大田物聯網水肥一體化技術

趙金勝

摘 要：作為物聯網的重要組成部分，物聯網水肥一體化技術在我國的發展尚處于起步階段。天津武清園區是我國大田物聯網水肥一體化技術示范，本文結合筆者基層工作經驗，主要通過介紹大田物聯網水肥一體化的5種技術模式，分析大田物聯網水肥一體化技術取得成果的同時指出其存在的問題，進而提出富有針對性的建議，目的是促進大田物聯網技術在我國的發展。

關鍵詞：物聯網；水肥一體化；灌溉

中圖分類號：S275 文獻標識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160332013

武清園區大田物聯網水肥一體化技術示范基地位于中國天津市武清區大堿廠鎮大堿場村，占地面積41hm2，園區內主要包括園區控制中心、田間控制器、自動肥料注入系統、首部過濾系統、水泵變頻控制系統、田間首部電磁閥和解碼器、田間節水灌溉管道和灌水器、田間氣象站和土壤墑情監測系統等。

1 武清園區大田物聯網水肥一體化概況

武清園區包括5個不同的技術區域，分區的主要依據是灌溉模式的差異，施肥模式在5個地塊均為智能水肥一體化施肥模式。5個區域分別為指針噴灌區、微噴帶灌溉區、固定噴灌區、地表滴灌區和小管出流灌溉區，指針噴灌區主要是指針噴灌機灌溉區域區位于園區南側中部，占地面積4.2hm2，種植作物為小麥-玉米輪作，地塊有機井1口，出水量50m3/h；固定噴灌區主要位于園區東南角地塊，占地面積9.4hm2，種植作物為玉米-小麥輪作。本地塊有機井1口，出水量50m3/h。整個地塊分為17個灌溉小區，每小區灌溉面積為0.56hm2，噴頭間距為20m×20m；微噴帶灌溉區位于武清園區西北角地塊，占地面積9.27hm2，種植作物為玉米-小麥輪作。本地塊有機井1口，出水量50m3/h，整個地塊分為52個灌溉小區，每小區灌溉面積為0.17hm2，微噴帶間距為2.4m；地表滴灌區位于武清園區西南角地塊，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共用機井及首部過濾系統。整個地塊分為17個灌溉小區，每小區灌溉面積為0.55 hm2，滴灌帶間距為0.6m。小管出流灌溉區主要位于武清園區東北角地塊，占地面積8.4hm2，種植作物為園林苗木。本地塊有機井1口，出水量50m3/h。整個地塊分為14個灌溉小區，每個灌溉小區有3個閥門，滴灌管間距為1m。2015～2016年度試驗區域控制面積48hm2，分別為大田作物固定噴灌、滴灌、微噴灌溉區和溫室櫻桃、溫室番茄區，其中種植小麥、玉米一茬、冬春茬番茄一茬、采收櫻桃一茬。按照本項目示范區調查結果統計，在物聯網水肥一體化技術條件下的年運行收如估算見表，在適宜水肥條件下試驗控制區可實現年收入727.11萬元。

2 武清園區大田物聯網水肥一體化取得的成果

武清園區的設計搭建了我國第一個物聯網水肥一體化技術示范平臺，實現了與天津市農業物聯網平臺的對接。其中的通訊采用了本地兩線解碼器的有線控制系統，通過3G網絡上傳至云端服務器，能夠實現與生產密切相關各種傳感器集成應用與數據的采集；建設了“天津市物聯網水肥一體化技術示范園”，建立了大田作物、設施蔬菜和設施果樹的多種節水灌溉方式和集中智能施肥物聯網水肥一體化技術模式。園區初步分析了不同作物物聯網水肥一體化技術模式投入運行成本和應用效果，實現了土壤、作物、灌溉、施肥的物聯網智能化管理。[1]

在成本控制方面，武清園區大田物聯網水肥一體化按照主要設備、軟件按10a折舊、節水灌溉設施按3a折舊計算。根據本項目示范區調查結果統計，預計5a項目運行總成本為389.61萬元，年均運行成本為77.92萬元/年。

在農作物生產方面，武清園區大田物聯網水肥一體化結合春玉米和夏玉米的生產，制定了玉米物聯網水肥一體化技術規程，展示了物聯網技術與種植業水肥一體化技術的集成高水平樣板，建立了水肥資源高效利用、智能管理、節省人工的技術模式。結合土壤水分監測工作，制定了移動土壤墑情原位通體測量技術方法規程，其中玉米物聯網水肥一體化技術規程適用于配備物聯網水肥一體化系統的大田玉米，包括范圍、規范性引用文件、術語和定義、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網水肥一體化系統的常規操作等部分。

