涼州區(qū)作物水肥一體化技術(shù)應(yīng)用的適宜區(qū)域評價

徐喜俊 王祎

摘要：運(yùn)用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)，鏈接研究區(qū)測土配方項(xiàng)目成果工作空間數(shù)據(jù)庫，選定肥、水為評價因子，構(gòu)建評價層次模型，擬合隸屬函數(shù)，對涼州區(qū)水肥一體化適宜性區(qū)域進(jìn)行評價研究。結(jié)果表明，高度適宜區(qū)域、適宜區(qū)域、勉強(qiáng)適宜區(qū)域?qū)?yīng)的IFI得分區(qū)間分別為0.760 0～1.000 0、0.700 2～0.760 0、0～0.700 2，總的評價面積為146 732.80 hm2。其中高度適宜等級面積29 495.88 hm2，占耕地面積的20.1%;適宜等級面積103 158.92 hm2，占耕地面積70.3%;勉強(qiáng)適宜等級面積14 078.00 hm2，占耕地面積9.6%。表明區(qū)內(nèi)耕地地力平衡，農(nóng)田管理水平高，土壤水分供應(yīng)有保障，水肥一體化適宜區(qū)域面積大，占總評價耕地面積的90.4%，可大力示范推廣水肥一體化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：水肥一體化;適宜性;區(qū)域評價;涼州區(qū)

中圖分類號：S147.2;S275.6? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號：1001-1463（2021）09-0051-05

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2021.09.012

Evaluation of Suitable Region for Application of Water and Fertilizer Integrated Technology for Crops in Liangzhou District

XU Xijun? WANG Yi

（Liangzhou District Agricultural and Technology Extension Center， Wuwei Gansu 733000， China）

Abstract：By using the related data of agricultural production， linking the workspace database of soil testing formula project results in the research area， selecting fertilizer and water as evaluation factors， constructing the evaluation hierarchy model， fitting the membership function， evaluating the suitability area of water and fertilizer integration in Liangzhou District. The results showed that the IFI score ranges of highly suitable area， suitable area and barely suitable area were 0.760 0～1.000 0， 0.700 2～0.760 0 and 0 ～ 0.700 2， respectively， and the total evaluation area was 146 732.80 hm2. Among them，the area of highly suitable grade was 29 495.88 hm2， accounting for 20.1% of the arable land;the suitable grade area was 103 158.92 hm2， accounting for 70.3%; the area of barely suitable grade was 14 078.00 hm2， accounting for 9.6%. It indicated that the cultivated land fertility was balanced， the management level of farmland was high， the supply of soil water was guaranteed， the integration of water and fertilizer was suitable for large area， accounting for 90.4% of the total cultivated land area， and the technology could be vigorously demonstrated and promoted.

Key words：Integration of water and fertilizer;Suitability;Regional evaluation;Liangzhou district

水肥一體化即在農(nóng)作物生長發(fā)育期間，通過管網(wǎng)系統(tǒng)同時將水分、肥料元素按照適宜比例輸送至作物吸收，特點(diǎn)是投入的水肥同步管理與高效利用，能夠有效減輕地下水體等環(huán)境的污染與破壞，為近年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大力提倡推廣的農(nóng)業(yè)技術(shù)之一。

王立革等[1 ]黃瓜上應(yīng)用水肥一體化技術(shù)，較之常規(guī)技術(shù)可提高表層土壤C/N比以及增產(chǎn);不同滴灌水肥一體化處理對柑橘產(chǎn)量影響顯著[2 ]。同時有研究表明，水肥一體技術(shù)同時達(dá)到養(yǎng)分和水分在時空上的耦合，可以按照作物的生育長勢和需水需肥規(guī)律控制肥水配比，一定程度上改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水肥供應(yīng)不協(xié)調(diào)的弊端，極大地提高水肥利用率[3 - 6 ]。

