口/李颖 杨宁等

 

3.水药一体化技术应用效果

 

3.1 设施园艺水药一体化技术应用

　　水药一体化应用始于上世纪50-60年代，而我国于上世纪80年代开始水药一体化的研究与应用，受成本、技术等因素制约，大多停留在研究层面，实际应用较少。至2000年后，国内集约化、精准化节水农业迅猛发展，滴灌设施得到广泛应用，水药一体化的研究进程加快。在农业“双减”政策的引导下，水药一体化使用程度有了大幅提高，应用的作物从设施园艺作物、药用植物等经济性较高的作物，逐渐扩大到果树甚至大田。防治对象从单一类型的地下害虫、土传病害发展为多种病虫草害的综合防治。

　　水药一体化技术最为普遍的应用是在设施园艺作物上(见表1)，我国水药一体化使用地区主要集中在已铺设滴灌系统的山东地区，少部分在西部地区、北京地区以及辽宁东部沿海地区，尤其以大面积、长时期应用滴灌灌溉的地区为主，使用的广度与当地灌溉习惯、使用经验有着非常大的关系。山东地区设施蔬菜种植产业规模化早，机械化、自动化程度高，与此相配套的滴灌灌溉方式的应用也更为系统。作物以葫芦科、茄科蔬菜为主，兼有少量百合科、蔷薇科蔬果。滴灌系统的特征决定了水药一体化技术在防治地下害虫[根结线虫(Meloidoyne spp)、迟眼蕈蚊(Bradysia odoriphaga)]和土传病害[枯萎病(Fusarium oxysporum sp)、茎基腐病(Pythium ultimum)等]有更多优势，既避免了大水漫灌施药需要承担的环境风险，又减少了灌根等施药方式的大量人工投入。同时水药一体化技术可以有效解决用药量大、施用次数多的问题，尤其对根结线虫防效明显，与传统施药方式——常规灌溉和喷雾防治相比，综合防效达到60%～98%，平均增产24%以上。灌溉施药方式主要为膜下滴灌，应用作物种类以茄科为主，平均防效达到85.3%，葫芦科防效最高，能达到98%以上。水药一体化技术与传统施药方式对药剂的选择较为相似，苯甲酰胺类、有机磷类、新烟碱类杀虫剂，以及取代苯类、三唑类、铜制剂为主的杀菌剂均可使用。药剂剂型以水溶解度高的水剂为主，部分粉剂也可应用。配套温室、覆膜等相对密闭条件可随水施用熏蒸剂，进一步完善药剂的施用方式。温室内膜下滴灌施药能有效地降低温室湿度，增加地温，实现壮苗、增产。

表1 水药一体化在设施园艺作物上的应用情况

 

