焦麗娜，鄭 毅，田家賓

（1.天津市水利科學(xué)研究院，天津 300061；2.天津市海河管理中心，天津 300123）

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)逐步從單純地追求產(chǎn)量變成追求效率和效益。我國(guó)連續(xù)13 a發(fā)布的以“三農(nóng)（農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民）”為主題的中央一號(hào)文件提出，建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園、農(nóng)業(yè)科技園，實(shí)施產(chǎn)業(yè)興村強(qiáng)縣行動(dòng)，推行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，培育農(nóng)產(chǎn)品品牌，保護(hù)地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品，打造一村一品、一縣一業(yè)發(fā)展新格局；大力發(fā)展數(shù)字農(nóng)業(yè)，實(shí)施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)試驗(yàn)示范和遙感技術(shù)應(yīng)用。

近年來(lái)，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、智能控制技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)等技術(shù)取得的成果為我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐。荷蘭、以色列、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家作為設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的代表，成為高端農(nóng)產(chǎn)品的出口大國(guó)。我國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)科技投入正逐步增加，不斷引進(jìn)吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，以提高作物品質(zhì)、控制上市時(shí)間，增加種植經(jīng)濟(jì)效益。以農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式在草莓種植中的應(yīng)用項(xiàng)目為示范的精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式可有效提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、安全，有效合理利用水肥，提高作物的經(jīng)濟(jì)效益。

1 技術(shù)介紹

農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式，是根據(jù)作物在不同時(shí)期的需水狀況和土壤養(yǎng)分變化來(lái)確定作物水肥的模式。在作物定植成活后進(jìn)行灌水施肥的精準(zhǔn)管控，對(duì)作物生長(zhǎng)全程實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉，將傳感器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳至精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控平臺(tái)，平臺(tái)根據(jù)作物生長(zhǎng)狀況和環(huán)境變化進(jìn)行精準(zhǔn)水肥管控。

農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式中農(nóng)作物水肥定額是根據(jù)作物生長(zhǎng)時(shí)期水肥需求特點(diǎn)確定的。在作物整個(gè)生長(zhǎng)期中，根據(jù)土壤中養(yǎng)分變化確定作物施肥周期、施肥量，同時(shí)根據(jù)農(nóng)作物各個(gè)時(shí)期的需肥特性確定施肥種類(lèi)。在此基礎(chǔ)上，將檢測(cè)的養(yǎng)分變化與土壤濕度相結(jié)合，確定科學(xué)合理的水肥管控模式。

普通的水肥管理模式是將定量的水肥定期供給作物。因?yàn)槠胀ㄋ使芾砟Ｊ胶雎粤俗魑锔鱾€(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的特點(diǎn)、環(huán)境變化和果實(shí)特點(diǎn)，只是定時(shí)定量地將水肥輸送給了土壤，導(dǎo)致在某一時(shí)期水肥供給不足或過(guò)量，影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控平臺(tái)擁有農(nóng)作物水肥數(shù)據(jù)庫(kù)、環(huán)境管控?cái)?shù)據(jù)庫(kù)。根據(jù)作物經(jīng)濟(jì)效益的需求，用戶(hù)可以選擇不同的水肥管控和環(huán)境管控模式。

農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式是一項(xiàng)融現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能控制技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、作物種植技術(shù)于一體的綜合性集成技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控，提高作物品質(zhì)，增加作物商品性，控制作物上市時(shí)間，使設(shè)施農(nóng)業(yè)種植效益最大化。農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式運(yùn)行流程，如圖1所示。

農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成。其中，硬件系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水肥環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)，軟件系統(tǒng)包括布設(shè)在云平臺(tái)的精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控軟件和與軟件配套的手機(jī)App。農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控平臺(tái)結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖1 農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式運(yùn)行流程

圖2 農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控平臺(tái)結(jié)構(gòu)