我國自20世紀(jì)70年代初便起步發(fā)展水肥一體化滴灌技術(shù)[4 - 5 ]，但起步緩慢，推廣較遲，僅局限于干旱、半干旱地區(qū)[6 - 8 ]。尹劍等[9 ]對關(guān)中地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水分區(qū)進(jìn)行了研究，何英等[10 ]根據(jù)地力情況建立農(nóng)業(yè)節(jié)水區(qū)劃的分區(qū)指標(biāo)體系并且分區(qū)。徐萬林等[11 ]在河西綠洲灌區(qū)研究了基于種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化的農(nóng)業(yè)節(jié)水潛力概念和計(jì)算方法。我們運(yùn)用涼州區(qū)縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)（CLRMIS4.0）和ARCGIS10.2軟件，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，在水和肥兩個方面分層選定評價因子，綜合農(nóng)田管理、立地條件，對涼州區(qū)水肥一體化應(yīng)用適宜性進(jìn)行了評價，以期為在武威市涼州區(qū)大規(guī)模實(shí)施水肥一體化技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區(qū)概況

涼州區(qū)位于甘肅河西綠洲走廊東端的武威市中部，屬于石羊河流域的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。地勢西南高而東北低，平均海拔1 632 m，氣候?qū)倮錅貛Ц珊祬^(qū)，是典型的大陸性氣候，日照充足，溫差大，無霜期156 d，氣候干旱、蒸發(fā)量大、降水稀少、水資源短 缺[12 - 16 ]。近年來大力提倡農(nóng)業(yè)節(jié)水，目前已大面積推廣各類滴灌技術(shù)，包括滴灌（含膜下滴灌）、微噴灌（含伸縮式）、滲灌、自動測墑灌溉、自動養(yǎng)分檢測施肥及其自動控制等水肥一體化技術(shù)。2020年重點(diǎn)在玉米、設(shè)施蔬菜、特色林果、馬鈴薯、中藥材、高原有機(jī)蔬菜等高效經(jīng)濟(jì)作物上推廣應(yīng)用噴灌、滴灌、膜下滴灌水肥一體化技術(shù)1.375萬hm2。

1.2? ?數(shù)據(jù)來源

應(yīng)用數(shù)據(jù)資料有涼州區(qū)的行政、氣候、土壤、地貌、土地利用、測土配方等方面的數(shù)據(jù)，具體見表1，來源于涼州區(qū)測土配方項(xiàng)目建立的涼州區(qū)工作空間。

1.3? ?層次分析建模

綜合考慮研究區(qū)的自然地理環(huán)境，結(jié)合水肥一體化應(yīng)用實(shí)況，水分層面以農(nóng)田管理和立地條件為準(zhǔn)則，肥力方面以土壤養(yǎng)分和理化性狀為準(zhǔn)則，選定共8個分區(qū)評價因子，即灌溉模數(shù)（農(nóng)田水利建設(shè)條件之一，與灌水時間成反比）、耕層厚度（直接反映土壤理化性狀以及含水量）、地貌類型（地塊所在陸地表面形態(tài)特征的歸類，侵蝕和堆積不同所在耕地土壤的含水量不同）、海拔（降水量和降水日數(shù)隨山地海拔增加而增加）、有效磷（決定施肥使用磷肥的數(shù)量）、全氮（耕地土壤中所有氮素的總量）、pH（應(yīng)用作物對土壤環(huán)境酸堿度適宜程度不一樣以及肥力元素的有效性不同）、有機(jī)質(zhì)（調(diào)解土壤的水熱狀況，促進(jìn)土壤結(jié)構(gòu)形成，含量越高土壤的肥力和緩沖性能越高），構(gòu)造本研究水肥一體化應(yīng)用適宜性評價層次模型（圖1）。

1.4? ?隸屬函數(shù)

