重慶山地柑桔智慧無(wú)人融合生態(tài)田園模式研究

文/孔文斌,熊 偉,馮 洋,郭 鳳,熊棣文,張益佳

【導(dǎo)讀】重慶利用山地柑桔果園生態(tài)系統(tǒng)消納養(yǎng)殖污物、滯留泥沙、削減氮磷，改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，并通過(guò)全程機(jī)械化和機(jī)械智能化，提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，也為類似地區(qū)特色農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供了借鑒。

重慶是集大城市、大農(nóng)村、大山區(qū)、大庫(kù)區(qū)和集中連片貧困區(qū)于一體的特殊區(qū)域，常住人口3 124 萬(wàn)人，對(duì)糧食、肉蛋奶和果蔬等農(nóng)副產(chǎn)品需求巨大，城市保供、農(nóng)民增收任務(wù)重大，鞏固脫貧攻堅(jiān)任務(wù)依然不輕[1]。同時(shí)，重慶還是長(zhǎng)江上游的綠色生態(tài)屏障，國(guó)家長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展戰(zhàn)略的核心區(qū)域，土地高負(fù)荷利用，是典型的生態(tài)脆弱區(qū)[2]。既要實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興和鞏固脫貧攻堅(jiān)成果，讓三峽移民穩(wěn)得住、能致富，還要保護(hù)好三峽兩岸青山、一江碧水，筑牢長(zhǎng)江上游重要生態(tài)屏障，在推進(jìn)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展中發(fā)揮示范作用，只能共抓大保護(hù)、不能大開發(fā)[3]。因此，需要因地制宜強(qiáng)化農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展示范工作，管住源頭、調(diào)優(yōu)結(jié)構(gòu)，提升科技創(chuàng)新對(duì)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的貢獻(xiàn)度，構(gòu)建以產(chǎn)業(yè)生態(tài)化和生態(tài)產(chǎn)業(yè)化為主體的特色農(nóng)業(yè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)體系。

柑桔是重慶“最大搖錢樹”[4]，生長(zhǎng)的最佳適宜區(qū)。山上栽桔樹、山下種水稻，既保障三峽庫(kù)區(qū)糧食安全，又契合特色經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境、脫貧攻堅(jiān)和移民安穩(wěn)致富目標(biāo)，是踐行“兩山戰(zhàn)略”、落實(shí)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶綠色發(fā)展的必然選擇。

一、柑桔栽培情況

長(zhǎng)江流域地區(qū)是世界柑桔發(fā)源地之一，有近4 000 年的種植歷史。目前，重慶云陽(yáng)縣建有桔官堂，萬(wàn)州區(qū)沿江尚存延綿百里的千年古紅桔樹，是三峽工程淹沒后，唯一原址、原位、原品種、原生態(tài)保存的歷史名果，屈原贊譽(yù)的“后皇嘉樹”[5]。

重慶是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃的長(zhǎng)江上中游柑桔優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)帶的核心區(qū)，受三峽大水體保護(hù)和四川盆地周邊高山阻隔，冬無(wú)凍害、夏無(wú)酷暑，沒有柑桔黃龍病，基本無(wú)潰瘍病等毀滅性病害，自然環(huán)境得天獨(dú)厚，是柑桔生長(zhǎng)的最適宜區(qū)。至2020 年，全市柑桔面積24.8 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量358萬(wàn)t，規(guī)模位居全國(guó)第五位；建成了世界最大的柑桔無(wú)病毒種苗繁育體系、亞洲最大的橙汁加工基地和全國(guó)唯一的柑桔非疫區(qū)，攻克了晚熟柑桔冬季落果和果實(shí)枯水技術(shù)難題[6-7]，成為北半球唯一適宜全部柑桔類果樹生長(zhǎng)，一年四季鮮果供應(yīng)，無(wú)柑桔黃龍病、潰瘍病等毀滅性疫病的柑桔優(yōu)勢(shì)區(qū)域；農(nóng)藥施用量減少，農(nóng)殘抽檢長(zhǎng)期保持100%合格；豐富的品種資源、得天獨(dú)厚的氣候環(huán)境和質(zhì)量安全保障條件，蘊(yùn)育了汁多味濃、細(xì)嫩化渣、鮮甜可口、質(zhì)量安全的三峽柑桔。

