最高只有11%。此外,在富含二价阳离子(主要是钙离子)的灌溉水中,还会生成溶解度较低的硫酸钙沉淀。
  Elm等(1995)对氯化钾、硫酸钾和硝酸钾进行了测试。这几种肥料用于灌溉施肥中溶解快速、钾浓度高。在25℃时氯化钾的溶解度最大且在较低温度下其溶液的钾浓度最高;硝酸钾的溶解度随温度的升高而增加,而硫酸钾的溶解度是最低的。对非忌氯作物或存在渗漏条件下,氯化钾是用于灌溉施肥的最好肥料,因为它的溶解速度最快、钾含量最高、溶解度受温度变化的影响最小且价格是这3种肥料中最低的。
  微量元素通常以鳌合态形式与大量元素一起加入灌溉水中,(表4),由于是鳌合态,大部分微量元素不会形成沉淀。
  (三)通过灌溉施肥施入的养分在土壤和生长基质中的反应
  灌溉施肥中的养分是溶解后施入的,移动性较强,可与土壤和其他生长基质发生反应。尿素是一种简单的有机分子而不是盐,大量的肥料配方都用到它(表4)。使用时必须确保尿素的缩二脲含量不超过0.25%,因为缩二脲对植物有害。
  尿素的溶解性很好,正常条件下它的溶解度为1千克/升。实际应用中灌溉水的尿素浓度可不受限制。尿素会随水分在土壤或生长基质中移动,直到被普遍存在的脲酶水解生成碳酸铵:
  CO(NH2)2+2H20=(NH4)2C03
  碳酸铵不稳定,易分解成氨气和二氧化碳:
  (NH4)2C03=2NH3+CO2+H20
  氨气会被吸附在土壤和生长基质表面或者溶解于水中形成铵离子,铵离子可被吸附在土壤阳离子交换位。在碱性条件下,一些氨气会挥发而造成损失。
  一般尿素水解需要的时间差异很大,从几个小时到几天(Balwinder-Singh等,1996)。生长基质的温度和pH对尿素的水解速率也有影响。在5~45℃范围内,温度每升高10℃,尿素的水解速率就增加一倍(Moyo等,1989);在pH约为6.5时达到最大(Cabrera等,1991)。随着碳酸钙含量、盐分浓度和碱性的增加,水解速率逐渐降低;而随着生长基质中粘土含量、有机质含量的增加,水解速率会不断增大。
  用于灌溉施肥的其他氮肥有铵盐和硝酸盐。在生长基质和粗质地的土壤中铵盐会保留在溶液中。在含有粘土的土壤中,一部分铵盐会被吸附到土壤阳离子交换位,一些可能被固定到粘土的晶格中。铵离子,不论是在溶液中还是被吸附,都可以被植物和微生物利用。在正常的环境条件下,铵离子会被微生物氧化为硝酸根离子;硝化速率受环境条件的影响,硝化一半铵离子需要几天到几个星期的时间。在自养细菌的作用下先硝化成亚硝酸根离子,然后再硝化形成硝酸,硝化过程伴随着能量的释放。这个反应可以用下列方程式描述:
  2NH4++3O2=4H++2H20+2NO2-2NO2-+O2=2NO3-
  这两个方程式显示硝化反应需要氧气参与,并会生成氢离子,从而酸化硝化层周围的土壤。所以使用铵盐或尿素会酸化生长基质,而土壤和生长基质中的碳酸钙会起到中和作用。
  土壤结构决定了通气程度和缓冲能力从而影响硝化的速率。在沙砾壤土上种植的苹果树用铵盐肥料进行灌溉施肥1年后,沿滴头水平方向60厘米、垂直方向60厘米的区域开始酸化。在滴头正下方20~30厘米的土层酸化最为严重,1年后pH由5.8降到4.5,3年后降到3.7。此外,还观察到钾被快速置换(Parchomchuk等,1993)。
  粗质地土壤和细质地土壤(粘土)之间的硝化速率不同还与土壤或生长基质所含水分有关。如果用张力来表示水分含量,则水分和通气状况达到最佳范围的张力为0.1~1.0巴。当张力为0.01巴时,介质充满了水,没有空气,硝化细菌因为缺氧而使硝化反应停止。同样地,当张力超过15巴时,微生物会因为缺水而使硝化作用停止。
  Kuldip-Singh(1996)报导了pH影响铵离子硝化速率的数量指标。在培养试验里,60%的土壤孔隙充满水,硝化速率在pH为7.4时最大(每天7毫克N/千克土),在pH为9.4时硝化速率中等(每天3毫克N/千克土),在pH为4.8时最小(每天1毫克N/千克土)。一般而言,硝化反应的最适pH为6.6~8.4,pH低于4.0或高于9.5都会抑制硝化反应。
  施用铵盐肥料会影响pH。在一个硝化反应的研究中,分别将硫酸铵、磷酸二铵和尿素施到中等酸度、pH缓冲性能差的土壤,结果发现硝化速率与氮肥的本身的碱性有关。施用尿素的硝化速率最大,其次为磷酸二铵,硫酸铵最小(Mclnnes和Fillery,1989)。
  Haynes(1990)研究了田间条件滴头下湿润土壤中硫酸铵、尿素和硝酸钙的移动和转化规律。该试验还调查了湿润土体内pH受到的影响。在一个灌溉施肥周期内(滴头流量为2升/小时),施入的铵盐快速在滴头下10厘米处的土壤里聚集且很少向侧向扩散;与此相反,由于尿素和硝酸盐在土壤中的移动性大,它们在滴头下的土壤剖面分布均匀并且向侧向扩散到距滴头半径为15厘米的土壤剖面内。尿素中的氮转化为硝态氮比硫酸铵快,所以硫酸铵处理中滴头下大量铵离子累积会抑制硝化反应。硫酸铵和尿素的硝化反应都会酸化该湿润土壤,硫酸铵可酸化土表下20厘米而尿素可酸化土表下40厘米。
