一、作物与施肥
（一）作物对养分的需求量
作物的生长发育需要有16种必需营养元素，但不同作物需要的数量是有差异的，在不同的生长发育阶段，对养分的需求量也是不相同的。除此之外，有些作物还需要16种必需元素之外的一些元素，如水稻需要较多的硅，豆科植物固氮时需要微量的钴等。
不同种类的作物由于产品器官不同而需要不同比例的养分：块茎块根类作物，需要较多的钾；豆科作物能从空气中固定氮而很少施用氮肥，对磷、钾肥的需要量则比一般的作物为多；叶用蔬菜、茶、桑等叶用作物则需要较多的氮；棉、麻等纤维类作物则需要较多的氯；油菜和甜菜则需要较多的硼；马铃薯、烟草、葡萄、柑橘等需要很少的氯。
同一种作物的不同品种对养分的需求也是有差异的，矮秆、株型紧凑、抗病力强的品种需要养分量较大。
各种作物不仅对养分的需求量不同，而且对养分的吸收能力也不同，如油菜和花生等豆科植物能很好地吸收磷肥。
各种作物对养分的需求差异也表现在肥料形态方面，如水稻的氮素营养以铵态氮为好，烟草则以硝态氮为好。
（二）作物对养分的需求特性
作物的营养特性随作物的生长发育时期而改变。同一作物在不同的生育阶段对养分的需求量和敏感程度不同，在作物由种子→植株→种子的生长过程中，实际上可分为营养阶段和生殖阶段两个时期，生长初期吸收养分的数量和强度较低，随着生长发育进程，对养分吸收的数量和强度都增强，到生长后期，吸收养分的数量和强度又逐渐降低。对于多年生果树植物来说，它不仅存在一个完整的生长发育过程，同时也有一个年生长周期，每年萌芽时期，主要靠树体内贮藏的养分维持生长活动的需要，随着叶片的展开及根系的活动，根本身吸收的养分和叶片制造的光合产物维持生长发育的需要，并为生殖生长打下基础，在秋末和冬季，生长活动减缓或停止，对养分的吸收减弱或停止。
（三）作物营养的临界期和最大效率期
作物对养分的吸收具有一定的规律，有些时期吸收养分的数量多、速度快，另一些时期则相反。不过，在作物生长发育过程中，常有一个时期，对某种养分的需求量并不太多，但却很敏感，有时缺乏该种养分供应，其生长发育受到严重抑制，即使以后改善了养分供应状况也很难弥补这种抑制，这个时期称为该种养分的临界期。如磷营养临界期：冬小麦在开始分蘖时期，玉米在五叶期以前，棉花在二、三叶期。氮营养临界期：冬小麦在分蘖和幼穗分化期，玉米在幼穗分化期，棉花在现蕾期。钾营养临界期：水稻在分蘖初期和幼穗形成期。
在不同时期对作物施肥，增产效果有很大差异，其中有一个时期，肥料的营养效果最好，这个时期称为最大效率期。如玉米的氮肥最大效率期是在大喇叭口至抽雄初期，棉花氮、磷的最大效率期均在花铃期，甘薯的氮最大效率期在生长初期，甘薯磷、钾的最大效率期在块根膨大期。
需要指出的是，作物对养分的吸收特性虽然具有明显的阶段性，但也要看到它的连续性，在生产上依据不同的条件灵活运用（表6）。
表6 部分作物不同生育期吸收氮、磷、钾的比例
（续表）
二、土壤条件与施肥
（一）土壤养分与养分含量
土壤中的有机质和氮、磷、钾、钙、镁、硫、铜、铁、锌、硼、锰、钼、氯、硅等元素是作物养分的基本来源。
我国土地辽阔，成土条件及耕作措施复杂多样，土壤养分含量有较大差异。通常认为土壤有机质含量达2.5%以上为高，1.0%～2.5%为中等，1.0%以下为低。土壤含磷（P2O5）量在0.08%～0.10%，似乎是一个缺磷界限。就钾（K2O）含量来说，凡是大于2.2%的属高含量，1.4%～2.2%的为中等含量，小于1.4%属低含量。
我国土壤养分含量的总体趋势是：有机质和氮素含量以东北的黑土最高，其次是华南和长江流域的水稻土，以华北平原、黄土高原土壤为最低；土壤磷素含量有较大变幅，总体上说是从南到北、从东到西有逐渐增加的趋势，淹水土壤有效磷有所提高；土壤钾的含量比较高，且由南到北、由东到西逐渐增加。从土壤氮、磷、钾三种养分互相比较看，大部分土壤高氮，富磷，相对缺钾。
我国土壤分级标准见表7、表8。
表7 土壤酸碱度与常见养分分级标准
表8 常见养分分级标准
（二）土壤的保肥性和供肥能力
土壤中的养分可分为潜在养分和有效养分，前者主要是指有机态和不溶性矿质养分，后者主要指交换性和弱酸溶性养分。这两种养分在适当条件下可互相转变。土壤中的养分大部分是潜在养分，不能被作物直接吸收利用，能被作物吸收利用的养分只有少数。一般来说，沙性土壤气热状况较好，有利于养分活化，供肥速度快，但保肥性能较差，养分易流失，黏性土壤正好相反。
（三）土壤反应（酸碱度）
土壤反应（p H）对农作物生长非常重要，适宜大多数农作物生长的土壤p H为7或略小于7。根据土壤酸碱度的大小，可把土壤分为中性土壤、微酸性土壤、酸性土壤、强酸性土壤、弱碱性土壤、碱性土壤和强碱性土壤7个级别（表9）。
表9 土壤酸碱度分级
1.土壤酸性
根据氢离子（H+）在土壤中存在的方式，土壤酸度分为活性酸度和潜性酸度。土壤溶液中的氢离子（H+）浓度为活性酸度，土壤胶体吸收性氢离子（H+）或铝离子（AI+）引起的为土壤潜性酸度。
（1）土壤酸化。在自然条件下土壤酸化是一个相对缓慢的过程，土壤p H每下降一个单位需要数百年甚至上千年。我国自20世纪80年代初以来，几乎所有土壤类型的p H下降了0.2～1.0个单位，平均下降了约0.6个单位，并且在南方地区和东部沿海地区更为严重，有的局部地区甚至下降了2.0个单位。据研究，我国经济作物体系土壤酸化比粮食作物体系更为严重，局部地区的p H已经下降到5.0以下，即使是抗酸化的土壤类型如盐碱地，也显示其p H在下降，像这种幅度的下降，在我国最近30年的时间就实现了。据有关资料报道，我国土壤酸化的面积已占国土面积的40%以上，比上世80年代增加了1倍多。
尽管土壤酸化由酸雨引起，但土壤酸化受耕作活动影响很大，特别是施肥，据研究，我国氮肥的消费量已经从1981年的1 118万t增长至2011年的3 420万t，增长了2倍多，国家刺激粮食生产的政策和农民千家万户小地块的分散经营生产是国内氮肥消费一直增长的主要原因（图82）。
