大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)

趙金勝

摘 要：作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展尚處于起步階段。天津武清園區(qū)是我國(guó)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)示范，本文結(jié)合筆者基層工作經(jīng)驗(yàn)，主要通過(guò)介紹大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化的5種技術(shù)模式，分析大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)取得成果的同時(shí)指出其存在的問(wèn)題，進(jìn)而提出富有針對(duì)性的建議，目的是促進(jìn)大田物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；水肥一體化；灌溉

中圖分類號(hào)：S275 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160332013

武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)示范基地位于中國(guó)天津市武清區(qū)大堿廠鎮(zhèn)大堿場(chǎng)村，占地面積41hm2，園區(qū)內(nèi)主要包括園區(qū)控制中心、田間控制器、自動(dòng)肥料注入系統(tǒng)、首部過(guò)濾系統(tǒng)、水泵變頻控制系統(tǒng)、田間首部電磁閥和解碼器、田間節(jié)水灌溉管道和灌水器、田間氣象站和土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。

1 武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化概況

武清園區(qū)包括5個(gè)不同的技術(shù)區(qū)域，分區(qū)的主要依據(jù)是灌溉模式的差異，施肥模式在5個(gè)地塊均為智能水肥一體化施肥模式。5個(gè)區(qū)域分別為指針噴灌區(qū)、微噴帶灌溉區(qū)、固定噴灌區(qū)、地表滴灌區(qū)和小管出流灌溉區(qū)，指針噴灌區(qū)主要是指針噴灌機(jī)灌溉區(qū)域區(qū)位于園區(qū)南側(cè)中部，占地面積4.2hm2，種植作物為小麥-玉米輪作，地塊有機(jī)井1口，出水量50m3/h；固定噴灌區(qū)主要位于園區(qū)東南角地塊，占地面積9.4hm2，種植作物為玉米-小麥輪作。本地塊有機(jī)井1口，出水量50m3/h。整個(gè)地塊分為17個(gè)灌溉小區(qū)，每小區(qū)灌溉面積為0.56hm2，噴頭間距為20m×20m；微噴帶灌溉區(qū)位于武清園區(qū)西北角地塊，占地面積9.27hm2，種植作物為玉米-小麥輪作。本地塊有機(jī)井1口，出水量50m3/h，整個(gè)地塊分為52個(gè)灌溉小區(qū)，每小區(qū)灌溉面積為0.17hm2，微噴帶間距為2.4m；地表滴灌區(qū)位于武清園區(qū)西南角地塊，占地面積9.3hm2，種植作物為玉米-小麥輪作。本地塊與微噴帶灌溉區(qū)共用機(jī)井及首部過(guò)濾系統(tǒng)。整個(gè)地塊分為17個(gè)灌溉小區(qū)，每小區(qū)灌溉面積為0.55 hm2，滴灌帶間距為0.6m。小管出流灌溉區(qū)主要位于武清園區(qū)東北角地塊，占地面積8.4hm2，種植作物為園林苗木。本地塊有機(jī)井1口，出水量50m3/h。整個(gè)地塊分為14個(gè)灌溉小區(qū)，每個(gè)灌溉小區(qū)有3個(gè)閥門，滴灌管間距為1m。2015～2016年度試驗(yàn)區(qū)域控制面積48hm2，分別為大田作物固定噴灌、滴灌、微噴灌溉區(qū)和溫室櫻桃、溫室番茄區(qū)，其中種植小麥、玉米一茬、冬春茬番茄一茬、采收櫻桃一茬。按照本項(xiàng)目示范區(qū)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)，在物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)條件下的年運(yùn)行收如估算見(jiàn)表，在適宜水肥條件下試驗(yàn)控制區(qū)可實(shí)現(xiàn)年收入727.11萬(wàn)元。

2 武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化取得的成果

武清園區(qū)的設(shè)計(jì)搭建了我國(guó)第一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)示范平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了與天津市農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的對(duì)接。其中的通訊采用了本地兩線解碼器的有線控制系統(tǒng)，通過(guò)3G網(wǎng)絡(luò)上傳至云端服務(wù)器，能夠?qū)崿F(xiàn)與生產(chǎn)密切相關(guān)各種傳感器集成應(yīng)用與數(shù)據(jù)的采集；建設(shè)了“天津市物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)示范園”，建立了大田作物、設(shè)施蔬菜和設(shè)施果樹的多種節(jié)水灌溉方式和集中智能施肥物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)模式。園區(qū)初步分析了不同作物物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)模式投入運(yùn)行成本和應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)了土壤、作物、灌溉、施肥的物聯(lián)網(wǎng)智能化管理。[1]

在成本控制方面，武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化按照主要設(shè)備、軟件按10a折舊、節(jié)水灌溉設(shè)施按3a折舊計(jì)算。根據(jù)本項(xiàng)目示范區(qū)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)，預(yù)計(jì)5a項(xiàng)目運(yùn)行總成本為389.61萬(wàn)元，年均運(yùn)行成本為77.92萬(wàn)元/年。

在農(nóng)作物生產(chǎn)方面，武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化結(jié)合春玉米和夏玉米的生產(chǎn)，制定了玉米物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)規(guī)程，展示了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與種植業(yè)水肥一體化技術(shù)的集成高水平樣板，建立了水肥資源高效利用、智能管理、節(jié)省人工的技術(shù)模式。結(jié)合土壤水分監(jiān)測(cè)工作，制定了移動(dòng)土壤墑情原位通體測(cè)量技術(shù)方法規(guī)程，其中玉米物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)規(guī)程適用于配備物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化系統(tǒng)的大田玉米，包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、玉米栽培模式、大田地塊的選擇、灌溉管理、施肥管理、配套栽培措施和物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化系統(tǒng)的常規(guī)操作等部分。