作物 地区 试验时间/年 防治对象 药剂 药剂种类 药剂类型 剂型 灌溉方式 防效及产量

黄瓜 辽宁 2011 根结线虫 威百亩 杀线剂 二硫代氨基甲酸

酯类 熏蒸剂作用水剂 膜下滴灌 防效98.29%，增产89.41%以上

黄瓜 山东 2014 枯萎病、蔓枯病 噁霉灵 杀菌剂 三唑类 乳油 膜下滴灌 防效较好

山东 2014 细菌性角斑病 氢氧化铜 杀菌剂 铜制剂 水分散颗粒剂 膜下滴灌 防效较好

山东 2014 根结线虫 辛硫磷、敌百虫 杀虫剂 有机磷 乳油 膜下滴灌 防效较好

山东 2017 根结线虫 氟唑菌酰胺 杀菌剂 苯甲酰胺类 悬浮剂 滴灌 防效96.70%，

增产37.82%

西葫芦 山东 2013 细菌性病害 氢氧化铜 杀菌剂 铜制剂 水分散颗粒剂 膜下滴灌 防效较好

山东 2013 根结线虫 辛硫磷 杀虫剂 有机磷 乳油 膜下滴灌 防效较好

番茄 山东 2005 根结线虫 威百亩 杀线剂 二硫代氨基甲酸

酯类 水剂

（熏蒸剂） 膜下滴灌 发病率为0，

增产24%

山东 2014 枯萎病、茎基腐病、青枯病 甲基硫菌灵、

噁霉灵、络氨铜 杀菌剂 取代苯类、

三唑类、铜制剂 可溶性粉剂、

乳油、水剂 膜下滴灌 防效较好

山东 2015 根结线虫 阿维菌素 杀虫剂 新烟碱类 乳油、悬浮剂、微胶囊悬浮剂 滴灌 防效60%以上

山东 2015 茎腐病、根腐病 吡唑醚菌酯 杀菌剂 甲氧基丙烯酸酯类 微胶囊悬浮剂 滴灌 防效73.89%～84.53%

浙江 2016 根腐病 生防菌 杀菌剂 生防菌剂 发酵液 滴灌 保苗率增加72.48%，

增产37.82%

辣椒 甘肃 2014 疫病、青枯病、

根腐病 络氨铜、噁霉灵、琥铜乙磷铝 杀菌剂 铜制剂、

三唑类铜制剂 水剂、

可湿性粉剂 膜下滴灌 发病率减少19.6%，

增产729kg/667㎡，增收831元/667㎡

韭菜 山东 2014 迟烟蕈蚊 噻虫嗪、噻虫胺 杀菌剂 新烟碱类 可湿性粉剂 滴灌 防效80%，

增产16.5%

草莓 北京 2009 镰刀菌引起的病害 辣根素 杀菌剂 辣根素类 水剂 膜下滴灌 株成活率

82.7%和83.8%

 

　　在一些面积大的山地果园，药剂的人工喷施成本高、时效性差，而使用大型机械作业难度大，成本过高，所以大部分园区在建园初期就铺设有微灌系统，使用水药一体化系统是非常经济有效的施药方法，因此果园是较早使用微灌系统施药的地区。2000年前，新疆地区已开始使用氟乐灵对果园杂草进行防除(见表2)，平均防效达到90%以上；近年来，海南地区通过使用滴灌施入螺虫乙酯(spirotetramat)、吡虫啉(imidacloprid)，对黄胸蓟马[Thripshawaiiensis (Morgan)]进行防治，防效达到85.56%～98.86%。

 

表2 水药一体化在果树上的应用情况

 

作物 地区 试验时间/年 防治对象 药剂 药剂种类 剂型 滴灌方式 防效

梨树 新疆 1997、1999 藜、稗草 氧乐果 除草剂 二硝基苯胺类 无膜滴灌 95%以上

香蕉 海南 2017 黄胸蓟马 螺虫乙酯 杀虫剂 季酮酸类 无膜滴灌 91.24%～98.86%

海南 2017 黄胸蓟马 吡虫啉 杀虫剂 烟碱类 无膜滴灌 85.56%～92.70%

广西 2017 根结线虫 氟吡菌酰胺、噻唑膦、

阿维菌素 杀虫剂 苯甲酰胺类、

有机磷类、新烟碱类 无膜滴灌 63.42%～81.22%

柑橘 广东 2016、2017 木虱 噻虫胺 杀虫剂 新烟碱类 无膜滴灌 80%以上，安全性好

 

3.2 水药一体化技术在大田生产中的应用

　　在干旱半干旱地区的大田生产中，大面积应用自动化滴灌设施，机械化程度较高，以及避免造成封垄后人工施药容易造成机械损伤等问题，因此应用水药一体化系统的功能和效益更加明显，为水药一体化提供了良好应用基础。如表3所示，2000年前，仅有东北中药材产区使用水药一体化技术，这与经济作物的高效益有直接关系；在2000-2010年间，水药一体化发展较为缓慢，该时期的应用主要以新疆地区为代表，该地区干旱少雨，地广人稀，劳动力匮乏，膜下滴灌有效地解决了以上问题，是微灌较早普遍应用的地区。2010年后，随着技术的进步、人工费用的增加以及农业机械化水平的提高，水药一体化技术在大田使用中迅速发展，北方地区均有应用，但仍以新疆、山东有多年滴灌经验的地区为主。大田防治对象与设施园艺作物相比，地上部病害[花生网斑病(Peyronellaea arachidicola)、黑斑病（Cercospo-ridiumpersonatum等)]，虫害[玉米螟(Pyrausta nubilalis (Hubern))、三点斑叶蝉( Zygina salina Mit)、红蜘蛛( Tetranychuscinnbarinus)、蚜虫(Aphidoidea)等]种类明显增多，地下害虫、土传病害种类也有所增加，防治药剂以有机磷类居多，这与内吸性药剂的应用有很大关系，其扩大了水药一体化防治对象范围，使得部分叶茎甚至果实的病虫害也能得到控制。由于是隐藏式施药，虫害的天敌得到了较好的保护，更有利于保护环境；近几年，以防除阔叶草为主的除草剂也开始应用。同时，生物制剂在新疆棉田也得到了广泛应用，应用的剂型以粉剂为主，而能溶解为真溶剂的水剂较少，这与原药在水中的可溶性有很大关系，虽然乳油中助剂的成分有可能影响作物生长，但在对作物影响不大的试验剂量范围内仍有使用。由于大田使用滴灌主要为干旱半干旱地区，膜下滴灌是最主要的灌溉方式，因此大田水药一体化的灌溉方式也以膜下滴灌为主(见表3)，其防效除人参外均在83%以上，比常规防治防效增加14%～27%，增产10%以上，投入产出比达到1∶7.01。