  不管是用尿素、铵盐还是硝酸盐肥料,硝酸盐是生长介质中最常见的氮的存在形式。硝酸盐不会与土壤成分发生反应,它会随灌溉水在土壤或生长基质中移动。在灌溉施肥系统中,可很好地控制水和硝酸根的移动以降低养分渗漏到作物根系分布带以下。然而,由于需要供应比实际需要量多的水分使基质的持水量达到饱和,硝酸根的渗漏和损失是不可避免的;并且过量的水分可用来去除生长介质中过量的盐分。与其他灌溉和施肥方法相比,灌溉施肥技术降低了硝酸根向根系分布区以下的移动,从而大大减少了对水的污染。
  反硝化作用会引起生长介质中硝酸根的损失,在细菌的作用下,硝酸根先被还原为一氧化二氮,最后还原为氮气。反硝化需要的条件为缺氧,有足够的有机质来作为反硝化细菌的能量来源。在这样的条件下,许多种微生物通过用硝酸根的氧来氧化有机分子获得能量。反硝化反应分好几个步骤,总的反应为利用葡萄糖作为有机能源并最终生成氮气,可用以下方程式来表示:
  5C6H12O6+24NO3-=6CO2+18H2O+12N2
  反硝化作用的反应速率较快。在最佳条件下,可在1~4天完成。像其他的微生物反应一样,反硝化作用与温度密切相关。在极限温度下,如0℃和70℃,反硝化作用不会发生;在土壤的正常温度范围内,温度每升高10℃反应速率就增加一倍。
  用于灌溉施肥的磷肥必须是可完全溶于水的化合物。传统使用的磷肥,如普钙,主要成分为磷酸一钙[Ca(H2P04)2.H20],虽然是水溶性的,但不适于灌溉施肥,因为它们溶解时还会伴有其他反应发生。在溶解的过程中,会生成像磷酸二钙等溶解度很低的新的化合物,从而堵塞滴头。该溶解反应可用下列方程式表示:
  Ca(H2P04)2.H20=CaHPO4+H3PO4+H2O
  磷酸铵、磷酸钾和磷酸(见表2)在正常环境条件下都是完全可溶的,是很好的氮、钾和磷的肥源,虽然在土壤中这些盐会与二价、三价阳离子反应生成溶解性很小的化合物。磷酸铵与磷酸钾在溶液中的pH比磷酸高,这使得它们的化学反应活性较低从而在土壤里的含量较高。
  将黄瓜和甜瓜种植在含有无土基质的容器里的试验表明,磷酸二氢钾是一种非常有效的磷源和钾源(Nerson等,1997)。磷酸二氢钾的有效性与磷酸和氯化钾结合施用的有效性相同,作者认为使用磷酸二氢钾更好,因为它的管理比磷酸安全。
  聚磷酸盐肥料与土壤或生长基质接触后,会被一些酶水解。水解反应相当复杂,因为聚磷酸铵溶液含有好几种化合物如正磷酸、焦磷酸、三聚磷酸和更多元的聚合物,而正磷酸盐是聚磷酸盐水解的最终产物。三聚磷酸的水解过程可用下列方程式表示:
  H5P3010+2H20=3H3P04
  生长基质的温度、水分、pH和其他因素都会影响水解的速率,水解的速率较快,可以在几个小时至几天内完成。
  钾在生长基质与粗质地土壤中的反应与在含粘土的土壤中不同。灌溉施肥用的钾肥易溶解,在无活性的生长基质和砂土中钾以带正电荷的离子存在;当土壤中含有粘土时,施入的大部分钾以交换性钾、非交换性钾和矿物钾存在,其中交换性钾易被植物吸收。交换性钾和固定态钾在土壤中都以带正电荷的离子形式存在,并被土壤表层或粘土颗粒中的负电荷吸附。当其他阳离子在土壤中过量渗漏时,交换性钾可与它们进行交换。交换性钾与固定态钾之间存在动态平衡,当植物从土壤溶液中吸收钾后首先由交换性钾进行补充,再由固定态钾转化补充交换性钾。
  在灌溉施肥系统中,灌溉水和土壤通常含有足够的甚至大量的钙离子(Ca2+)。所以大部分情况下不需要施用钙肥。
  灌溉水和土壤中的镁离子(Mg2+)含量不如钙离子多。在土壤中,有效镁以交换性阳离子存在于土灌溶液中。砂土和生长基质由于阳离子交换量(CEC)小,易出现缺铵现象,这种条件下若进行集约种植,短期内就会造成镁的耗竭。在粘质土壤里,有效镁、有效钙和有效钾之间的不平衡会造成镁的缺乏。例如,在交换性镁很少时,施用过量的钾便会出现缺镁。如果出现缺镁,可以通过灌溉施肥施加镁盐(见表2和表3)。
  硫在灌溉施肥中可当作一种特殊肥料使用。在一些配方中,硫常作为一种伴随离子,如硫酸铵或硫酸镁。如果是由于生长基质和砂土的本身性质引起缺硫,可以在灌溉施肥配方中加入含硫肥料。在大部分干旱和半干旱土壤上,不会出现缺硫。硫酸根离子(SO42-)可被植物吸收利用,土壤有机质矿化后也会形成有效硫。另一方面,硫酸根可通过微生物转化为有机形态,而不是被植物根系吸收或发生渗漏。
  以阳离子存在的微量元素(铁、锌、铜、锰)在灌溉施肥中常用螯合形态。鳌合物是一种合成有机化合物,所含的阳离子以复杂的形态存在以避免阳离子与水和土壤中的组分发生反应。植物根系可吸收利用溶解的鳌合物从而避免任何不必要的反应。
  如果缺硼和钼,可施用极少量的植物可吸收利用的可溶性硼盐和钼盐。
  (四)应用灌溉施肥后养分在土壤和生长基质中的分布
  通过灌溉施肥,养分在土壤和生长基质的垂直分布受灌溉水的运动和土壤或生长基质的性质的影响。可溶性养分会随灌溉水移动,除非养分与土壤或生长基质的组分发生反应。例如,磷酸盐会与土壤溶液中的钙、铁或铝生成沉淀,而钾、镁和铵离子则可被土壤阳离子交换吸附。因此,在土壤中这些反应会阻碍养分随水分进一步扩散。如果用硝酸盐或一些磷酸盐(如聚磷酸盐)则不会形成沉淀也不会被吸附。