在數(shù)據(jù)管理方面，建立了通用標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)適用于土壤墑情原位通體測(cè)量，包括范圍、規(guī)范性引用文件、術(shù)語(yǔ)和定義、土壤墑情原位通體測(cè)量產(chǎn)品配置與功能、土壤墑情原位通體測(cè)量的技術(shù)要點(diǎn)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔糠?。?biāo)準(zhǔn)規(guī)定了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的土壤墑情原位通體測(cè)量技術(shù)規(guī)范，包括：土壤墑情原位通體測(cè)量產(chǎn)品配置與功能；土壤墑情原位通體測(cè)量的技術(shù)要點(diǎn)；墑情數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議與格式，具體規(guī)范了信息采集端傳感器的類型、數(shù)量和具體分布位點(diǎn)；計(jì)算機(jī)控制端的基本配置；執(zhí)行端各灌溉設(shè)施的硬件配置，包括水泵、電磁閥等灌溉設(shè)備；玉米物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化系統(tǒng)中各灌溉施肥設(shè)施的參數(shù)設(shè)置及灌溉施肥操作。[2]

3 武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化存在的問(wèn)題及對(duì)策

武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化存在的問(wèn)題主要包括主觀因素和客觀因素2方面，主觀上應(yīng)用的觀念意識(shí)改變難，物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)作為全新的技術(shù)集成模式，相比傳統(tǒng)種植技術(shù)模式轉(zhuǎn)變大，在應(yīng)用過(guò)程中，與傳統(tǒng)技術(shù)配套融合性差；示范戶傳統(tǒng)慣性思維難以短時(shí)間改變，對(duì)技術(shù)實(shí)施形成很大困難。選擇的示范園區(qū)不多，由于技術(shù)示范對(duì)園區(qū)的基礎(chǔ)條件、人才和管理水平都有較高要求，因此在項(xiàng)目實(shí)施之初示范地點(diǎn)選擇難度較大。

“專家系統(tǒng)”不夠細(xì)致準(zhǔn)確。接入的感知數(shù)據(jù)不能得到最為有效地回饋，其最大的原因就在于各類農(nóng)作物種類繁雜，同時(shí)農(nóng)作物生長(zhǎng)所依托的因素過(guò)于復(fù)雜，加之常常會(huì)涉及到天氣等多變因素，造成很難做出準(zhǔn)確實(shí)用的農(nóng)作物生長(zhǎng)條件模型[3]?？陀^上而言，時(shí)間進(jìn)展導(dǎo)致技術(shù)集成度高，綜合性強(qiáng)，項(xiàng)目實(shí)施要求較高，過(guò)程相對(duì)較長(zhǎng)；集成了物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)，涉及內(nèi)容較多，技術(shù)集成度高，綜合性強(qiáng)。領(lǐng)導(dǎo)、社會(huì)關(guān)注度高，期望高，技術(shù)人員面臨的壓力大。由于物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)示范，領(lǐng)導(dǎo)和社會(huì)關(guān)注度高，對(duì)項(xiàng)目結(jié)果期望高，因此，農(nóng)業(yè)技術(shù)人員形成了較大壓力?？蛇x擇的示范園區(qū)不多。由于技術(shù)示范對(duì)園區(qū)的基礎(chǔ)條件、人才和管理水平都有較高要求，因此在項(xiàng)目實(shí)施之初示范地點(diǎn)選擇難度較大。案例少，項(xiàng)目創(chuàng)新性強(qiáng)，物聯(lián)網(wǎng)盡管在各行各業(yè)進(jìn)行著試驗(yàn)和示范，但是與水肥一體化技術(shù)結(jié)合，與農(nóng)作物種植和管理結(jié)合并實(shí)行人工智能自動(dòng)控制結(jié)合的實(shí)例少，可借鑒參考的案例很少。

針對(duì)上述問(wèn)題，武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化應(yīng)當(dāng)增加項(xiàng)目執(zhí)行時(shí)間和持續(xù)支持資金，項(xiàng)目建設(shè)投資大，時(shí)間長(zhǎng)，效益顯現(xiàn)周期長(zhǎng)，一年項(xiàng)目很難使技術(shù)內(nèi)容進(jìn)一步熟化和深化，各種技術(shù)模式效果需要進(jìn)行較長(zhǎng)的比較，物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目中的農(nóng)作物生長(zhǎng)條件模型、相關(guān)試驗(yàn)示范及大量數(shù)據(jù)的積累和分析需要持續(xù)性進(jìn)行，所以還需要進(jìn)行持續(xù)資金支持；加大應(yīng)用技術(shù)人才培訓(xùn)。技術(shù)模式新、集成度高、綜合性強(qiáng)、人才需求高、示范戶接受慢，思想觀念、技術(shù)環(huán)節(jié)都需要逐步掌握認(rèn)識(shí)，執(zhí)行過(guò)程中要注重綜合性技術(shù)性人才培養(yǎng)，并加大宣傳培訓(xùn)力度；加強(qiáng)效益分析，項(xiàng)目效益高、節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)省人工，利于生態(tài)環(huán)境保護(hù)、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和提高土地產(chǎn)出率，是實(shí)現(xiàn)化肥零增長(zhǎng)的有效模式，可進(jìn)一步加大示范和推廣力度。

4 小結(jié)

武清園區(qū)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化園區(qū)作為我國(guó)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)示范基地近年來(lái)取得了喜人的成績(jī)，也為我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到當(dāng)前存在的問(wèn)題，積極采取富有針對(duì)性的措施推動(dòng)我國(guó)大田物聯(lián)網(wǎng)水肥一體化技術(shù)深入發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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