北京桃園智能化遠程控制節水灌溉技術集成與示范研究*

郭淑敏，王有年，關 偉

（1.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；2.北京農學院，北京 102206；3.北京市平谷區人民政府果品管理辦公室，北京 101200）

北京桃園智能化遠程控制節水灌溉技術集成與示范研究*

郭淑敏1，王有年2，關 偉3

（1.中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；2.北京農學院，北京 102206；3.北京市平谷區人民政府果品管理辦公室，北京 101200）

文章基于國家“互聯網+”現代農業和北京市實施“調轉節”戰略的大背景下，實現了基于互聯網技術與節水灌溉技術、光伏發電技術及自動化遠程控制技術等的集成與融合，實現了北京桃園智能化遠程控制節水灌溉技術集成與示范，取得了良好社會經濟效益，前景廣闊。

桃園 智能化遠程控制 節水灌溉 技術集成與示范

1 現狀與問題

據統計，2015年北京市平谷區有桃樹面積1.47萬hm2，占北京桃樹面積的50%左右。主要分布在大華山鎮、劉家店、峪口鎮、鎮羅營鎮、王辛莊鎮、南獨樂河鎮、金海湖鎮、山東莊鎮[1]。據平谷區果品辦資料，目前，平谷區以桃園為主的果園主要采取畦灌的灌溉方式，每年灌溉次數3～5次，每667 m2用水量120～150 m3。節水灌溉的形式在果樹上有微噴和滴灌，總面積66.67 hm2左右。滴灌：根據北京林果所魏欽平研究結果，果園每年滴灌灌溉3～4次，用水量60～80 m3/667 m2。微噴：根據中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所在密云縣所做“不同灌溉方式對蘋果園土壤水分動態、耗水量和產量的影響”的研究報告，每年微噴灌溉4次，用水量103.1 m3/667 m2。大水漫灌造成危害：一是水資源的大量浪費；二是造成養分的大量流失；三是病蟲害嚴重；四是人工費時費力；五是由于水資源管理制度問題，排隊澆水導致在桃需水的關鍵臨界期，澆不上水，影響開花坐果率，因而影響產量。改變水資源利用方式，勢在必行、迫在眉睫。

2 項目設計

2.1 設計理念與類型

在國家“互聯網+”大背景下，以《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要（2016～2020年）》“創新、綠色、協調、開放、共享”為發展理念[2]，密切結合北京市委、市政府《關于調結構轉方式、發展高效節水農業的意見》（京發〔2014〕16號）[3]，量水發展、生態優先、提質增效、農民增收的主導思想，大幅度提高農民澆水的勞動生產率、提高節水效率，將廣大農民從繁重的澆水作業中解放出來，解決農民澆水最后1 km問題。

2.2 基地選擇與概況

項目基地選擇在北京市平谷區大華山鎮從海逸園內，分為設施桃園和大田桃園2個類型，設施大棚1個，大田2塊，面積約1 hm2左右。設施桃園、大田桃園分別和基礎設施條件、桃園種植概況、經營管理等同等情況類型作對比。

圖1 設施桃大棚基地

圖2 大田桃基地試噴

2.3 關鍵技術與集成

“互聯網+”現代農業技術：當前，“互聯網+”現代農業對促進農業轉型升級、跨越式發展的理念和認識已達成廣泛共識。從技術層面，“互聯網+”現代農業多用于電子商務、網絡營銷等農產品流通領域，在生產領域特別是農業節水灌溉領域并不多見[4]。太陽能光伏發電技術就是利用太陽能裝置將太陽光能直接轉化為電能的技術。面對能源枯竭日益嚴重以及當今環境污染的現狀，人們對可再生能源以及綠色能源的開發越來越關注，作為一種可再生能源，太陽能具有干凈無污染及可持續利用的優點，是名副其實的綠色、再生可持續能源。光伏發電系統主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成。節水灌溉技術：我國現有常用節水灌溉方式包括噴灌、微噴灌、滲灌和滴灌等，該項目利用的是微噴方式，它作為一種先進的機械化、半機械化節水灌溉方式，在很多發達國家已廣泛采用。噴灌的主要優點有節水效果明顯、灌水均勻不板結、減少了田間作業強度和工作量、避免由于過量灌溉造成的土壤板結和次生鹽堿化等。智能傳感技術：將智能化理念與傳感器技術相結合，實現更精準、更實時、實現自診斷、自校準、自補償及遠程通信的技術體系。它能更精準地將環境數據呈現出來，并作出圖像。

