作物需肥过程与人工施肥对比分析及优化

张敬义 许庆广

摘要：对于农业来说，灌溉和施肥一直是从事与农业或农业相关行业的热题，从传统的耕作施肥施肥技术至现代的水肥一体化施肥技术，施肥多少，如何进行最有效的施肥一直是农业中的难题。

关键词：作物；施肥；肥液浓度

光合作用是一个一直伴随着作物生长、发育和结实的生理活动。通过作物的光合作用，植物将二氧化碳和水合成有机物，并且释放出氧气以供所有的人和动物生存。在植物进行光合作用的过程中，除了二氧化碳和水等原料外，还需要比如氮、磷、钾和钙等元素以维持植物正常的生理活动，这些元素是植物通过根系从土壤中获取的，而土壤中这些元素的含量不一定满足作物的需求，故需要人工向土壤中补充。

人工施肥的途径包括传统的施肥技术与现代水肥一体化的施肥技术。

所谓的传统施肥技术，主要是进行地面撒肥，再通过耕作措施将地面上的肥料翻至土壤内部或者利用灌溉将地面上的肥料入渗至土壤内部的方式。

这种施肥方式主要有以下几个弊端。

由于人工施肥的可控性差，容易造成局部的肥料集中或者无肥，肥料集中的区域肥液浓度过高，最终使得作物根系细胞失水，影响作物的正常生长，甚至导致作物因失水过多而死亡。局部无肥的区域则达不到施肥的目的，浪费人力和物力。

容易造成区域地面残留肥料，该现象是因为灌溉不均匀或者耕作不彻底造成的，最终造成土壤板结和肥料浪费。

由于耕作过深或者灌溉水过多造成肥料被送至作物根系层以下的不可利用的区域，从而造成肥料浪费。在地下水埋深较浅的地区很容易造成土壤盐碱化。

现代的水肥一体化技术是通过施肥设备（施肥机或者小型的施肥器）将肥液输进供水管路之中，再通过灌溉过程将肥液输至滴灌管的滴头处，并从滴头处随灌溉水滴至作物根系处，以达到施肥的目的。

而现代水肥一体化施肥技术也不是十全十美的，也存在如下几个弊端。

对操作人员的技术水平和管理水平要求较高。因培养专业技术人员会增加相应的成本，这就使得水肥一体化技术不会在短时间内得到全面的发展和应用。

水肥一体化施肥技术是通过灌溉实现的，在施肥的过程中会受到灌溉的约束，比如在不需要施肥而需要灌溉的时候，会有部分管道残液进入灌溉水中。

正因为人工施肥技术有以上的几种弊端，故有必要对施肥过程进行一个科学的分析，并从原理的角度出发，提出一些革新的措施。

作物的需肥过程是一个很复杂的过程，并且各类作物对肥料的种类、数量和施入时间的要求是不同的，并且同一种作物在不同的生长时期对肥料的种类、数量和施入时间的要求也是不同的。而现实中的施肥是机械的、可控的，是与作物的理想需肥过程有差异，也是有矛盾的，这些矛盾主要体现在以下几个方面。

3.1 时间性

作物对肥料的需求过程在时间上是连续的，而人工施肥的过程是间断的。这在一定程度上造成了作物在生长过程中一直处于肥料剩余和肥料缺失的状态。

3.2 数量性

作物对肥料的需求过程在数量上是精确的，而人工施肥的过程是粗略的。这使得施肥数量与作物的需肥数量有了差异，从而使得作物需肥与人工施肥是不协调的，甚至是矛盾的。

3.3 种类的差异性

由于各类作物的对肥料中各种元素的需求是不同的，就是同种作物在不同龄期对肥料中各种元素的需求也是不同的。人工施肥只能人为的把施肥过程划分为有限的阶段，在该阶段内作物对肥料中各种元素的需求是不变的，再进行施肥会造成在相应时间段内肥料中各种元素的供求是不平衡的。

综上所述，人工施肥由于存在上述问题，使得施肥过程与作物的需肥过程有了差异，如何改善人工施肥的过程，减小这种差异，是科学施肥亟需考虑的问题。

由于人工施肥存在上述问题，下面针对以上的3个方面进行优化施肥过程。

（1）改善施肥过程，减弱时间性和数量性的差异。建议采取缩小施肥的时间间隔即增加施肥次数，并且减小施肥的数量，如图2所示，最终使得土壤肥料实际含量曲线与作物的需肥曲线尽量逼近，减小作物的对肥料需求过程中的肥料缺失和肥料剩余的幅度，在一定范围内缓解了作物的肥料胁迫和肥料浓度过高的抑制作用。但是，无限制的缩小施肥的时间间隔和减小施肥的数量在现实中是不可能实现的，只能在可容许的范围内调整人工施肥的次数和数量。

（2）减少不同肥料种类的施用，并且根据作物的生长阶段划分时段。对于同一种作物，在整个生长期对肥料中各种元素的需求是不同的，但是在某种生长期内（例如棉花的分蘖期），对肥料中各种元素的需求基本是稳定的，为了科学的划分作物的需肥时段，可以根据作物的自然生长阶段划分，即在同一段时间内可以划分较长的施肥时段，以便于人工操作。在相邻时段的过渡期可以加密施肥时段，以满足作物在过渡期对肥料中各种元素的需求。

水肥一体化施肥技术是现代施肥技术中比较先进的施肥技术，也是比较容易实现的施肥技术。由于其过程是随着灌溉（灌溉方式一般为滴灌）进行，具有施肥作业时间较长、施肥过程中肥料施加速率均匀等优点。

如何评价施肥的效果，是水肥一体化系统应用富有争议的一个话题。有人认为施肥速度越快越有利于施肥过程的进展，即效果越好，其实不然。下面通过作物吸水作用角度出发，进行说明。

水肥由作物的细胞外进入细胞内的过程是通过渗透作用实现的，如果细胞外（即土壤中）的水肥浓度过高，甚至大于细胞内的细胞液浓度时，会使得渗透作用减弱，甚至使得细胞内的水分向细胞外渗透，造成细胞失水，植物萎蔫。

因此，土壤中的肥料浓度并不是越大越好，而是应控制在應一定的浓度范围，即土壤中的肥料浓度c应不超过作物的容许浓度[c]。即评价水肥一体化施肥效果应该使土壤中的肥料浓度c尽量的接近而不超过作物的容许浓度[c]为指标，即土壤水分浓度的饱和度η表示，其中η=c/[c]*100%。

其中，η在小于1的前提下，越大越好；当η>1时，表示施肥浓度过大，已经超过了作物的容许程度。

本文从作物的需肥规律出发，从原理的角度分析了人工施肥的弊端与不足。并且提出了优化施肥的方式，并且针对水肥一体化的施肥效果的角度提出了衡量施肥效果优劣的指标。