桃树智慧种植综合效益分析

胡建国，宋成秀(水发智慧农业科技有限公司，山东济南 250100)

1 基础信息

1.1 试验材料

试验地位于山东省德州市临邑县翟家镇，东经116.9°、北纬37.2°，属暖温带半湿润季风气候。供试材料为4年生永莲1号桃，9月中旬成熟，行距4.5米、株距3.5米，每亩42株。供试桃园面积6.5亩，土壤为中壤土，试验前对桃园土壤理化性质进行检测，检测结果见表1。

表1 桃园试验前土壤理化性质

1.2 智慧种植系统设备

试验地块现有灌溉机井1处，可正常运行，示范田智慧种植系统新增以下系统及设备：

(1)智慧种植管理软件。智慧种植管理软件为锋士开发的智慧灌溉物联云系统，用户可以通过浏览器和微信公众号登录进行管理。

(2)水肥一体化管理设备。在示范田安装山东锋士信息技术有限公司自主研发的大田灌溉专用水肥一体化管理设备1台，联网智慧灌溉物联云系统，实现示范田的灌溉、施肥科学精准管理。设备可以采用手动、自动、智能控制3种方式进行灌溉施肥。

基础灌溉设施建设以下内容：a.建设灌溉泵站1处；b.灌溉配套首部过滤系统1套；c.安装水肥一体化设备1套；d.铺设主管道110米，铺设灌溉支管936米，铺设小管出流毛管1365米，安装滴头1365个。

(3)信息采集设备。建设智慧灌溉物联云分站1处，泵站测控点1处，灌溉阀门测控点2处，土壤墒情监测点1处，气象监测点1处，空气温湿度监测点1处，视频监测点8处，实现试验区水肥一体化管理的信息化决策和自动化控制。

首部过滤装置及水肥机

小管出流滴灌管

其中气象监测点用于采集田间的温度、湿度、光照度、风向、风速、雨量信息，土壤墒情监测点用于采集桃园灌溉区域的10、20、40厘米土壤温湿度，视频监测点用于采集桃树长势和监控水肥设备工作状态，同时将土壤理化性质数据输入智慧灌溉物联云系统。

视频监控及气象监测站

EC值和pH值实时监测

2 试验设计

2.1 水肥设计

桃树生长过程中需要大量有机肥、氮肥、钾肥，适量磷肥，同时，适当补充钙、锌、锰、硼等中微量元素肥料以及氨基酸、腐植酸等功能性肥料，有利于提高产量和品质。参考《设施蔬菜栽培水肥一体化技术》(隋好林、王淑芬主编)中提供的单位产量养分需求，每生产1000千克桃，需纯氮养分2.97千克，五氧化二磷养分1.22千克，氧化钾养分4.90千克，氮磷钾需求比例为1∶0.41∶1.65。根据树龄和当地生产状况，目标产量定为亩产800千克。

结合试验园特点，选用商品有机肥(总养分≥5%、有机质≥45%)；大量元素肥料选用尿素、磷酸一铵、硫酸钾；中微量元素选用EDTA螯合钙、七水硫酸镁、七水硫酸锌、EDTA螯合铁、一水硫酸锰、硼砂、钼酸铵；功能性肥料选择腐植酸、氨基酸。

测土配肥后扣除土壤供肥量即得肥料的实际需要施用量。在测土配方的基础上，坚持平衡施肥、以产定肥的原则。施足基肥，全部有机肥、氮肥的15%和磷肥的20%及钾肥的15%作为基肥深施，其余部分在桃树的生长期结合滴灌进行追施。

2.2 试验处理

如下图所示，由西向东分3个处理，处理1、处理2为智慧灌溉模式，处理3为果园传统管理方式，农事操作根据系统推送统一处理。其中智慧灌溉模式处理1灌溉方案采用智慧墒情法，追肥方案采用目标产量法；智慧灌溉模式处理2灌溉方案采用智慧墒情法，追肥方案采用调整的目标产量法，即在目标产量法的基础上减施30%。

2.3 灌溉制度

桃园灌溉采用小管出流方式，滴水次数、滴头流量及滴水时间间隔，应根据土壤墒情、桃树长势长相、天气情况而定。具体灌溉方案根据气象、墒情信息，在此基础上优化形成(表2)。

表2 桃树灌溉制度

3 试验记录

3.1 智慧灌溉方案

(1)种植信息登记。登录系统登记种植信息，向云平台申请智慧灌溉服务。登记的信息包括：地块信息，农作物的种类、品种、种植时间及土壤养分等信息。

种植信息登记

(2)智慧灌溉方案生成。通过专家模型管理与优化功能，生成对应的专家理论灌溉、施肥标准参数，经水肥耦合处理生成针对该用户的“水肥一体智慧灌溉方案”。灌溉方案经系统审核后，自动下载到种植用户的管理软件中。

(3)方案调整及确认。智慧灌溉物联云系统根据灌溉推送的智慧灌溉方案区域的实时墒情和气象信息及未来7天的气象预报信息，自动对种植户的灌溉方案进行实时更新，保证种植户在灌溉时能得到最合适的方案。系统以下载的智慧灌溉方案为依据，为用户提供方案调整功能。用户可调整灌溉开始时间，选择化肥种类及品牌，系统将根据用户要求和现场的灌溉模式、设备参数，自动调整优化形成最终的智慧灌溉流程。

系统在灌溉前24小时将设施检查信息推送至手机，操作员按照提示依次对设施进行运行前的检查、维护和操作；在灌溉前1小时，系统推送灌溉前准备工作信息，操作员按照提示对电源、手动阀门、设备控制权限及肥料准备情况进行准备和确认。水肥方案推送至用户手机，用户按灌溉施肥方案要求进行操作执行。