二、三峽庫(kù)區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染產(chǎn)排規(guī)律

通過(guò)重慶涪陵區(qū)王家溝[8]、巫山縣大昌湖[2]、長(zhǎng)壽區(qū)長(zhǎng)壽湖[9]等典型試驗(yàn)區(qū)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，研究三峽庫(kù)區(qū)面源污染的來(lái)源、主要形態(tài)、產(chǎn)生途徑、控制方法及農(nóng)業(yè)阻控模式及效果。表明庫(kù)區(qū)面源污染的主要來(lái)源是水土流失、畜禽糞污、施肥和大氣沉降，主要產(chǎn)生途徑是徑流和泥沙流失，主要形態(tài)是硝態(tài)氮和顆粒態(tài)磷。其中：水土流失，庫(kù)區(qū)地貌主要為丘陵山地，土壤以抗蝕性差的紫色土為主，占總面積的78%，年均土壤侵蝕模數(shù)3 500 t 以上[10-11]。畜禽糞污，庫(kù)區(qū)常年出欄豬當(dāng)量1 500 萬(wàn)～2 100 萬(wàn)頭左右，畜禽糞污約1 億t?；适┯?，2010 年庫(kù)區(qū)化肥（純量）750 kg/hm2，高出全國(guó)平均用量（400 kg/hm2）的87.5%[12]。大氣沉降，氮主要是濕沉降，庫(kù)區(qū)沉降量為35～40 kg/hm2，處于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)35～55 kg/hm2的臨界負(fù)荷，有利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[13]。通過(guò)巫山大寧河大昌段柑桔/牧草生態(tài)系統(tǒng)和長(zhǎng)壽湖區(qū)柑桔沼畜循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)雨水徑流中氮磷營(yíng)養(yǎng)的監(jiān)測(cè)，證實(shí)面源污染的主要形態(tài)是硝態(tài)氮和顆粒態(tài)磷[9]。

采用模擬實(shí)驗(yàn)、野外監(jiān)測(cè)和核素示蹤法，研究坡地泥沙及地表氮磷流失特征[14]，證實(shí)每平方公里坡面中部的年最大侵蝕量為37 601 t，平均為2 264.8 t，是坡面頂部400.8 t 的5.65 倍，為水土流失控制的重點(diǎn)區(qū)域；坡面下部和消落區(qū)流失減弱和發(fā)生沉積，是建設(shè)生態(tài)緩沖區(qū)，阻控泥沙、削減氮磷的重要區(qū)域。

三、山地柑桔智慧無(wú)人融合生態(tài)田園模式

建設(shè)思路。當(dāng)前農(nóng)業(yè)面臨資源環(huán)境約束趨緊、農(nóng)村勞力緊缺兩大挑戰(zhàn)。柑桔屬于勞動(dòng)密集型農(nóng)業(yè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展和綠色生產(chǎn)遭遇勞動(dòng)力緊缺制約，需要依靠智慧賦能和智能作業(yè)裝備，緩解和替代勞力緊缺，通過(guò)科技創(chuàng)新，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。按照丘陵山地農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展要求，以柑桔產(chǎn)業(yè)為主，宜機(jī)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)為抓手，統(tǒng)籌樹上樹下、旱地稻田和種植養(yǎng)殖業(yè)，結(jié)合農(nóng)業(yè)面源污染控制，推廣化肥農(nóng)藥雙減、病蟲害綠色防控、柑桔營(yíng)養(yǎng)診斷控氮減磷、果園“天地一體”無(wú)人作業(yè)等技術(shù)及裝備，集成“柑桔/牧草”“柑桔沼畜”循環(huán)、樹盤秸稈覆蓋行間綠肥飼料免耕栽培、智能無(wú)人農(nóng)業(yè)等智慧生態(tài)種養(yǎng)技術(shù)，建立山地柑桔智慧無(wú)人融合生態(tài)田園模式示范基地，整村打造一批柑桔生態(tài)田園（見圖1）。實(shí)現(xiàn)機(jī)器替代人力和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)阻控、農(nóng)藝措施削減、農(nóng)產(chǎn)品消納面源污染，保護(hù)三峽兩岸青山、一江碧水，解決誰(shuí)來(lái)種、如何種和生態(tài)綠色種養(yǎng)問題。