硝酸根和其他易溶盐随水分在细质地土壤中的运动与在粗质量地土壤和惰性生长基质中不同。在惰性基质中,水分的运动取决于基质的性质。在颗粒大小和紧实均匀的生长基质或粗质地的砂土中,水分及硝酸根移动经过的孔隙较大,大小一致且呈连续状,因此含有溶解养分的水分流速均匀且不受阻碍。这叫做活塞式流动。硝酸根的流量可用下面一个简单的方程式描述:qN=qw.CN,由这个方程式可知硝酸根流量(qN)取决于水的流量(qw)和硝酸根的浓度(CN)。
  在含有砂、淤泥和粘粒的一种细质地的土壤中,因为土壤孔隙的大小和连续性各不相同,所以硝酸根流量与上述情况不同。水分在大孔隙中比在小孔隙中流动快,而且孔隙不连续则会阻碍水分的流动,因此,溶液中的一些硝酸根在大量流入前被置换,一些则在大量流入后经过土壤水力扩散过程后被置换。结果形成了硝酸根浓度波,随着时间的变化,浓度波逐渐趋于平缓(图2)。

(图:图2 硝酸根随时间变化的分布情况)


  描述通过水力扩散的硝酸根的流量的最简单方程式为qN=qW.CN-D.(dCN/dx)。硝酸根流量(qN)与水流量(qw)和硝酸根浓度(CN)成正比,与因子D和土壤深度(x)成反比。因子D受土壤性质如质地、结构、决定性孔隙大小和分布的影响。
  灌溉施肥技术中,沟灌或漫灌并用肥料罐施肥时,水分和养分横向分布将不均匀。加压滴灌施肥可确保水分和养分在空间和时间上的分布更均匀。使用滴灌施肥技术时灌溉和施肥的田间土壤容积随供水量和土壤持水量的不同而变化。例如,在一个苹果园里,水和养分可分布到距滴头半径40厘米的范围内(Komosa等,1999a和1999b)。
  五、技术
  (一)灌溉技术
  灌溉施肥技术可与任何一种灌溉技术结合,但是不同的灌溉方法(如地面灌溉、非加压灌溉和加压灌溉)的养分分布均匀度和有效性不同。
  1. 地面灌溉
  地面灌溉是世界上最常见的灌溉方法,全球2.5亿公顷的灌溉面积有90%以上是用地面灌溉。通常认为这是一种非节水型的灌溉方法,只有30%到70%的水留在根系分布区。彩色插图4为中国的一片漫灌田地。而较为先进的灌溉方式如平面灌溉和波涌灌的水利用率可达90%。
  选用地面灌溉的具体方式时需要考虑到以下因素:气候、土壤类型、地形、种植技术、可利用水量和水质以及设施的分布、农民的管理技能和传统习惯。土壤的性质需要考虑的有土壤结构、质地、地面龟裂性、渗透性、从田间持水量到永久萎焉点的有效水范围、土层的紧实度和通气状况。有关的气候因素有生长季节里的降雨量和蒸发速率。当所有的这些因素都考虑到,并采用最好的管理方式,那么这种系统的水利用率将高出平均值而且还可获得高产量和高品质。
  漫灌
  (1)块漫灌:水平畦床(宽哇床或者稻田)类似一个浅的宽沟渠,宽4~18米,筑在堤旁,横向倾斜角为零,纵向倾斜不超过1%。通过打开畦床前部的闸门或者启运虹吸管,水就会从渠道或者水沟流到畦床。这个方法需要平整土壤而且水的流量要较大。灌溉时间短,可减少水分渗到根系下面的土层。该系统的运行可通过调节不同时间炎的进流量和出流量来控制。水稻、香蕉、棉花、紫苜蓿和其他大田作物采用这种灌溉方式。
  (2)分级畦块漫灌:在地势不很平的地方可采用这种方法。分级畦块使一个畦床内的高度差达到最小以提高水分分布的均匀度。
  (3)等高线间平床漫灌:除了边界是等高线以外,这种方法与分级畦块漫灌相似。这个规划方案是地势不平的地方惟一可行的灌溉方式。
  (4)绝对水平漫灌:可以应用激光传感器进行高精度土地平整来实现水平设置。这种调协的灌溉效率比前面3种高得多,它要求的畦宽为100~150米。
  沟灌
  在田间,水通过很多小沟渠分布到各个地块。每年沟渠可供应1或2行作物,为了最大限度提高水的利用率,可分两步来供水。先用大流量的水快速湿润沟渠附近的土壤表面,再较长时间用小流量的水湿润土壤的根系分布层。
  波涌灌
  波涌灌和土地平整可提高地面灌溉的效率达到加压灌溉水平。漫灌和沟灌系统都可应用波涌灌。波涌灌的原理是将灌涌水分为若干脉冲:第一个脉冲供应大量的水并尽可能快地湿润灌溉床或沟渠两旁的土壤,而没有产生侵蚀;第一个脉冲部分隔离了土壤上层以使下一个脉冲的流量较小且时间较长,这样水分便可渗透到土壤的更深层。现代波涌灌设计采用自动脉冲阀将水以振荡脉冲送到预计的不同田间部位。

(图:插图4 中国的大水漫灌)


  2.加压灌溉
  喷灌
  喷灌(彩色插图5)可在多种地形条件下应用,如不能用地面灌溉的不平坦土地、陡峭土地等。出水器和喷嘴的多样化有利于调节供水量和水分渗透速率。

(图:插图5 喷灌(纳安公司,以色列))


