水肥一体化技术在设施农业中的应用优化

1 设施农业水肥一体化技术应用中的核心痛点分析

1.1 设备匹配度不足

现有水肥一体化设备多为通用型，缺乏针对设施作物生育期的定制化设计。例如，茄果类作物结果期需高频次小剂量供肥，而常规施肥器流量调节精度仅为 5% ，难以满足精准供给需求。

1.2 水肥配比科学性欠缺

多数设施种植户依赖经验制定水肥方案，缺乏对土壤墒情、作物需肥规律的动态监测。研究表明，设施番茄膨果期因氮钾配比不当，导致品质下降的案例占比达 32‰ 。

1.3 智能化水平滞后

当前 70% 以上的设施水肥一体化系统仍依赖人工控制，缺乏墒情、肥力、作物生长等多维度数据的实时采集与智能决策。即使部分配备传感器的系统，也因数据传输延迟、算法模型不完善，导致水肥供给与作物需求的契合度不足 60% ，难以实现真正意义上的精准调控。

2 水肥一体化技术在设施农业中的应用优化路径

2.1 设备系统的定制化升级

精准施肥装置研发：针对设施作物生育期需肥特点，开发变量施肥器，通过伺服电机控制施肥流量，将调节精度提升至 ±1%_ζ 。例如，为草莓种植设计的脉冲式施肥装置，可根据开花坐果期、膨果期的需肥差异，实现每小时 0.5~5L 的精准流量调节；同时，采用钛合金滤网与超声波防堵技术，将滴灌带堵塞率降低至 5% 以下。

灌溉方式的协同优化：结合设施结构与作物类型，创新灌溉模式。在叶菜类温室推广“滴灌+迷雾降温”复合系统，通过温湿度传感器联动控制，既满足水分需求，又调节棚内小气候；在果树大棚应用地下渗灌系统，将渗灌管埋深设置为 30～40cm ，配合土壤水分传感器实时监测，实现根系区域精准供水，水资源利用率较常规滴灌提升 15%～20% 。

系统集成化设计：开发集“水源净化-水肥混合-精准输送-末端调控”于一体的集成系统。前端配备叠片过滤器与反渗透净水装置，去除水中杂质与盐分；中端采用变频恒压供水技术，保证系统压力稳定；末端安装智能阀门，实现单区独立控制，满足设施内不同作物的差异化需求。

2.2 水肥管理方案的精准化构建

基于作物模型的需肥规律研究：通过田间试验与数据分析，建立主要设施作物的营养需求模型。以黄瓜为例，明确苗期、伸蔓期、结瓜期的氮磷钾吸收比例分别为 1：0.3：0.8、1：0.2：1.2、1：0.25：1.5，并结合光照、温度等环境因子，构建动态需肥方程，为水肥配比提供科学依据。

土壤-作物协同调控策略：采用土壤墒情速测仪与植株营养诊断仪，实现“土壤肥力+作物长势”双指标监测。当设施番茄叶片SPAD 值低于 45 时，自动触发氮肥补给；当 10cm 土层含水量低于田间持水量的 60%时，启动灌溉程序，形成“测-配-施-评”闭环管理体系。

水肥配比的动态调整机制：针对设施连作障碍，优化水肥配比以改良土壤。在大棚蔬菜种植中，采用“减氮增钾补微”策略，将氮肥用量降低 20% ，钾肥用量提高 15% ，同时添加螯合态钙、镁、硼等微量元素，有效缓解土壤盐渍化，作物产量平均提升 8%～12% 。

2.3 智能化技术的深度融合应用

物联网监测系统搭建：在设施内布设多参数传感器网络，实时采集土壤含水量、EC 值、pH 值、空气温湿度、光照强度等数据，通过 LoRa 无线传输技术上传至云平台，数据传输延迟控制在 10 秒以内，实现环境与水肥状态的可视化监控。

智能决策系统开发：基于大数据与机器学习算法，构建水肥智能决策模型。系统可根据作物种类、生育期、环境参数自动生成水肥方案，并通过手机 APP 推送至用户，用户确认后即可远程控制施肥灌溉设备；同时，模型具备自学习能力，通过不断积累田间数据，决策准确率可提升至 90% 以上。