图82 我国化肥施肥量
我国的化学肥料结构主要以酰胺态氮（尿素）、铵态氮（碳酸氢铵、氯化铵、硫酸铵、磷酸二铵、磷酸一铵等）、硝态氮（硝酸铵、硝酸铵钙）和以此为原料生产的复合（混）肥为主。过量施用氮肥是引起土壤活性酸度增强的主要原因。图83是长期（17年）施用不同形态的氮肥，每公顷施用纯氮80 kg，在年降雨1 100 mm的情况下对土壤酸碱度的影响。
图83 不同肥料对土壤酸化的影响
大量施用没有腐熟的动物粪便如鸡粪、鸭粪、猪粪、牛粪等，由于生物的呼吸作用和有机物分解过程中放出的二氧化碳溶于水形成碳酸，有机质嫌气分解过程中会产生少量的有机酸，以及土壤中因氧化作用而产生的少量无机酸。
（2）土壤酸化对营养元素可吸收性的影响。土壤反应从两个方面影响作物对养分的吸收。一方面是影响作物正常的生理代谢。过酸或过碱的土壤都不利于作物生长，严重影响对养分的吸收（图84），即当土壤酸性（p H）低于6.0时，土壤中的氮、磷、钾、硫、钙、镁、钼等营养元素的可吸收性开始降低；土壤酸性低于5.0时，土壤中的氮、磷、钾、硫、钙、镁、钼等营养元素的可吸收性极显著降低，几乎达到不可吸收的程度。另一方面通过影响土壤的有益微生物数量和活动影响土壤中有效养分含量。据研究，土壤中大部分微生物在中性条件下生长。一般来说，土壤细菌、放线菌在中性偏碱的土壤中生长较好。土壤严重酸化后，土壤微生物量较低，微生物群落较少，碳的利用效率较低，呼吸熵则较高。当酸性土施用氰氨化钙或草木灰后，土壤酸碱度（p H）上升，总的微生物活性上升，细菌生长率提高，细菌群落组成发生变化，实验室中可培养的细菌数大大增加。
图84 土壤酸碱度对营养元素可吸收性的影响
2.土壤碱性
土壤溶液中OH-离子的主要来源是CO32-和HCO-3的碱金属（Na、K）及碱土金属（Ca、Mg）的盐类。碳酸盐碱度和重碳酸盐碱度的总和称为总碱度。可用中和滴定法测定。
不同溶解度的碳酸盐和重碳酸盐对土壤碱性的贡献不同，Ca CO3和Mg CO3的溶解度很小，在正常的CO2分压下，它们在土壤溶液中的浓度很低，故富含Ca CO3和Mg CO3的石灰性土壤呈弱碱性（p H7.5～8.5）。Na2CO3、Na HCO3及Ca（HCO3）2等都是水溶性盐类，可以大量出现在土壤溶液中，使土壤溶液中的总碱度很高，从土壤p H来看，含Na2CO3的土壤，p H一般较高，可达10；含Na HCO3及Ca（HCO3）2的土壤，p H常在7.5～8.5。
土壤胶体上吸附的Na+、K+、Mg2+（主要是Na+）等离子的饱和度增加到一定程度，会引起交换性阳离子的水解作用：
土壤胶体（x Na）+y H2O =土壤胶体［（x-y）Na、y H）］+y Na OH
在土壤溶液中产生Na OH，使土壤呈碱性。此时钠离子（Na+）饱和度称为土壤碱化度。
（1）土壤碱化。土壤碱化过程是土壤吸附的钠离子过多造成的，该过程又称为钠质化过程。土壤碱化过程一般发生在水盐汇集的平原与盆地中，多具有微度起伏不平的地势和岗、坡、洼相结合的中微地形上。碱化过程的结果可使土壤呈强碱性反应。
（2）土壤碱化的原因。①气候因素。碱土大都分布在干旱、半干旱和漠境地区，这些地区的年降水量远远小于蒸发量，尤其在冬春干旱季节蒸降比一般为5～10，甚至20以上。降雨量集中分布在高温的6～9月，可占年降雨量的70%～80%，该气候条件下土壤具有明显的季节性积碱和脱碱频繁交替的特点。②生物因素。不同植被类型的选择性吸收不同，由于高等植物的选择性吸收，富集了钾、钙、钠、镁等盐基离子，因此，荒漠草原和荒漠植被对碱土的形成起重要作用。③母质的影响。母质是碱性物质的来源，如基性岩和超基性岩富含钙、镁、钾、钠等碱性物质，风化体含较多的碱性成分。此外，土壤不同质地和不同质地在剖面中的排列，影响土壤水分的运动和盐分的移动，从而影响土壤碱化程度。
（四）土壤盐分
1.土壤盐分指标
土壤中由阳离子与氯根（Cl-）和硫酸根（SO42-）所组成的中性盐的含量称为土壤含盐量，用g/kg表示。根据0～20 cm土壤的含盐量可以把土壤分成以下几种类型，如表10所示。
表10 土壤盐分分级
2.土壤盐化
土壤盐化是指土壤在自然和人为作用下，土壤表层盐分含量不断增加以至超过某一限度的地质过程和现象。研究表明，当土壤含盐量达到土壤干重的0.3%～1.0%时，农作物产量就减少到正常产量的1/10～1/30。由于土壤盐化对农业生产的危害很大，所以土壤盐化是土壤退化的一种表现。目前我国盐化比较重的地区主要分布在北纬33°以北的干旱和半干旱地区，即沿“淮河—巴彦克拉山—唐古拉山”一线以北地区，盐化速度较快的省份是山东省，每年平均扩展面积为664.2 hm2，其次是黑龙江。
3.土壤盐化的原因
（1）气候条件。在干旱和半干旱条件下，没有足够的降雨，不能有效淋溶土壤中的可溶性盐分，导致可溶性盐分在土壤表层积累，而成为盐土；另一方面，强烈的蒸发作用引起土壤深层处盐分随土壤毛细管水上升到土壤表面，表土盐分含量增加2～20倍。
（2）矿物风化的释放。由于生物的活动，土壤中的CO2分压提高，则H2CO3、HCO3-和CO32-的溶解量增多。
（3）灌溉水。地下水是现在土壤积盐的主导因素，它是不同来源盐分的重要载体，土壤的积盐量和盐分组成与地下水的矿化度和盐分组成有密切的关系；同时，农作物大水灌溉，降低了土壤的透气性，影响了水对土壤盐分的淋溶作用，提高了土壤表层内的水溶性盐分含量。
（4）施肥。一方面是化学肥料对土壤盐化的影响。农业生产中施用的许多化学肥料，包括氮素肥料（硝酸铵、硫酸铵、尿素等）、磷素肥料（如磷酸一铵、磷酸二铵、过磷酸钙等）和钾素肥料（如硫酸钾、氯化钾等）都是可溶性的盐，只要施用就会引起土壤可溶性盐分含量的增加（表11）。另一方面是不同肥料因为所含离子不同，对土壤盐化的影响程度也不同。
表11 不同肥料的盐分指数
4.土壤盐化对农作物生长的影响
