3.5 肥水管理
3.5.1 肥水的来源
由于生态农田使用的肥料以有机肥为主，辅助以可降解的生物质肥料，使用化肥量很少，如果发展有机农田，则不允许使用化肥，生态农田中速效氮、速效磷和速效钾的含量较低，往往会限制作物高产。为了破解这个问题，必须在肥水管理上下功夫。肥水是指包含各种速效成分及氨基酸等富营养化的液态肥料。动物粪便和秸秆发酵后的沼液，以及动物养殖场冲刷出来的液体，或雨后从养殖场里进入液态池内的废水就是理想的肥水。需要指出的是生态养殖过程中需要对其进行严格管理，应当像管理工厂排污那样，养殖场内的肥水不能含有重金属，基本不含抗生素，才是理想的肥水来源。除了动物排泄物发酵形成的肥料，还有菌棒及秸秆绿肥等物质经过发酵也能作为优质的肥料供农业生产使用。有了肥水资源，再配合灌溉网络，能很方便地将植物需要的养分和水分输入生态农田中。生态农业中有机肥料的使用能够改良土壤，培肥地力，促进植株生长，增加作物产量，显著改善农产品品质，提高农业生产的经济效益。同时，可增加土壤团粒结构，改善长期使用化学肥料所形成的土壤板结，增加土壤降雨渗入强度，减少地面径流量，减轻农耕地水土流失量。
3.5.2 肥水的营养特点
肥水具有植物容易吸收的矿质元素及氨基酸等。科学利用肥水，既减少了环境中的易腐有机物污染，又提高了生态农田的作物产量。下面以沼液为例说明肥水的营养特点沼液是有机物在进行厌氧消化产生沼气的同时得到的一种厌氧产物，含有丰富的矿物质、水解酶、B 族维生素、氨基酸、植物激素和腐殖酸等，是一种良好的有机液体肥料。沼液多为牛粪、兔粪、鸡粪混合发酵而成，发酵后无味且发酵后的肥效是普通化学合成肥料的10倍以上。沼液渣肥的有机质含量比人粪尿高5～6 倍，氮素比例也略高（表 3-2）。水肥中可溶性养分多，但氮、磷、钾含量较低，渣肥的养分含量高，含有丰富的有机质和较多的腐殖酸。沼液肥具有原料来源广、成本低、养分全、肥效长、能改良土壤等特点。不过，沼液在使用过程中，如果把握不好用量会造成烧苗现象。
沼液的水质特性使作物吸收极快，既有速效性，又兼具缓效性。研究表明，常施沼液，会使作物生长健壮，叶片厚度和果实重量显著增加，品质显著提高，可提高产量 15%～35%，可溶性糖平均高 36%；对作物缺素症，如西瓜病毒病有特效；同时改善抗寒生理，提高抗冻能力。沼液堪称“肥中之王”，是目前世界上营养较全、较均衡、生产无公害绿色、高档农产品的较佳肥料。沼渣沼液可分开使用，沼渣用于养蚯蚓，沼液则用于灌溉，这样种植出来的作物或蔬菜品质非常好，也不会污染河湖环境。
以水稻为例，水稻在培育过程中利用沼渣培肥、沼液浸种，植株根系发达，白根多，分蘖强，秧苗质量好，移栽后返青分蘖快，经济性状好，具有显著的增产作用（徐树明和龚贵金，2018）。
3.5.3 肥水的防病虫害效果
沼液不仅能代替部分化肥起到促进农作物生长发育的作用，还能对农作物的大部分病虫害起到减轻或防治作用，而且效果非常显著，与农药相比具有无抗性、价格低、无残留等优势，是理想的化学农药替代品（李建波，2018）。沼液具有驱虫、杀虫的功效，对幼虫和虫卵的致死率为90%以上，属于绿色生物杀虫剂。沼液所含有机酸中的丁酸和植物生长激素中的赤霉素、吲哚乙酸及维生素 B12 等，能够破坏单细胞病菌的细胞膜和体内蛋白质，有效控制有害病菌的繁殖；沼液中的氨、铵盐和抗生素，能抑制和封闭红蜘蛛等害虫的呼吸系统，从而达到驱虫、杀虫、杀菌的作用。对果树腐烂病、轮纹病、干腐病、根腐病、斑点落叶病、霉心病、褐斑病、白粉病、黑点病、红点病；梨树黑星病；葡萄黑痘病、白腐病、灰霉病、霜霉病、炭疽病；樱桃叶面穿孔病、叶斑病、流胶病；果树蔬菜及大田苗期疫病、纹枯病等真菌、细菌病害均有明显的控制作用。沼液对蚜虫、红蜘蛛、白蜘蛛、地蛆、食心虫卵、菜青虫、甜菜夜蛾、棉铃虫等虫害均有显著防效。常年使用沼液的作物能减少病虫害防治次数（3 次以上），且无污染、无残毒、无抗药性，被称为“生物农药”。
3.5.4 肥水一体化系统
