胡建國(guó)，宋成秀(水發(fā)智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東濟(jì)南 250100)

1 基礎(chǔ)信息

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地位于山東省德州市臨邑縣翟家鎮(zhèn)，東經(jīng)116.9°、北緯37.2°，屬暖溫帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。供試材料為4年生永蓮1號(hào)桃，9月中旬成熟，行距4.5米、株距3.5米，每畝42株。供試桃園面積6.5畝，土壤為中壤土，試驗(yàn)前對(duì)桃園土壤理化性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 桃園試驗(yàn)前土壤理化性質(zhì)

1.2 智慧種植系統(tǒng)設(shè)備

試驗(yàn)地塊現(xiàn)有灌溉機(jī)井1處，可正常運(yùn)行，示范田智慧種植系統(tǒng)新增以下系統(tǒng)及設(shè)備：

(1)智慧種植管理軟件。智慧種植管理軟件為鋒士開(kāi)發(fā)的智慧灌溉物聯(lián)云系統(tǒng)，用戶可以通過(guò)瀏覽器和微信公眾號(hào)登錄進(jìn)行管理。

(2)水肥一體化管理設(shè)備。在示范田安裝山東鋒士信息技術(shù)有限公司自主研發(fā)的大田灌溉專用水肥一體化管理設(shè)備1臺(tái)，聯(lián)網(wǎng)智慧灌溉物聯(lián)云系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)示范田的灌溉、施肥科學(xué)精準(zhǔn)管理。設(shè)備可以采用手動(dòng)、自動(dòng)、智能控制3種方式進(jìn)行灌溉施肥。

基礎(chǔ)灌溉設(shè)施建設(shè)以下內(nèi)容：a.建設(shè)灌溉泵站1處；b.灌溉配套首部過(guò)濾系統(tǒng)1套；c.安裝水肥一體化設(shè)備1套；d.鋪設(shè)主管道110米，鋪設(shè)灌溉支管936米，鋪設(shè)小管出流毛管1365米，安裝滴頭1365個(gè)。

(3)信息采集設(shè)備。建設(shè)智慧灌溉物聯(lián)云分站1處，泵站測(cè)控點(diǎn)1處，灌溉閥門測(cè)控點(diǎn)2處，土壤墑情監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處，氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處，空氣溫濕度監(jiān)測(cè)點(diǎn)1處，視頻監(jiān)測(cè)點(diǎn)8處，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)區(qū)水肥一體化管理的信息化決策和自動(dòng)化控制。

首部過(guò)濾裝置及水肥機(jī)

小管出流滴灌管

其中氣象監(jiān)測(cè)點(diǎn)用于采集田間的溫度、濕度、光照度、風(fēng)向、風(fēng)速、雨量信息，土壤墑情監(jiān)測(cè)點(diǎn)用于采集桃園灌溉區(qū)域的10、20、40厘米土壤溫濕度，視頻監(jiān)測(cè)點(diǎn)用于采集桃樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)和監(jiān)控水肥設(shè)備工作狀態(tài)，同時(shí)將土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)輸入智慧灌溉物聯(lián)云系統(tǒng)。

視頻監(jiān)控及氣象監(jiān)測(cè)站

EC值和pH值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 水肥設(shè)計(jì)

桃樹(shù)生長(zhǎng)過(guò)程中需要大量有機(jī)肥、氮肥、鉀肥，適量磷肥，同時(shí)，適當(dāng)補(bǔ)充鈣、鋅、錳、硼等中微量元素肥料以及氨基酸、腐植酸等功能性肥料，有利于提高產(chǎn)量和品質(zhì)。參考《設(shè)施蔬菜栽培水肥一體化技術(shù)》(隋好林、王淑芬主編)中提供的單位產(chǎn)量養(yǎng)分需求，每生產(chǎn)1000千克桃，需純氮養(yǎng)分2.97千克，五氧化二磷養(yǎng)分1.22千克，氧化鉀養(yǎng)分4.90千克，氮磷鉀需求比例為1∶0.41∶1.65。根據(jù)樹(shù)齡和當(dāng)?shù)厣a(chǎn)狀況，目標(biāo)產(chǎn)量定為畝產(chǎn)800千克。

