李銀華

（上海華維可控農(nóng)業(yè)科技集團股份有限公司，上海 201505）

上海農(nóng)林職業(yè)技術(shù)學(xué)院于2021 年5 月建設(shè)了草莓新品種試種培育中心，完善草莓產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條，為科研及專業(yè)教學(xué)提供場所。項目建設(shè)內(nèi)容為一座數(shù)字化玻璃溫室，面積為3000 m2，由數(shù)字化玻璃溫室、溫室環(huán)控系統(tǒng)、草莓無土栽培設(shè)施及ACA 可控水肥綜合利用系統(tǒng)等組成（圖1）。

圖1 ACA 可控水肥系統(tǒng)應(yīng)用場景

ACA 可控水肥綜合利用系統(tǒng)是在傳統(tǒng)水肥一體化模式的基礎(chǔ)上更新迭代出來的ACA 可控水肥綜合利用新模式。相比于傳統(tǒng)水肥一體化，該模式最大的特點是結(jié)合先進的溫室環(huán)境調(diào)控設(shè)備和作物生長數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)水肥管理的“可控”，杜絕了外界環(huán)境因素影響，根據(jù)作物不同的生育階段需求補充水肥和微量元素，讓生產(chǎn)更科學(xué)、更精準(zhǔn)、更高效。該模式積極響應(yīng)國家“雙碳”戰(zhàn)略，旨在降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排放，最大程度降低農(nóng)業(yè)對環(huán)境的污染、提高水資源利用率，也為種植者節(jié)約運營成本，對過量灌溉的肥水進行回收再利用，打造農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)。文章對該系統(tǒng)進行介紹，以饗讀者。

模式原理

ACA 可控水肥綜合利用模式是集水源處理、肥水配方、精準(zhǔn)灌溉、回液消毒再利用以及數(shù)據(jù)采集、智慧調(diào)控于一體的水肥一體化綜合利用模式（圖2）。利用溫室屋頂作為集雨面收集雨水作為灌溉水源，對水源進行過濾、凈化處理，然后采用智慧施肥機針對不同作物、不用生育階段進行配肥，最后經(jīng)過恒壓水泵加壓和管線輸送，把水分和養(yǎng)分定時、定量、精準(zhǔn)地輸送到每一株作物的根系附近，通過壓力補償?shù)晤^的調(diào)控一滴一滴“喂養(yǎng)”作物。過量灌溉的肥水（回液）經(jīng)過過濾、消毒殺菌后再次被利用。

圖2 模式原理圖

模式特點

ACA 可控水肥綜合利用模式具有兩大特點，一是灌溉水源采用雨水。對農(nóng)業(yè)節(jié)水、水資源高效利用起到助推作用。雨水相對潔凈、水質(zhì)穩(wěn)定且免費，從源頭上保障了農(nóng)作物的食品安全。在干旱過后建議放棄收集第一批雨水，因為這些水里會含有很多的塵埃，在沿海地區(qū)還會含有氯化鈉。對于降雨量少的地區(qū)，或者雨水收集系統(tǒng)建設(shè)不完善的工程，推薦優(yōu)先采用地下水作為灌溉補充水，其次采用地表水作為灌溉水源。二是灌溉肥水循環(huán)利用。為了最大程度保證灌溉的均勻性、作物長勢的一致性、以及洗鹽的需要，通常需要進行過量灌溉，這樣必然就會產(chǎn)生排液。該模式把排液進行消毒殺菌后，再次循環(huán)利用。減少了農(nóng)業(yè)種植帶來的面源污染，同時也提高水肥利用率、降低了種植者運營成本。

關(guān)鍵技術(shù)

