“互聯(lián)網(wǎng)+”煙田養(yǎng)分精準管理平臺的構(gòu)建與應(yīng)用

李喜旺 陽國發(fā) 賓俊

摘要? ? 由于傳統(tǒng)煙葉生產(chǎn)的粗放性，很難對田間施肥實行精準控制。探討“互聯(lián)網(wǎng)+”煙葉田間養(yǎng)分精準管理，就是通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，收集、分析每塊土地的養(yǎng)分背景值、種植年限、種植品種等歷史數(shù)據(jù)與關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建田間養(yǎng)分走勢與規(guī)律模型，按地塊建立土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對養(yǎng)分的精準測算并調(diào)配出針對性的配方肥料，從而實現(xiàn)精準施肥。應(yīng)用效益表明基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的煙田養(yǎng)分精準管理平臺能有效減少農(nóng)戶施肥時間、減少肥料用量、提高肥料的利用率、提高煙農(nóng)收益。

關(guān)鍵詞? ? 煙葉生產(chǎn);“互聯(lián)網(wǎng)+”;田間養(yǎng)分;精準施肥

中圖分類號? ? S527.061? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）12-0254-02

肥料是農(nóng)作物的“糧食”，肥料施用不合理會增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、浪費資源，也造成耕地板結(jié)、土壤酸化。測土配方施肥法如同“按方抓藥”，對促進化肥減量增效有十分重要的作用。而傳統(tǒng)配肥采用大配方方法，數(shù)據(jù)相對粗放，精準用肥難以實現(xiàn)，其關(guān)鍵在于難以實時實地掌握每塊土地的養(yǎng)分背景值[1-2]。為了對煙區(qū)實施定位、定量的田間養(yǎng)分管理，有研究利用GPS技術(shù)定位取樣結(jié)合GIS技術(shù)進行土壤養(yǎng)分分析和管理[3-5]。盡管上述研究能在一定程度上給煙農(nóng)推薦合適的施肥配方，但是也存在大量計算過程，每年度都要重新取樣測量、煙農(nóng)無法單獨完成。因此，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)搭建的煙田養(yǎng)分精準管理系統(tǒng)，能夠?qū)⒚繅K土地的養(yǎng)分值提前輸入平臺，按地塊建立土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)庫，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過對歷史數(shù)據(jù)的收集與關(guān)聯(lián)性分析，可以掌握其中的走勢與規(guī)律，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建計算模型，實現(xiàn)精準測算。在施肥時，通過定位技術(shù)獲取每塊土地的養(yǎng)分狀況，平臺根據(jù)模型智能測算并調(diào)配出針對性配方肥料，從而實現(xiàn)精準施肥[6-8]。

1? ? 傳統(tǒng)煙田養(yǎng)分管理及存在的問題

眾所周知，農(nóng)田養(yǎng)分的區(qū)域差異很大，這種差異在山區(qū)體現(xiàn)得尤為明顯。但由于缺少不同區(qū)域煙田土壤養(yǎng)分的背景值，長期以來，農(nóng)民都以平均養(yǎng)分為參考值，實施粗放性施肥，這種養(yǎng)分管理的方式存在在以下問題。一是配方粗放、肥料利用率不高。由于沒有完全掌握不同地塊的土壤養(yǎng)分背景值，以致于無法設(shè)計精準肥料配方，不能針對不同地塊養(yǎng)分實現(xiàn)施肥量差異化調(diào)整，對作物營養(yǎng)均衡不利。二是以人工施肥為主、費工費時。由于缺乏與施肥機械結(jié)合的科學決策和精準施肥技術(shù)平臺，無法大量實施與地形地貌條件相結(jié)合的機械化施肥，且缺少智能手段計算、調(diào)控施肥量。

2? ? 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的煙田養(yǎng)分精準管理模式

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的煙田養(yǎng)分精準管理平臺，就是通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，收集、分析每塊土地的背景養(yǎng)分值、種植年限、種植品種、煙農(nóng)施肥行為等歷史數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，掌握其中的走勢與規(guī)律，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建計算模型，實現(xiàn)對田間養(yǎng)分的精準測算，根據(jù)測算結(jié)果推薦最適宜的施肥配方。