  田间水分分布均匀、供水量精确控制和高质量的管理配件可提高水的利用率。喷灌受风的影响,风会降低水分在土壤表面的分布均匀度并降低水的利用率。喷灌会增加隐花植物叶子和果实的疾病。如供应水中盐分浓度过高会灼烧叶片。
  设施灌溉系统和自动推进式灌溉系统的应用可减少所需劳力。而当资金短缺、劳动力便宜时可大面积采用人工移动式灌溉,这种系统的初期投资较少且操作简单、可靠,操作者只需要进行短期培训即可。
  所有的喷灌系统都适用于灌溉施肥。应用喷灌需注意避免金属组分与腐蚀性肥料接触而产生腐蚀作用及避免腐蚀性肥料与树冠接触而烧焦叶片。
  喷头可用金属和塑料制作,用强化型塑料制造的移动部件和喷头比金属产品磨损少。喷头安装在不同高度的支撑杆上,实际高度可根据采用的技术和作物的生长特性来确定。
  在种植密集的情况下,如大田作物和蔬菜,需要使水分分布到整个土壤表面。这就需要支管之间以及支管上的喷头之间有适当的间距,并确保有足够的重叠。另一方面,在果园里,由于树冠的干扰,无法实现地面全被浸透,而且实际上也没有必要这么做。所以果园里通常把喷头安置在树冠下,而且喷头之间没有全部重叠。这种情况下,每棵树的灌水量都应相同,并且水在土壤中的分布应与根系的空间分布一致。
  喷头进水口要有足够的压力,范围是1~10巴,这是喷头正常工作的前提。喷头由水压驱动并且每种类型都有相应的工作压力范围,从喷嘴射出的水流可激活喷头的移动部件。彩色插图6显示了几种喷头类型。

(图:插图6 喷头种类(纳安公司,以色列))


