王會強(qiáng) 劉維娜 尹義蕾 孫玉林 范曉飛 劉宏權(quán) 田志平 馬標(biāo)馬天 田棟 王曉麗 薛寶松 、河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 、河北供水有限責(zé)任公司 、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)院、河北田野節(jié)水灌溉設(shè)備有限公司 、河北潤農(nóng)節(jié)水科技股份有限公司

引言

中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來了各個(gè)方面的進(jìn)步，新技術(shù)的研發(fā)更是促進(jìn)了各個(gè)行業(yè)走入新的局面。我國作為農(nóng)業(yè)大國，在把握經(jīng)濟(jì)領(lǐng)頭作用時(shí)同樣注重農(nóng)業(yè)的發(fā)展，改變原有傳統(tǒng)化種植方式以及傳統(tǒng)種植技術(shù)是確保我國農(nóng)業(yè)長久不衰的關(guān)鍵。對待當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展水平較為緩慢的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新、智能化是當(dāng)務(wù)之急。本文從農(nóng)業(yè)智能水肥一體化技術(shù)出發(fā)，探討其對農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響。

1 智能水肥一體化技術(shù)設(shè)計(jì)及存在問題

1.1 智能水肥一體化技術(shù)設(shè)計(jì)

當(dāng)前，我國智能水肥一體化技術(shù)已實(shí)現(xiàn)具體的應(yīng)用并且投入到農(nóng)業(yè)一線工作中。智能水肥一體化技術(shù)運(yùn)行原理主要是通過智能系統(tǒng)來進(jìn)行決策，對當(dāng)前面臨的農(nóng)作物狀態(tài)進(jìn)行初步判斷，而后選擇是否要進(jìn)行智能灌溉。通常，該技術(shù)運(yùn)行過程中會根據(jù)灌溉原理將實(shí)際運(yùn)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(nèi)的水肥配比灌溉模式。兩種灌溉模式具體內(nèi)部系統(tǒng)控制存在不同。一般純水灌溉模式，以系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)來選擇運(yùn)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(chǔ)，對內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)置。通常對該技術(shù)的應(yīng)用一般是人工進(jìn)行純水灌溉模式的操作。通過人工干預(yù)可對管道發(fā)水泵進(jìn)行管控，實(shí)現(xiàn)一定的技術(shù)控制。智能水肥一體化技術(shù)，其設(shè)計(jì)原理既要滿足當(dāng)下現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求，同時(shí)還要有一定技術(shù)要求，所以在設(shè)計(jì)過程中要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。其原則主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一技術(shù)設(shè)計(jì)一定具備經(jīng)濟(jì)性以及靈活性原則。由于該設(shè)施應(yīng)用在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上，受眾群體為農(nóng)民，為了確保該技術(shù)的推廣，要確保技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性，能夠使廣大農(nóng)民接受該技術(shù)的價(jià)格。但同時(shí)還要滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的不同情況，因而技術(shù)設(shè)計(jì)要能夠?qū)r(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(shù)主要面向的是廣大農(nóng)民以及相應(yīng)的農(nóng)作物種植作業(yè)，加之我國是農(nóng)業(yè)大國，所以所采用的技術(shù)設(shè)備要盡可能滿足全國各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要求，具有一定的推廣價(jià)值。該技術(shù)能夠起到推動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的作用，同時(shí)還具有環(huán)保、節(jié)水、節(jié)能的效果，便于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者使用。第三，具有穩(wěn)定性原則。技術(shù)設(shè)施在運(yùn)行過程中要確保其工作的穩(wěn)定性，能夠安全運(yùn)行，并且在農(nóng)業(yè)作業(yè)過程中實(shí)現(xiàn)高效率、強(qiáng)穩(wěn)定，確保灌溉工作的連續(xù)性，為農(nóng)作物提供良好的灌溉。第四，切合實(shí)際需求。該設(shè)備的設(shè)計(jì)包括多項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用與結(jié)合，最根本的是根據(jù)我國農(nóng)作物生長條件和土壤墑度進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保該設(shè)備可通過傳感器感知土壤參數(shù)并為此調(diào)整設(shè)備參數(shù)，根據(jù)不同植物生長需求實(shí)現(xiàn)智能澆灌。

1.2 存在的問題

當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)智能水肥一體化技術(shù)處在初步發(fā)展階段，所以在具體應(yīng)用過程中仍然存在一些問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

