郭淑敏，王有年，關(guān) 偉

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.北京農(nóng)學(xué)院，北京 102206；3.北京市平谷區(qū)人民政府果品管理辦公室，北京 101200）

北京桃園智能化遠(yuǎn)程控制節(jié)水灌溉技術(shù)集成與示范研究*

郭淑敏1，王有年2，關(guān) 偉3

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2.北京農(nóng)學(xué)院，北京 102206；3.北京市平谷區(qū)人民政府果品管理辦公室，北京 101200）

文章基于國家“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和北京市實施“調(diào)轉(zhuǎn)節(jié)”戰(zhàn)略的大背景下，實現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與節(jié)水灌溉技術(shù)、光伏發(fā)電技術(shù)及自動化遠(yuǎn)程控制技術(shù)等的集成與融合，實現(xiàn)了北京桃園智能化遠(yuǎn)程控制節(jié)水灌溉技術(shù)集成與示范，取得了良好社會經(jīng)濟效益，前景廣闊。

桃園 智能化遠(yuǎn)程控制 節(jié)水灌溉 技術(shù)集成與示范

1 現(xiàn)狀與問題

據(jù)統(tǒng)計，2015年北京市平谷區(qū)有桃樹面積1.47萬hm2，占北京桃樹面積的50%左右。主要分布在大華山鎮(zhèn)、劉家店、峪口鎮(zhèn)、鎮(zhèn)羅營鎮(zhèn)、王辛莊鎮(zhèn)、南獨樂河鎮(zhèn)、金海湖鎮(zhèn)、山東莊鎮(zhèn)[1]。據(jù)平谷區(qū)果品辦資料，目前，平谷區(qū)以桃園為主的果園主要采取畦灌的灌溉方式，每年灌溉次數(shù)3～5次，每667 m2用水量120～150 m3。節(jié)水灌溉的形式在果樹上有微噴和滴灌，總面積66.67 hm2左右。滴灌：根據(jù)北京林果所魏欽平研究結(jié)果，果園每年滴灌灌溉3～4次，用水量60～80 m3/667 m2。微噴：根據(jù)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所在密云縣所做“不同灌溉方式對蘋果園土壤水分動態(tài)、耗水量和產(chǎn)量的影響”的研究報告，每年微噴灌溉4次，用水量103.1 m3/667 m2。大水漫灌造成危害：一是水資源的大量浪費；二是造成養(yǎng)分的大量流失；三是病蟲害嚴(yán)重；四是人工費時費力；五是由于水資源管理制度問題，排隊澆水導(dǎo)致在桃需水的關(guān)鍵臨界期，澆不上水，影響開花坐果率，因而影響產(chǎn)量。改變水資源利用方式，勢在必行、迫在眉睫。

2 項目設(shè)計

2.1 設(shè)計理念與類型

在國家“互聯(lián)網(wǎng)+”大背景下，以《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要（2016～2020年）》“創(chuàng)新、綠色、協(xié)調(diào)、開放、共享”為發(fā)展理念[2]，密切結(jié)合北京市委、市政府《關(guān)于調(diào)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)方式、發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)的意見》（京發(fā)〔2014〕16號）[3]，量水發(fā)展、生態(tài)優(yōu)先、提質(zhì)增效、農(nóng)民增收的主導(dǎo)思想，大幅度提高農(nóng)民澆水的勞動生產(chǎn)率、提高節(jié)水效率，將廣大農(nóng)民從繁重的澆水作業(yè)中解放出來，解決農(nóng)民澆水最后1 km問題。

2.2 基地選擇與概況

項目基地選擇在北京市平谷區(qū)大華山鎮(zhèn)從海逸園內(nèi)，分為設(shè)施桃園和大田桃園2個類型，設(shè)施大棚1個，大田2塊，面積約1 hm2左右。設(shè)施桃園、大田桃園分別和基礎(chǔ)設(shè)施條件、桃園種植概況、經(jīng)營管理等同等情況類型作對比。

