我國設施農業智能水肥一體化技術發展現狀及分析

王會強 劉維娜 尹義蕾 孫玉林 范曉飛 劉宏權 田志平 馬標馬天 田棟 王曉麗 薛寶松 、河北農業大學機電工程學院 、河北供水有限責任公司 、農業農村部規劃設計院、河北田野節水灌溉設備有限公司 、河北潤農節水科技股份有限公司

引言

中國經濟的發展帶來了各個方面的進步，新技術的研發更是促進了各個行業走入新的局面。我國作為農業大國，在把握經濟領頭作用時同樣注重農業的發展，改變原有傳統化種植方式以及傳統種植技術是確保我國農業長久不衰的關鍵。對待當前我國農業發展水平較為緩慢的現狀，實現農業生產技術的創新、智能化是當務之急。本文從農業智能水肥一體化技術出發，探討其對農業發展的影響。

1 智能水肥一體化技術設計及存在問題

1.1 智能水肥一體化技術設計

當前，我國智能水肥一體化技術已實現具體的應用并且投入到農業一線工作中。智能水肥一體化技術運行原理主要是通過智能系統來進行決策，對當前面臨的農作物狀態進行初步判斷，而后選擇是否要進行智能灌溉。通常，該技術運行過程中會根據灌溉原理將實際運作方式分為兩種，一種是純水灌溉模式，另一種則是有一定肥料在內的水肥配比灌溉模式。兩種灌溉模式具體內部系統控制存在不同。一般純水灌溉模式，以系統運行標準為基礎來選擇運行模式，而水肥配比灌溉模式則需要混合溶液pH值以及EC值為基礎，對內部系統進行合理設置。通常對該技術的應用一般是人工進行純水灌溉模式的操作。通過人工干預可對管道發水泵進行管控，實現一定的技術控制。智能水肥一體化技術，其設計原理既要滿足當下現代農業的發展需求，同時還要有一定技術要求，所以在設計過程中要嚴格按照設計原則進行。其原則主要體現在三個方面：第一技術設計一定具備經濟性以及靈活性原則。由于該設施應用在農業生產上，受眾群體為農民，為了確保該技術的推廣，要確保技術的經濟性，能夠使廣大農民接受該技術的價格。但同時還要滿足農業生產過程的不同情況，因而技術設計要能夠對農業生產有所幫助，需要貫徹靈活性原則。第二，具有易推廣性和適用性原則。從上述一條原則可得知，該技術主要面向的是廣大農民以及相應的農作物種植作業，加之我國是農業大國，所以所采用的技術設備要盡可能滿足全國各地農業生產要求，具有一定的推廣價值。該技術能夠起到推動農業生產的作用，同時還具有環保、節水、節能的效果，便于農業生產者使用。第三，具有穩定性原則。技術設施在運行過程中要確保其工作的穩定性，能夠安全運行，并且在農業作業過程中實現高效率、強穩定，確保灌溉工作的連續性，為農作物提供良好的灌溉。第四，切合實際需求。該設備的設計包括多項技術的應用與結合，最根本的是根據我國農作物生長條件和土壤墑度進行設計，確保該設備可通過傳感器感知土壤參數并為此調整設備參數，根據不同植物生長需求實現智能澆灌。

1.2 存在的問題

當前我國農業智能水肥一體化技術處在初步發展階段，所以在具體應用過程中仍然存在一些問題，主要體現在以下幾個方面。

從國外引進智能水肥一體化設備來看：第一，引進設備所需成本高，適用率低。不少地區引用國外智能化設備，但考慮到進口運輸費用，農業生產成本就會大大提升，同時國外智能水肥一體化設施并不完全適用于中國農業種植情況，因此，可能會出現設備本土化程度低的情況，國外設備購置閑置，造成資源浪費的問題。第二，在國外引進設施的管理上。首先，在使用過程中若出現機器設備故障，需要專門的維修人員進行維護，維護費用高，這無形當中增加了農業生產成本；其次，引進國外智能灌溉設施操作過于復雜，系統日常維護工作同樣需要耗費一定的時間，這樣導致農業生產工作進度受到影響。

從國內智能水肥一體化設備設計來看：第一，國內現有的智能水肥澆灌設備不夠完善，存在應用范圍較窄、精準度較低、水肥使用量難以控制等問題。第二，國內設備設計存在施肥不均勻、水肥濃度難以把握等問題。當前，中國智能水肥一體化技術仍然處于初步探索時期，并未真正地得到廣泛的推廣與應用。究其根本，在該設備研制過程中水肥一體化配比技術以及相應的智能應用更是決定該技術質量的關鍵。

2 農業智能水肥一體化技術要點

2.1 選擇農作物品種

智能條件下農作物生長環境更具靈活性,相比較傳統農作物生長在環境上有很大的人為可控性,可根據氣候季節及市場需求來調整作物生長周期,因此在選擇農作物時需要對農作物品種進行挑選，確保農作物在栽培過程中生產量高、作物品種有極強的生命力、生長較為穩定,這樣能夠極大地確保農作物的收益。根據農作物生長環境具有一定可控性的特點,并不要求選擇的作物品種是否具有抗土傳病害能力，相關技術人員在栽培過程中對農作物培養液去除可能是導致農作物生長出現病蟲害的因素。