在縣域耕地資源信息管理系統(tǒng)軟件中，根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的理論，用特爾斐法對一組實(shí)測值評估出相應(yīng)的一組隸屬度，擬合水肥一體化應(yīng)用評價的各個因子函數(shù)關(guān)系。地貌類型為概念型函數(shù)（y=a），對應(yīng)函數(shù)值取人工打分均值，即沖積洪積地貌（細(xì)土平原）為0.99，低山丘陵地貌為0.60 ，風(fēng)積平原沙漠地貌為0.58，礫漠戈壁為0.55， 山前洪積沖積地貌（傾斜平原）為 0.75。其余7個因子均為數(shù)值型函數(shù)，其中海拔和pH擬合為負(fù)直線型函數(shù)，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷擬合為戒上型函數(shù)，耕層厚度和灌溉模數(shù)擬合為正直線型函數(shù)（表2）。

1.5? 評價分區(qū)

在系統(tǒng)中采用累積曲線分級法對涼州區(qū)所有耕地進(jìn)行作物水肥一體化應(yīng)用適宜性評價計(jì)算，現(xiàn)采用加法模型計(jì)算涼州區(qū)耕地進(jìn)行作物水肥一體化應(yīng)用適宜性評價的綜合指數(shù)。加法模型是將所有參評因素的單因素評價指數(shù)相加得到適宜性區(qū)域綜合指數(shù)，其函數(shù)關(guān)系如下式，

IFI=∑FiCi，（i=1，2，3……，n）

式中IFI為適宜性區(qū)域綜合指數(shù)，F(xiàn)i為第i個因素評語（隸屬度）;Ci為第i個因素組合權(quán)重，即為該參評因素對涼州區(qū)耕地進(jìn)行作物水肥一體化應(yīng)用適宜性的貢獻(xiàn)率，采用層析分析法結(jié)合專家評估法求得。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?適宜性分區(qū)

在研究建立的模型下，涼州區(qū)種植業(yè)水肥一體化技術(shù)應(yīng)用適宜區(qū)域可分為高度適宜區(qū)域、適宜區(qū)域、勉強(qiáng)適宜區(qū)域等，對應(yīng)的IFI得分區(qū)間分別為0.760 0～1.000 0、0.700 2～0.760 0、0～0.700 2;從表3可以看出，總的評價面積為146 732.80 hm2，其中高度適宜等級面積29 495.88 hm2，占耕地面積的20.10%;適宜等級面積103 158.92? hm2，占耕地面積70.30%;勉強(qiáng)適宜等級面積14 078.00 hm2，占耕地面積9.59%。研究區(qū)農(nóng)作物水肥一體化應(yīng)用高度適宜區(qū)域和適宜區(qū)域占總耕地面積的90%以上。

從GIS評價系統(tǒng)中將評價結(jié)果適宜性圖中的屬性數(shù)據(jù)導(dǎo)出，可以得到?jīng)鲋輩^(qū)種植業(yè)水肥一體化技術(shù)應(yīng)用適宜區(qū)域分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果，可以看出涼州區(qū)共有8個灌區(qū)，其中高度適宜區(qū)域面積由大到小灌區(qū)依次為永昌灌區(qū)、金羊灌區(qū)、清源灌區(qū)、雜木灌區(qū)、西營灌區(qū)、張義灌區(qū)、金塔灌區(qū)、黃羊灌區(qū)，面積分別為13 137.59、4 730.64、4 455.85、3 328.60、1 520.29、1 027.68、949.18、346.05 hm2。適宜區(qū)域面積最大的是西營灌區(qū)（21 914.34 hm2），較大的是清源灌區(qū)（184 83.83 hm2）和黃羊灌區(qū)（17 871.80 hm2），較小的是永昌灌區(qū)（5 214.42 hm2），最小的是金塔灌區(qū)（4 660.20 hm2）。勉強(qiáng)適宜區(qū)域總體占比很小，面積最大的是黃羊灌區(qū)（5 496.99 hm2），較大的是清源灌區(qū)（2 717.02 hm2），最小的永昌灌區(qū)僅為11.27 hm2。