表3 水药一体化在大田生产上的应用情况

 

作物 地区 试验时间/年 防治对象 药剂 药剂种类 药剂类型 剂型 灌溉方式 防效及产量

玉米 新疆 2013 三点斑叶禅 吡虫啉、噻虫嗪、

嘧啶氧磷 杀虫剂 烟碱类、新烟碱类、

有机磷 可湿性粉剂 滴灌 防效85.86%～95.84%

新疆 2015 地老虎、玉米螟 辛硫磷、水胺硫磷 杀虫剂 有机磷、磷酰胺类 乳油 膜下滴灌 有效防治

新疆 2015 玉米螟、三点斑叶禅、红蜘蛛 噻虫嗪、

丁硫克百威 杀虫剂 新烟碱类、

氨基甲酸酯 可湿性粉剂 膜下滴灌 有效防治

棉花 新疆 2005 蚜虫 吡虫啉 杀虫剂 烟碱类 可溶性溶剂 滴灌 防效94.5%以上

新疆 2009 黄萎病 枯草芽孢杆菌 杀菌剂 生防菌剂 发酵液 膜下滴灌 防效最高55.1%；

增产7.43%～17.62%

棉花 新疆 2011 枯、黄萎病 枯草芽孢杆菌 杀菌剂 生防菌剂 可湿性粉剂 滴灌 增产561.51kg/667㎡，增效289.47元/667㎡

新疆 2013-2014 一年生

禾本科杂草 精异丙甲草胺 除草剂 乙酰胺类 乳油 膜下滴灌 龙葵、苋菜防效达100%，对作物安全

新疆 2016 蚜虫 噻虫嗪 杀虫剂 新烟碱类 可湿性粉剂 膜下滴灌 防效100%

新疆 2016-2017 黄萎病 渝峰“99植保”、中农绿康枯草芽孢杆菌、哈茨木霉菌 杀菌剂 生防菌剂 可湿性粉剂 膜下滴灌 平均防效50.0%～77.4%，增加结蕾树和有效结铃数