圖1 設(shè)施桃大棚基地

圖2 大田桃基地試噴

2.3 關(guān)鍵技術(shù)與集成

“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)：當(dāng)前，“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對促進農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、跨越式發(fā)展的理念和認(rèn)識已達(dá)成廣泛共識。從技術(shù)層面，“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代農(nóng)業(yè)多用于電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)營銷等農(nóng)產(chǎn)品流通領(lǐng)域，在生產(chǎn)領(lǐng)域特別是農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉領(lǐng)域并不多見[4]。太陽能光伏發(fā)電技術(shù)就是利用太陽能裝置將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)。面對能源枯竭日益嚴(yán)重以及當(dāng)今環(huán)境污染的現(xiàn)狀，人們對可再生能源以及綠色能源的開發(fā)越來越關(guān)注，作為一種可再生能源，太陽能具有干凈無污染及可持續(xù)利用的優(yōu)點，是名副其實的綠色、再生可持續(xù)能源。光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成。節(jié)水灌溉技術(shù)：我國現(xiàn)有常用節(jié)水灌溉方式包括噴灌、微噴灌、滲灌和滴灌等，該項目利用的是微噴方式，它作為一種先進的機械化、半機械化節(jié)水灌溉方式，在很多發(fā)達(dá)國家已廣泛采用。噴灌的主要優(yōu)點有節(jié)水效果明顯、灌水均勻不板結(jié)、減少了田間作業(yè)強度和工作量、避免由于過量灌溉造成的土壤板結(jié)和次生鹽堿化等。智能傳感技術(shù)：將智能化理念與傳感器技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)更精準(zhǔn)、更實時、實現(xiàn)自診斷、自校準(zhǔn)、自補償及遠(yuǎn)程通信的技術(shù)體系。它能更精準(zhǔn)地將環(huán)境數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出來，并作出圖像。

該項目綜合運用基于互聯(lián)網(wǎng)的手機監(jiān)控及遠(yuǎn)程控制技術(shù)，通過以太網(wǎng)及3G、4G技術(shù)與現(xiàn)代光伏技術(shù)、自動化噴灌節(jié)水灌溉技術(shù)、智能環(huán)境傳感技術(shù)等為一體的技術(shù)集成與融合，構(gòu)建了寬帶和無線移動網(wǎng)絡(luò)的交互、有電無電的交互使用的4種模式：有網(wǎng)有電模式（以太網(wǎng)+供電系統(tǒng)）、有網(wǎng)無電（以太網(wǎng)、光伏技術(shù)）、無網(wǎng)有電（移動網(wǎng)絡(luò)、供電系統(tǒng)）、無網(wǎng)無電（移動網(wǎng)絡(luò)、光伏技術(shù)），通過手機APP實現(xiàn)了節(jié)水噴灌技術(shù)的精準(zhǔn)預(yù)約定時與智能化控制2種模式的遠(yuǎn)程控制技術(shù)集成與示范。技術(shù)集成與應(yīng)用方案詳見圖3。

圖3 桃園智能化遠(yuǎn)程控制技術(shù)集成與示范方案

3 結(jié)果與效益

該項目按照理念引領(lǐng)、科技支撐、技術(shù)集成、示范推廣的發(fā)展思路，采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)、綠色能源光伏發(fā)電技術(shù)、自動化遠(yuǎn)程控制技術(shù)等集成與融合，實現(xiàn)了“一節(jié)、二減、三增”綜合效能，即：節(jié)水；減少養(yǎng)分流失和病蟲害發(fā)生；增加勞動生產(chǎn)率、增加產(chǎn)量、增加收入。

3.1 節(jié)水效率大幅度提升

據(jù)田間試驗統(tǒng)計，常規(guī)桃園大水漫灌方式，每年澆1～2次水，每667 m2用水量150 m3，而該項目采用的自動化噴灌技術(shù)，根據(jù)桃樹需要，在關(guān)鍵時期的萌芽前、開花后和果實成熟前等共5次，每次澆水半小時，每667 m2用水量合計用水60 m3，計算可得，自動化噴灌比大水漫灌每667 m2節(jié)水60%以上。在我國極度缺水的北方地區(qū)尤為珍貴。

