智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在達(dá)州市達(dá)川區(qū)蔬菜種植中的應(yīng)用

徐東 徐一 郭小文

1.四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展推廣中心，四川成都

2.四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究設(shè)計(jì)院，四川成都

3.達(dá)州市達(dá)川區(qū)植保植檢站，四川達(dá)州

達(dá)州市達(dá)川區(qū)是全國(guó)580個(gè)蔬菜產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)縣之一和四川45個(gè)蔬菜生產(chǎn)重點(diǎn)縣（區(qū)）之一，蔬菜是該區(qū)農(nóng)業(yè)重要的支柱產(chǎn)業(yè)。2020 年，全區(qū)蔬菜播種面積約1.45 萬(wàn)hm2，產(chǎn)量48.9萬(wàn)t。近年來(lái)，達(dá)川區(qū)蔬菜種植受洪澇、冷凍等自然災(zāi)害，以及農(nóng)村青壯年勞動(dòng)力緊缺等因素影響，出現(xiàn)本地蔬菜供給和農(nóng)民、家庭農(nóng)場(chǎng)、專(zhuān)業(yè)合作社收入不穩(wěn)定現(xiàn)象，農(nóng)民增收難度變大。大力發(fā)展設(shè)施蔬菜種植，引入基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，既能穩(wěn)定蔬菜供給，又能有效解決當(dāng)前蔬菜種植過(guò)程中資源浪費(fèi)、產(chǎn)出率低、勞力不足等難題，積極推動(dòng)了產(chǎn)出高效、產(chǎn)品安全、資源節(jié)約、環(huán)境友好的達(dá)川區(qū)現(xiàn)代蔬菜產(chǎn)業(yè)高質(zhì)高效發(fā)展，更加夯實(shí)了達(dá)川區(qū)蔬菜產(chǎn)業(yè)在全國(guó)和四川的基礎(chǔ)地位。

1 智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在蔬菜育苗中的應(yīng)用

1.1 智能管理平臺(tái)

構(gòu)建蔬菜育苗智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)主要是利用土壤溫度水分傳感器、土壤墑情傳感器、pH 傳感器和光照度傳感器等建立智能管理平臺(tái)，對(duì)育苗設(shè)施大棚中的水分、空氣、土壤等蔬菜種植的環(huán)境條件進(jìn)行分析和監(jiān)控，及時(shí)了解溫濕度等環(huán)境變化，確保蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育正常。

1）設(shè)施大棚內(nèi)外安裝溫濕度傳感器、光照傳感等控制設(shè)備，通過(guò)智能管理平臺(tái)對(duì)設(shè)施大棚內(nèi)的環(huán)境氣候，如溫度、濕度、光照、CO2等和灌溉施肥進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以達(dá)到蔬菜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育需要。

2）根據(jù)不同蔬菜幼苗生長(zhǎng)習(xí)性，通過(guò)傳感器采集光照度、土壤溫度和濕度、空氣溫濕度、二氧化碳等數(shù)據(jù)，通過(guò)智能管理平臺(tái)進(jìn)行監(jiān)控，提供適合蔬菜育苗的環(huán)境條件。

3）根據(jù)傳感器采集的光照度數(shù)據(jù)，當(dāng)光照不足、CO2濃度滿(mǎn)足光合作用要求時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟補(bǔ)光燈。夏天光照太多時(shí)，自動(dòng)開(kāi)啟遮陽(yáng)網(wǎng)覆蓋。

4）通過(guò)環(huán)境監(jiān)測(cè)云平臺(tái)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在大棚顯示屏上，實(shí)時(shí)記錄幼苗出芽生長(zhǎng)全過(guò)程，預(yù)警病情、蟲(chóng)情、苗情等。

1.2 育苗時(shí)傳感器的應(yīng)用

1）育苗期溫度管理。溫度應(yīng)控制在適宜水平，過(guò)高或過(guò)低都不利于育苗。溫度過(guò)高時(shí)容易產(chǎn)生徒長(zhǎng)苗；溫度過(guò)低時(shí)幼苗生長(zhǎng)慢，容易出現(xiàn)弱苗、小老苗，因此，需要使用土壤溫度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)溫度。

2）水分管理。播種以后要澆透水，以穴盤(pán)底孔向外滲水為準(zhǔn)。使用土壤墑情傳感器隨時(shí)監(jiān)測(cè)蔬菜幼苗生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的土壤墑情，根據(jù)土壤實(shí)時(shí)情況補(bǔ)水，出苗后應(yīng)注意適量澆水，不可過(guò)量。

