北京桃园智能化远程控制节水灌溉技术集成与示范研究*

郭淑敏，王有年，关 伟

（1.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；2.北京农学院，北京 102206；3.北京市平谷区人民政府果品管理办公室，北京 101200）

北京桃园智能化远程控制节水灌溉技术集成与示范研究*

郭淑敏1，王有年2，关 伟3

（1.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；2.北京农学院，北京 102206；3.北京市平谷区人民政府果品管理办公室，北京 101200）

文章基于国家“互联网+”现代农业和北京市实施“调转节”战略的大背景下，实现了基于互联网技术与节水灌溉技术、光伏发电技术及自动化远程控制技术等的集成与融合，实现了北京桃园智能化远程控制节水灌溉技术集成与示范，取得了良好社会经济效益，前景广阔。

桃园 智能化远程控制 节水灌溉 技术集成与示范

1 现状与问题

据统计，2015年北京市平谷区有桃树面积1.47万hm2，占北京桃树面积的50%左右。主要分布在大华山镇、刘家店、峪口镇、镇罗营镇、王辛庄镇、南独乐河镇、金海湖镇、山东庄镇[1]。据平谷区果品办资料，目前，平谷区以桃园为主的果园主要采取畦灌的灌溉方式，每年灌溉次数3～5次，每667 m2用水量120～150 m3。节水灌溉的形式在果树上有微喷和滴灌，总面积66.67 hm2左右。滴灌：根据北京林果所魏钦平研究结果，果园每年滴灌灌溉3～4次，用水量60～80 m3/667 m2。微喷：根据中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所在密云县所做“不同灌溉方式对苹果园土壤水分动态、耗水量和产量的影响”的研究报告，每年微喷灌溉4次，用水量103.1 m3/667 m2。大水漫灌造成危害：一是水资源的大量浪费；二是造成养分的大量流失；三是病虫害严重；四是人工费时费力；五是由于水资源管理制度问题，排队浇水导致在桃需水的关键临界期，浇不上水，影响开花坐果率，因而影响产量。改变水资源利用方式，势在必行、迫在眉睫。

2 项目设计

2.1 设计理念与类型

在国家“互联网+”大背景下，以《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要（2016～2020年）》“创新、绿色、协调、开放、共享”为发展理念[2]，密切结合北京市委、市政府《关于调结构转方式、发展高效节水农业的意见》（京发〔2014〕16号）[3]，量水发展、生态优先、提质增效、农民增收的主导思想，大幅度提高农民浇水的劳动生产率、提高节水效率，将广大农民从繁重的浇水作业中解放出来，解决农民浇水最后1 km问题。

2.2 基地选择与概况

项目基地选择在北京市平谷区大华山镇从海逸园内，分为设施桃园和大田桃园2个类型，设施大棚1个，大田2块，面积约1 hm2左右。设施桃园、大田桃园分别和基础设施条件、桃园种植概况、经营管理等同等情况类型作对比。

图1 设施桃大棚基地

图2 大田桃基地试喷

2.3 关键技术与集成

“互联网+”现代农业技术：当前，“互联网+”现代农业对促进农业转型升级、跨越式发展的理念和认识已达成广泛共识。从技术层面，“互联网+”现代农业多用于电子商务、网络营销等农产品流通领域，在生产领域特别是农业节水灌溉领域并不多见[4]。太阳能光伏发电技术就是利用太阳能装置将太阳光能直接转化为电能的技术。面对能源枯竭日益严重以及当今环境污染的现状，人们对可再生能源以及绿色能源的开发越来越关注，作为一种可再生能源，太阳能具有干净无污染及可持续利用的优点，是名副其实的绿色、再生可持续能源。光伏发电系统主要由太阳能电池板（组件）、控制器和逆变器三大部分组成。节水灌溉技术：我国现有常用节水灌溉方式包括喷灌、微喷灌、渗灌和滴灌等，该项目利用的是微喷方式，它作为一种先进的机械化、半机械化节水灌溉方式，在很多发达国家已广泛采用。喷灌的主要优点有节水效果明显、灌水均匀不板结、减少了田间作业强度和工作量、避免由于过量灌溉造成的土壤板结和次生盐碱化等。智能传感技术：将智能化理念与传感器技术相结合，实现更精准、更实时、实现自诊断、自校准、自补偿及远程通信的技术体系。它能更精准地将环境数据呈现出来，并作出图像。