  (1)摇臂式喷头:从喷嘴射出的水流撞击冲击臂,使它沿逆时针方向转动直到弹簧将它拉回。撞击使喷头主体部分沿反方向旋转。摇臂喷头安装有1个、2个或3个喷嘴。有许多种喷头类型可以采用。在应用喷灌的大田作物和果园里,水流的喷射角度应在15o~30o。若果园采用树冠下喷灌,则推荐的喷射角度为4oo~7o。摇臂喷头的可信度较好,但需要严格的日常维护以确保长期的使用。
  (2)旋涡冲击式喷头:齿轮被水流移动从而撞击冲击臂,冲击臂反过来使喷头旋转。旋涡冲击喷头由塑料制作,可用于喷射流量较小的果园、蔬菜和花园。
  (3)大流量喷头:这些都是铜制的大号冲击喷头,配有2~3个喷嘴,工作压力为4~8巴,流量为6~60米3/小时。大流量喷头通常用于牧草和大田作物的设施灌溉或作为移动喷射枪的个别单元使用。大多数的冲击喷头是半圆类型的,这样就可以灌溉湿润圆的部分区域。
  (4)地埋式喷头:地埋式喷头通常用于灌溉草坪和休养期间的牧场。灌溉开始时喷头弹出地面,灌溉结束后落回地下并盖上套,它会一直处于备用状态直到下一次灌溉开始。地埋式喷头有多种类型,包括半圆式喷头。可根据具体情况设置弹出高度。
  (5)折射式喷头:由铜或硬质塑料制成,没有移动部件。主要用于花园的全圆或半圆灌溉。湿润范围比旋转式喷头小。
  喷灌技术
  (1)人工移动法:喷灌支管直径为50~70毫米,相邻两个移动位置之间的距离为6米或12米。每条支管在一个灌溉循环中都可移动到若干个位置。在下一个灌溉循环开始时,支管沿着分布线前进到终点,然后又返回到起点。这种方法叫做“时钟法”并得到广泛应用。人工移动法通常用于小面积的大田作物、蔬菜和果园,也用于不适合纤路方法的田地。此法需要较多的人工和体力。
  (2)纤路法:由拖拉机将支管从一个位置拖到下一个位置。拖动位置的数量可以是分布管线数量的两倍。通常支管的拖动位置为6个,但也有4个、8个甚至更多。
  (3)果园应用的人工移动法:采用软质聚乙烯支管(6级),直径为16、20或25毫米,长为50米,末端有1~2个喷头;支管可沿着种植行移动。灌溉开始时支管被完全拉直,第一次移动结束时将支管移到下一个位置,如此重复,直到循环结束。通过一较大的移动使设备返回到起始位置,以准备开始第二次灌溉循环。
  (4)果园固定设施灌溉
  a.树冠下灌溉:采用软质聚乙烯(4级)管,直径为19、20和25毫米,将管沿种植行方向靠近树干布置。可将低流量喷头、微喷头或大流量微喷头(流量达250升/小时)安装到管上或通过直径较小的塑料管连接到管上。灌溉强度低,范围在3~5毫米/小时。支管上的出水器之间的距离应与树的间距相对应,一到两棵树一个出水器。二级主管通常用4级或抗压为6巴的硬质聚乙烯制作,并沿种植行布置且埋入地下。尽管这个方法的初期投入较高,但在果园已应用此法取代人工移动法。小型喷头、微喷头、大流量微喷头、普通喷头以及滴头都是果园常用的滴水器。
  固定设施灌溉可节省劳力,方便操作,且适于所有的自动化管理系统。水流低角度喷射可防止弄湿树冠,减少叶片病害并冲刷叶片残留的农药。风对水分布均匀度的影响可忽略不计。该系统可减少霜冻期间或高温期间的损害。果园固定设施灌溉常与灌溉施肥技术结合应用。该方法灌溉循环时间短,可更好地控制湿润深度和提高养分的利用效率。