2.2 挑選恰當的施肥及澆灌設施

智能水肥一體化技術可以實現灌溉與施肥兩項技術的融合,能夠以簡便的形式完善灌溉與施肥兩項工作,實現水肥高效利用以及同步管理。根據我國農業實際灌溉及施肥情況來看，大多數農民采用的灌溉方式通常是以滴灌、微噴灌為主，所以在設置水肥一體化技術時可根據不同區域的實際情況,結合當地農業種植土壤性質、農作物種類要素來選擇灌溉設備。智能水肥一體化在簡單實現水肥同步管理基礎之上，還能夠根據當下肥料營養成分、pH值進行靈活應對，確保水肥灌溉濃度適應不同農作物的需求。在技術研發過程中，可對水肥pH值、混合比、EC值進行不同分組，設置相應數額上下限警報，確保對灌溉不同作物的適應性。

2.3 合理布局系統管線

水肥一體化技術需要結合實際的灌溉管道系統技術、施肥效率等因素進行科學合理的管線布置。管線布置原則便是低耗高效、管理方便，能應對不同地形的農作物灌溉需求。尤其是對于山丘地區，管道布置應垂直于等高線，分別向兩側毛管配水，干管沿等高線或沿著山脊進行布置。若是針對平原地區，管線則盡可能采用雙向控制方式來布置，支管和干管兩側布置下級管道，達到高效且節約的目的。

2.4 合理控制營養液

對水肥一體化技術需要對營養液濃度進行合理控制,確保營養供給與農作物需求達到平衡。營養液控制方式主要從以下三個方面開展。第一，控制pH值。營養液的pH值直接影響到化肥當中各項營養元素的吸收利用。通常水肥pH值一般控制在6.0±0.5之間，該范圍恰好適應大部分農作物的生長；若營養液pH值低于5.5或高于6.5，則營養液當中的鉀、錳、鐵鈣等元素吸收率將會受到影響。一旦出現pH值過高,可適當加入硝酸進行調解，pH值過低則可通過氫氧化鉀進行平衡。第二,控制EC值。EC值直接反映出水肥可溶性鹽濃度。農作物在生長不同階段對EC值有不同濃度需求。一般幼苗時，EC值保持在1.8Ms/cm，隨著農作物的生長濃度隨之增加。除此之外，根據外界溫度的變化，隨時對EC值進行調整。氣溫高時，EC值濃度降低，氣溫低時濃度提升。第三，控制循環次數。不同生長條件下循環次數存在差異。通常天氣較好每天循環10次左右，時間可在30分鐘基礎上適當增加。陰雨天氣每次時間在30分鐘以內循環10次左右。以番茄為例，當第一色番茄轉色時，意味著農作物進入到成年苗狀態，在此之后，每次循環時間調整至40分鐘左右，間隔時間為半小時。工作人員需要根據外界氣溫、濕度進行循環次數調整。

2.5 施肥灌溉的具體操作

在合理控制營養液后進行施肥灌溉具體操作，一般施肥灌溉分為三個步驟。第一步，先利用純水對農作物所在土壤進行濕潤，同時檢查系統性能，確保系統各個部件無任何問題。第二步，按照操作系統的規范要求，利用肥料溶液進行灌溉。在此過程中，工作人員需要根據農作物實際生長的外部情況來制定灌溉制度。其中包括灌溉次數、灌溉時間、灌溉額度等。對于蔬菜類的農作物，濕潤層通?？刂圃?.2m~0.3m左右；果蔬類農作物需要根據具體的樹林品種進行計劃，濕潤深度控制在0.3~0.8m左右。第三，使用純水對灌溉系統進行清洗，此步驟主要達到延長系統壽命的目的。

3 水肥一體化技術應用前景

結合當前對水肥一體化技術的研究，該技術具備的優勢越發顯著。在社會發展及國內外農業種植中受到認可。就我國當前實際情況來看，水肥一體化技術應用前景廣闊?；谖覈r業大國實際情況，相應農作物種植量大，對化肥消耗更是逐年遞增。結合當下施肥技術應用過程中存在的問題，如施肥技術落后、肥料養分分布不合理等情況，提高施肥技術是未來形勢所趨。另外，我國當前耕地面積有限，出現逐年遞減的趨勢，很多地區水資源短缺，灌溉不方便，因此農作物在生長過程當中對水的需求和周期便出現不一致，采用水肥一體化技術可以很好地滿足不同農村作物的生長需求，最大效率的利用現有資源。

4 結語

總而言之，智能水肥一體化技術的研發與推廣既能夠滿足當前我國農業發展的需求，同時也是響應我國現代化農業科技發展的號召。但就目前發展情況來看，我國現有發展技術、發展能力有限，水肥一體化技術的研發與實際應用還存在一定問題，需要相關人員不斷進行探索，對該技術進行完善?；诋斚录夹g發展現有情況，在今后研究中，一方面對現有技術進行完善，另一方面，可以結合大數據環境，將信息網絡技術與智能水肥技術進行有效結合，推進我國農業數字化發展。