從國外引進(jìn)智能水肥一體化設(shè)備來看：第一，引進(jìn)設(shè)備所需成本高，適用率低。不少地區(qū)引用國外智能化設(shè)備，但考慮到進(jìn)口運(yùn)輸費(fèi)用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本就會大大提升，同時(shí)國外智能水肥一體化設(shè)施并不完全適用于中國農(nóng)業(yè)種植情況，因此，可能會出現(xiàn)設(shè)備本土化程度低的情況，國外設(shè)備購置閑置，造成資源浪費(fèi)的問題。第二，在國外引進(jìn)設(shè)施的管理上。首先，在使用過程中若出現(xiàn)機(jī)器設(shè)備故障，需要專門的維修人員進(jìn)行維護(hù)，維護(hù)費(fèi)用高，這無形當(dāng)中增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本；其次，引進(jìn)國外智能灌溉設(shè)施操作過于復(fù)雜，系統(tǒng)日常維護(hù)工作同樣需要耗費(fèi)一定的時(shí)間，這樣導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工作進(jìn)度受到影響。

從國內(nèi)智能水肥一體化設(shè)備設(shè)計(jì)來看：第一，國內(nèi)現(xiàn)有的智能水肥澆灌設(shè)備不夠完善，存在應(yīng)用范圍較窄、精準(zhǔn)度較低、水肥使用量難以控制等問題。第二，國內(nèi)設(shè)備設(shè)計(jì)存在施肥不均勻、水肥濃度難以把握等問題。當(dāng)前，中國智能水肥一體化技術(shù)仍然處于初步探索時(shí)期，并未真正地得到廣泛的推廣與應(yīng)用。究其根本，在該設(shè)備研制過程中水肥一體化配比技術(shù)以及相應(yīng)的智能應(yīng)用更是決定該技術(shù)質(zhì)量的關(guān)鍵。

2 農(nóng)業(yè)智能水肥一體化技術(shù)要點(diǎn)

2.1 選擇農(nóng)作物品種

智能條件下農(nóng)作物生長環(huán)境更具靈活性,相比較傳統(tǒng)農(nóng)作物生長在環(huán)境上有很大的人為可控性,可根據(jù)氣候季節(jié)及市場需求來調(diào)整作物生長周期,因此在選擇農(nóng)作物時(shí)需要對農(nóng)作物品種進(jìn)行挑選，確保農(nóng)作物在栽培過程中生產(chǎn)量高、作物品種有極強(qiáng)的生命力、生長較為穩(wěn)定,這樣能夠極大地確保農(nóng)作物的收益。根據(jù)農(nóng)作物生長環(huán)境具有一定可控性的特點(diǎn),并不要求選擇的作物品種是否具有抗土傳病害能力，相關(guān)技術(shù)人員在栽培過程中對農(nóng)作物培養(yǎng)液去除可能是導(dǎo)致農(nóng)作物生長出現(xiàn)病蟲害的因素。

2.2 挑選恰當(dāng)?shù)氖┓始皾补嘣O(shè)施

智能水肥一體化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)灌溉與施肥兩項(xiàng)技術(shù)的融合,能夠以簡便的形式完善灌溉與施肥兩項(xiàng)工作,實(shí)現(xiàn)水肥高效利用以及同步管理。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)實(shí)際灌溉及施肥情況來看，大多數(shù)農(nóng)民采用的灌溉方式通常是以滴灌、微噴灌為主，所以在設(shè)置水肥一體化技術(shù)時(shí)可根據(jù)不同區(qū)域的實(shí)際情況,結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)種植土壤性質(zhì)、農(nóng)作物種類要素來選擇灌溉設(shè)備。智能水肥一體化在簡單實(shí)現(xiàn)水肥同步管理基礎(chǔ)之上，還能夠根據(jù)當(dāng)下肥料營養(yǎng)成分、pH值進(jìn)行靈活應(yīng)對，確保水肥灌溉濃度適應(yīng)不同農(nóng)作物的需求。在技術(shù)研發(fā)過程中，可對水肥pH值、混合比、EC值進(jìn)行不同分組，設(shè)置相應(yīng)數(shù)額上下限警報(bào)，確保對灌溉不同作物的適應(yīng)性。

2.3 合理布局系統(tǒng)管線

水肥一體化技術(shù)需要結(jié)合實(shí)際的灌溉管道系統(tǒng)技術(shù)、施肥效率等因素進(jìn)行科學(xué)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(yīng)對不同地形的農(nóng)作物灌溉需求。尤其是對于山丘地區(qū)，管道布置應(yīng)垂直于等高線，分別向兩側(cè)毛管配水，干管沿等高線或沿著山脊進(jìn)行布置。若是針對平原地區(qū)，管線則盡可能采用雙向控制方式來布置，支管和干管兩側(cè)布置下級管道，達(dá)到高效且節(jié)約的目的。