3.2 桃園環(huán)境不斷優(yōu)化

綜合試驗可知，常規(guī)大水漫灌桃園，由于大壓力、大流量澆水作業(yè)，沖掉了土壤耕層寶貴的土壤養(yǎng)分，導(dǎo)致桃園養(yǎng)分流失嚴(yán)重，土壤貧瘠，而且使地下水質(zhì)惡化，破壞了桃園地上、地下的生態(tài)環(huán)境。而采用自動化噴灌技術(shù)的桃園，改善生態(tài)環(huán)境主要體現(xiàn)在2個方面：（1）由于精準(zhǔn)化科學(xué)灌溉，在節(jié)水的同時，保存了土壤耕層養(yǎng)分，促進了桃樹生長發(fā)育；（2）由于采用自動化噴灌技術(shù)，在炎熱夏季，根據(jù)桃生長發(fā)育所需，小劑量精準(zhǔn)噴灌，還可降低桃園溫度，降低因高溫所致的病蟲害發(fā)病率，從而改善田間小氣候，促進桃樹健康生長發(fā)育。

3.3 澆水作業(yè)勞動生產(chǎn)率大幅度提升

僅就桃園澆水作業(yè)來說，常規(guī)大水漫灌方式，一般每個勞動力每日最多可澆0.33 hm2，而且還被挖溝、開畦、跑水、堵漏等繁重的體力勞動所困擾，常常搞得兩腿濕褲兩腳泥，狼狽不堪費力氣。采用智能化遠(yuǎn)程控制節(jié)水灌溉技術(shù)后，每個勞動力每日澆水面積可提高到3.33～5.33hm2，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，農(nóng)民就可以通過手機APP實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制澆水作業(yè)而完全不用到田間地頭挽起褲腿揮锨開溝忙輸水，從根本上解決了農(nóng)民澆水“最后1公里”問題，實現(xiàn)了桃園灌溉方式的革命性變革。

3.4 美化了景觀，靚化了桃園

未來的農(nóng)業(yè)一定是精準(zhǔn)化、現(xiàn)代化、科技化的農(nóng)業(yè)。通過該項目的實施，在標(biāo)準(zhǔn)化桃園縱向加立地上2.5～3 m的不銹鋼鍍鋅鋼管，橫向與樹檔平行加拉鋼絲繩，在與鋼絲繩平行方向加拉直徑0.6 cm水管，水管上每隔1 m加插自動化噴灌噴頭，縱橫交錯桃園網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)赫然顯現(xiàn)。同時，在控制終端赫然高聳的高6 m電線桿上，架起的智能網(wǎng)絡(luò)攝像頭、太陽能發(fā)電系統(tǒng)裝置及智能化遠(yuǎn)程控制電子設(shè)備，使現(xiàn)代農(nóng)業(yè)高科技、綠色化、高智能效果更加凸顯，代表著智能化桃園發(fā)展的未來。景觀靚化現(xiàn)場圖片，如圖4所示。

圖4 智能化遠(yuǎn)程控制節(jié)水灌溉系統(tǒng)裝置外觀及景觀效果

4 未來展望

隨著國家“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略實施和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程的推進，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)必將朝著科技化、信息化、智能化、精準(zhǔn)化方向發(fā)展。在我國北方地區(qū)，特別是北京這樣一個極度缺水地區(qū)，節(jié)水農(nóng)業(yè)必將是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑，智能化遠(yuǎn)程控制節(jié)水灌溉技術(shù)集成與示范必將使農(nóng)業(yè)節(jié)水向科技化、智能化、精準(zhǔn)化、集約化方向轉(zhuǎn)變?，F(xiàn)代園藝產(chǎn)業(yè)是高耗水產(chǎn)業(yè)，特別在菜園更為突出。將該項目智能化遠(yuǎn)程控制節(jié)水灌溉技術(shù)在菜園上進一步拓展，將會有更大潛力。智能化遠(yuǎn)程控制肥水一體化技術(shù)是未來致力的主要方向。

[1] 平谷區(qū)大桃產(chǎn)業(yè)情況．平谷區(qū)政府，2013，（8）：20

[2] 中國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要（全文）．新華網(wǎng)，2016，（3）：17

[3] 繆翼．北京：加快農(nóng)業(yè)“調(diào)轉(zhuǎn)節(jié)”疏解功能謀發(fā)展．農(nóng)民日報，2016，（4）：29

*資助項目：北京市農(nóng)村工作委員會“北京桃園智能化遠(yuǎn)程控制節(jié)水灌溉技術(shù)集成與示范”（[2015]-54）