苹果园水肥一体化灌溉系统设计及其经济效益评估
孙健勇
水肥一体化技术作为现代农业中的重要创 新，通过将灌溉与施肥有机结合，实现水分与养 分的精准供应，对资源利用效率和农产品品质提 升具有重要意义。该技术起源于以色列等水资源 短缺地区，随着农业现代化的推进逐步推广至全 球。在我国，水肥一体化技术得到了广泛应用， 尤其在经济作物和果树种植中表现突出。然而， 苹果园作为我国重要的经济果树种植区域，其灌 溉与施肥管理仍面临资源浪费和效率低下等问 题，亟需优化管理策略。水肥一体化技术在苹果 园中的应用，不仅改善了水肥利用效率，还显著 提高了苹果产量与品质，但由于区域差异、技术 推广等限制，仍需进一步研究与完善。
1 苹果园水肥一体化灌溉系统的设计
1.1设计原则
节水高效原则要求苹果园水肥一体化系统 通过滴灌或微喷灌技术直接将水输送至作物根系 区域，灌溉效率可提高至95%以上，同时降低蒸 发和深层渗漏导致的水分浪费，通过土壤含水量 监测传感器实时反馈，精确控制每次灌溉量为每 公顷30～50米3，确保满足生长需求的同时节约 用水。养分精准供给原则要求根据苹果树生长 周期调整施肥比例，如生长期氮肥占总施肥量的 50%，果实膨大期钾肥比率提高至40%，通过文 丘里施肥装置实现每株树根部精准供养，减少传 统施肥方式下40%的肥料浪费。环境友好原则要 求通过过滤装置确保供水水质达到0.5NTU以下 的清洁度，并通过合理灌溉频率减少每年30%以 上的氮素流失，防止地下水污染，同时采用耐腐 蚀管材降低系统运行对环境的负担。
1.2主要组成部分
水源与供水设备需配备0.02毫米过滤精度的 砂石过滤器和自动反冲洗装置，确保地表水或地 下水的洁净度，以每小时50米3流量的增压泵输 送至园区各区域，保证地势高低差在30米以内的 均匀供水。肥料溶解与输送装置采用1000升容量 的溶肥罐，每次可处理固体肥料20千克或液体肥 料10升，通过文丘里施肥器按1∶200比例混合 并均匀输送至灌溉管网，施肥精度可控制在± 5%。灌溉控制系统配备智能化管理终端，可通过 远程操作设置灌溉时长、施肥比例及灌溉区域， 控制器可实时采集土壤湿度和电导率数据，自动 调整灌溉频率。土壤与植物监测系统配置10台无 线土壤传感器和5台叶面蒸腾速率监测仪，监测 精度分别为±2%和±5%，为系统运行提供精准 数据支持。
1.3关键设计要点
不同土壤类型对灌溉设计要求差异明显，例 如沙质土壤的渗透速率为每小时50～100毫米， 灌溉需采用间歇性供水方式，并配备抗渗漏管材 减少肥料流失，而黏土质土壤的渗透速率仅为每 小时10～20毫米，需降低单次灌溉量至每公顷 15米3以防止积水。不同苹果品种对水肥需求规 律各异，例如富士苹果在果实膨大期需水量达每 公顷60米3，并需每周补充10千克钾肥，而嘎拉 苹果在成熟期需水量较低，每公顷仅需40米3，同时需增施2千克磷肥以提高果实品质。地形与 气候适配设计需根据园区实际条件调整系统配 置，如在坡度大于15°的山地配置0.6兆帕压力的 增压泵和抗堵塞滴头，在年降水量低于400毫米 的干旱地区增设150米3容量的储水罐和雨水收 集系统以应对水源短缺问题。
2 苹果园水肥一体化的应用效果
2.1对苹果产量的影响
水肥一体化管理显著提高了苹果园的产量， 通过精准供水和科学施肥，苹果树各生长期所需 的水分和养分得到了充分保障。在多个试验中， 采用水肥一体化技术的苹果园增产20%～30%， 产量从原来的30吨/公顷提高到36吨/公顷以上。 同时优质果率显著提高，优质果率从传统灌溉方 式下的60%左右提高到80%以上，尤其是单果重、 着色均匀度和果形指数明显改善，这主要得益于 滴灌技术精准供水减少了水分胁迫，同时合理施 肥优化了养分供给比例，使苹果树光合作用增强， 果实膨大期长势旺盛。尤其在富士苹果和嘎拉苹 果等高品质品种种植中，水肥一体化技术使得商 品果比率提高30%，带动了园区经济效益的大幅 增长。
2.2对果实品质的影响