2.2? ?評價結(jié)果調(diào)查驗(yàn)證

按照區(qū)域評價結(jié)果，在適宜區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇黃羊鎮(zhèn)、武南鎮(zhèn)、清源鎮(zhèn)等3個地方進(jìn)行調(diào)查比較。其中黃羊鎮(zhèn)以黃羊灌區(qū)在玉米上應(yīng)用水肥一體化技術(shù)為例，滴灌水肥一體化技術(shù)共滴灌10次，共用水量為4 950 m3/hm2，較常規(guī)灌溉節(jié)水5 550 m3/hm2，節(jié)水52.8%，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益突出。武南鎮(zhèn)以馬興河園區(qū)水肥一體化日光溫室番茄為例，使用水肥一體化技術(shù)時，共施肥5次，其中底施1次，追肥4次，共施用N 240 kg/hm2、P2O5 60 kg/hm2、K2O 30 kg/hm2，用工120 d/hm2;常規(guī)施肥時共施肥5次，共施用N 600 kg/hm2、P2O5 120 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2，用工420 d/hm2;水肥一體化技術(shù)與常規(guī)施肥相比較，二者農(nóng)家肥用量雖然均為45 000 kg/hm2，但化肥用量（純養(yǎng)分）減少465 kg/hm2，節(jié)肥幅度58%。使用水肥一體化技術(shù)室內(nèi)濕度為65%～85%，常規(guī)灌溉溫室內(nèi)濕度69%～88%，溫室內(nèi)濕度降低3%～9%;常規(guī)灌溉平均用藥量75 kg/hm2，投資3 000元/hm2;水肥一體化技術(shù)共防治病蟲害平均用藥量60 kg/hm2，投資2 400元/hm2，水肥一體化比常規(guī)灌溉共減少噴藥3次，節(jié)省用藥15 kg/hm2，節(jié)藥率為20.0%，應(yīng)用水肥一體化技術(shù)效益突出。清源鎮(zhèn)以666.67 hm2滴灌釀酒葡萄為例，使用水肥一體化技術(shù)時，滴頭間距0.5 m，滴頭流量2.1 L/h，生育期灌水6次，每次灌水量為300 m3/hm2，釀酒葡萄年灌溉定額由6 000 m3/hm2降低到3 600 m3/hm2，較常規(guī)灌溉節(jié)水2 400 m3/hm2，節(jié)水幅度40.0%;增產(chǎn)1 500 kg/hm2以上，節(jié)省勞動工45 d/hm2。通過以上的對比驗(yàn)證，適宜區(qū)域與研究評價結(jié)果高度符合，表明評價方法合理。

3? ?結(jié)論與討論

本研究在利用地理信息系統(tǒng)軟件與縣域耕地資源管理系統(tǒng)（CLRMIS）相結(jié)合的基礎(chǔ)上，利用耕地作物生長適宜性的系統(tǒng)模塊對涼州區(qū)水肥一體化應(yīng)用適宜性進(jìn)行了評價。結(jié)果表明，涼州區(qū)水肥一體化應(yīng)用高度適宜區(qū)域和適宜區(qū)域占了總評價耕地面積的90.4%。隨機(jī)選擇黃羊鎮(zhèn)、武南鎮(zhèn)、清源鎮(zhèn)3個地方進(jìn)行調(diào)查對比，結(jié)果表明區(qū)域評價劃分基本準(zhǔn)確。但該評價結(jié)果沒有考慮道路建設(shè)、水利渠系建設(shè)、包含的高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田面積、平田整地、有機(jī)質(zhì)提升、地域經(jīng)濟(jì)等因素，有待于進(jìn)一步研究。

涼州區(qū)的水肥一體化技術(shù)在區(qū)域間推廣不均衡，目前主要應(yīng)用在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的日光溫室和大田釀酒葡萄、大田玉米上，而相對灌水量大的大田作物、高原夏菜、馬鈴薯等類作物幾乎沒有涉及，應(yīng)用作物相對較為局限。

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（本文責(zé)編：鄭立龍）

收稿日期：2021 - 07 - 08;修訂日期：2021 - 07 - 28

作者簡介：徐喜?。?970 — ），男，甘肅武威人，高級農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。聯(lián)系電話：（0）18909350289。