結(jié)合試驗(yàn)園特點(diǎn)，選用商品有機(jī)肥(總養(yǎng)分≥5%、有機(jī)質(zhì)≥45%)；大量元素肥料選用尿素、磷酸一銨、硫酸鉀；中微量元素選用EDTA螯合鈣、七水硫酸鎂、七水硫酸鋅、EDTA螯合鐵、一水硫酸錳、硼砂、鉬酸銨；功能性肥料選擇腐植酸、氨基酸。

測(cè)土配肥后扣除土壤供肥量即得肥料的實(shí)際需要施用量。在測(cè)土配方的基礎(chǔ)上，堅(jiān)持平衡施肥、以產(chǎn)定肥的原則。施足基肥，全部有機(jī)肥、氮肥的15%和磷肥的20%及鉀肥的15%作為基肥深施，其余部分在桃樹(shù)的生長(zhǎng)期結(jié)合滴灌進(jìn)行追施。

2.2 試驗(yàn)處理

如下圖所示，由西向東分3個(gè)處理，處理1、處理2為智慧灌溉模式，處理3為果園傳統(tǒng)管理方式，農(nóng)事操作根據(jù)系統(tǒng)推送統(tǒng)一處理。其中智慧灌溉模式處理1灌溉方案采用智慧墑情法，追肥方案采用目標(biāo)產(chǎn)量法；智慧灌溉模式處理2灌溉方案采用智慧墑情法，追肥方案采用調(diào)整的目標(biāo)產(chǎn)量法，即在目標(biāo)產(chǎn)量法的基礎(chǔ)上減施30%。

2.3 灌溉制度

桃園灌溉采用小管出流方式，滴水次數(shù)、滴頭流量及滴水時(shí)間間隔，應(yīng)根據(jù)土壤墑情、桃樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)長(zhǎng)相、天氣情況而定。具體灌溉方案根據(jù)氣象、墑情信息，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化形成(表2)。

表2 桃樹(shù)灌溉制度

3 試驗(yàn)記錄

3.1 智慧灌溉方案

(1)種植信息登記。登錄系統(tǒng)登記種植信息，向云平臺(tái)申請(qǐng)智慧灌溉服務(wù)。登記的信息包括：地塊信息，農(nóng)作物的種類、品種、種植時(shí)間及土壤養(yǎng)分等信息。

種植信息登記

(2)智慧灌溉方案生成。通過(guò)專家模型管理與優(yōu)化功能，生成對(duì)應(yīng)的專家理論灌溉、施肥標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，經(jīng)水肥耦合處理生成針對(duì)該用戶的“水肥一體智慧灌溉方案”。灌溉方案經(jīng)系統(tǒng)審核后，自動(dòng)下載到種植用戶的管理軟件中。

(3)方案調(diào)整及確認(rèn)。智慧灌溉物聯(lián)云系統(tǒng)根據(jù)灌溉推送的智慧灌溉方案區(qū)域的實(shí)時(shí)墑情和氣象信息及未來(lái)7天的氣象預(yù)報(bào)信息，自動(dòng)對(duì)種植戶的灌溉方案進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，保證種植戶在灌溉時(shí)能得到最合適的方案。系統(tǒng)以下載的智慧灌溉方案為依據(jù)，為用戶提供方案調(diào)整功能。用戶可調(diào)整灌溉開(kāi)始時(shí)間，選擇化肥種類及品牌，系統(tǒng)將根據(jù)用戶要求和現(xiàn)場(chǎng)的灌溉模式、設(shè)備參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整優(yōu)化形成最終的智慧灌溉流程。

系統(tǒng)在灌溉前24小時(shí)將設(shè)施檢查信息推送至手機(jī)，操作員按照提示依次對(duì)設(shè)施進(jìn)行運(yùn)行前的檢查、維護(hù)和操作；在灌溉前1小時(shí)，系統(tǒng)推送灌溉前準(zhǔn)備工作信息，操作員按照提示對(duì)電源、手動(dòng)閥門、設(shè)備控制權(quán)限及肥料準(zhǔn)備情況進(jìn)行準(zhǔn)備和確認(rèn)。水肥方案推送至用戶手機(jī)，用戶按灌溉施肥方案要求進(jìn)行操作執(zhí)行。