该项目综合运用基于互联网的手机监控及远程控制技术，通过以太网及3G、4G技术与现代光伏技术、自动化喷灌节水灌溉技术、智能环境传感技术等为一体的技术集成与融合，构建了宽带和无线移动网络的交互、有电无电的交互使用的4种模式：有网有电模式（以太网+供电系统）、有网无电（以太网、光伏技术）、无网有电（移动网络、供电系统）、无网无电（移动网络、光伏技术），通过手机APP实现了节水喷灌技术的精准预约定时与智能化控制2种模式的远程控制技术集成与示范。技术集成与应用方案详见图3。

图3 桃园智能化远程控制技术集成与示范方案

3 结果与效益

该项目按照理念引领、科技支撑、技术集成、示范推广的发展思路，采用互联网技术与现代农业节水灌溉技术、绿色能源光伏发电技术、自动化远程控制技术等集成与融合，实现了“一节、二减、三增”综合效能，即：节水；减少养分流失和病虫害发生；增加劳动生产率、增加产量、增加收入。

3.1 节水效率大幅度提升

据田间试验统计，常规桃园大水漫灌方式，每年浇1～2次水，每667 m2用水量150 m3，而该项目采用的自动化喷灌技术，根据桃树需要，在关键时期的萌芽前、开花后和果实成熟前等共5次，每次浇水半小时，每667 m2用水量合计用水60 m3，计算可得，自动化喷灌比大水漫灌每667 m2节水60%以上。在我国极度缺水的北方地区尤为珍贵。

3.2 桃园环境不断优化

综合试验可知，常规大水漫灌桃园，由于大压力、大流量浇水作业，冲掉了土壤耕层宝贵的土壤养分，导致桃园养分流失严重，土壤贫瘠，而且使地下水质恶化，破坏了桃园地上、地下的生态环境。而采用自动化喷灌技术的桃园，改善生态环境主要体现在2个方面：（1）由于精准化科学灌溉，在节水的同时，保存了土壤耕层养分，促进了桃树生长发育；（2）由于采用自动化喷灌技术，在炎热夏季，根据桃生长发育所需，小剂量精准喷灌，还可降低桃园温度，降低因高温所致的病虫害发病率，从而改善田间小气候，促进桃树健康生长发育。

3.3 浇水作业劳动生产率大幅度提升

仅就桃园浇水作业来说，常规大水漫灌方式，一般每个劳动力每日最多可浇0.33 hm2，而且还被挖沟、开畦、跑水、堵漏等繁重的体力劳动所困扰，常常搞得两腿湿裤两脚泥，狼狈不堪费力气。采用智能化远程控制节水灌溉技术后，每个劳动力每日浇水面积可提高到3.33～5.33hm2，只要有网络的地方，农民就可以通过手机APP实现远程控制浇水作业而完全不用到田间地头挽起裤腿挥锨开沟忙输水，从根本上解决了农民浇水“最后1公里”问题，实现了桃园灌溉方式的革命性变革。

3.4 美化了景观，靓化了桃园

未来的农业一定是精准化、现代化、科技化的农业。通过该项目的实施，在标准化桃园纵向加立地上2.5～3 m的不锈钢镀锌钢管，横向与树档平行加拉钢丝绳，在与钢丝绳平行方向加拉直径0.6 cm水管，水管上每隔1 m加插自动化喷灌喷头，纵横交错桃园网络化结构赫然显现。同时，在控制终端赫然高耸的高6 m电线杆上，架起的智能网络摄像头、太阳能发电系统装置及智能化远程控制电子设备，使现代农业高科技、绿色化、高智能效果更加凸显，代表着智能化桃园发展的未来。景观靓化现场图片，如图4所示。

图4 智能化远程控制节水灌溉系统装置外观及景观效果

4 未来展望

随着国家“互联网+”战略实施和农业现代化进程的推进，现代农业必将朝着科技化、信息化、智能化、精准化方向发展。在我国北方地区，特别是北京这样一个极度缺水地区，节水农业必将是农业可持续发展的重要途径，智能化远程控制节水灌溉技术集成与示范必将使农业节水向科技化、智能化、精准化、集约化方向转变。现代园艺产业是高耗水产业，特别在菜园更为突出。将该项目智能化远程控制节水灌溉技术在菜园上进一步拓展，将会有更大潜力。智能化远程控制肥水一体化技术是未来致力的主要方向。

[1] 平谷区大桃产业情况．平谷区政府，2013，（8）：20

[2] 中国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要（全文）．新华网，2016，（3）：17

[3] 缪翼．北京：加快农业“调转节”疏解功能谋发展．农民日报，2016，（4）：29

*资助项目：北京市农村工作委员会“北京桃园智能化远程控制节水灌溉技术集成与示范”（[2015]-54）