为了提高有机肥肥效，可以将有机肥溶解出来的速效成分与灌溉系统连用，既补充水分，又补充养分，这样的技术已经非常成熟，肥水一体化智能灌溉系统就是这样的系统。系统由软件系统、区域控制柜、分路控制器、变送器、数据采集终端组成。通过与供水系统有机结合，实现智能化控制；智能化监测、控制灌溉中的供水时间、施肥浓度及供水量。变送器（土壤水分变送器、流量变送器等）将实时监测灌溉状况，当灌区土壤湿度达到预先设定的下限值时，电磁阀可以自动开启；当监测的土壤含水量及液位达到预设的灌水定额后，可以自动关闭电磁阀系统。可根据时间段调度整个灌区电磁阀的轮流工作，并手动控制灌溉和采集墒情。肥水一体化管网系统可协调工作实施轮灌，充分提高灌溉用水效率，实现节水、节电，减少劳动强度，降低人力成本。需要指出的是，化肥是容易溶于水的，而有机肥难溶于水，需要进行长时间发酵后，取上清液并通过过滤，按照一定比例进入管网系统施肥。每次的有机肥溶解液如沼液等，可根据同期施加的化肥，以纯氮量进行折算。
1．用水量控制管理
实现两级用水计量，通过监测出口流量作为农田用水总量计量，通过每个支管压力传感采集数据实时计算各支管的轮灌水量，与阀门自动控制功能结合，实现每个阀门控制单元的用水量统计。同时水泵引入流量控制，当超过用水总量将通过远程控制，限制农田用水。
2．运行状态实时监控
通过水位和视频监控能够实时监测滴灌系统水源状况，及时发布缺水预警；通过水泵电流和电压监测、出水口压力和流量监测、管网干管流量和压力监测，能够及时发现滴灌系统爆管、漏水、低压运行等不合理灌溉事件，及时通知系统维护人员，保障滴灌系统高效运行。
3．自动控制
通过对生态农田土壤墒情信息、小气候信息和作物长势信息的实时监测，采用无线或有线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌启闭。根据采集到的信息，结合当地作物的需水和灌溉轮灌情况制定自动开启水泵、阀门，实现无人值守自动灌溉，分片控制，预防人为误操作。
4．运行与维护
日常运行与维护管理包括系统维护、状态监测和系统运行的现场管理；实现农田用水量计量管理、旱情和灌溉预报专家决策、信息发布等功能的远程决策管理；对用水、耗电、灌水量、维护、材料消耗等进行统计和成本核算，对灌溉设备生成定期维护计划，记录维护情况，实现灌溉工程的精细化维护运行管理。节水灌溉自动化控制系统能够充分发挥现有的节水设备作用，优化调度，提高效益，通过自动控制技术的应用，更加节水节能，降低灌溉成本，提高灌溉质量，将使灌溉更加科学、方便，提高管理水平。
5．移动终端 App
为方便管理人员对肥水智能化灌溉系统进行远程管理，有些设备与互联网密切结合，通过手机等移动终端设备随时随地查看系统信息，并进行远程操作。该系统的特点如下。①节水、节肥，高效水肥灌溉和精准调控；②省时省力，可迅速大面积灌溉和施肥；③智能控制，根据土壤水分等相关参数自动反馈控制灌溉；④提高产量，投运该系统可增产 30%～50%。
3.5.5 应用案例
1．台湾屏东县案例
台湾在利用生物质废弃资源做肥料方面进行了几十年的实践，大力推动了沼液沼渣再利用，取得了理想的效果。在台湾屏东县，肥水应用多采用沼液。土黄色的肥水，经过固液分离机，分成两大部分，一部分为固体（沼渣），一部分为液体（沼液），沼渣用来养蚯蚓，沼液灌溉农田。有了肥水，大力发展了果树种植与蔬菜种植。用沼液肥种植出来的香蕉、木瓜、柠檬等，口感好，也鲜有病虫害发生。
在屏东县大丰畜牧场，每个月产生大量的沼液沼渣和沼气。沼液和沼渣用来发展生态农业，沼气用来发电。他们用沼渣和沼液种出来的咖啡，透彻香醇，并进入了有机超市。据畜牧场场主介绍，自从有了沼液沼渣，施灌后改善了环境，心里很踏实，再也不用担心河川污染。“肥水不落外人田”，改变传统畜牧场方式，也意外开创了生态农业的一片新天地。
2．河南安阳市案例