3.2 農(nóng)事管理信息推送

根據(jù)智慧灌溉物聯(lián)云系統(tǒng)中的作物生長(zhǎng)模型，結(jié)合氣候環(huán)境信息，進(jìn)行生育期預(yù)測(cè)，下達(dá)推薦田間農(nóng)事管理任務(wù)。

3.3 過(guò)程記錄及分析

基肥施用記錄：10月統(tǒng)一追肥，施用量見(jiàn)表3。

表3 基肥施用信息

如下圖所示，智慧灌溉區(qū)采用小管出流方式，通過(guò)水肥一體化滴灌設(shè)備進(jìn)行追肥，對(duì)照區(qū)采用挖環(huán)狀溝施肥。

智慧灌溉模式下滴灌追肥與人工開(kāi)挖環(huán)狀溝追肥

(1)水肥一體智慧灌溉地塊。智慧灌溉地塊共灌溉追肥5次，分別為萌芽前、謝花后、硬核期、果實(shí)膨大期2次，如圖。

水肥一體智慧水肥記錄

(2)傳統(tǒng)管理地塊。5月中旬追肥1次，追施復(fù)合肥1.75千克/株、商品有機(jī)肥2.50千克/株，折合每畝施用復(fù)合肥73.5千克、有機(jī)肥105.0千克(表4)。追肥后進(jìn)行大水漫灌，每畝灌水量30米3。

表4 傳統(tǒng)管理模式下灌溉追肥信息

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

4.1 產(chǎn)量測(cè)定及結(jié)果分析

為保證測(cè)產(chǎn)取樣數(shù)據(jù)的科學(xué)性，3個(gè)處理相鄰1行作為隔離行，不在取樣范圍內(nèi)，然后去掉每個(gè)處理第1行和最后1行，分別取第2行第6株、第3行第10株、第4行第14株、第5行第18株樹(shù)作為樣本，每個(gè)樣本分為4份，進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)量以及品質(zhì)檢測(cè)取樣。

由下圖可以看出，處理1桃果個(gè)大，上色好；處理2桃果個(gè)均勻，上色好；處理3桃上色不好，果個(gè)偏小。

處理1結(jié)果狀 處理2結(jié)果狀 處理3結(jié)果狀

處理1采收 處理2采收 處理3采收

鮮桃采樣后送往山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表5所示。由表5可以看出，水肥一體智慧灌溉減肥30%處理2效果最好，可溶性固形物和總糖含量均高于傳統(tǒng)水肥處理3，尤其是總糖含量提高比率達(dá)13.27%。水肥一體智慧灌溉處理1的可溶性固形物和總糖含量均降低，分析原因可能由于處理1桃個(gè)頭大，成熟期推遲，采摘檢測(cè)品質(zhì)時(shí)未達(dá)到最佳采摘期。

表5 品質(zhì)對(duì)比

本次試驗(yàn)總產(chǎn)量表現(xiàn)為：處理1減產(chǎn)，處理2略增產(chǎn)。處理1結(jié)果數(shù)量少的原因，可能是由于處理1處于風(fēng)道一側(cè)，受2018年4月初降溫影響，農(nóng)場(chǎng)風(fēng)道兩側(cè)的桃樹(shù)均減產(chǎn)明顯。

由表6可以看出，單株結(jié)果量處理1明顯低于處理2、處理3，處理2、處理3基本持平；平均單果重處理1明顯高于處理2、處理3，處理2、處理3基本持平；折合畝產(chǎn)處理1明顯低于處理2、處理3，處理2明顯高于處理3，畝增產(chǎn)17.99千克；綜合畝增收處理1不占優(yōu)勢(shì)，處理2畝增收50.37元。

表6 測(cè)產(chǎn)對(duì)比

4.2 肥料投入對(duì)比分析

由表7可知，與對(duì)照相比，處理1和處理2節(jié)肥率分別達(dá)到43.65%和46.02%，節(jié)水率達(dá)30%，每畝分別節(jié)約肥料投入180.63、214.10元。