3）光照管理。在冬季和春季育苗時(shí)，光照條件較差，偶爾出現(xiàn)連陰天，需要使用光照度傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)光照度，當(dāng)光照度條件不足時(shí)，開(kāi)啟補(bǔ)光系統(tǒng)，人工補(bǔ)光，確保幼苗發(fā)育所需光照。

4）施肥管理。穴盤(pán)育苗時(shí)，單株菜苗基質(zhì)量少、營(yíng)養(yǎng)面積小，容易營(yíng)養(yǎng)不良。采用土壤電導(dǎo)率傳感器，可以采集土壤電導(dǎo)率環(huán)境，在電導(dǎo)率數(shù)值過(guò)低時(shí)，可以采用噴施葉面肥，或在基質(zhì)中添加復(fù)合肥，或者在基質(zhì)中添加充分腐熟的廄肥補(bǔ)充土壤氮磷鉀等元素。

5）病蟲(chóng)害管理。除上述四種環(huán)境因素需要調(diào)控外，春季蔬菜育苗期病蟲(chóng)害防治還應(yīng)注意防治灰霉病、立枯病、猝倒病等病害。

蔬菜育苗過(guò)程采用智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行管理和監(jiān)控，能有效構(gòu)建和完善育苗平臺(tái)，還能打破蔬菜上市時(shí)間和產(chǎn)地的限制，實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰上市、異地上市，促進(jìn)達(dá)州市達(dá)川區(qū)蔬菜產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)新業(yè)態(tài)發(fā)展。

2 智能水肥一體化灌溉系統(tǒng)在蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用

達(dá)州市達(dá)川區(qū)雙廟鎮(zhèn)、大堰鎮(zhèn)等蔬菜種植經(jīng)營(yíng)主體在種植基地廣泛應(yīng)用基于農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的農(nóng)田水肥一體化智能灌溉系統(tǒng)。他們根據(jù)各類(lèi)蔬菜對(duì)水、肥、光照需求的規(guī)律，土壤溫濕度等環(huán)境及有機(jī)質(zhì)、維生素等養(yǎng)分含量狀況，采用智能水肥一體化灌溉系統(tǒng)，自動(dòng)對(duì)水肥進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)配和供給，在提高灌溉用水效率的同時(shí)又實(shí)現(xiàn)了對(duì)灌溉、施肥的定時(shí)、定量控制，不僅節(jié)水節(jié)肥節(jié)電，并且還減少了勞動(dòng)力的投入，降低了人工成本，提高了農(nóng)業(yè)用水綜合效益。

2.1 系統(tǒng)原理

水肥一體化技術(shù)將施肥與灌溉融為一體，借助壓力系統(tǒng)或自然地形地勢(shì)落差，根據(jù)土壤養(yǎng)分含量與作物對(duì)肥料的需求規(guī)律和特點(diǎn)，將肥料配兌成肥液，與灌溉水一起，通過(guò)田間管網(wǎng)系統(tǒng)供肥、供水。相互融合的水肥通過(guò)管道、噴槍、噴頭，均勻、定時(shí)、定量噴灑肥液和灌溉水，使作物生長(zhǎng)的土壤保持適宜的含水量和肥料。

2.2 系統(tǒng)構(gòu)建

智能水肥一體化灌溉系統(tǒng)一般包括水源工程、軟件控制系統(tǒng)、首部樞紐系統(tǒng)、過(guò)濾系統(tǒng)、田間管網(wǎng)系統(tǒng)、田間氣象監(jiān)測(cè)站和土壤墑情監(jiān)測(cè)站等。

1）水源工程。井、渠道、江河、湖泊、水庫(kù)只要其水質(zhì)符合灌溉要求，均可作為灌溉的水源。水源工程主要涉及的控制系統(tǒng)有水泵啟?？刂葡到y(tǒng)，蓄水池水位遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。根據(jù)泵房?jī)?nèi)的水泵、管路等，可靈活設(shè)計(jì)。

2）軟件控制系統(tǒng)。采用無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)技術(shù)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤墑情（溫度、濕度、鹽分等）、小氣候信息、作物長(zhǎng)勢(shì)信息，結(jié)合當(dāng)?shù)刈魑飳?duì)水分的需求情況和灌溉制度，設(shè)置水泵、閥門(mén)自動(dòng)啟閉條件，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