幾種典型阻控技術(shù)模式效果。通過(guò)巫山、長(zhǎng)壽、涪陵等典型示范基地，對(duì)柑桔/牧草、玉米/榨菜、水稻/榨菜、桑園等不同種植模式氮磷排放監(jiān)測(cè)，玉米/榨菜模式平均總氮濃度為26.58 mg/L，分別是桑園、柑桔/牧草、水稻/榨菜的1.61、4.9和6.73 倍，表明水田生態(tài)系統(tǒng)和旱地柑桔/牧草生態(tài)系統(tǒng)的阻控效果較好[16]。旱地柑桔/牧草與水田生態(tài)系統(tǒng)融合，對(duì)面源污染阻控的效果更佳。

圖1 “柑桔/飼料綠肥水稻”生態(tài)田園示意

山地全程無(wú)人作業(yè)技術(shù)及裝備試驗(yàn)。當(dāng)前，我國(guó)山地農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械化、智能化程度低，主要工作靠人力完成。隨著我國(guó)農(nóng)村勞動(dòng)力大量外出轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)耕作管理勞力嚴(yán)重不足和成本大幅上升，山地柑桔果園全程機(jī)械化和無(wú)人化作業(yè)管理的應(yīng)用空間巨大。但是，目前我國(guó)尚無(wú)成熟的果園全程智能機(jī)械化作業(yè)解決方案，多數(shù)使用旋耕機(jī)、開溝施肥機(jī)、彌霧噴藥機(jī)、除草機(jī)等通用機(jī)器，需要各種不同功能的機(jī)器才能完成作業(yè)，通用性較差；大多數(shù)果園機(jī)械需要人力伴隨行進(jìn)操作或上機(jī)乘坐操控，特別是山地果園行間狹窄、立地陡峭，難以滿足大型農(nóng)業(yè)機(jī)械的基本作業(yè)要求，中小型作業(yè)機(jī)械“解放了牛、套牢了人”，加大了操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度和人身安全隱患，導(dǎo)致我國(guó)山地果園的機(jī)械化應(yīng)用率顯著低于其他作物。近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院重慶研究院與重慶匯田機(jī)械制造有限公司、重慶市農(nóng)技推廣總站合作，研究一種牽引力強(qiáng)、載貨量大、爬坡通過(guò)性能好的通用履帶式無(wú)人駕駛作業(yè)平臺(tái)，可滿足果園施肥、除草、打藥、運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)需求，為山地果園機(jī)器替代人提供技術(shù)和裝備支撐。

四、推進(jìn)建議

加快農(nóng)業(yè)智慧賦能的落地應(yīng)用?！笆濉痹谑修r(nóng)業(yè)農(nóng)村委、市科技局支持下，依托中科院重慶研究院攻克山地農(nóng)業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)，建立肥水一體、無(wú)人機(jī)、無(wú)人拖拉機(jī)為主，“天地一體”無(wú)人作業(yè)技術(shù)工藝，實(shí)現(xiàn)柑桔從種子、樹、果到橙汁全程數(shù)字化和溯源可視化。建議“十四五”把山地智慧農(nóng)業(yè)納入科技重大項(xiàng)目，以柑桔為突破，選擇有條件區(qū)縣集中資源、疊加政策，先行先試，推動(dòng)全市智慧農(nóng)業(yè)的大規(guī)模應(yīng)用和農(nóng)業(yè)機(jī)器人重慶造，打造世界山地智慧農(nóng)業(yè)創(chuàng)新高地，全面解決誰(shuí)來(lái)種地問題。

統(tǒng)籌農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展。根據(jù)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的更高要求，結(jié)合重慶山地農(nóng)業(yè)實(shí)際，建議統(tǒng)籌推進(jìn)集糧食、果品、飼料等重要農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)和種養(yǎng)循環(huán)于一體的“果園+牧草+稻田”生態(tài)田園模式，山上綠色銀行、山下水稻糧倉(cāng)。在保障口糧、肉蛋奶和果蔬等食物生產(chǎn)的同時(shí)，大規(guī)模消納畜禽糞污和秸稈，實(shí)現(xiàn)水土保持、生態(tài)環(huán)境、水源涵養(yǎng)、大氣凈化和化肥替代等綜合功能，解決如何種地問題。