表7 智慧灌溉與傳統(tǒng)灌溉方式節(jié)肥節(jié)水對(duì)比

4.3 人工投入對(duì)比分析

智慧灌溉施肥模式試驗(yàn)地塊面積6.5畝，灌溉施肥1次用工7小時(shí)，按照1工日計(jì)。傳統(tǒng)灌溉施肥方式追肥用工1.8個(gè)工日/畝，灌溉用工0.2個(gè)工日/畝，灌溉追肥約合2個(gè)工日/畝；使用智慧灌溉施肥模式，按照每個(gè)地塊20畝，每個(gè)地塊灌溉追肥3小時(shí)計(jì)算，一天可以灌溉追肥3個(gè)地塊，合計(jì)60畝，只需要1個(gè)工日即可完成，而人工追肥灌溉60畝需要120個(gè)工日才能完成(表8)。

表8 不同灌溉施肥模式用工對(duì)比

4.4 桃樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)對(duì)比分析

如下圖所示，在硬核期，處理1、處理2的桃樹(shù)長(zhǎng)勢(shì)好，相鄰2行樹(shù)枝葉幾乎相交，處理3(對(duì)照)相鄰2行樹(shù)間距較大，枝葉生長(zhǎng)量較小。

處理1采收期 處理2采收期 處理3采收期

綜合果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量對(duì)比，與傳統(tǒng)水肥處理3相比較，水肥一體智慧灌溉減肥30%即處理2在果實(shí)色澤、單株結(jié)果量、單株產(chǎn)量、平均單果重、畝產(chǎn)、畝收入、可溶性固形物含量、總糖含量、糖酸比等方面均占優(yōu)勢(shì)。水肥一體智慧灌溉減肥30%處理不僅在果實(shí)外觀品質(zhì)、內(nèi)在品質(zhì)方面優(yōu)于傳統(tǒng)水肥處理，如果不考慮果實(shí)品質(zhì)因素，鮮桃以通貨價(jià)收購(gòu)，水肥一體智慧灌溉減肥30%處理收入也高于傳統(tǒng)水肥處理。因此，水肥一體智慧灌溉處理整體明顯優(yōu)于傳統(tǒng)水肥處理。

4.5 效益分析

通過(guò)整個(gè)生育期試驗(yàn)，對(duì)肥料人工等投入進(jìn)行分析，對(duì)于面積越大的果園，智慧灌溉系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)越明顯，智慧灌溉系統(tǒng)投入10萬(wàn)元，以基本地塊20畝為例，按照使用年限10年折算，折合每畝投入500元/年，田間灌溉設(shè)施1000元/畝，可使用3年，折合每年每畝333元，總投入每年每畝833元；以100畝果園為例，可劃分為5個(gè)地塊，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、電纜相應(yīng)增加，智慧灌溉系統(tǒng)投入20萬(wàn)元，折合每年每畝投入200元，加田間灌溉設(shè)施每年每畝333元，總投入為533元/畝。

在本次試驗(yàn)過(guò)程中，靠近風(fēng)道的果樹(shù)坐果率受倒春寒影響較嚴(yán)重，水肥一體智慧灌溉處理1結(jié)果存在惡劣環(huán)境影響偏差。因此以水肥一體智慧灌溉減肥30%試驗(yàn)組即處理2為例進(jìn)行效益分析，如表9所示，以100畝面積果園為例，每年增收節(jié)支綜合效益為11947元。

表9 增收節(jié)支綜合效益分析(100畝果園)

水肥一體智慧灌溉模式節(jié)肥、節(jié)省人工效益顯著，對(duì)于100畝以上的果園，依靠人工灌溉和追肥，大約需要20個(gè)人工，8～12天，約合200個(gè)工日，用工量大、周期長(zhǎng)，很可能錯(cuò)過(guò)需肥需水關(guān)鍵時(shí)期，而采用智慧灌溉模式1天即可完成灌溉施肥，可以很好地保證作物生長(zhǎng)需求。人工追肥一次性施入，智慧灌溉模式下，肥料是不同生育階段進(jìn)行追肥，可以根據(jù)當(dāng)年結(jié)果情況以及自然災(zāi)害狀況隨時(shí)調(diào)整施肥量，進(jìn)一步節(jié)約肥料的投入。桃樹(shù)水肥一體智慧水肥實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在生產(chǎn)中可以大力推廣使用該模式。