在數據管理方面，建立了通用標準，標準適用于土壤墑情原位通體測量，包括范圍、規范性引用文件、術語和定義、土壤墑情原位通體測量產品配置與功能、土壤墑情原位通體測量的技術要點和數據傳輸等部分。標準規定了移動互聯網的土壤墑情原位通體測量技術規范，包括：土壤墑情原位通體測量產品配置與功能；土壤墑情原位通體測量的技術要點；墑情數據傳輸協議與格式，具體規范了信息采集端傳感器的類型、數量和具體分布位點；計算機控制端的基本配置；執行端各灌溉設施的硬件配置，包括水泵、電磁閥等灌溉設備；玉米物聯網水肥一體化系統中各灌溉施肥設施的參數設置及灌溉施肥操作。[2]

3 武清園區大田物聯網水肥一體化存在的問題及對策

武清園區大田物聯網水肥一體化存在的問題主要包括主觀因素和客觀因素2方面，主觀上應用的觀念意識改變難，物聯網水肥一體化技術作為全新的技術集成模式，相比傳統種植技術模式轉變大，在應用過程中，與傳統技術配套融合性差；示范戶傳統慣性思維難以短時間改變，對技術實施形成很大困難。選擇的示范園區不多，由于技術示范對園區的基礎條件、人才和管理水平都有較高要求，因此在項目實施之初示范地點選擇難度較大。

“專家系統”不夠細致準確。接入的感知數據不能得到最為有效地回饋，其最大的原因就在于各類農作物種類繁雜，同時農作物生長所依托的因素過于復雜，加之常常會涉及到天氣等多變因素，造成很難做出準確實用的農作物生長條件模型[3]。客觀上而言，時間進展導致技術集成度高，綜合性強，項目實施要求較高，過程相對較長；集成了物聯網先進技術，涉及內容較多，技術集成度高，綜合性強。領導、社會關注度高，期望高，技術人員面臨的壓力大。由于物聯網水肥一體化技術示范，領導和社會關注度高，對項目結果期望高，因此，農業技術人員形成了較大壓力?？蛇x擇的示范園區不多。由于技術示范對園區的基礎條件、人才和管理水平都有較高要求，因此在項目實施之初示范地點選擇難度較大。案例少，項目創新性強，物聯網盡管在各行各業進行著試驗和示范，但是與水肥一體化技術結合，與農作物種植和管理結合并實行人工智能自動控制結合的實例少，可借鑒參考的案例很少。

針對上述問題，武清園區大田物聯網水肥一體化應當增加項目執行時間和持續支持資金，項目建設投資大，時間長，效益顯現周期長，一年項目很難使技術內容進一步熟化和深化，各種技術模式效果需要進行較長的比較，物聯網項目中的農作物生長條件模型、相關試驗示范及大量數據的積累和分析需要持續性進行，所以還需要進行持續資金支持；加大應用技術人才培訓。技術模式新、集成度高、綜合性強、人才需求高、示范戶接受慢，思想觀念、技術環節都需要逐步掌握認識，執行過程中要注重綜合性技術性人才培養，并加大宣傳培訓力度；加強效益分析，項目效益高、節水、節肥、節省人工，利于生態環境保護、農產品質量安全和提高土地產出率，是實現化肥零增長的有效模式，可進一步加大示范和推廣力度。

4 小結

武清園區大田物聯網水肥一體化園區作為我國大田物聯網水肥一體化技術示范基地近年來取得了喜人的成績，也為我國物聯網發展積累了寶貴的經驗，也應當認識到當前存在的問題，積極采取富有針對性的措施推動我國大田物聯網水肥一體化技術深入發展。

參考文獻

[1]李中華，張學軍，吳政文，丁小明，杜立英，陳松云. 基于京津冀一體化的設施農業發展思考[J]. 中國農機化學報，2016（01）：241-245.

[2]何勇，聶鵬程. 物聯網技術及其在農業上的應用[J]. 現代農機，2015（06）：9-13.

[3]黃學群，崔凱，李瑾，郭華. 天津郊區設施農業（種植業）發展現狀與對策研究[J]. 天津農業科學，2015（02）：33-39.