2.1? ? 模塊設(shè)計

通過對大量農(nóng)戶進行調(diào)查，分析不同種植條件下煙農(nóng)施肥行為和心理，結(jié)合貴州典型山區(qū)煙草行業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)規(guī)模，構(gòu)建在分散經(jīng)營與適度規(guī)模條件下的煙葉生產(chǎn)精準施肥技術(shù)平臺，模塊設(shè)計如下。

2.1.1? ? 分散經(jīng)營條件下的精準施肥技術(shù)平臺。分散經(jīng)營條件下，即連片種植規(guī)模<13.3 hm2、片區(qū)內(nèi)農(nóng)戶較多，可采用依托智能手機或智能PDA的煙草施肥APP，平臺包括施肥技術(shù)信息庫（煙草生育周期與養(yǎng)分吸收曲線模型、煙草適生性評價參數(shù)及模型、煙草養(yǎng)分需求參數(shù)及模型、施肥方案、施肥方法、推薦施肥卡參數(shù)），信息數(shù)據(jù)庫（土壤、栽培管理和生態(tài)條件等方面信息采集并建立數(shù)據(jù)庫），施肥技術(shù)決策和基于WebGIS的網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布等模塊和功能，可以實時了解地塊的土壤養(yǎng)分狀況并對施肥過程進行指導，技術(shù)路線見圖1。

2.1.2? ? 適度規(guī)模條件下的精準施肥技術(shù)平臺。適度規(guī)模條件下，即連片種植規(guī)模>200 hm2，可采用基于處方的變量施肥機施肥，具體包含2個執(zhí)行模塊：施肥處方生成模塊和施肥處方執(zhí)行模塊。施肥處方生成模塊通過獲取GPS位置信息，從后臺調(diào)用土壤養(yǎng)分數(shù)據(jù)，依據(jù)施肥模型生成肥料用量;施肥處方執(zhí)行模塊實現(xiàn)與作物需求同步的精確肥料投入，矯正排肥量偏差，實現(xiàn)變量施肥與土壤空間變異同步的精確施肥。適度規(guī)模條件下的施肥平臺技術(shù)路線見圖2。

2.2? ? 運作流程

針對分散經(jīng)營條件下的貴州典型煙區(qū)農(nóng)村條件，采用精準養(yǎng)分管理手持APP終端，將煙草施肥各管理單元、各管理環(huán)節(jié)及具體管理措施等信息傳遞給農(nóng)民，提供施肥決策服務(wù)，指導農(nóng)戶開展精準施肥。其具體操作流程如下：用戶依據(jù)配發(fā)的手持APP，一是啟動軟件，在即將準備施肥作業(yè)的田塊打開手持終端、啟動APP;二是點選施肥區(qū)域，依據(jù)后臺已采集好的施肥區(qū)域信息點選施肥區(qū)域，便于開展針對性施肥操作;三是肥料參數(shù)設(shè)置，針對所在的施肥區(qū)域進行參數(shù)設(shè)置，科學合理地設(shè)置好肥料參數(shù)，便于精準肥料投入;四是施肥配方調(diào)整，用戶依據(jù)所選肥料類型在用戶端修改肥料名稱，系統(tǒng)便實時展示其肥料各養(yǎng)分含量情況，以對施肥配方進行調(diào)整;五是新建分級，繼續(xù)點選新建分級，依據(jù)平臺的施肥技術(shù)信息庫中煙草養(yǎng)分需求參數(shù)及模型等功能，生成推薦分級，便于肥料精準投入;六是推薦施肥方案，用戶按照操作流程完成以上步驟后，即整合了參數(shù)獲取、決策平臺和管理技術(shù)，集成了煙區(qū)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫與煙草施肥專家模型庫，從而生成推薦施肥方案，并直觀地推薦給用戶。