3）首部樞紐系統(tǒng)。首部樞紐系統(tǒng)主要由水泵、流量壓力傳感器、壓力保護(hù)裝置、施肥裝置（水肥一體化系統(tǒng)或水肥一體機(jī)）、過(guò)濾器、和自動(dòng)化控制裝置組成，擔(dān)負(fù)著灌溉系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)、監(jiān)測(cè)和控制，是灌溉系統(tǒng)的控制調(diào)度中心。

4）過(guò)濾系統(tǒng)。必須根據(jù)水源、水質(zhì)、灌水器流道尺寸等精心選擇過(guò)濾設(shè)備。

5）田間管網(wǎng)系統(tǒng)。田間管網(wǎng)系統(tǒng)用于水資源的輸送，由干管、支管和毛管組成。干管通常采用PVC 管，支管采用PE管或PVC管，毛管多采用邊縫迷宮式滴灌帶和內(nèi)鑲式滴灌帶，管徑根據(jù)流量大小配置；大口徑閥門(mén)通常采用鐵件。干管、分干管的端進(jìn)水口設(shè)置閘閥，支管、輔管的進(jìn)水口設(shè)置球閥。田間管網(wǎng)系統(tǒng)將處理過(guò)的水按要求輸送到灌水單元和灌水器，毛管作為微灌系統(tǒng)的末端，在滴灌系統(tǒng)中即為滴灌管；在微噴系統(tǒng)中，毛管上應(yīng)安裝微噴頭。

6）土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（田間氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng)）。水肥一體化控制是以土壤墑情測(cè)試數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)。土壤墑情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范和要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)土壤墑情主要參數(shù)（如土壤水分）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還可以增加傳感器探頭，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤的電導(dǎo)率、溫度和pH 值等，以及空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、風(fēng)速風(fēng)向、二氧化碳、雨量等信息。

相比普通灌溉技術(shù)，智能水肥一體化灌溉技術(shù)有幾個(gè)突出特點(diǎn)。一是提高了水的有效利用率，可節(jié)水30%～40%，降低了灌溉成本；二是實(shí)現(xiàn)了集中施肥、平衡施肥，減少肥料損耗和養(yǎng)分流失，充分利用肥料，節(jié)肥30%，減少了土壤板結(jié)；三是提高了土壤通透性、降低了溫室內(nèi)空氣濕度，增加了作物的抗逆性，減輕了病蟲(chóng)害發(fā)生，農(nóng)藥用量減少15%～30%，每公頃節(jié)省勞動(dòng)力225～300 個(gè)；四是該技術(shù)滿(mǎn)足作物的水肥供應(yīng)，改善了作物生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)了作物產(chǎn)量提高和產(chǎn)品質(zhì)量的改善，能實(shí)現(xiàn)提早收獲、收獲期長(zhǎng)，作物一般增產(chǎn)10%～80%，省工10%。

3 智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)在蔬菜產(chǎn)品溯源中的應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)、加工、包裝、運(yùn)輸、倉(cāng)儲(chǔ)、批發(fā)、零售全過(guò)程質(zhì)量安全追溯管理與查詢(xún)功能。農(nóng)產(chǎn)品溯源系統(tǒng)應(yīng)用于蔬菜，對(duì)蔬菜生產(chǎn)種植中的產(chǎn)地環(huán)境信息、蔬菜種植流程、病蟲(chóng)草害防治、質(zhì)量監(jiān)測(cè)等信息進(jìn)行記錄；將攜帶蔬菜生產(chǎn)種植信息的RFID標(biāo)簽信息轉(zhuǎn)換成一維條碼或二維碼標(biāo)簽，可保證蔬菜生產(chǎn)、流通信息鏈完整、通暢。

蔬菜產(chǎn)品溯源系統(tǒng)主要包括安全生產(chǎn)管理模塊、流通管理模塊、質(zhì)量監(jiān)督管理模塊和質(zhì)量追溯模塊。蔬菜產(chǎn)品溯源系統(tǒng)已在達(dá)州市達(dá)川區(qū)蔬菜育苗、水肥管理和產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管上得到推廣應(yīng)用，示范效應(yīng)明顯，提高了蔬菜生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的專(zhuān)業(yè)化、規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化、信息化水平，推動(dòng)了達(dá)川區(qū)蔬菜種植方式、方法的根本性變革，既節(jié)約了資源，又提高了蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量和種植主體的經(jīng)濟(jì)效益，也為城鄉(xiāng)消費(fèi)者提供了安全、優(yōu)質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)的蔬菜產(chǎn)品，更為達(dá)川區(qū)建設(shè)高品質(zhì)蔬菜供給基地提供了強(qiáng)有力的科技支撐。