該項目綜合運用基于互聯網的手機監控及遠程控制技術，通過以太網及3G、4G技術與現代光伏技術、自動化噴灌節水灌溉技術、智能環境傳感技術等為一體的技術集成與融合，構建了寬帶和無線移動網絡的交互、有電無電的交互使用的4種模式：有網有電模式（以太網+供電系統）、有網無電（以太網、光伏技術）、無網有電（移動網絡、供電系統）、無網無電（移動網絡、光伏技術），通過手機APP實現了節水噴灌技術的精準預約定時與智能化控制2種模式的遠程控制技術集成與示范。技術集成與應用方案詳見圖3。

圖3 桃園智能化遠程控制技術集成與示范方案

3 結果與效益

該項目按照理念引領、科技支撐、技術集成、示范推廣的發展思路，采用互聯網技術與現代農業節水灌溉技術、綠色能源光伏發電技術、自動化遠程控制技術等集成與融合，實現了“一節、二減、三增”綜合效能，即：節水；減少養分流失和病蟲害發生；增加勞動生產率、增加產量、增加收入。

3.1 節水效率大幅度提升

據田間試驗統計，常規桃園大水漫灌方式，每年澆1～2次水，每667 m2用水量150 m3，而該項目采用的自動化噴灌技術，根據桃樹需要，在關鍵時期的萌芽前、開花后和果實成熟前等共5次，每次澆水半小時，每667 m2用水量合計用水60 m3，計算可得，自動化噴灌比大水漫灌每667 m2節水60%以上。在我國極度缺水的北方地區尤為珍貴。

3.2 桃園環境不斷優化

綜合試驗可知，常規大水漫灌桃園，由于大壓力、大流量澆水作業，沖掉了土壤耕層寶貴的土壤養分，導致桃園養分流失嚴重，土壤貧瘠，而且使地下水質惡化，破壞了桃園地上、地下的生態環境。而采用自動化噴灌技術的桃園，改善生態環境主要體現在2個方面：（1）由于精準化科學灌溉，在節水的同時，保存了土壤耕層養分，促進了桃樹生長發育；（2）由于采用自動化噴灌技術，在炎熱夏季，根據桃生長發育所需，小劑量精準噴灌，還可降低桃園溫度，降低因高溫所致的病蟲害發病率，從而改善田間小氣候，促進桃樹健康生長發育。

3.3 澆水作業勞動生產率大幅度提升

僅就桃園澆水作業來說，常規大水漫灌方式，一般每個勞動力每日最多可澆0.33 hm2，而且還被挖溝、開畦、跑水、堵漏等繁重的體力勞動所困擾，常常搞得兩腿濕褲兩腳泥，狼狽不堪費力氣。采用智能化遠程控制節水灌溉技術后，每個勞動力每日澆水面積可提高到3.33～5.33hm2，只要有網絡的地方，農民就可以通過手機APP實現遠程控制澆水作業而完全不用到田間地頭挽起褲腿揮锨開溝忙輸水，從根本上解決了農民澆水“最后1公里”問題，實現了桃園灌溉方式的革命性變革。

3.4 美化了景觀，靚化了桃園

未來的農業一定是精準化、現代化、科技化的農業。通過該項目的實施，在標準化桃園縱向加立地上2.5～3 m的不銹鋼鍍鋅鋼管，橫向與樹檔平行加拉鋼絲繩，在與鋼絲繩平行方向加拉直徑0.6 cm水管，水管上每隔1 m加插自動化噴灌噴頭，縱橫交錯桃園網絡化結構赫然顯現。同時，在控制終端赫然高聳的高6 m電線桿上，架起的智能網絡攝像頭、太陽能發電系統裝置及智能化遠程控制電子設備，使現代農業高科技、綠色化、高智能效果更加凸顯，代表著智能化桃園發展的未來。景觀靚化現場圖片，如圖4所示。

圖4 智能化遠程控制節水灌溉系統裝置外觀及景觀效果

4 未來展望

隨著國家“互聯網+”戰略實施和農業現代化進程的推進，現代農業必將朝著科技化、信息化、智能化、精準化方向發展。在我國北方地區，特別是北京這樣一個極度缺水地區，節水農業必將是農業可持續發展的重要途徑，智能化遠程控制節水灌溉技術集成與示范必將使農業節水向科技化、智能化、精準化、集約化方向轉變。現代園藝產業是高耗水產業，特別在菜園更為突出。將該項目智能化遠程控制節水灌溉技術在菜園上進一步拓展，將會有更大潛力。智能化遠程控制肥水一體化技術是未來致力的主要方向。

[1] 平谷區大桃產業情況．平谷區政府，2013，（8）：20

[2] 中國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要（全文）．新華網，2016，（3）：17

[3] 繆翼．北京：加快農業“調轉節”疏解功能謀發展．農民日報，2016，（4）：29

*資助項目：北京市農村工作委員會“北京桃園智能化遠程控制節水灌溉技術集成與示范”（[2015]-54）