盐渍土上农作物生长的障碍主要是由盐分浓度过高引起的。由于淋溶作用较弱，大量水溶性盐分存留于根层土壤中，如含有高浓度的K+、NH+、Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+、Cu2+等，它们可通过不同的方式影响植物的生长。
（1）高离子浓度降低水分有效性，影响着溶液的渗透势。当土壤溶液中盐分含量增加时，渗透压也随之提高，而水分的有效性，即水势却相应降低，使植物根系吸水困难，即使土壤含水量并未减少，也可能因盐分过高而造成植物缺水，出现生理干旱现象。这种影响的程度取决于盐分含量和土壤质地。在土壤含水量相同的条件下，盐分含量越高，土壤越黏重，则土壤水的有效性越低。
植物体内盐分过多，会增加细胞汁液的渗透压，提高细胞质的黏滞性，从而影响细胞的扩张。因此，在盐渍土上生长的植株一般都比较矮小，叶面积也小，使得叶绿素相对浓缩，表现为叶色深绿。
植物体内水分有效性降低会影响蛋白质三级结构的稳定，降低酶的活性，从而抑制蛋白质的合成。
（2）产生单盐毒害作用。在离子浓度相同的情况下，不同种类的盐分对植物生长的危害程度不同。盐分种类之间的这种差异与各种离子特性有关，属于离子单盐毒害作用。在盐渍土中，若某一种盐分浓度过高，其危害程度比多种盐分同时存在时要大。
例如，向含有相同浓度Na Cl的培养液中加入不同浓度的Ca Cl2，就其渗透压来说，随着Ca Cl2浓度的增加而提高，但作物的长势，特别是根系的生长却愈来愈好。
据英国Unwin（1981）研究（表12），如果土壤的酸碱度（p H）为6.5，所有作物都可以容忍土中含70 mg（EDTA-铜）/kg（EDTA-铜指可被EDTA抽取之铜，亦即可被吸收之铜）；如果土壤中所施的铜量（外加人工肥料铜）增加，导致玉米产量降低，主要是对磷的吸收量减少所引起的。磷吸收减少导致植物根系生长不良，以致植物无法正常生长。
表12 玉米施铜量与产量、化学成分之间的关系
据范永强研究，在棕壤土上种植花生，土壤p H为5.5时，如果土壤中所含锌量（外加人工肥料锌）增加5倍以上（12.7 mg/kg），主要影响花生对磷和铁的吸收。磷吸收减少导致植物根系生长不良，以至植物无法正常生长，对铁的吸收减少会导致花生叶绿素的合成受阻，以至花生不能进行正常的光合作用，因此会严重影响花生正常生长，甚至导致花生的死亡（图85）。
图85 土壤锌超标引起盐害
（3）破坏膜结构。高浓度盐分尤其是钠盐会破坏根细胞原生质膜的结构，引起细胞内养分的大量外溢，造成植物养分缺乏。受盐害的植物体电解质外渗液的主要成分是K+，因此会导致植物严重缺钾。植物体内钠含量过高，会抑制膜上排钠泵的功能，导致钠不能及时排出膜外。
（4）破坏土壤结构，阻碍根系生长。高钠的盐土，其土粒的分散度高，易堵塞土壤孔隙，导致气体交换不畅，根系呼吸微弱，代谢作用受阻，养分吸收能力下降，造成营养缺乏。在干旱地区，因土壤结构遭破坏，土壤易板结，根系生长的机械阻力增强，造成植物扎根困难。
（五）土壤氧化还原性
一般地讲，在适当的浓度范围内，氧化态产物是植物养料的主要形态，而还原态有的易于挥发，有的有毒性，只有NH4+、Fe2+、Mn2+等少数养料是有效形态。
土壤的氧化还原性是土壤通气状态的标志，它直接影响到作物根系和微生物的呼吸作用，同时也影响各种物质的存在状态。一般地说，土壤通气良好，氧化还原电位高，加速了土壤中养分的活化过程，使有效养分增多。在通气不良时，氧化还原电位降低，有些土壤养分被还原，或在缺氧条件下分解的有机质产生一些有毒物质，对作物生长不利。
一般来说，土壤养分含量低，供肥和保肥性能差，土壤反应不利于各种养分活化，应适当多施些肥料，反之则少施。对于保肥性能差的沙性土壤，施肥宜少量多次；保肥性能好的黏性土壤，一次施肥量可适当加大，施肥次数相应减少。
（六）重金属污染
1.我国土壤重金属污染的现状
我国受重金属污染的土壤面积达2 000万hm2，约占总耕地面积的1/5，因工业“三废”和农业面源污染而引起的重度污染农田近350万hm2，粮食每年减产100亿kg。有资料显示，华南地区有的城市有50%的耕地遭受镉、砷和汞等有毒重金属和石油类的污染；长江三角洲地区有的城市连片农田受镉、铅、砷、铜和锌等多种重金属污染，致使10%的土壤基本丧失生产力。
2.引起土壤重金属污染的主要原因
（1）工业“三废”。工业“三废”是指工业生产排放的“废气、废水和废渣”。工业“三废”中含有多种有毒和有害物质，若不经妥善处理，未达到规定的排放标准而排放到环境（大气、水域、土壤）中，超过环境自净能力的容许量，就对环境产生了污染，破坏生态平衡和自然资源。污染物对农作物产生严重的危害（图86），轻者影响作物产量，重者导致作物绝产，更重要的是危害人们的身体健康。
图86 工业污染的河水对花生生长的影响
（2）生活污染源。生活污染源是指人类生活产生的污染物发生源，主要包括生活用煤、生活废水和生活垃圾等。主要是由于城市规模扩大，人口越来越密集造成的。
（3）农业污染。农业污染主要是农药污染。我国是农药生产和使用大国。近年来我国农药总施用量达130余万t（成药），平均每亩施用接近1 kg，比发达国家高出1倍。并且在土壤中的残留农药量一般高达60%，大多随地表径流污染地下水和地表水。农药进入土壤的途径主要是农药直接进入土壤（如使用除草剂、拌种剂和防治地下害虫的杀虫剂）和间接进入土壤（如防治病、虫、草害喷洒于农田的各类农药），有相当部分落入土壤表面；农药随大气沉降、灌溉水和动植物残体而进入土壤，影响作物的正常生长（图87、图88）。
图87、88 水稻除草剂残留对下茬花生的影响