2.4 合理控制營養(yǎng)液

對水肥一體化技術(shù)需要對營養(yǎng)液濃度進(jìn)行合理控制,確保營養(yǎng)供給與農(nóng)作物需求達(dá)到平衡。營養(yǎng)液控制方式主要從以下三個(gè)方面開展。第一，控制pH值。營養(yǎng)液的pH值直接影響到化肥當(dāng)中各項(xiàng)營養(yǎng)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(yīng)大部分農(nóng)作物的生長；若營養(yǎng)液pH值低于5.5或高于6.5，則營養(yǎng)液當(dāng)中的鉀、錳、鐵鈣等元素吸收率將會受到影響。一旦出現(xiàn)pH值過高,可適當(dāng)加入硝酸進(jìn)行調(diào)解，pH值過低則可通過氫氧化鉀進(jìn)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(nóng)作物在生長不同階段對EC值有不同濃度需求。一般幼苗時(shí)，EC值保持在1.8Ms/cm，隨著農(nóng)作物的生長濃度隨之增加。除此之外，根據(jù)外界溫度的變化，隨時(shí)對EC值進(jìn)行調(diào)整。氣溫高時(shí)，EC值濃度降低，氣溫低時(shí)濃度提升。第三，控制循環(huán)次數(shù)。不同生長條件下循環(huán)次數(shù)存在差異。通常天氣較好每天循環(huán)10次左右，時(shí)間可在30分鐘基礎(chǔ)上適當(dāng)增加。陰雨天氣每次時(shí)間在30分鐘以內(nèi)循環(huán)10次左右。以番茄為例，當(dāng)?shù)谝簧艳D(zhuǎn)色時(shí)，意味著農(nóng)作物進(jìn)入到成年苗狀態(tài)，在此之后，每次循環(huán)時(shí)間調(diào)整至40分鐘左右，間隔時(shí)間為半小時(shí)。工作人員需要根據(jù)外界氣溫、濕度進(jìn)行循環(huán)次數(shù)調(diào)整。

2.5 施肥灌溉的具體操作

在合理控制營養(yǎng)液后進(jìn)行施肥灌溉具體操作，一般施肥灌溉分為三個(gè)步驟。第一步，先利用純水對農(nóng)作物所在土壤進(jìn)行濕潤，同時(shí)檢查系統(tǒng)性能，確保系統(tǒng)各個(gè)部件無任何問題。第二步，按照操作系統(tǒng)的規(guī)范要求，利用肥料溶液進(jìn)行灌溉。在此過程中，工作人員需要根據(jù)農(nóng)作物實(shí)際生長的外部情況來制定灌溉制度。其中包括灌溉次數(shù)、灌溉時(shí)間、灌溉額度等。對于蔬菜類的農(nóng)作物，濕潤層通常控制在0.2m~0.3m左右；果蔬類農(nóng)作物需要根據(jù)具體的樹林品種進(jìn)行計(jì)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(tǒng)進(jìn)行清洗，此步驟主要達(dá)到延長系統(tǒng)壽命的目的。

3 水肥一體化技術(shù)應(yīng)用前景

結(jié)合當(dāng)前對水肥一體化技術(shù)的研究，該技術(shù)具備的優(yōu)勢越發(fā)顯著。在社會發(fā)展及國內(nèi)外農(nóng)業(yè)種植中受到認(rèn)可。就我國當(dāng)前實(shí)際情況來看，水肥一體化技術(shù)應(yīng)用前景廣闊。基于我國農(nóng)業(yè)大國實(shí)際情況，相應(yīng)農(nóng)作物種植量大，對化肥消耗更是逐年遞增。結(jié)合當(dāng)下施肥技術(shù)應(yīng)用過程中存在的問題，如施肥技術(shù)落后、肥料養(yǎng)分分布不合理等情況，提高施肥技術(shù)是未來形勢所趨。另外，我國當(dāng)前耕地面積有限，出現(xiàn)逐年遞減的趨勢，很多地區(qū)水資源短缺，灌溉不方便，因此農(nóng)作物在生長過程當(dāng)中對水的需求和周期便出現(xiàn)不一致，采用水肥一體化技術(shù)可以很好地滿足不同農(nóng)村作物的生長需求，最大效率的利用現(xiàn)有資源。

4 結(jié)語

總而言之，智能水肥一體化技術(shù)的研發(fā)與推廣既能夠滿足當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的需求，同時(shí)也是響應(yīng)我國現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的號召。但就目前發(fā)展情況來看，我國現(xiàn)有發(fā)展技術(shù)、發(fā)展能力有限，水肥一體化技術(shù)的研發(fā)與實(shí)際應(yīng)用還存在一定問題，需要相關(guān)人員不斷進(jìn)行探索，對該技術(shù)進(jìn)行完善?；诋?dāng)下技術(shù)發(fā)展現(xiàn)有情況，在今后研究中，一方面對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行完善，另一方面，可以結(jié)合大數(shù)據(jù)環(huán)境，將信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與智能水肥技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，推進(jìn)我國農(nóng)業(yè)數(shù)字化發(fā)展。