  b.喷灌(树冠上方灌溉):采用硬质聚乙烯管,直径40~75毫米,4级,沿种植行方向布置在树旁并拉直。喷头安装在高出树冠的支撑杆上,支管上每隔10~15米安装一个喷头,具体布置应根据树的间距和果园的栽植密度来设定。本法的安装和操作都比较简单,最大限度地节省劳力,如果喷头位置和工作压力都适宜,则可湿润整个果园范围。该系统也有许多不足之处,如工作压力较高、灌溉水的盐分含量不可过高、只能在晚上进行灌溉以及果园边缘地带的水分损失,后者在小型果园里特别重要。而且由于叶片被湿润增加了叶片和果实的病害。
  近几年来,除非用树冠上方喷灌可显著减少霜冻损害的地方外,果园已应用树冠下固定设施灌溉取代树冠上方灌溉系统。
  (5)蔬菜和大田作物的低流量固定设施灌溉
  在过去10年里,应用低流量小型喷头的设施灌溉系统在大田作物和田间种植的蔬菜上得到大力推广。出水器采用改良的果园树冠下应用的小型喷头,湿润直径显著增加,喷头间距可达8×8米和10米×10米。它的最初投资比固定式滴灌系统或普通喷灌系统少,工作压力也相对较低,经济效益较高。其中支管的直径为40~50毫米,由直径较小的软管连接小型喷头,喷头由主插入土壤100~150厘米长的金属杆支撑。
  喷头的流量为400~600升/小时,灌溉强度4~6毫米/小时。这项技术的优点为减少土壤表面龟裂和防止水分径流,这是由于它的灌溉强度较低所致。该技术的主要缺点为风的影响较大。
  微灌
  微灌,指的是应用细孔径滴灌器的灌溉技术。微灌的流量小于200升/小时。非滴灌型微灌技术最初只用于果园(彩色插图7)。在过去的10年中,应用微喷灌的范围已扩大到大田作物和蔬菜,微喷灌类型有可移动时针式和线性移动支管式。

(图:插图7 果园微喷灌(纳安公司,以色列))


  微型出水器通常用硬质塑料制作,显著小于传统喷头且价格低廉。辐型静偏转器放出一定量的水流从出水器喷出。由于没有移动部件,这种偏转器对风的敏感性较低而且出水器的可靠性较高。用振动型偏转器时,水从圆孔里喷出撞到偏转器上,从而起到雾化的作用。这种出水器较简单、可靠性较高。
  喷头若用雾化型偏转器则可形成较细小的液滴,可提高砂壤土上的水分分布均匀度,有利于减少霜冻造成的损失;然而,这种偏转器对风很敏感,易引起蒸发损失。偏转器结构有许多种,允许偏转范围为45o~360o。
  偏转器有各种不同的结构,它们的特点是偏转器绕着中心轴旋转使灌溉的面积比用孔型出水器的灌溉面积大。偏转器的主体部分与喷嘴一起转动。因为有移动部件,增加了对外界因素及磨损的敏感度。
  大部分微喷头都是通用且可变通的。它的组成部分可以拆卸,可根据具体要求调整流量、分布范围、分布形式和液滴大小,而且调整的成本低廉。
  微喷头比滴头不易形成堵塞,即使形成堵塞也较容易发觉并且很易清除。一些出水器安装有一个小的内置阀来切断水流清洗堵塞。压力补偿和流量调节型微喷头可用于灌溉坡度较大的土地,脉冲槽还允许系统使用小流量的水进行灌溉。
  微喷头通常由一根塑料管与支管相连接,它们一般紧绑在一根木桩上以确保位置垂直。在一些情况下,细流微喷头安装在12~18毫米的硬质支撑杆上或直接安在支管上。在温室里,微喷头可倒置安装以用于喷灌。
  有雾化器的微喷头经常用于温室内,以提高相对湿度和降低气温。由自动控制器以脉冲形式周期性操作。桥式微喷头更支持旋转器的使用,但桥的竖直部分会造成竖直支撑物后面的地方不会被湿润到。
  滴灌
  滴灌技术可根据作物需水量和根系分布进行最精确的供水。它的压力比喷灌小,较容易与不同水平的自动控制结合,所以它非常适于灌溉施肥。滴灌不受风的影响,而且一天的任何时候都可以进行滴灌。滴灌只湿润部分土壤表面,所以可防止杂草生长。滴灌不湿润作物叶片,可减少叶片病害的传染和传播速度以及叶片烧伤。彩色插图8是滴灌条件下的土壤润湿形状。