从历史原因来看，农药对农业生态环境的污染，主要原因是我国以前使用的农药都是广谱、杀灭性强和持效期长的品种，尚未重视农药对生态环境的影响。在管理方面侧重对农药质量及药效的监督，缺少农药安全性评价，缺少对农药毒性的监测系统。由于对农药毒性了解和监督不够，造成高毒、高残留的农药使用量长期占我国农药总量的60%以上，严重污染农业土壤生态环境。另外，由于有些农民环保意识差，使用农药不科学，在使用技术上单纯追求杀虫、杀菌、杀草效果，擅自提高农药使用浓度，甚至提高到规定浓度的两三倍，大量过剩的农药引起直接接纳农药的耕地表面土层中和间接接纳植物残体农药大量蓄积，形成一种隐性危害。同时在土壤中残留期长的农药残留物质对后茬作物也造成污染。如20世纪70年代使用的“六六六”现在仍可在土壤中监测出来。这些农药将直接污染土壤和作物，还会通过食物链进入人体，导致人体生理过程的致命恶变。
我国现阶段为了养活日益增长的人口，不得不在短期内最大限度地提高农业产量，结果是过度利用了土壤耕层土这种“可更新”的资源。由于长期忽视了保护土壤的必要性，我国农业土壤的生态环境总体趋于恶化，农业生产受到严重影响。
（4）养殖业污染。常见的养殖业污染是指畜禽配合饲料中加入了一定量的食盐即Na CI、微量元素（铜、锌和重金属砷、铬、铅和镉等）。食盐中的钠和微量元素不是畜禽生长的必需元素，这样Na CI和许多未被畜禽吸收的微量元素积累在畜禽粪便中排出（表13），以畜禽粪肥为主要原料的有机肥含氯化钠、微量元素和重金属较重，会给土壤带来较多的污染。
表13 猪摄取饲料中微量元素及其排出粪尿中含量
据英国Unwin（1981）研究（表14），摄取高铜饲料的猪排出粪便样品中所含的铜量在600～900 mg/kg（干物质），如在沙土上连续3年每公顷灌溉1 800 m3的猪场废水，其土中所含的铜量有积累效应，但当深度大于45 cm后，此种差别就会消失。
表14 沙质土地上连续3年施猪粪土壤中铜积累量（EDTA Cu，mg/kg）
3.土壤重金属污染的危害
（1）重金属污染对土壤微生物产生的重要影响。在重金属污染或土壤酸性化的土壤中，有益细菌和放线菌减少，有害菌增加，同时也影响土壤中的微生物活动，土壤生态系内的微生物间相互影响构成的生态系平衡被打乱。
据研究，土壤中的有机物质以及施用的厩肥、人粪尿和绿肥中的很多营养成分在未分解前作物是不能吸收利用的，只有变成可溶性物质，才能被作物吸收利用。只有生活在土壤中的细菌、放线菌等各式各样的微生物才具备这种功能。例如磷细菌微生物，能分解一些含磷有机物，为植物提供可利用的可溶性磷肥。硅酸盐细菌能把钾从含钾丰富的石块中分解出来溶解于水中，供植物吸收利用。植物遗体等有机物的一大半，都是被这些土壤微生物分解成为无机物，再被植物循环利用。所以说，如果土壤微生物失去这些机能的话，这个循环就会中断，整个生态系统将遭到严重破坏。
（2）土壤重金属污染对土壤酶活性的影响。土壤重金属一般不易随水移动和被微生物分解，常在土壤中积累，含量较高时能降低土壤酶活性，使之失活，破坏参与蛋白质和核酸代谢的蛋白酶、肽酶和其他有关酶的功能。
（3）土壤重金属污染对作物生长发育的影响。
①镉（Cd）对植物生长发育的影响。镉是危害植物生长发育的有害元素，土壤中过量镉会对植物生长发育产生明显的危害。有研究表明，镉胁迫时会破坏叶片的叶绿素结构，降低叶绿素含量，使叶片发黄，严重时几乎所有叶片都出现褪绿现象，叶脉组织成酱紫色、变脆、萎缩、叶绿素严重缺乏，表现为缺铁症状。何振立、吴燕玉等指出，叶片受伤害时，植物生长缓慢，植株矮小，根系受到抑制，造成生长障碍，产量降低，镉浓度过高时植株死亡。土壤中镉胁迫对植物代谢的影响更加显著，胁迫引起植物体内活性氧自由基剧增，超出了活性氧清除酶的岐化—清除能力时，使根系代谢酶活性降低，严重影响根系活力。随胁迫时间的延长，SOD活性受到影响而急剧下降，从而使其他代谢酶活性也受到影响，最终使植株死亡。
②铅（Pb）对植物生长发育的影响。铅并不是植物生长发育的必需元素，当铅被动进入植物根、皮或叶片后，积累在根、茎和叶片中，影响植物的生长发育，使植物受害，主要表现在铅显著影响植物根系的生长，能减少根细胞的有丝分裂速度。如铅毒害草坪植物主要的中毒症状为根量减少，根冠膨大变黑、腐烂，植物地上部分生物量随后下降，叶片失绿明显，严重时逐渐枯萎，植株死亡。铅的积累还直接影响细胞的代谢作用，其效应也是引起活性氧代谢酶系统的破坏作用。高浓度铅还使种子萌发率和胚根长度、上胚轴长度降低，甚至出现胚根组织坏死。
③汞（Hg）对植物生长发育的影响。重金属汞是植物生长发育的非必需元素，是对植物具有显著毒性的污染物质。Hg2+不仅能与酶活性中心或蛋白质中的巯基结合，而且还能取代金属蛋白中的必需元素（Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe2+），导致生物大分子构象改变、酶活性丧失、必需元素缺乏，干扰细胞的正常代谢过程。Hg2+能干扰细胞中的物质运输过程。Hg2+胁迫还与其他形式的氧化胁迫相似，能导致大量的活性氧自由基产生，自由基能损伤主要的生物大分子（如蛋白质、DNA等），引起膜脂过氧化。Hg2+达到一定浓度时会抑制植物种子萌发。
④铬（Cr）对植物生长发育的影响。微量元素铬是有些植物生长发育所必需的，缺乏铬元素会影响植物的正常发育，但体内积累过量又会引起毒害作用。研究表明，土壤中的Cr3+浓度为20×10-6～ 40×10-6g/kg，对玉米苗生长有明显的刺激作用；但达到320×10-6g/kg，则对玉米生长有抑制作用。Cr6+浓度为20×10-6g/kg，对玉米苗生长具刺激作用；浓度为80×10-6g/kg有明显的抑制作用。铬（Cr）还可引起永久性的质壁分离并使植物组织失水。周建华等发现，高浓度的Cr3+处理可使水稻幼苗叶片可溶性糖和淀粉含量降低，低浓度则对它们稍起促进作用。
⑤铜（Cu）对植物生长发育的影响。铜是植物必需的一种营养元素，它是几种涉及电子传递和氧化反应的酶的结构成分和催化活性成分，如多酚氧化酶、Zn/Cu超氧化物歧化酶、抗坏血酸氧化酶、铜胺氧化酶、半乳糖氧化酶和质体蓝素等。铜的缺乏会减少质体蓝素和细胞色素氧化酶的合成，导致植物生长的抑制和光合作用、呼吸作用的降低。然而过量的铜对植物有明显的毒害作用，主要是妨碍植物对二价铁的吸收和在体内的运转，造成缺铁病。在生理代谢方面，过量的铜抑制脱羧酶的活性，间接阻碍NH4+向谷氨酸转化，造成NH4+的积累，使根部受到严重损伤，主根不能伸长，常在2～4 cm就停止，根尖硬化，生长点细胞分裂受到抑制，根毛少甚至枯死。
