口/李颖,杨宁等

　　我国北方雨量时空分布不均匀，区域性缺水问题日益突显，农业用水紧张严重地影响了农业稳产增产，抗旱减灾已成为农业生产的新常态。对传统雨养农业和粗放灌溉农业进行改造升级，采用节水高效灌溉技术成为抗旱减灾的主要应对方法，是实现农业可持续发展的必然选择。随着我国微灌技术的应用水平不断提升，综合效率与效益日益显现。与此同时，农药的不合理施用，以及所带来的农业生态环境的污染和水药利用率过低(农田水有效利用系数为0.5左右，农药有效利用率为30%左右)是新时期节水农业生产面临的突出问题。在我国新时代农业供给侧改革“一控两减三基本”和“节肥节药”“统防统治”的政策背景下，采用节水省药、节本增效的施药灌溉方式成为现代农业发展的必然趋势。

　　“水药一体化”也称作“微灌施药”“化学灌溉”(Chemigation)，是将灌溉与用药融为一体的节水技术，其核心是借助压力灌溉系统使得药剂随灌溉水一起按时、均匀、准确地输送到作物根际，按照作物生长需求把水分和适合的药物定量、定时的直接提供给作物，是实现节水减药的关键技术途径。水药一体化技术是灌溉与施药相融合的最佳策略。作为新型节水灌溉和节药施用融合方式，采用水药一体化技术可以更加合理、高效利用水资源、提高药剂的利用效率、减少农业面源污染、促进农业可持续发展。

1.水药一体化技术的重要意义

　　1.1 水药一体化实现高效节水用药

　　微灌灌溉通过增加用水次数，减少单次用水量，提高灌溉水的利用率。同时，我国农田用药量整体水平偏高，2015年达200多万吨，单位面积使用量大，为世界平均水平的2.5倍，有效利用率仅为30%左右。结合节水灌溉和高效用药的水药一体化技术实现了精确灌溉、精准施药，与传统地面灌溉和传统施药方式相比，自动化程度更高，药剂减量施用，减轻了传统灌溉与施药劳动强度，提高了药剂利用率和时效性，实现高效控制病虫草害。

　　1.2 水药一体化实现安全施药

　　传统施药粗放，施用者很少采取安全防护措施，常造成农药中毒，调查表明施药者中有30%以上曾经发生过不同程度的接触性农药中毒。使用水药一体化系统可避免直接接触药液和飘移的药雾，降低了有毒物质的吸入风险，实现安全施药。

　　1.3 水药一体化保护生态环境

　　在施用过程中农药扩散到环境中，易对所有环境生物造成长期和潜在危害。水资源短缺地区，农药降解的速度减慢，影响了药效发挥，而加大用药量就成为缺水地区的普遍做法，由此易加剧环境中农药残留。同时，大量用药也造成病虫草的抗药性水平提高，进而再加大用药量，形成恶性循环；另一方面，采用大水漫灌，易造成农药随排水、淋溶等进入水体而污染环境。采用微灌系统，利于改善土壤物理性质，减少灌溉造成的土壤板结等不良影响，减少土壤养分淋失和对地下水、地表水的污染以及药剂的使用量，尤其在保护地生产中，有效地降低了土壤水分与空气湿度，降低通风降湿频率，减少高湿病害发生几率，利于改善灌溉后生态环境。

　　1.4 水药一体化提高经济效益

　　水药一体化技术是在节水灌溉技术基础上发展而成，尤其在已广泛采用水肥一体化技术地区，可以直接使用已有设备进行随水施药。虽然节水设施建设初始费用较高，但是通过使用化学灌溉技术，可以使农作物提质增效、减少化肥和农药施用量，大大缩短投资回收年限。如膜下滴灌棉田与常规的灌溉方式相比，各类总投入能够减少35.3%，产量能够增加10%以上。而温室更可以减少农药用量15%～30%，节省劳动力10～15人次，实现节水节本增效。

2.水药一体化技术应用原理

　　2.1 药剂分布与运移规律

　　随滴灌系统施用药剂后的分布和运移直接影响药剂的利用率及药效作用的发挥。自上世纪80年代，外国学者开始研究药剂在土壤中的运移和分布情况，2000年前，微灌在国内应用较少，研究相对滞后。2000年后，随着我国微灌技术普及，微灌药剂在土壤中的运移和分布方面研究不断深入。毛萌、任理等采用HYDRUS2D软件研究了室内滴灌施用的除草剂莠去津(atrazine)在土壤中的运移规律，结果表明：随着初始含水量的增加，土壤水分的湿润范围增大，但除草剂莠去津在土壤中的分布范围基本不变；当滴灌施药历时相同、滴头流量不同时，随着滴头流量的增加，土壤水分和莠去津在土壤中的范围均有所增大。任玉鹏通过滴灌施阿维菌素防治南方根结线虫(Meloidogyne incognita)，发现水分扩散与药剂扩散存在相关性，药剂扩散显著滞后于水分扩散，用水量对药剂扩散面积起主要作用，其次为流速，最后为剂型因素，适量增大灌溉水量，提高土壤疏松程度并选择微囊悬浮剂或悬浮剂可增大药剂在土壤中的分布范围。在实际应用中，针对土壤容重不同的地块，则应要考虑滴灌流速和相应的药剂剂型对药剂分散的影响，以保证最佳施用效果的同时减少环境污染。