(图:插图8 滴灌条件下土壤的湿润形状(耐特菲姆公司,以色列))


  滴头类型
  滴灌系统的工作原理为低流量灌溉。要实现普通小孔的低出流量,要求孔径极小,而这样会增加堵塞的可能性。应用较宽的水流通道和分散水压可减少堵塞;防止堵塞可通过滴头内侧长螺旋形水道、迷宫式水道或紊流产生的摩擦来实现。彩色插图9显示了几种类型的滴头。

(图:插图9 滴头种类(耐特菲姆公司,以色列))


  滴头流速与压力的关系可用下列方程式表示:
  q=kPe
  其中q为滴头流速(单位:升/小时);k为滴头常数,受流速与压力影响;P为滴头入口的水头压力(pressure head);e为幂,取决于滴头中水流的状态。
  对非压力调节的滴头,e的取值范围为0.4~1.0;在细管中水流为层流时,e的取值范围为10;长螺旋流道式滴头的e值为07,而紊流式滴头的e值为0.5。
  滴头流速受水头压力的影响,随e值的减小而减小。如果滴头流速受水头压力影响较小,那么滴头支管末端与起始端的滴头流速差异很小。
  历史上最初使用的是长流道式滴头,随后又开发了迷宫水道式和紊流式滴头,滴头趋于小型化和低成本。这两种类型的涡流可在较短的管道消散水压。在迷宫式滴头中,改变水道的方向和直径以产生涡流会造成压力损失;在紊流式滴头中,水从正切方向进入滴头并产生涡流引起压力的大量损失。滴头的工作压力范围为0.5~4.0巴,流量范围为1.0~8.0升/小时。在一些带状滴灌管(滴灌带)滴头出水口允许较低的流速,低达0.1~0.5升/小时的流量都是可行的。
  滴灌中要求滴头的流量低,这需要毛管上的滴头间距要小,间距范围为0.2~2米。毛管间距取决于作物的种植行距。在果园里,通常采用一行树安装1~2条毛管。在密植情况下,像棉花和番茄等一年生作物,一条毛管可灌溉1~2行作物。用薄壁带滴灌时毛管上的出水口间距可小到0.1米而不会增加额外成本。
  大部分滴灌都是在土壤表面进行。但是在过去20年里,渗灌技术得到推广。根入侵滴灌管造成堵塞的现象可通过定期注入化学物品对滴头附近的土壤进行消毒来避免。停止供水后,土粒会吸附到滴头,从而引起堵塞,这可通过安装真空断路阀来解决。真空断路阀在停止供水后可立即让气流进入到系统。
  用软聚乙烯和聚氯乙烯制作的毛管的管壁厚度根据工作压力而定。分级是根据允许的工作压力进行的,工作压力范围为0.5~4.0巴(5~40米水压)。由于滴灌系统的工作压力相对较低,需要在控制首部使用压力调节器。
  机械化灌溉
  熟练劳动力的缺乏促进了地面灌溉向加压灌溉的转化,同时大面积灌溉的需要促进了机械化灌溉的发展。最初用拖缆取代了人工移动设备,用机械化侧向滚动取代手工侧向滚动。之后系统变得更先进,如使用移动喷头、线状移动支管式和时针式灌溉系统。机械化灌溉适于在平地或中等坡度的土地上对超过10~20公顷的大面积方形地块进行灌溉。而对形状不规则的地块,它的灌溉效率很低。机械化灌溉节省了劳力但需要熟练、高素质的操作者。机械化灌溉有许多种形式:
  (1)拖管:拖缆由6~12米长的普通铝管组成。加强藕合连接管可降低拖动操作时出现脱离现象。支撑管的滑轮间距为6~12米。在较长的管段里,支撑杆安装在管的中部可使拖动更稳定。拖动是沿着种植行进行的。
  (2)侧向滚动:侧向滚动由一根直径为75~150毫米的铝管或镀锌钢管组成。该管是半径为0.5~1.0米的金属轮的轴。管的最大长度为300~400米,喷头安装于支管上,支管上装有旋转连接器,连接器上装配有平衡器以保证支撑杆竖直。每个位置灌溉面积的宽度为20~30米。安装在系统中的引擎在预设的水量灌溉完后会将滚轮推到下一个灌溉位置,通常一个位置的灌溉时间为3~12个小时。操作者必须开启引擎并使系统前进到间距为12~24米的下一个位置。侧向滚动系统适于坡度大于5%的土地灌溉,而且只适于矮冠幅作物。
  (3)移动喷枪:移动喷枪需要较高的工作压力(6~8巴)。单个喷枪的喷水量可达60米3/小时,湿润半径可达到米。水由拖车卷轴上的大直径可弯曲软管提供。可通过把软管缠绕到卷轴上或通过引擎或水压来推动喷枪。在不同的组合里,喷枪安装在有轮拖车上并有缆线拖动到大田的远处。
  (4)线状移动:线状移动支管由直径较大(100~200毫米)、长200~400米的铝管安装在有轮子的移动架上构成(见彩色插图10)。支管上的出水器可以是喷头、静态或动态喷雾器和旋转器。系统由柴油机或电动机驱动。进水口设在管的末端或中间位置。灌溉水可通过田间给水栓供应或用直径较大的可弯曲软管直接从田块边缘的沟渠里抽水。前进的速度取决于灌溉的水量、土壤的吸水量以及喷头的出水量。前进的距离可达1000~2000米。一列完成后,支管可掉转180o并从相邻的列返回。