在河南安阳市，本团队指导的生态农场利用肥水管理技术，在有机模式下获得了理想的增产效果，小麦和谷子等作物的产量超过化肥农业模式的作物产量。该基地位于河南省安阳市汤阴县尚家庵，于2010 年成立，由河南省鑫贞德有机农业股份有限公司管理。该基地流转土地7000 亩，打造以生态种植、养殖、资源循环利用为主导，以食品安全、环境友好为使命的农业高科技生态示范园区。
该园区聘请本团队为技术指导，利用生态学原理，实现“高产、优质、高效、生态、安全”农业。该园区于 2014 年 4 月获得国家认证认可监督管理委员会有机农业认可证书；该公司2017 年成功上市“新三板”。截至 2022 年，公司有基本农田 5 000 亩、一般农田 1 300 亩、建设用地 200 亩，整个园区已经全部停止农药、化肥、地膜的使用。该园区建有散养鸡舍3栋，养鸡10 万只；肥猪舍10栋和母猪存栏2 万头的种猪场，并进行自繁自育。另外，建有1000 立方米沼气工程，动物排泄物进入了沼气池，日处理量约为500 吨。肥水通过灌溉管网系统进入了生态农田。建筑面积 2 万平方米，配置有智能温室大棚、发酵床猪舍、特色植物种植区、有机肥料加工区等。该园区以有机种植为基础，以生态养殖为导向，以可再生能源发电、科普康养、休闲体验和技术创新为目标。在推动绿色农业发展、生态环境保护和生产经营模式创新方面，鑫贞德农场是一个值得学习和研究的案例。2018年 6 月，新华社-国内动态报道了该农场的实践，获得了党和国家领导人的重视。
3．山东东平县案例
本团队在山东泰安市东平县指导的生态农场位于东平县梯门镇西沟流村，名称为泉灵生态农场。该农场有山坡地1200 亩，因位于东平湖水源地上游，不适合发展粗放式的化学农业，自2011 年后改为发展有机农业。该农场的设计为：种本团队在山东泰安市东平县指导的生态农场位于东平县梯门镇西沟流村，名称为泉灵生态农场。该农场有山坡地 1 200 亩，因位于东平湖水源地上游，不适合发展粗放式的化学农业，自2011 年后改为发展有机农业。该农场的设计为：种养结合、山上养羊、山下种樱桃；羊粪发酵后利用肥水进行灌溉，底肥用羊粪和剪枝剩余的废弃物，经粉碎后埋进果树周围；利用物理＋生物方法控制虫害；羊粪发酵液作为叶面肥同时防治蚜虫与红蜘蛛等害虫；发展果园生草养地，利用机械设备剪草，同时将绿肥就地入土。
农场从建设之初就是高起点定位。在樱桃树的上方，全部安装了喷灌设备，地下也铺设了滴灌管道。羊尿等污水都流进沼气池，发酵后，再利用沼液滴灌樱桃。沼液除了肥效显著，还有防虫杀虫的效果。1000 只羊的羊粪不够用，还需要从外面购买部分有机肥。将传统的肉羊圈舍地面养殖改为养殖床上养殖。新建养殖床高度为 1.8 米，工人完全可以在下面清扫羊粪，然后用水冲洗，最后粪污流到发酵池中。这样能保持羊圈充分清洁。在传统的地面圈养方式中，羊粪尿都混在一起，羊圈潮湿，容易诱发各种疾病。采用养殖床上养羊，羊粪尿落到地面上，养殖床上既干净又干燥，有利于减少病害的发生，也能高密度养殖。自从 2011 年泉灵农场养羊以来，有效地解决了周边村庄玉米秸秆处理难的问题。农场购进了玉米收割机械，秋收时，免费为周边村民机收玉米，农场只要农民的玉米秸。对周围农民来说，节省了玉米机收割的费用，也不用为处理玉米秸秆发愁，而农场则有了充足的饲料。
一到樱桃上市时节，大批樱桃收购商联系到泉灵生态农场，表示愿意支付高于市场价200%～300%收购农场的樱桃。由于樱桃全部采用农场的羊粪种植，口感较甜，价格自然比普通樱桃高。在该农场内，通过采用养羊与种樱桃相结合的模式，既处理掉了羊粪、羊尿等粪污，又节约了果树种植成本，同时提高了樱桃品质。目前，樱桃面积达到 1200 多亩，肉羊存栏量常年保持在1000 多只。销售以线上与线下结合，自建冷库，产品远销北京、上海、广州等经济发达城市。经过生态循环处理，该农场羊肥樱桃甜，经济效益大幅度提升，早春时仅樱桃一项收入就达 300 万元。
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