　　2.2 药剂剂型影响

　　由于水药一体化系统均以灌溉水为溶剂稀释药液，并在管道中运送最后施入作物根部土壤。因此药剂的可溶性和溶解程度等物理指标直接影响了药剂运输的通畅和药剂效果的发挥。在水中可以溶解为真溶剂的剂型更适合用于滴灌系统，更利于植物吸收。赵军等使用20%吡虫啉(imidacloprid)可溶性液剂防治辣椒蚜虫(Aphisgossypii Glover)试验，14d后防效达到100%。任玉鹏通过室内模拟滴灌试验发现供试的乳油、悬浮剂、微囊悬浮剂均属于较易吸附等级，在淋溶程度上，微囊悬浮剂＞悬浮剂＞乳油，超过40%的药剂集中在0～5cm土层，3种剂型阿维菌素在淋溶等级上均较难淋溶。乳油处理施药后3d部分植株茎基部缢缩，根部坏死，药害明显，可能由于该乳油中有溶剂二甲苯。

　　通过微灌系统还可施用土壤熏蒸剂，其优势是让药剂以液体的形态更加均匀地扩散分布，减少药剂的散失降低施用量，同时可以减少作业人员的直接接触，使得药剂处理变得更为经济安全。Wang等用两种地埋滴灌(深度25～30cm)处理对比传统的注射方式发现，1,3-二氯丙烯(1,3-dichloropropene)的散失量分别为66%、57%和90%，滴灌处理具有明显优势。肖长坤等通过对草莓田滴施辣根素(isothiocyanate)水剂对比常规试验，证实了熏蒸剂对土壤真菌中的镰刀菌、腐霉、曲霉、青霉(Fusarium、Pythium、Aspergillus、Penicillium)等具有突出的杀灭效果。随着应用研究的深入，水药一体化条件下，有针对性的施用适宜剂型的药剂，将会大幅度的提高药效，减少无效淋溶，确保用药安全，减少农业面源污染。

　　2.3 药剂影响作物及非靶标

　　水药一体化主要用于控制病虫草害，同时对作物的根系分布以及氮、磷、钾养分吸收具有一定影响。于颖多等研究表明在适宜的范围内不同浓度氟乐灵(trifluralin)对番茄和冬小麦产量、品质及作物根系的分布均无显著影响，但施药日期对冬小麦根系在垂直方向分布影响较大。张艳丽研究表明虽然头水滴施二甲戊灵(pendimethalin)降低了棉花氮、磷、钾养分含量，但仍然显著增加了养分吸收量，显著降低了杂草的干重，减少了杂草的株数。孙玉勇等对淮山(Dioscorea opposita Thunb)施用噻唑膦(fosthiazate)乳油，结果表明在试验剂量范围内淮山长势良好，未发现因施药而造成的根、块茎、叶、芽有至害性影响，且增产率最高达到9.13%。由此可知，通过滴灌系统施用药剂对靶标是有影响的；而在某个施药时间、浓度范围内，可能对作物产生轻微影响，但从产量而言，这种影响较弱。

 　　2.4 灌溉施药系统防堵过程

　　地埋灌溉系统中，由于植物根系的向水性生长，若系统不采取防止根系入侵措施，3年就可由根系入侵地下滴灌管网堵塞10%，4年至60%，6年后可达95%。防止作物根系侵入滴水孔引起堵塞对于发展微灌施药有着重要意义。目前国内研究最多的是在滴灌系统中加入化学物质(如除草剂氟乐灵等)来防止根系入侵堵塞，于颖多等研究了番茄根系在地下滴灌氟乐灵后的分布情况及氟乐灵对滴灌灌水器周围根系的控制效应。确认适量施药可以对灌水器周围的根系进行一定的调控，缓解灌水器的根系堵塞问题，且果实中均无农药残留，与对照的地上部分生物量无显著差异。在滴灌冬小麦试验中注入氟乐灵可以有效地削减滴头附近区域的根密度，减小根系入侵堵塞的发生。施药浓度对根系分布及作物的产量、品质均无显著影响。王荣莲等通过正交试验分析，认为施药时间、施药浓度和施药量对小麦根密度降低的影响都是显著的，其中影响程度由主到次的顺序分别为施药时间、施药量和施药浓度，并提出应用于小麦的最优方案组合。另外，通过控制土壤水分和调整系统工作压力，避免水分胁迫现象的出现，也能减少根系入侵滴头。