針對適度規(guī)模經(jīng)營條件下的煙地，采用配套研發(fā)的煙草精準施肥機實現(xiàn)施肥決策與服務(wù)的一體化。具體操作流程如下：用戶采用基于處方的變量施肥機施肥，一是啟動控制器，用戶將電源開關(guān)打開后，控制器加電，施肥指示燈亮起，精準施肥控制系統(tǒng)啟動，在此同時用戶需檢查電池電量、定位模式、GPS狀態(tài)及電機狀態(tài)顯示等，以確保正常;二是加載施肥控制文件，將存有施肥控制文件的移動存儲設(shè)備插入USB接口，平臺系統(tǒng)將載入地圖和數(shù)據(jù)，GPS便自動搜索信號，定位當前位置;三是施肥，用戶點選啟動/暫停鍵，此時施肥指示燈滅掉表示開始施肥的狀態(tài);四是施肥結(jié)束，用戶點選啟動/暫停鍵，此時施肥指示燈亮起表示處于停止施肥的狀態(tài);五是退出精準施肥控制系統(tǒng)，點選后退鍵（或菜單鍵，選擇退出），確定退出精準施肥控制系統(tǒng);六是關(guān)閉控制器，用戶將電源開關(guān)撥到關(guān)閉位置，將控制器關(guān)閉，精準變量施肥即結(jié)束。

2.3? ? 優(yōu)化效果

2015—2017年基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的煙田養(yǎng)分精準管理平臺累計推廣面積11.4萬hm2，取得了比較顯著的經(jīng)濟社會效益。

平臺應(yīng)用后，在精準決策施肥和服務(wù)一體化方面，施肥減少了公頃平均用工，使用研發(fā)的配套精準施肥機平均可節(jié)約用工22.5個/hm2。

比較精準配方與傳統(tǒng)配方施肥結(jié)果可知，應(yīng)用精準施肥管理平臺推薦施肥配方的肥料價格平均節(jié)約222元/t，減少肥料投入成本9.51%，平均至少可少投入肥料40.5 kg/hm2。

促進煙株營養(yǎng)平衡，提高煙葉田間整齊度，改善煙葉化學成分均勻性，提高煙葉質(zhì)量。以遵義縣鴨溪示范點為例（表1），與農(nóng)戶習慣施肥模式相比，精準配方施肥可增加株高、莖圍、中部最大葉面積和頂葉面積，株高也略有增加。

該平臺有效減少了肥料投入費用，按2015—2017年平均3.3元/kg基肥計，3年累計節(jié)約肥料投入1 523.52萬元（表2）。

3? ? 結(jié)語

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)搭建的煙田養(yǎng)分精準管理系統(tǒng)，通過對煙田歷史數(shù)據(jù)的收集與關(guān)聯(lián)性分析，構(gòu)建了田間養(yǎng)分變化規(guī)律模型，實現(xiàn)對土壤肥力的精準測算，推薦最佳的施肥配方。通過田間示范，應(yīng)用煙田養(yǎng)分精準管理系統(tǒng)能夠減少農(nóng)戶施肥時間、減少肥料用量、提高肥料的利用率、改善農(nóng)田水污染風險，有良好的生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益，符合國家生態(tài)環(huán)境改善要求，具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展空間。

4? ? 參考文獻

[1] 夏海乾，孟琳，石俊雄，等.精準施肥技術(shù)在煙草上的應(yīng)用[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2011，24（6）：2263-2269.

[2] 蔣衛(wèi)，馮婭，霍沁建.精準施肥技術(shù)在遵義縣煙草上的應(yīng)用研究[J].耕作與栽培，2011（3）：12-13.

[3] 王強，馬友華，胡宏祥，等.基于GIS與GPS的中國農(nóng)村精準施肥的方法研究[J].中國農(nóng)學通報，2006，22（7）：524-529.

[4] 陳勝利，喬紅波，王紅旗，等.基于GIS和GPS的煙田養(yǎng)分管理[J].煙草科技，2007（2）：58-62.

[5] 張鑫.基于GIS的煙田養(yǎng)分管理與施肥推薦系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)[D].南昌：江西農(nóng)業(yè)大學，2013.

[6] 何山，孫媛媛，沈掌泉，等.大數(shù)據(jù)時代精準施肥模式實現(xiàn)路徑及其技術(shù)和方法研究展望[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2017，23（6）：1514-1524.

[7] 徐友偉，尼瑪扎西，劉國一，等.精準施肥專家數(shù)據(jù)庫咨詢系統(tǒng)構(gòu)建初探[J].西藏農(nóng)業(yè)科技，2009，31（3）：31-36.

[8] 樊艷英，張自敏，陳冠萍，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的精準農(nóng)業(yè)玉米長勢監(jiān)測分析系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機化研究，2018，40（8）：223-227.