新疆 2017 蚜虫 吡虫啉、

氟啶虫酰胺 杀虫剂 氯烟碱类、

亚砜亚胺类 可溶性液剂

悬浮液 滴灌 防效90%以上

花生 山东 2016 蚜虫 吡虫啉、

阿维菌素 杀虫剂 烟碱类、新烟碱类 可湿性粉剂 膜下滴灌 防效比常规防治增加14.44%，增产4.71%，饱果率提高10.8%

山东 2016 网斑病、黑斑病 苯醚甲环唑、

咯菌腈、甲基硫菌灵 杀菌剂 三唑类、苯基吡咯类、取代苯类 水分散颗粒剂、悬浮剂、可湿性粉剂 膜下滴灌 防效网斑病提高27.28%，黑斑病

提高19.03%

人参 东北 1987 烧须病 咪鲜胺 杀菌剂 咪唑类 粉剂 膜下滴灌 防效96.1%，单根净增重30%

东北 1987 锈腐病 多菌灵 杀菌剂 苯并咪唑类 粉剂 膜下滴灌 防效36.2%，单根净增重63%

烟草 河南 2014 土传病害 - - - - 膜下滴灌 有效防控增产19.8%

辣椒 新疆 2007、2011 蚜虫 吡虫啉 杀虫剂 烟碱类 可溶性液剂 滴灌 防效94.6%～100%

新疆 2010 棉铃虫 氟虫苯甲酰胺 杀虫剂 酰胺类 悬浮剂 膜下滴灌 防效83.6%，投入产出比为1:7.01

新疆 2010 疫病 抗黄120（BIO fertilizer 

No. 120） 杀菌剂 生防菌剂 粉剂 滴灌 防效73.1%，

增产17.3%

马铃薯 云南 2014-2015 黑胫病、青枯病、地下害虫 - 杀菌剂、杀虫剂 - - 滴灌 有效防治，增产51.3%

 

3.3 水药一体化设备应用

　　目前水药一体化设备多使用“水肥一体化”装备，在“施肥器”中注入药剂，并使用相同的微灌系统进行施药，该系统包括灌溉抽水站、农药贮藏箱、阻止回流系统、校准装置、农药灌注等装置。施药装置按照投加药剂方式的不同可分为电动泵投加和自身压差注入投加两种。一种是使用电动泵在进园总管上进行投加药剂，另一种是利用灌溉系统自身的压差进行注入投加，不同的投加方式有不同的设备可供选择。表4总结了不同施药装置的原理和优缺点，以及适宜使用的条件。

 

表4 水药一体化施药装置

 

药剂投加方式 设备 原理 优点 缺点 适宜使用的条件

总管电动泵投加 电动泵 泵吸、泵注 可调节加药比例，能够满足大规模使用 需要电力以及1套自动控制装置调节加药比例，装置价格高，应用方式不灵活 大型农业公司统一栽培品种模式下施用

自身压差投加 文丘里施肥器 通过增大喉部流速产生的真空，将肥液吸入灌溉管道与水混合 结构简单，操作方便，施药比例准确，

浓度恒定 对运行压力要求高，水头损失较大，倒吸现象严重，吸程有限 适用于较为粗放的灌溉施药

水力驱动加泵 水动力驱动，活塞上下运动，将药剂吸入后注入吸水管道 能部分实现按比例投加 价格高，启动压差大，需大于3m的水头

储液罐 利用田间的自然高差完成随水施药（自压注入法） 方法简单、价格低 药液浓度不稳定，难以实现精确控制 通常结合自压灌溉使用，用于有自压条件的地区

压差加药罐 通过减压阀，在施药灌前后形成一定压差，使得水流与药剂混合并注入灌溉系统 成本低，操作维修简单 药剂浓度随时间衰减，施药不均匀 适用于较为粗放的灌溉施药

 

　　相比水肥一体化中的肥料，水药一体化中的农药亩平均用量更少，精准度要求更高，单纯的“施药器”并不能完全的发挥施药的功能，越来越多的研究开始倾向于使用单独的施药箱，而不是直接使用已有的施肥罐兼作为施药箱使用。鄢一新等人设计了一种与现有产品工作原理不同的差压隔膜式加药装置，通过在密闭式加药罐中设置柔性防水薄膜，保持加药罐中药剂浓度不变，实现加药流量自我调节功能，保证均匀施药。

　　近几年，水药一体化系统从人工操作逐渐升级到半自动化、自动化控制和智能化控制。石建飞团队设计了以PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)为控制核心，通过无线通信方式，构建以农田土壤水分、水位及设备工作状态等数据进行采集分析的系统，实现远程控制，提高了系统的均匀性、及时性和简便性。并将各项数据统一存入数据库，可进行数据分析和对比，为产品质量安全管理提供保障。2015年，马伟等人开发了基于Web的设施果园水肥药一体物联网控制系统，在温室内安装物联网控制系统的无线网络节点，通过WIFI无线网络通讯，用户可通过总控箱、智能手机或电脑上的软件发送指令，实现物联网远程控制。

 

4.水药一体化技术存在的问题与展望

 

4.1 存在的问题

　　（1）防治对象

　　目前水药一体化技术主要用于土传病害和地下害虫的防治，在防治范围上具有一定的局限性。虽然通过施用内吸性药剂可以解决部分问题，但在药剂使用量、防效以及安全性方面需要进一步研究。