(图:插图10 线型移动灌溉)


  (5)时针式:支管绕一固定点(枢纽)像时针一样作圆周旋转。出水口连在支管的末端。由于做圆周运动且要保持灌溉均匀,每个出水器的流量都不能一样,中间部位的较少,边缘部位的较多。在一个方形田块里,灌溉润湿的面积只有80%,为了润湿全部面积,需应用角连结。这些设备增加了约25%的系统费用。有400米长吊杆的时针式灌溉系统与角连结结合后可灌溉的范围为50~60公顷。需要的基础结构成本(如供水网络、给水栓、自动化装置和供电设备等)约占系统总费用的25%~50%。
  出水器
  早期机械化系统配置有普通高压喷头。由于风的影响、喷头的间距过大、出水量大导致的地表径流、水滴击打土表的影响等导致普通高压喷头的水分分布通常不均匀。它的另一个缺点是能耗较大。
  在移动灌溉系统中,除了灌溉量因素外,“特定纵向排放”参数(SLD),也叫移动管道单位长度每小时的排放量,也非常重要。需要用这个参数来估计可能的最大灌溉面积。SLD是指单位长度的每小时排放量。例如:系统排放量为600米3/小时,支管长度为400米,那么SLD=600/400=1.5米3/(米.小时)。
  在不产生土壤径流的情况下,SLD的值越大,系统在给定时间内灌溉的面积越大。通常SLD的范围为0.5~2米3/(米.小时),一般前进速率为50~100米/小时。
  在过去10年里,开始趋向于应用安装密度较大、低流量的出水器。静态和动态喷雾器及旋转器已经得到应用,而且现在支管上的安装间距为2~4米。普通出水器的流量为1~2米3/小时。
  现代机械化系统安装有复杂的控制器,可以对移动速度、流量以及水供应系统的启动和结束进行全面控制。
  (二)肥料注入技术
  1.地面灌溉中的灌溉施肥
  灌溉施肥并不常用于地面灌溉中。当应用灌溉施肥时,可将一定量的固体肥料或肥料溶液倒入水渠里。选用的设备有许多种,如最初的有底部开口可调节的(用于施用固体肥料)及有人工调节阀的(用于施用肥料溶液)肥料罐,到现在波涌灌用的最完善的配有自动阀的肥料注入设备。
  液氮可通过它本身的压力注入到灌溉系统中。
  地面灌溉中施加肥料的利用率较低,造成浪费。大量的肥料,特别是氮肥,会淋溶流失或渗滤到地表下层。尽管如此,也有种植者通过地面灌溉施肥