⑥锌（Zn）对植物生长发育的影响。锌元素是植物生长发育不可缺少的元素，硫酸锌是一种微量元素肥料。锌是部分酶的组分，与叶绿素和生长素的合成有关。缺锌时叶片失绿，光合作用减弱。但过量的锌也会伤害植物根系，使植物根系生长受到阻碍。此外，锌过量还使地上部分有褐色斑点并坏死。
（七）问题土壤
问题土壤是基于自然气候环境、农事耕作、人为疏忽以及外来重金属物质的移入，对永续性农业生产造成物理或化学性障碍的土壤。我国问题土壤大体分为亚健康土壤和病态土壤。
1.亚健康土壤
亚健康土壤是指基于自然气候环境（主要是酸雨）和农事耕作（主要是过多地施用氮肥、磷肥）等对永久性农业生产带来物理性质恶化（如土壤沙化、板结等）、自我修复能力变差以及化学指标（如土壤酸碱性、有机质、土壤大量元素和中微量元素等）和微生物种群（如土壤细菌、真菌、放线菌等）超出适当范围，还会引发病虫害增加，抑制农作物对有益营养元素的吸收，引起综合肥力下降的一类土壤。我国绝大多数土壤处于亚健康状态。
2.病态土壤
病态土壤是指基于自然气候环境、农事耕作、人为疏忽以及外来重金属物质的移入，对永续性农业的生产造成物理或化学性严重障碍的土壤。全球病态土壤大体分为以下几种类型：
（1）酸化土壤。因气候（主要是降水）和长期不合理地施用化学肥料（主要是过量施用氮肥）引起土壤p H快速下降（＜5.0），严重影响农作物的正常生长和农副产品的质量安全。
（2）次生盐渍化土壤。土壤盐分达到3.0 g/kg，影响农作物的正常生长。
（3）盐碱地土壤。盐碱地是盐类集积的一个种类，是指土壤里面所含的盐分影响到作物的正常生长。盐碱地可以分为轻盐碱地、中度盐碱地和重盐碱地。轻盐碱地是指它的出苗率在70%～80%，含盐量在3‰以下；重盐碱地是指它的含盐量超过6‰，出苗率低于50%；介于轻与重盐碱地之间的为中度盐碱地。各种盐碱土都是在一定的自然条件下形成的，其形成的实质主要是各种易溶性盐类在地面作水平方向与垂直方向的重新分配，从而使盐分在集盐地区的土壤表层逐渐积聚起来。
（4）污染土壤。因工业“三废”、生活垃圾和养殖粪便等污染的土壤。
（5）镉大米土壤。因土壤酸化或工农业污染引起土壤重金属镉超标的土壤，在此土壤上生产的稻谷镉含量超出农产品国家质量安全标准。
（6）土壤矿物元素营养比例严重失调。土壤中的大量元素（氮、磷、钾）、中微量元素（钙、镁、硫）和微量元素（铁、锰、锌、硼、铜、钼、氯）因长期不合理地施肥，造成某个或几个元素特别富有或缺乏，严重影响了作物的生长。
（7）设施农业综合障碍病土壤。设施栽培是在全年封闭或季节封闭环境下，高度集约化、高复种指数、高肥料投入、高农药用量、过量灌水、过量施肥、过度耕作与践踏等高强度、高频度人为干扰，在如此强烈的干扰和巨大压力下，土壤健康状况急剧恶化。一般种植2～3年就出现了土壤营养失衡、土壤酸化、土壤次生盐渍化、土壤有害物质积累、土壤微生物种群多样性和功能退化等一系列土壤病害。
（8）老果园综合障碍病土壤。老果园是一个与“新果园”相对应的概念，主要是指果园连续生产期长，一般超过5年，因长期不合理地施肥和用药而引起土壤物理和化学性质严重恶化。如土壤有机质严重不足，土壤p H严重下降，土壤氮、磷、铜等元素因长期不合理施肥和病虫害防治引起严重超标，土壤钾、钙、锌等元素严重缺乏，果树采伐后残留在土壤中的自毒物质较多，果树更新换代后植株抗性变差，果园综合功能老化，严重影响果园整体效益的提升，甚至成为产业可持续发展的制约因素。
三、水肥一体化与施肥
（一）水肥一体化的概念
水肥一体化（integrated management of water and fertilizer），是将现代化灌溉与施肥融为一体的农业新技术。广义上定义为根据作物需求，对农田水分和养分进行综合调控和一体化管理，以水促肥，以肥调水，实现水肥耦合，全面提升农田水肥利用效率；狭义而言则是指利用将溶解在水中的肥料，借助管道灌溉系统（如喷灌、滴灌等），适时适量地将肥料与水分同时喷洒到作物叶面上或输送到作物根区附近，满足作物对二者需求，实现水肥一体化管理和高效利用。
新世纪以来，随着农业结构的调整，10多个中央一号文件明确强调要加强农田水利设施等方面建设，高效节水的农业方式成为农业生产的一大课题；2013年农业部又提出了《水肥一体化技术指导意见》，这是我国第一次正式将水肥一体化作为一个战略政策发布，明确了水肥一体化在我国农业领域的重要地位及作用，将大大推进农业的发展，减少水资源及肥料等农资资源的浪费，减轻甚至能够避免土壤及水源受肥料等的污染和破坏，促使化肥需求结构和农业新技术研发发生根本性变化；2016年4月，农业部办公厅进一步制定了《推进水肥一体化实施方案（2016～2020年）》，再次提升了其地位，明确说明水肥一体化有助于保证农药、化肥施用零增长行动的实施，是保障国家粮食安全、发展现代节水型农业、转变农业发展方式和促进农业可持续发展的必由之路。
（二）水肥一体化的发展
我国水肥一体化始于20世纪90年代末，最早应用于大棚蔬菜及新疆棉花膜下滴灌。2013年我国水肥一体化面积约200万hm2，2014年应用面积超过250万hm2，2015年面积已发展到450多万hm2，增长33%～74%。足以表明水肥一体化在我国的发展势头之迅猛。如今，农业部在全国20多个省市区推广水肥一体化技术的试验示范，应用作物从棉花、蔬菜等经济作物扩展到小麦、玉米等粮食作物，设备费用已从每亩约2 500元大幅降低到每亩约800元，高效水溶肥价格也从约20 000元/t降低到10 000元/t，着力推进水肥一体本土化、轻型化和产业化，从设施农业走向大田应用。据测算，我国超过3 000多万hm2耕地适宜发展水肥一体化，发展潜力巨大。
（三）水肥一体化的优势