　　（2）剂型种类

　　不同的药剂剂型对药效的发挥会产生非常大的影响。从目前的研究结果看，可湿性粉剂、水剂和水乳剂在水药一体化试验中，出现了矛盾和不稳定的结果。另外，药物溶解性差或黏性过高，可导致管道堵塞，设备损坏，或使得施药不完全、不均匀。因此，特定剂型的研制对水药一体化的应用与发展起着至关重要的作用。

　　（3）灌溉系统

　　水源及地下水安全问题。当通过灌溉系统施用到灌溉水中的农药回流到灌溉水甚至是水源中时，会带来用水安全问题。水源和灌溉方法的选择决定了是否有污染水源的可能性；加药箱前端的反水阀稳定性差也可能对水源造成污染；过大或过急的降雨也可能造成药剂的下渗与淋溶，进而引起地下水安全问题。因此，对气象预测和环境监测与用药决策之间的关系有待进一步研究。灌溉过程中，为防止根系入侵滴头，大多数情况下可以使用除草剂氟乐灵，但对于很多园艺作物并不适用，不同作物应用的除草剂类型及防治效果需要进一步研究。

　　（4）水药设备

　　水药一体化设备研发欠缺。目前大部分智能型设备都应用于具有一定规模的农业企业，而小规模或家庭式的种植模式下应用较少，大田应用中尤为明显。该模式的需求多为价格低、易操作、稳定性高、安全环保且界面友好的智能化、自动化设备，市场上较为少见。

　　（5）水药一体化融合

　　水药一体施用研究薄弱。水药一体化系统不是单纯的灌溉和施药相叠加，亦或是简单的通过灌溉管道施加药剂，而是水药的联合施用。合理的灌溉促进作物生长，使得植株健壮，抗性相应较好，而合理的用药更可以起到壮苗健苗的目的，这两个方面互为补充，更好的促进作物生长。然而国内目前对于水药联合施用制度的研究还处于起步阶段，更加深入的试验与研究是非常有必要的。

4.2 对策

　　（1）预测、诊断、灌溉和防治策略。水药一体化系统是结合了预测、诊断、灌溉和防治策略的综合系统。早期病虫草害的精准预测和诊断，遵循了“预防为主，综合防治”的防治方针。在土壤表面或土壤中使用农药所需的水量取决于土壤中的含水量和农药在土壤中分散的深度，因此在施药前对土壤含水量的监测、检测，可以保证灌溉的精准度和药剂的高效利用。制定合理有效的防治策略将达到事半功倍的效果。

　　（2）制定水药一体化技术规范。农药灌注系统和灌溉系统的核定十分重要。需要通过精准的试验来制定不同作物、不同品种、不同地区、不同季节灌溉施药的时间、药量、浓度、流速、灌溉量以及每次药后的管护时间和水量等核定标准，在优化这些参数的基础上，制定相应的操作规范，避免因管理方式和人员的不同而出现灌溉不足或浪费以及不合理施药等问题。

　　（3）加强技术人员培训。组织专业人员对使用水药一体化系统的技术人员进行培训，确保其具备较高的综合素质，有能力安全合理地使用系统中的设备，解决常见问题。

 

4.3 展望

　　随着水资源危机的加剧，越来越多的国家、地区重视发展微灌技术。近10年来，微灌、喷灌在我国发展非常迅速，截至2013年底，我国微灌面积已达385.7万公顷，占世界微灌面积的35%，在我国西北内陆、东北干旱半干旱地区、两广地区等均已有大规模应用，为水药一体化技术广泛应用奠定了规模化的基础。

　　科技的进步使得新技术，如大数据、AI(人工智能)等技术不断应用到水药一体化技术和设备中，精准测量以及精细管理也将变得越来越普及，水药一体化设备的性能也将会不断地提高和完善；施用的药剂将呈现标准化、系列化；伴随着水药一体化技术理论研究不断深入，整个管理系统的自动化、智能化程度会更高，管理的成本将大幅降低，精准智能化的水药一体化技术和设备将会更广泛地普及应用。                          （本文连载结束）