设施蔬菜物联网水肥一体化微喷技术的应用

宋九林 刘翠玲

农业是国民经济的基础，是关系国计民生的大事，也是中国传统的第一产业。随着物联网与信息技术的发展应用，用数字技术提升农业生产效率，通过信息技术对作物的生长环境，如土壤、肥力、气候等进行大数据分析，然后据此提供与种植、灌溉、施肥相关的解决方案，能大大提升农业生产效率。因此，现代农业发展中对“互联网+农业”物联网水肥一体化微喷技术的发展需求非常迫切。

一、发展现状

扶沟县自2017—2019年承担“果菜茶有机肥替代化肥试点项目”以来，共投入资金400万元在设施蔬菜园区建设了46.67 hm2现代化物联网水肥一体化微喷设施。该技术的应用，真正起到了节水、节肥、省时、省力的效果，得到了“全国节水农业会议”现场观摩教学领导组的一致认可。

二、物联网水肥一体化微喷技术的运用

微喷水肥一体化技术在蔬菜园区绿化、果园绿化、林园绿化以及工厂化育苗中应用广泛。常见的微喷系统一般分为地面和悬空2种。和滴灌施肥技术相比，微喷技术对过滤器的要求较低，过滤网规格一般为60～100目。微喷系统易受田间杂草、作物茎秆等阻挡，会影响灌溉效果，应根据具体地形和植物条件选择合适的微喷系统。

三、物联网水肥一体化微喷模式的设计

在设施蔬菜园区建设“园区物联网中控中心”，中控室安装软件操作平台1套，1个部署园区物联网智能管理系统平台，1个部署园区农作物生长情况远程查看平台。扶沟县农业技术推广中心可以对所有覆盖区进行实时监测控制。物联网水肥一体化微喷设施设计如下：

（一）现场数据实时监控

通过电脑或手机客户端远程查看项目区的环境情况，如土壤温湿度、管道流量等实时数据。当有环境报警记录时，系统会及时提醒用户，用户可以直接处理报警信息。当权限登录时可以查看各项目区的作物情况、环境情况、系统运行情况及日常管理情况。

（二）智能报警

系统可以根据种植作物种类的不同，灵活设置各个不同参数的上下阀值。一旦超出阀值，系统能以多种方式提醒相应管理者;可以根据报警记录查看关联的设备，更加及时、快速地远程控制设备，高效处理生产问题;可以及时发现不正常状态设备（如灌溉电磁阀、施肥电磁阀），通过系统消息及时提醒管理者，保证系统稳定运行。

（三）智能控制

系统能够远程自动控制灌溉电磁阀、施肥电磁阀基础设备，提高了工作效率，减轻了工作强度;可以自定义规则，让整个设备随环境数据的变化智能运行，如土壤含水量过低时，灌溉电磁阀自动打开增加土壤中的含水量。系统支持定时任务、轮灌任务等功能。用户可以根据实际需要预设定时灌溉施肥任务、轮灌施肥任务。

（四）历史数据分析

系统可以通过不同条件组合查询和对比历史数据;支持列表和图表两种不同方式的查看，用户可以更直观地看到历史数据曲线;与不同作物数据建立统一的数据模型，系统通过数据挖掘等技术可以分析不同环境下作物的生长状况，提供最适宜的生长环境，辅助决策。

（五）远程专家指导功能

用户可以就作物管理或生长中遇到的问题，向相关专家、农业技术人员进行咨询，由专家及技术人员进行远程指导、解答。

（六）遠程配置功能

根据种植作物种类不同的需求，可以对设备的参数进行远程配置调试。

（七）数据挖掘功能

根据监测到的现场数据挖掘数据库的相关作物数据，模拟生成作物的最佳生长环境，为作物生长环境的调控提供参考。

四、水肥一体化微喷技术的优点

（一）节水

水肥一体化微喷技术可减少水分的下渗和蒸发，提高水分利用率。露天条件下，微喷施肥与大水漫灌相比，节水率达50%。保护地栽培条件下，微喷施肥与畦灌相比，每667 m2大棚一季节水80～120 m3，节水率为30%～40%。

（二）节肥

水肥一体化微喷技术实现了平衡施肥和集中施肥，减少了肥料的挥发和流失以及养分过剩造成的损失，具有施肥简便、供肥及时、作物易于吸收、提高肥料利用率等优点。在作物产量相近或相同的情况下，水肥一体化微喷技术与传统施肥技术相比，化肥节省率在40%～50%。

（三）省时省工省力

传统的浇灌、施肥、病虫害防治费时费力，非常麻烦，而使用微喷技术，只需在有网络的地方随时随地用控制器打开浇灌系统，浇灌、施肥、病虫害防治一体化可同时进行，几乎不用人工。

（四）保持土壤结构

传统沟灌灌水量比较大，设施土壤受到较多的冲刷、压实和侵蚀，容易导致土壤板结、土壤通气性下降、土壤结构遭到一定程度的破坏;而微喷属微量灌溉，水分缓慢均匀地渗入土壤，对土壤结构起到保护作用，并形成适宜的土壤水、肥、气、热环境。

（五）改善微生态环境

传统沟灌的大棚，一次性灌水量较大，地表长时间保持湿润，不但棚温、地温降低太快、升温较慢，且蒸发量加大，棚内湿度太高，易导致蔬菜病虫害发生。因微喷属于局部微灌，可使大部分土壤表面保持干燥，且喷头均匀缓慢地向根系土壤层供水，对地温的保持、回升，减少水分蒸发，降低棚内温湿度均具有明显的效果。微喷由于操作方便，可实行少量多次高频灌溉，可控制根区内土壤能够长时间保持最适合蔬菜生长的土壤湿度。

（六）提高经济效益

设施栽培一般每667 m2节省投入400～700元，其中，节省水电费用85～130元，节省肥料费用130～250元，节省农药费用80～100元，节省劳力150～200元，增产增收1000～2400元。与传统方式相比，水肥一体化微喷技术可减少肥料挥发、固定以及淋洗的损失，肥料利用率可增长30%～50%，水分利用率可增长40%～60%。

五、发展建议

（一）加大政府投入

对种粮大户、专业合作社、家庭农场等新型农业经营主体建设水肥一体化微喷设施的，政府应投入60%以上的资金，减少经营主体的负担，辐射带动其建设水肥一体化微喷设施的积极性，对减少化肥农药用量及减少对土壤环境、生态环境的污染都具有重要意义。

（二）加大高纯度水溶肥的投入

水肥一体化微喷技术对肥料的水溶性有较高的要求。选择的肥料养分含量要较高，如果肥料中的养分含量较低，肥料用量就要增加。适合水肥一体化微喷技术的肥料要在田间温度及常温下能够完全溶解于水，溶解度高的肥料沉淀少，不易堵塞管道和喷头;如果肥料混合后产生沉淀物，易堵塞微喷管道和喷头，同时会缩短设备的使用年限。

（三）加强技术培训

做好水肥一体化微喷设施的维护与保养，必须加大对新型农业经营主体的培训与指导，安排专人定期对系统进行维护。注意日常的使用与维护，不仅可以延长设备的使用寿命，而且设备的使用效率也可以发挥到最大化。同时，还应加大对该技术的推广与应用，让该技术模式得到可持续、可循环发展。