通过水肥一体化技术施用水溶性肥料，有以下显著特点：
1.省时省力
应用水肥一体化技术，肥随水走，水由管道自动进入田间地头的每株作物根部或叶面。自2014年《关于引导农村土地经营权有序流转发展农业适度规模经营的意见》提出后，农用地流转趋势不断增强，规模化、集约化的农业发展成一种趋势。但近几年土地流转后，农村劳动力跨地区跨部门转移现象严重，加之农村老龄化问题加剧，使得土地流转大户对劳动力的需求与供给极度不平衡，人力成本提高，因此水肥一体化省时省力的优点更加明显。
2.节水省肥
众所周知，大水漫灌每亩需要30～50 t水。然而我国水资源短缺，地下水开采严重，农业用水问题严峻，特别是近年来旱灾造成的农业损失日趋增大，平均每年受旱灾影响的粮食面积达到1 300万hm2，损失粮食超过3 000万t，是上世纪的两倍以上。水肥一体化技术利用管道（如滴灌设备）可将水分直接滴到作物根区附近或者微喷灌将细小液滴落到叶片之上，将“浇地”变为浇“作物”，节水40%～70%（微灌可达90%），节肥20%以上，可以大大缓解我国水资源紧缺的矛盾；同时，土壤的一些矿物营养随着大水流失或者下渗到深层，造成养分的极大浪费。
3.防止土壤板结
大水漫灌对土壤侵蚀、压实的作用很强，能挤出土壤内的空气，土壤处于缺氧环境状态，一些根系和土壤微生物会因为缺氧而死亡，土壤的团粒结构也被破坏，造成土壤板结。采取水肥一体化，滴灌或喷灌对土壤的压实作用小，土壤中的空气排出的少，土壤微生物受到的伤害小，因此对土壤团粒结构破坏小，可有效防止土壤板结。
4.防止土传病害的发生与发展
根腐病、腐烂病、线虫病等许多土传病菌都是随水传播。大水漫灌后，土传病菌就会随水流到每一株作物的根茎部位，条件适宜就会侵染健康作物，造成土传病害的流行。
5.促进作物根系的生长
我国著名的果树专家魏钦平教授做过这样一个有趣的实验，就是将一棵苹果树栽植在四个方形花盆的中间，也就是说将果树的根系分成四部分分别进行浇水。结果表明，每次只浇一个花盆（即四分之一浇水），果树营养生长较小，容易成花；每次四个花盆都浇水的果树（即四分之四浇水），营养生长量很大，枝叶茂盛，却难以成花。这个实验表明，对果树进行适度的有控制的浇水方能达到理想的效果。
土壤30 cm以上的耕层（果树根际）分布着大量的吸收根，这些根系对环境变化非常敏感，耕层土壤的变温、干旱和洪涝等都会造成根系死亡。研究表明，大水漫灌后，由于表层土壤的通气性、温度、含水量等发生很大变化，处于表层土壤的吸收根往往大量死亡，会造成果树营养的暂时亏缺。所以，一些果树经过大水漫灌后，会出现叶片发黄或者落果等现象。另一方面，大水漫灌后，由于果树吸收了过多的水分，营养生长大大增强，容易引起果树旺长，大量冒条和新梢旺长，难以成花。新梢的旺长，又会消耗过多的光合营养和矿质营养，打破营养分配平衡，分配到果实、根系、花芽的营养就会相对减少，根系生长受到抑制，枝条不充实，花芽难以形成，果实难以长大。
6.增强作物抗逆性
水肥一体化灌溉技术可将各种营养元素随水适时适量地供给作物，使得作物不旱不涝，养分充足，提高其自身抵抗力。同时大棚中，应用水肥一体化，可显著降低棚内湿度，减少病害的发生，可降低农药用量，提升作物品质。
7.增产增收
实施水肥一体化灌溉技术可将肥料控制在40 cm左右的根区附近，少量多次地补充作物所需的水分及养分。据市场使用情况统计，普遍增产5%～40%，粮食作物增产5%～10%，经济作物增产8%～40%；粮食作物每亩增收30～340元，经济作物每亩增收500～1 500元。
（四）水肥一体化的设备
合格的设备是水肥一体化成功的关键，只有全面了解水肥一体化设备的基本结构、工作原理和使用条件，才能达到预期的应用效果。灌溉设备主要包括过滤器、施肥设备、灌水器、水泵、管道、给水调控等。
1.过滤器
过滤器是指把灌溉水中有可能堵塞灌溉系统的固体悬浮物除去的设备。因微灌系统灌水器的流道直径较小（一般为0.8～2.0 mm），故过滤器是滴灌系统长久正常运行的关键，是灌溉系统的主要组成部件之一。喷灌系统中，是否安装过滤器视喷头流道（一般为1.2 mm以上）和水质状况而定，多数情况下，需要安装过滤器。
常见的过滤器有网式过滤器、沙石过滤器、叠片过滤器和离心过滤器等几种形式。工程上一般采用组合式过滤器系统，但当灌溉水水质较差时还需要在过滤器上游增设初级过滤装置。
（1）网式过滤器。网式过滤器结构简单，在国内外微灌系统中使用最为广泛。基本构件包括滤芯和过滤外壳两部分，滤芯由骨架及筛网复合而成，能承受一定的侧压而不变形，两侧附有密封圈，能够与过滤外壳紧密配合，筛网孔径在0.1 mm（约160目）以上，滤芯除了耐腐蚀、密封严实外，还必须便于清洗及更换。网式过滤器按外壳材料可分为塑料型和钢制型，小流量（≤9 m3/h）多采用塑料型，大流量过滤器（＞9 m3/h）多采用钢制外壳。近几年，大流量塑料过滤器有逐渐取代钢制过滤器的趋势。
网式过滤器属于一维平面过滤，工作原理是利用筛网的机械筛分，将灌溉水中颗粒粒径大于孔径的杂质截留住，达到固液分开的目的，使灌溉水中的所有粒子满足系统的要求，其作用效果主要取决于所用筛网孔径的大小，筛网目数越大，过滤精度越高。对于团粒悬浮物过滤效果好，但对于丝状物、线状颗粒、乳胶颗粒的过滤效果较差，一般作为管网的次级或末级过滤设备（图89）。
图89 网式过滤器
网式过滤器适用于灌溉水质较好的系统中，如井水、自来水及其他清洁水源。目前，温室大棚中较为常见，大中型灌溉系统中网式过滤器主要配合离心过滤器等使用，置于其下游位置。
维护及注意事项：进出水方向必须根据滤芯的过滤方向选择使用，切不可反向使用；当过滤网上积聚了一定的污物后，过滤器进、出水口之间的压力降会急剧增加，当压力降超过0.07 MPa时需及时进行冲洗，其中自清洗网式过滤器还需定期检查冲洗部件的状况；如发现滤芯、密封圈损坏，必须及时更换；网式过滤器可单独使用，也可与其他过滤器组合使用。