ACA 可控水肥綜合利用模式具有三個關(guān)鍵技術(shù)，具體如下所述。

水源處理

無論使用哪類水源用于灌溉，首先都應(yīng)該對水質(zhì)指標(biāo)進行分析和化驗。通常來說，地下水除pH 偏高外，還含有豐富的礦物離子，如鐵、鈣、鎂等，而地表水受外界自然因素和人為因素影響較大，含有的懸浮物和離子種類更為復(fù)雜。無土栽培模式對水質(zhì)要求較高，水體中的雜質(zhì)、有機物、無機鹽等都會影響肥料的精確配比，難以做到完全人為可控，從而導(dǎo)致生產(chǎn)的果品產(chǎn)量不可控、品質(zhì)不可控，影響農(nóng)產(chǎn)品的商品性。對于無土栽培灌溉來說，水體內(nèi)不能含有過多可溶性礦物質(zhì)，EC 通常需低于0.5 mS/cm。對于不符合灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水源，需要對水質(zhì)進行凈化，例如反滲透處理（圖3）。

圖3 首部水處理

水肥均勻補給

ACA 可控水肥綜合利用模式會根據(jù)不同作物、不同生育階段，制定不同的肥料配方，源頭上保障肥水供應(yīng)的精準(zhǔn)性。末端采用壓力補償式防滴漏滴頭給作物進行“喂養(yǎng)”式的補給，在壓力補償工作范圍（50～400 kPa），無論供水壓力如何波動，始終能確保灌溉區(qū)域內(nèi)任何一處滴頭流量都一致，不受距離遠(yuǎn)近、種植位置高低等條件影響，保證了灌溉的均勻性，提高了作物的品質(zhì)和產(chǎn)量，并且具有防滴漏功能（圖4）。系統(tǒng)關(guān)閉后，管道內(nèi)水壓為10～30 kPa，滴頭停止出水，但管道內(nèi)仍處于充滿水的狀態(tài)。確保系統(tǒng)再次啟動后，前后端所有滴頭立即且同時出水，特別適用于高頻次短時長的無土栽培模式灌溉。

圖4 壓力補償防滴漏滴灌

智能化精準(zhǔn)調(diào)控

對于無土栽培系統(tǒng)，水肥的供應(yīng)通常是少量多次，日灌水頻率高達十?dāng)?shù)次，每次灌溉時間以秒為控制單位，灌水量以毫升為控制單位。水肥的智能化精準(zhǔn)調(diào)控模式包括光累計模式、土壤/基質(zhì)濕度模式、溫室蒸發(fā)量模式等。

光累積模式以光照累積量作為灌溉啟動的依據(jù)。在白天，根據(jù)經(jīng)驗，一株健康生長的作物的灌溉需求量約等于3 mL/J。

土壤/ 基質(zhì)濕度模式是以土壤/ 基質(zhì)濕度作為灌溉啟動的依據(jù)，例如在A 時區(qū)，土壤濕度處于40%～45% 開始灌溉，有機基質(zhì)濕度處于55%～60%，開始灌溉；無機基質(zhì)濕度處于60%～65%，開始灌溉；當(dāng)空氣濕度大于90%，灌溉量減半；當(dāng)加熱系統(tǒng)開啟時，適當(dāng)增加營養(yǎng)液灌溉量，降低營養(yǎng)液電導(dǎo)率。

溫室蒸發(fā)量模式是以溫室蒸發(fā)量作為灌溉啟動的依據(jù)。溫室作物冠層上方的水面蒸發(fā)量采用標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)皿測定。例如在A 時區(qū)，當(dāng)溫室蒸發(fā)量為0.4～0.8 mm，開始灌溉；當(dāng)空氣濕度大于90%，灌溉量減半，當(dāng)加熱系統(tǒng)開啟時，適當(dāng)增加營養(yǎng)液灌溉量，降低營養(yǎng)液電導(dǎo)率。

生態(tài)與經(jīng)濟效益分析

ACA 可控水肥綜合利用模式具有節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥；省工、省電、省地；增產(chǎn)、增收、增效；節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，對提高水肥利用率，減輕農(nóng)業(yè)面源污染，對改善和保護農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)的生態(tài)環(huán)境有重要意義。據(jù)項目實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用ACA 可控水肥綜合利用模式后，可以有效提高作物單位面積的產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度可達30% 以上，節(jié)水40% 以上，降低肥料成本30% 以上，節(jié)省勞力80% 以上，經(jīng)濟效益較好。