无人化作业技术集成：在大型连栋温室推广“无人值守”水肥一体化系统，集成自动上肥、自动搅拌、自动清洗功能，配合 AGV 巡检机器人实时排查设备故障，实现从水肥制备到输送的全流程无

人化操作，大幅降低人工成本，作业效率提升 40% 以上。

3 应用优化成效与实践案例

3.1 综合效益提升显著

通过应用优化，设施农业水肥一体化技术的资源利用效率与生产效益大幅提升。在水资源利用方面，优化后的系统水资源利用率可达 90% 以上，较传统灌溉节约水资源 30%～50% ；在化肥利用方面，化肥利用率提升至 65% 以上，每亩化肥用量减少 15~20kg，直接降低生产成本 80~120 元。同时，作物品质明显改善，设施番茄的可溶性糖含量提升 1.2%～1.8% ，维生素 C 含量增加 8%～10% ，商品率提高10%～15% 。

3.2 典型实践案例

山东寿光日光温室番茄种植项目：该项目采用定制化滴灌施肥系统，配备智能水肥一体机与多参数传感器，基于番茄营养需求模型动态调整水肥配比。应用后，每亩用水量从 350m ³降至 200m³ ，化肥用量减少 22kg ，番茄亩产量从 8000kg 提升至 9200kg ，亩均增收 2800 元，土壤 EC 值从 3.5ms/cm降至 2.2ms/cm ，土壤质量显著改善。

宁夏银川连栋大棚黄瓜种植基地：基地引入“物联网+水肥一体化”系统，实现墒情、肥力数据的实时监测与远程控制。通过精准调控，黄瓜生长期缩短 7~10 天，畸形果率从 15% 降至 6% ，每亩节约人工成本 300 元，产品通过绿色食品认证，市场售价提高 20% ，经济效益与生态效益同步提升。

4 面临的挑战与发展建议

4.1 当前面临的主要挑战

技术推广瓶颈：部分小规模设施种植户对优化后的水肥一体化技术认知不足，且设备初始投入较高（每亩约 1500~3000 元），导致推广阻力较大；同时，基层技术服务体系不完善，缺乏专业的技术指导人员，影响技术应用效果。

标准体系缺失：目前针对设施农业水肥一体化技术的设备标准、操作规范、效果评价体系尚不健全，市场上设备质量参差不齐，难以保证技术应用的统一性与稳定性。

数据安全风险：智能化系统涉及大量农业生产数据，部分平台数据存储与传输安全防护不足，存在数据泄露、被篡改的风险，影响用户使用信任度。

4.2 发展建议

强化政策与资金支持：政府应加大对设施农业水肥一体化技术优化的补贴力度，对小规模种植户给予 50%～70% 的设备购置补贴；同时，设立技术研发专项基金，支持企业与科研院校合作开展定制化设备与智能算法的研发。

完善标准与服务体系：加快制定设施农业水肥一体化技术的设备质量标准、安装规范、操作手册与效果评价指标，建立第三方检测认证机制；加强基层技术推广队伍建设，开展技术培训与现场指导，提高种植户操作水平。

加强数据安全保障：推动水肥智能化系统采用区块链、加密传输等技术，建立数据安全管理规范，明确数据采集、存储、使用的安全责任，保障农业生产数据安全。

5 结束语

本文从设备定制化、方案精准化、智能融合化三大维度，构建了设施农业水肥一体化技术优化体系。实践表明，优化后水资源利用率超 90% 、化肥利用率达 65% 以上，显著提升作物产量与品质。虽面临推广、标准、数据安全等挑战，但通过政策扶持、标准完善与加强数据安全保障，该技术将有效破解设施农业资源环境约束，为农业现代化建设注入强劲动力。

参考文献：

[1]孙建红. 山西地区设施黄瓜高效水肥一体化技术[J].长江蔬菜,2025,(17):56-57.

[2]段海洋. 小辣椒水肥一体化栽培技术[J].现代农村科技,2025,(09):107.