（2）叠片过滤器。叠片过滤器已有30多年的应用历史，目前全自动冲洗式和多滤芯复合式叠片过滤器也已开发应用，使用更加方便，有取代沙石过滤器的趋势，常用精度有20，55，100，130，200，400 μm等多种规格。主要由三部分组成：外壳、滤芯、冲洗件。滤芯是由一组带有微细流道的环状塑料片叠加成圆筒状固定在中心支架上，冲洗件在滤芯的内部，一般情况下属于滤芯的一部分。叠片过滤器使用方便，可自动冲洗。
原理：叠加在一起的滤芯，依靠很多带凹槽的微米级孔口的塑料片，利用片壁和凹槽之间的缝隙来截取水流中的杂物，过滤时，灌溉原水通过过滤进水口进入过滤器内，过滤叠片在弹簧力和水力的作用下被紧紧地压在一起，杂质颗粒被截留在叠片微孔或夹缝中，经过过滤的水从过滤器主通道中流出，此时单向隔膜阀处于开启状态。反冲洗时，启动反冲洗阀门，改变水流方向，过滤器底部单向隔膜阀关闭主通道，反冲洗进入喷嘴通道，和喷嘴通道连接的活塞腔内的水压上升，活塞向上运动克服弹簧对叠片的压力，使叠片松散，同时反冲洗水从原出水口喷射进入，使叠片旋转并均匀分开，喷洗叠片表面，将截留在叠片上的杂质冲刷掉，并随冲洗水流出排污口。当反冲洗结束时，水流方向再次改变，叠片再次被压紧，系统重新进入过滤状态（图90），原理如图91。
图90 叠片过滤器
图91 叠片过滤器过滤原理示意
叠片过滤器对无机和有机悬浮颗粒都有较好的过滤效果，一般作为主过滤器，可应用于水质较差的灌溉区。
维护及注意事项：叠片过滤器存在冲洗频率高、反冲洗不彻底的问题，使用时要注意选择质量好的产品。
（3）离心过滤器。离心过滤器是一种在灌溉系统中普遍使用的初级过滤设备，其根据离心沉降和密度差的原理，当水流在一定的压力下，从除沙器进口以切向进入设备后，产生强烈的旋转运动，由于沙水密度不同，在离心力、向心浮力、流体曳力的作用下，因受力不同，从而使密度低的清水上升，由溢流口排出，密度大的沙粒由底部排沙口排出，从而达到固液分离的目的（图92、图93）。
图92 离心过滤器
图93 离心过滤器原理示意
离心过滤器水头损失大，耗能较高，一般作为灌溉系统的第一级处理设备，与其他种类过滤器组合使用。
维护及注意事项：离心过滤器安装在灌溉系统的首部，过滤器进水口通过管道和逆止阀与潜水泵相连，出水口通过管道、阀门和沙石过滤器或碟片过滤器连接；安装前地面需硬化处理；阀门连接处加密封垫，过滤器进、出水口处各安装一个压力表，过滤器整体要摆放平稳，安装完毕后做试压处理，在额定压力下所有连接处不得有漏水现象；整个首部应安装在室内。
（4）沙石过滤器。沙石过滤器主要由进水口、出水口、过滤罐体、沙床和排污孔等部分组成。罐体多为钢制压力容器，沙床一般是由石英砂堆积一定厚度而成的多孔介质过滤体，属于三维过滤。灌溉水经沙床将水中悬浮物截获并滞留在各沙粒的孔隙之间，具有较强的截获污物的能力，常用于一级过滤。同时沙石过滤器也具有反冲洗功能，即从沙床下部向上冲洗滤料，使滤料松散膨胀，将沙床中所截留的杂质排出过滤器。
为了使微灌系统在反冲洗过程中也能同时向系统供水，往往在首部枢纽安装两个以上过滤罐（图94、图95）。
图94 沙石过滤器
图95 沙石过滤器过滤原理示意
针对不同水源，每年需要进行2～3次滤料清理与补充，一般两个灌溉季节更换一次滤料，此过滤器清除有机质效果很好，一般用于以水库、塘坝、明渠、河道、排水渠及其他含污物为水源的初级过滤，但不能滤除淤泥和极细土粒。
维护及注意事项：注意进出水口方向，过滤器顶端为进水口，底端为出水口；填充石英砂时要注意石英砂量距离顶部分水器20 cm左右为最佳；过滤器进出水端均需安装压力表，方便随时查看进出水压力状况，当进出水压力差大于0.07 MPa时，说明需要进行反冲洗；沙石过滤器一般不单独使用，需配合网式或叠片过滤器共同使用，方能达到最佳过滤效果；如果长期不使用，应将过滤器内部残留的水排干净，以防止滤罐锈蚀，影响以后使用。
（5）组合式过滤器。灌溉系统中，大多采用组合式过滤器，即将以上几种过滤器结合在一起使用。自上游至下游的安装顺序为离心过滤器—网式过滤器（或沙石过滤器）—叠片过滤器—网式过滤器。如果水质很差，应在整个系统之前设置沉淀池或其他初级过滤设施。
2.施肥装置
施肥装置是灌溉系统重要的组成部分，其作用是将作物所需的养分适时适量地注入到灌溉系统主管道，随水进入田间管网至作物所需部位，常用的施肥装置包括压差施肥器、文丘里施肥器和比例施肥器等。
（1）压差施肥器。一般由储液罐、进水管、供肥液管、调压阀等组成，储液罐应选用耐腐蚀、抗压能力强的材料制造。目前有10 L、16 L、30 L、50 L、100 L、150 L等（图96）。工作原理如图97：过滤后的灌溉水从进水管进入罐体，与罐内化肥混合，通过调压阀调节使阀门前后产生压差，水肥一起由供肥液管进入输水管道，输送到田间作物的吸收部位。目前压差施肥罐尚没有国家或行业标准，厂家根据企业标准自行设计生产。优点是养护费用低，操作简便，适用于大面积施肥，不需要额外的能量。缺点是只能定量施肥，但养分浓度不一致（先大后小），受水压变化的影响大，易造成水头损失；由于罐体容积有限，添加肥料次数频繁且麻烦，劳动强度大，不适应自动化。
图96 压差施肥器
图97 压差施肥器工作原理
（2）文丘里施肥器（图98）。工作原理如图99。文丘里施肥器与肥料储液箱（罐或桶）配套组成一套施肥装置，利用施肥器收缩段流速加快，产生负压，通过吸液小管吸取肥料，进入灌溉管道到达作物吸收部位。
优点是：构造简单，操作方便，造价低，养分浓度一致。缺点是：工作面积小，对流量和水压有一定要求，对水压的波动敏感，水头损失大，主要适用于小型灌溉系统向管道中注入肥料或农药。
图98 文丘里施肥器
