Development and Thinking of Drip Irrigation Water and Fertilizer Integration Technology

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2025-0252

Abstract

Abstract:

Faced with the dual challenges of increasingly severe water scarcity and sustainable agricultural development, the importance of integrated water and fertilizer management as an efficient water-saving fertilization model is becoming increasingly prominent. To further analyze the problems and challenges encountered during the development of drip irrigation water and fertilizer integration technology, this study employed a systematic literature analysis, summarized the development history and current status of drip irrigation water and fertilizer integration technology, and synthesized its effects on soil physicochemical properties, crop yield, and water- and fertilizer-use efficiency, as well as research progress on drip fertigation equipment and system intelligent technologies. On this basis, the main existing problems are pointed out, such as imperfect irrigation scheduling, equipment clogging, and unreasonable design and layout of field pipelines. It is suggested that future efforts should focus on formulating scientific and rational irrigation schedules tailored to local conditions, optimizing field planning, establishing a more comprehensive index system for water and fertilizer management, and strengthening the intelligent development of technical equipment. The research aims to provide a theoretical basis for application and innovation of drip irrigation water and fertilizer integration technology and to promote agricultural productivity enhancement and sustainable use of water resources.

Key words: drip irrigation, water and fertilizer integration, soil physical and chemical properties, yield, water and fertilizer use efficiency, intellectualization

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Figures/Tables 4

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分类	优点	缺点
地表滴灌水肥一体化技术	节水省工，操作简单，成本相对较低，便于观察及维护	水分蒸发损失较大，冬季易发生冻害，地表铺设，不利于田间农事活动，如翻耕、播种、除草等
膜下滴灌水肥一体化技术	节水保墒，减少水分蒸发及地表径流，调节土壤温度，减少土壤热量散失	成本增加，残留覆膜易产生白色污染，破坏土壤环境，影响作物水肥吸收，增加农业机械作业难度
浅埋滴灌水肥一体化技术	浅埋于土壤中，减少了地表蒸发和径流损失，降低了空气湿度，减少了病原菌滋生及传播，病虫害发生率降低	工作量增加，不利于设备维护，滴灌带浅埋于土壤中，受土壤酸碱度、微生物等影响，使用寿命降低，不利于回收利用
深埋滴灌水肥一体化技术	有利于田间耕作、播种、除草等农业机械类活动，可避免人为、动物等因素的损坏，供给土壤深层水分养分，减少了杂草生长	施工难度增加，工作量较大，对地形、土壤质地要求较高，管道损坏维修及回收利用难度较高

分类	优点	缺点
地表滴灌水肥一体化技术	节水省工，操作简单，成本相对较低，便于观察及维护	水分蒸发损失较大，冬季易发生冻害，地表铺设，不利于田间农事活动，如翻耕、播种、除草等
膜下滴灌水肥一体化技术	节水保墒，减少水分蒸发及地表径流，调节土壤温度，减少土壤热量散失	成本增加，残留覆膜易产生白色污染，破坏土壤环境，影响作物水肥吸收，增加农业机械作业难度
浅埋滴灌水肥一体化技术	浅埋于土壤中，减少了地表蒸发和径流损失，降低了空气湿度，减少了病原菌滋生及传播，病虫害发生率降低	工作量增加，不利于设备维护，滴灌带浅埋于土壤中，受土壤酸碱度、微生物等影响，使用寿命降低，不利于回收利用
深埋滴灌水肥一体化技术	有利于田间耕作、播种、除草等农业机械类活动，可避免人为、动物等因素的损坏，供给土壤深层水分养分，减少了杂草生长	施工难度增加，工作量较大，对地形、土壤质地要求较高，管道损坏维修及回收利用难度较高

土壤性质	影响效应	参考文献
物理性质	降低>0.25 mm团聚体含量、平均重量直径、几何平均直径、大团聚体的分形维数、土壤结构破坏率和不稳定团粒指数，抑制土壤结构退化，增强土壤团聚体稳定性；提高表层土壤温度及饱和导水率，改善土壤硬度及入渗性能；降低0~40 cm土壤容重，增加土壤疏松程度，提高土体蓄水保水能力	[16-19,22]
化学性质	降低土壤盐分，有利于盐分淋洗和减少蒸发；提高全氮、速效磷、速效钾、有机碳和活性有机碳含量，增强土壤固碳能力	[19,23-24]
生物性质	提高土壤过氧化氢酶活性、脲酶活性，增加土壤微生物生物量碳；促进微生物繁育，增加微生物群落多样性，提高土壤氮和钾相关微生物群落丰富度	[20-21,25]

土壤性质	影响效应	参考文献
物理性质	降低>0.25 mm团聚体含量、平均重量直径、几何平均直径、大团聚体的分形维数、土壤结构破坏率和不稳定团粒指数，抑制土壤结构退化，增强土壤团聚体稳定性；提高表层土壤温度及饱和导水率，改善土壤硬度及入渗性能；降低0~40 cm土壤容重，增加土壤疏松程度，提高土体蓄水保水能力	[16-19,22]
化学性质	降低土壤盐分，有利于盐分淋洗和减少蒸发；提高全氮、速效磷、速效钾、有机碳和活性有机碳含量，增强土壤固碳能力	[19,23-24]
生物性质	提高土壤过氧化氢酶活性、脲酶活性，增加土壤微生物生物量碳；促进微生物繁育，增加微生物群落多样性，提高土壤氮和钾相关微生物群落丰富度	[20-21,25]

作物	增产效果	作用机理	参考文献
玉米	比漫灌条件下产量增加了47.1%	有效改善玉米灌浆特性，延长灌浆时间并且提高灌浆速率	[26]
玉米	玉米产量均在12000 kg/hm²以上	增加灌浆期前茎和叶中氮素积累量，进而增加籽粒中氮素积累量	[28]
冬小麦	增产2.51%~9.15%	优化冬小麦群体结构，延缓灌浆期上三叶衰老速度，提高干物质积累量和氮、磷、钾养分含量及其对籽粒灌浆进程的贡献	[31]
	增产14.29%~18.96%	改善水肥的协调供应，增加小麦最大分蘖数及株高，提高成穗率和千粒重	[32]
	较畦灌常规施肥增产12.3%	促进小麦穗粒发育，增加千粒重；改善土壤水氮分布，优化作物根系形态，促进水肥吸收利用	[33]
	较大水漫灌增产3.35%	促进灌浆期籽粒发育，千粒重和穗粒数分别提高11.78%、9.10%	[34]
蔬菜、果树	提高蔬菜和水果产量7.99%、6.71%	在作物关键生育期及时补充氮含量，调节氮代谢强度，以及提高氮代谢酶活性，从而促进作物产量	[29]
番茄	较传统灌溉施肥方式，提高番茄产量9.41%~18.75%	促进番茄果实中氮、磷、钾养分积累，改善土壤理化性质，对番茄生长发育有积极作用	[30]
花生	较漫灌处理花生产量增加817.2 kg/hm²，增产17.8%	改善土壤结构，增加土壤含水率及有机质含量，促进花生植株各器官的营养物质积累，提高肥料的农学效率	[23]