2 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程及效果

2.1 項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模

項(xiàng)目建設(shè)的科技示范點(diǎn)位于天津市武清區(qū)偉益農(nóng)莊，種植草莓面積共2.67 km2。項(xiàng)目安裝首部系統(tǒng)1套、灌溉施肥管道1套和自動(dòng)控制系統(tǒng)1套，布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)2個(gè)、氣象觀測(cè)儀1套。系統(tǒng)安裝硬件設(shè)備，如圖3所示。

2.2 項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程

武清項(xiàng)目示范區(qū)在項(xiàng)目推廣示范前采用傳統(tǒng)的手動(dòng)滴灌方式，將水肥提前灌入施肥桶內(nèi)，架高施肥桶，利用重力將肥注入滴管系統(tǒng)中。這種方式操作繁瑣，隨著施肥桶內(nèi)水肥的變化，注肥速度隨之變化，造成施肥極度不均勻。

項(xiàng)目推廣中，為保證作物能有精準(zhǔn)的水肥供應(yīng)，在示范區(qū)安裝自動(dòng)灌溉施肥系統(tǒng)、灌溉施肥控制系統(tǒng)和作物滴灌系統(tǒng)。

農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式采用一字形高架基質(zhì)栽培，每個(gè)大棚種植80行，行距60 cm，株距15 cm，共計(jì)6 400株。普通水肥管理模式采用土壤起壟栽培，每棚種植75行，行距70 cm，株距15 cm，共計(jì)6 000株。

圖3 系統(tǒng)安裝硬件設(shè)備

在項(xiàng)目推廣示范中，農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控平臺(tái)利用已有數(shù)據(jù)模式設(shè)置“紅顏”和“章姬”草莓各個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的水肥環(huán)境管控模式，在草莓生長(zhǎng)過(guò)程中進(jìn)行精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控及環(huán)境管控。但在項(xiàng)目示范期間，項(xiàng)目組利用選定的2個(gè)示范棚進(jìn)行試驗(yàn)，根據(jù)草莓生長(zhǎng)過(guò)程中環(huán)境變化和草莓生長(zhǎng)狀況，對(duì)草莓管理模式不斷修正和完善，提升其管理效率和質(zhì)量。

在草莓的緩苗期、生長(zhǎng)期、結(jié)果期等各個(gè)不同生長(zhǎng)時(shí)期分別對(duì)草莓的灌水頻次、灌水量、施肥頻次、施肥量等參數(shù)進(jìn)行修正，對(duì)精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控系統(tǒng)軟硬件穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)試，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行校正，并利用土壤養(yǎng)分檢測(cè)儀對(duì)基質(zhì)養(yǎng)分變化進(jìn)行檢測(cè)，使精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式軟硬件更加標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化。

2.3 項(xiàng)目實(shí)施效果

農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式在推廣示范中與普通水肥管理模式對(duì)比，取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。2種管控模式下草莓不同果期經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比，詳見(jiàn)表1。

表1 2種管控模式下草莓不同果期經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在草莓品質(zhì)及價(jià)格最好的前3茬果中，農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式下產(chǎn)量為1 278 kg，收入為9.44萬(wàn)元；普通水肥管理模式下產(chǎn)量為976 kg，收入為7.4萬(wàn)元。整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式下每個(gè)大棚草莓收入13.18萬(wàn)元，比普通水肥管理模式高28.5%。

在草莓整個(gè)生長(zhǎng)期中，相比于普通水肥管理模式，農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式增加了草莓的施肥頻次，但減少了草莓整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期的施肥量，每個(gè)大棚減少施肥量28 kg。農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式在增加草莓種植效益的同時(shí)降低施肥量18.4%。

3 結(jié)語(yǔ)

在資源約束和環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)下，開(kāi)展農(nóng)作物精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)灌溉管控模式的推廣，對(duì)于發(fā)展我國(guó)的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系、提高灌溉水利用率、減少化肥使用量、加速我國(guó)農(nóng)業(yè)的規(guī)模化生產(chǎn)和現(xiàn)代化進(jìn)程、為推進(jìn)農(nóng)業(yè)4.0和互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)都具有重要意義。