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)展趨勢逐步從單純地追求產(chǎn)量變成追求效率和效益。我國連續(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，實施產(chǎn)業(yè)興村強縣行動，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)，實施智慧農(nóng)業(yè)林業(yè)水利工程，推進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)試驗示范和遙感技術(shù)應(yīng)用。

近年來，我國物聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、智能控制技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)等技術(shù)取得的成果為我國現(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。我國設(shè)施農(nóng)業(yè)科技投入正逐步增加，不斷引進(jìn)吸收國外先進(jìn)技術(shù)，以提高作物品質(zhì)、控制上市時間，增加種植經(jīng)濟效益。以農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式在草莓種植中的應(yīng)用項目為示范的精準(zhǔn)營養(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)濟效益。

1 技術(shù)介紹

農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式，是根據(jù)作物在不同時期的需水狀況和土壤養(yǎng)分變化來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，對作物生長全程實現(xiàn)精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉，將傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控平臺，平臺根據(jù)作物生長狀況和環(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)作物生長時期水肥需求特點確定的。在作物整個生長期中，根據(jù)土壤中養(yǎng)分變化確定作物施肥周期、施肥量，同時根據(jù)農(nóng)作物各個時期的需肥特性確定施肥種類。在此基礎(chǔ)上，將檢測的養(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。因為普通水肥管理模式忽略了作物各個生長時期的特點、環(huán)境變化和果實特點，只是定時定量地將水肥輸送給了土壤，導(dǎo)致在某一時期水肥供給不足或過量，影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)。農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控平臺擁有農(nóng)作物水肥數(shù)據(jù)庫、環(huán)境管控數(shù)據(jù)庫。根據(jù)作物經(jīng)濟效益的需求，用戶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)營養(yǎng)灌溉管控模式是一項融現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能控制技術(shù)、監(jiān)測技術(shù)、作物種植技術(shù)于一體的綜合性集成技術(shù)，可以實現(xiàn)精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控，提高作物品質(zhì)，增加作物商品性，控制作物上市時間，使設(shè)施農(nóng)業(yè)種植效益最大化。農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式運行流程，如圖1所示。

農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(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)在云平臺的精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控軟件和與軟件配套的手機App。農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控平臺結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖1 農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式運行流程

圖2 農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控平臺結(jié)構(gòu)

2 項目實施過程及效果

2.1 項目建設(shè)規(guī)模

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

2.2 項目建設(shè)過程

武清項目示范區(qū)在項目推廣示范前采用傳統(tǒng)的手動滴灌方式，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)營養(yǎng)灌溉管控模式采用一字形高架基質(zhì)栽培，每個大棚種植80行，行距60 cm，株距15 cm，共計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6 000株。

圖3 系統(tǒng)安裝硬件設(shè)備

在項目推廣示范中，農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控平臺利用已有數(shù)據(jù)模式設(shè)置“紅顏”和“章姬”草莓各個生長時期的水肥環(huán)境管控模式，在草莓生長過程中進(jìn)行精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控及環(huán)境管控。但在項目示范期間，項目組利用選定的2個示范棚進(jìn)行試驗，根據(jù)草莓生長過程中環(huán)境變化和草莓生長狀況，對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、生長期、結(jié)果期等各個不同生長時期分別對草莓的灌水頻次、灌水量、施肥頻次、施肥量等參數(shù)進(jìn)行修正，對精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控系統(tǒng)軟硬件穩(wěn)定性進(jìn)行測試，對傳感器數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性進(jìn)行校正，并利用土壤養(yǎng)分檢測儀對基質(zhì)養(yǎng)分變化進(jìn)行檢測，使精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式軟硬件更加標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化。

2.3 項目實施效果

農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式在推廣示范中與普通水肥管理模式對比，取得顯著的經(jīng)濟效益。2種管控模式下草莓不同果期經(jīng)濟效益對比，詳見表1。

表1 2種管控模式下草莓不同果期經(jīng)濟效益對比

經(jīng)統(tǒng)計，在草莓品質(zhì)及價格最好的前3茬果中，農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式下產(chǎn)量為1 278 kg，收入為9.44萬元；普通水肥管理模式下產(chǎn)量為976 kg，收入為7.4萬元。整個生長時期農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式下每個大棚草莓收入13.18萬元，比普通水肥管理模式高28.5%。

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

3 結(jié)語

在資源約束和環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略驅(qū)動下，開展農(nóng)作物精準(zhǔn)營養(yǎng)灌溉管控模式的推廣，對于發(fā)展我國的節(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、加速我國農(nóng)業(yè)的規(guī)?；a(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。