注意事项：在安装过程中，一定要注意把施肥器以并联的状态安装到管道系统中，同时应保证施肥器上的箭头方向与水流方向一致，如做试验研究，可在施肥器前后安装压力表，以便更好地判断文丘里工作情况。在使用时，调节主管阀和支管阀，使得肥液按一定浓度施用即可。主管阀开度越大，支管阀开度越小，肥液的浓度越低。在施肥结束后，可关闭支管阀，再用清水冲施一段时间。由于文丘里施肥器主要利用的是束窄流道形成负压的原理进行工作，所以一定要保证施肥系统前后的压差。如遇吸不上肥液或倒流的情况，可先从系统的密闭性、吸头（吸管末端）和过滤器堵塞情况这三个方面检查。
图99 文丘里施肥器工作原理
（3）比例施肥器（图100）。原理如图101。比例施肥器能够精准地通过调节水肥等比例进行自动地投加混合，不受水流量和压力波动的影响。主要特点是以水流为动力，不需要电力；肥水比例可随时调节，并且水肥等在内部混合均匀。但也有其自身的缺点，如设备费用昂贵，养护费用较高（运动部件）等。
图100 比例施肥器
图101 比例施肥器工作原理示意
注意事项：施肥泵的进出水口要与管线的进出水口一致，在施肥泵进水口之前安装一个过滤器。调整添加比例：取出施肥泵刻度筒上部的“U”形调节锁，调节施肥泵上的刻度达到预设值，然后将“U”形调节锁锁上扣紧。在施肥泵启动之初，需要按下施肥泵顶部的排气阀，进行排气，直到有少量水从排气阀溢出，再迅速关上排气阀。
3.灌水器
灌水器是微喷灌系统末端的灌水装置，包括喷头、微喷头、滴头（滴灌管、滴灌带—田间毛管和灌水器合为一体）和小管出流器等设备和零件。本部分主要以滴灌为主进行介绍。滴灌是利用滴头的微小流道或孔眼消能减压，使水流变为水滴均匀地施入作物根区土壤中。
（1）单翼迷宫式滴灌带。滴灌带一次性挤压熔接而成，无接缝，无毛边，价格低（图102）。主要特点：灌溉均匀度较好，重量轻，易搬运，拉伸性能好；缺点是抗压能力差，对地形适应性较差。滴头间距30 cm、50 cm，流量1.8 L/h、2.5 L/h、3.2 L/h，壁厚0.2 mm。
（2）内镶式滴灌带和滴灌管。滴头镶于管内壁的一体化滴灌带（管）（图103～图107），滴灌带常规直径16 mm，流量 1.38 L/h、2.0 L/h、2.7 L/h，壁厚 0.2～0.6 mm，滴头间距10 cm、15 cm、20 cm、30 cm、50 cm；圆柱滴灌管直径为16 mm时，流量2.0 L/h、4.0 L/h，壁厚0.6～1.2 mm，滴头间距15 cm、30 cm、50 cm。
图102 单翼迷宫式滴灌带
图103 内镶式滴灌带
图104 内镶式滴灌带工作原理示意
图105 内镶式滴灌带大田安装示意
图106 内镶式滴灌带在大棚安装示意
图107 内镶式滴灌带在果树上安装示意
内镶式滴灌带的优点为滴头与管带一体化，安装使用方便，成本低，投资少；滴头有自过滤窗，抗堵塞性能好，采用迷宫式流道，具有一定的压力补偿作用。
安装使用说明：在使用时，避免与地面硬物直接摩擦造成破损；在安装时注意避免脏物（泥土）进入滴灌带内；安装时注意出水孔朝上，末端通水出水后再堵死；连接时，必须把带口剪平，套入旁通并用螺母锁死。
（3）可拆卸滴头、滴箭、稳流器。可拆卸滴头可单独安装在PE管上，根据植株距离灵活定位，与滴箭、小管出流配合使用，适用于果树、花卉等间距较大或不等间距作物（图108～图111）。滴头工作压力80～200 k Pa，流量 2.0 L/h、4.0 L/h、8.0 L/h。
图108 滴箭示意
图109 滴箭应用
图110 可拆卸滴头
图111 可拆卸滴头应用
注意事项：滴头的流道较小，容易堵塞，对水质要求较高，必须安装过滤器；一般布置在12～16 mm的盲管上，根据作物种植情况及需水量选择流量合适的滴头；采用压力补偿式滴头时可适当增加铺设长度；一般用于果树等种植间距较大、需水量大的作物。
4.其他
（1）水泵。水泵是将原动机的机械能或其外部能量转化为被输送水的能量，调节灌溉水输送的流速和压力，其种类多样，结构各异，常用的农用水泵如图112。
图112 水泵示意图
（2）调控、安全设备。调控、安全设备是灌溉系统不可缺少的部件，包括流量控制、测量装置、安全保护装置等。其中流量控制设备主要介绍闸阀、球阀、蝶阀（图113、图114），安全保护装置主要介绍逆止阀（图115）、空气阀，测量装置主要包括水表及压力表（图116、图117）。
图113 球阀
图114 蝶阀
图115 逆止阀
图116 水表
图117 压力表
闸阀主要是沿管道轴线垂直方向移动的阀门，通过上下移动来接通或切断管道中的灌溉水流；球阀是含有圆形通孔的球体，由阀杆带动，并绕球阀轴线做旋转运动的阀门；蝶阀结构简单，主要是由圆盘构成启闭件，随阀杆往复回转不同角度以控制调节灌溉水流量大小，安装于管道的直径方向。
安全保护装置中逆止阀指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止灌溉水等液体倒流的阀门，属于一种自动阀门；空气阀主要根据阀体内浮子的升降实现对管道内空气的控制，防止因停电或停泵等原因导致压力变化对管道产生损坏。
测量装置中压力表是灌溉系统中必不可少的量测仪器，它可以反映系统是否正常运行，特别是过滤器前后的压力表，实际上是反映过滤器堵塞程度及何时需要清洗过滤器的指示器；水表可用来计量一段时间内通过管道的水流总量或灌溉用水量，一般安装在首部过滤器之后的主管上，也可将水表安装在相应的支管上。
（五）水肥一体化应用效果
据农业部农技推广中心水肥一体化示范结果表明（表15、表16、表17），在山东、河北、北京、天津、内蒙古等主要省（市、区）对油桃、大樱桃、草莓、西瓜、苹果、葡萄、梨、桃等进行水肥一体化推广应用，利用微灌施肥技术每亩节水37～75 m3，节水30%以上；每亩节肥39～93 kg，节肥35%；每亩增加产值950元，节省投入359元，增产8%～15%。
表15 草莓微灌施肥田间试验
表16 葡萄、苹果滴灌田间试验
注：来源于农业部全国农技中心水肥一体化示范项目
表17 马铃薯灌溉施肥田间试验
注：来源于农业部全国农技中心水肥一体化示范项目
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