水肥一体化管理对苹果的果实品质有显著 提高作用，特别是在糖酸比和硬度等关键指标上 表现突出。应用水肥一体化技术后，富士苹果的 糖酸比由传统管理下的14∶1提高至18∶1，果 肉硬度提高了15%～20%，平均达到了8.5千克/ 厘米2。精准灌溉和科学施肥为果实提供了均衡 的水分和养分，使可溶性固形物含量显著增加， 同时酸度维持在适宜水平，从而提高了苹果的风 味和口感。此外，合理的氮磷钾配比使果皮色泽 更为鲜艳、果实结构更紧实，耐贮运性增强。尤 其在苹果成熟期，通过控制灌溉频率和施肥浓度， 有效避免了裂果和果实营养失衡现象，大幅提高 了苹果的市场竞争力。
2.3对土壤环境的影响
水肥一体化技术通过科学调控水分和养分 供应，显著改善了苹果园的土壤环境，尤其在土 壤养分含量和盐渍化控制方面效果显著。研究表 明，应用水肥一体化技术后，土壤中有效氮、磷、 钾含量均提高20%～25%，土壤有机质含量也有 所上升，有效改善了土壤肥力。合理的灌溉频率 和施肥浓度避免了传统施肥方式下养分流失的现 象，减少了土壤酸化和板结风险。此外，在盐渍 化较严重的区域，通过滴灌技术控制单次灌溉水 量，每次每公顷仅为20～30米3，有效减少了盐 分在土壤表层的积累，将盐分浓度降低至0.3%以 下，显著改善了根系生长环境。
2.4对资源利用效率的影响
水肥一体化技术显著提高了苹果园的资源 利用效率，尤其在水资源和肥料的使用方面效果 显著。相比传统灌溉方式，水肥一体化技术将水 资源利用效率提高了30%～50%，每公顷用水量 由5000米3减少至3000米3以下，同时苹果产量 仍保持增长，充分体现了节水效益。在肥料利用 效率方面，通过精准施肥技术减少了氮肥流失和 磷肥固定现象，肥料利用率由传统方式下的 35%～40%提高到80%以上，每年每公顷节省化 肥成本1000元以上。此外，自动化控制系统根据 苹果树生长需求调节施肥频率和浓度，避免了传 统施肥方式下的过量施用和浪费现象，同时大幅 减少农业面源污染。
3 苹果园水肥一体化灌溉系统的经济效益
3.1成本投入
水肥一体化灌溉系统的成本投入主要包括 系统建设与维护费用以及技术推广与培训费用。 系统建设费用根据苹果园面积和地形差异有所不 同，每公顷的初始建设成本为1.5万～2.0万元， 包括管道、滴灌设备、施肥装置及智能控制系统 的安装成本。此外，系统运行的维护费用主要集 中在设备维修和更换上，例如滴灌头每年需更换 5%～10%，每公顷维护费用约为500元。为了保 障系统的长期稳定运行，还需对设备定期进行检 测与清理，如每季度对过滤装置进行维护，每次 费用约为200元。技术推广和培训费用是系统推 广中的重要环节，通常每个苹果园需支付一次性 培训费用约5000元，主要用于操作人员的技能培 训和系统使用指导。虽然前期投入较高，但系统 运行后的节本增效能力显著，为苹果园主带来长期经济效益。
3.2收益评估
水肥一体化灌溉系统带来的直接经济收益主 要体现在苹果产量和品质的提高。应用该系统 后，苹果总产量平均增长20%～30%，以每公顷 年产量36吨、售价6元/千克计算，增产部分每 年可额外增加收益约4.3万元。此外，优质果率 提高至80%以上，商品果价格提高10%～20%， 进一步增加了经济收益。间接经济收益包括水肥 资源节约和劳动成本降低。通过精准灌溉和科 学施肥，每公顷年节省用水约2000米3，节水 费用约为1600元，肥料利用率从40%提高至 80%，每年节省肥料成本约1000元。同时，自 动化系统的应用显著减少了人工灌溉和施肥的时 间成本，平均每公顷年减少人工成本约3000 元。综合评估，水肥一体化系统每年为苹果园带 来的总经济收益在5万元以上，不仅实现了经济 效益最大化，还推动了农业的可持续发展。
4结论
水肥一体化技术通过精准供水和科学施肥， 不仅提高了苹果园的产量和品质，还改善了土壤 环境和资源利用效率。尤其是节约用水30%～ 50%，提高肥料利用率至80%以上，这两方面表 现出色，显著提高了苹果园的经济效益和可持续 性发展潜力。