3.2 农事管理信息推送

根据智慧灌溉物联云系统中的作物生长模型，结合气候环境信息，进行生育期预测，下达推荐田间农事管理任务。

3.3 过程记录及分析

基肥施用记录：10月统一追肥，施用量见表3。

表3 基肥施用信息

如下图所示，智慧灌溉区采用小管出流方式，通过水肥一体化滴灌设备进行追肥，对照区采用挖环状沟施肥。

智慧灌溉模式下滴灌追肥与人工开挖环状沟追肥

(1)水肥一体智慧灌溉地块。智慧灌溉地块共灌溉追肥5次，分别为萌芽前、谢花后、硬核期、果实膨大期2次，如图。

水肥一体智慧水肥记录

(2)传统管理地块。5月中旬追肥1次，追施复合肥1.75千克/株、商品有机肥2.50千克/株，折合每亩施用复合肥73.5千克、有机肥105.0千克(表4)。追肥后进行大水漫灌，每亩灌水量30米3。

表4 传统管理模式下灌溉追肥信息

4 试验结果及分析

4.1 产量测定及结果分析

为保证测产取样数据的科学性，3个处理相邻1行作为隔离行，不在取样范围内，然后去掉每个处理第1行和最后1行，分别取第2行第6株、第3行第10株、第4行第14株、第5行第18株树作为样本，每个样本分为4份，进行产量测量以及品质检测取样。

由下图可以看出，处理1桃果个大，上色好；处理2桃果个均匀，上色好；处理3桃上色不好，果个偏小。

处理1结果状 处理2结果状 处理3结果状

处理1采收 处理2采收 处理3采收

鲜桃采样后送往山东省农业科学院农业质量标准与检测技术研究所进行品质检测，检测结果如表5所示。由表5可以看出，水肥一体智慧灌溉减肥30%处理2效果最好，可溶性固形物和总糖含量均高于传统水肥处理3，尤其是总糖含量提高比率达13.27%。水肥一体智慧灌溉处理1的可溶性固形物和总糖含量均降低，分析原因可能由于处理1桃个头大，成熟期推迟，采摘检测品质时未达到最佳采摘期。

表5 品质对比

本次试验总产量表现为：处理1减产，处理2略增产。处理1结果数量少的原因，可能是由于处理1处于风道一侧，受2018年4月初降温影响，农场风道两侧的桃树均减产明显。

由表6可以看出，单株结果量处理1明显低于处理2、处理3，处理2、处理3基本持平；平均单果重处理1明显高于处理2、处理3，处理2、处理3基本持平；折合亩产处理1明显低于处理2、处理3，处理2明显高于处理3，亩增产17.99千克；综合亩增收处理1不占优势，处理2亩增收50.37元。

表6 测产对比

4.2 肥料投入对比分析

由表7可知，与对照相比，处理1和处理2节肥率分别达到43.65%和46.02%，节水率达30%，每亩分别节约肥料投入180.63、214.10元。

表7 智慧灌溉与传统灌溉方式节肥节水对比

4.3 人工投入对比分析

智慧灌溉施肥模式试验地块面积6.5亩，灌溉施肥1次用工7小时，按照1工日计。传统灌溉施肥方式追肥用工1.8个工日/亩，灌溉用工0.2个工日/亩，灌溉追肥约合2个工日/亩；使用智慧灌溉施肥模式，按照每个地块20亩，每个地块灌溉追肥3小时计算，一天可以灌溉追肥3个地块，合计60亩，只需要1个工日即可完成，而人工追肥灌溉60亩需要120个工日才能完成(表8)。

表8 不同灌溉施肥模式用工对比

4.4 桃树长势对比分析

如下图所示，在硬核期，处理1、处理2的桃树长势好，相邻2行树枝叶几乎相交，处理3(对照)相邻2行树间距较大，枝叶生长量较小。

处理1采收期 处理2采收期 处理3采收期

综合果实品质和产量对比，与传统水肥处理3相比较，水肥一体智慧灌溉减肥30%即处理2在果实色泽、单株结果量、单株产量、平均单果重、亩产、亩收入、可溶性固形物含量、总糖含量、糖酸比等方面均占优势。水肥一体智慧灌溉减肥30%处理不仅在果实外观品质、内在品质方面优于传统水肥处理，如果不考虑果实品质因素，鲜桃以通货价收购，水肥一体智慧灌溉减肥30%处理收入也高于传统水肥处理。因此，水肥一体智慧灌溉处理整体明显优于传统水肥处理。

4.5 效益分析

通过整个生育期试验，对肥料人工等投入进行分析，对于面积越大的果园，智慧灌溉系统优势越明显，智慧灌溉系统投入10万元，以基本地块20亩为例，按照使用年限10年折算，折合每亩投入500元/年，田间灌溉设施1000元/亩，可使用3年，折合每年每亩333元，总投入每年每亩833元；以100亩果园为例，可划分为5个地块，监测站点、电缆相应增加，智慧灌溉系统投入20万元，折合每年每亩投入200元，加田间灌溉设施每年每亩333元，总投入为533元/亩。

在本次试验过程中，靠近风道的果树坐果率受倒春寒影响较严重，水肥一体智慧灌溉处理1结果存在恶劣环境影响偏差。因此以水肥一体智慧灌溉减肥30%试验组即处理2为例进行效益分析，如表9所示，以100亩面积果园为例，每年增收节支综合效益为11947元。

表9 增收节支综合效益分析(100亩果园)

水肥一体智慧灌溉模式节肥、节省人工效益显著，对于100亩以上的果园，依靠人工灌溉和追肥，大约需要20个人工，8～12天，约合200个工日，用工量大、周期长，很可能错过需肥需水关键时期，而采用智慧灌溉模式1天即可完成灌溉施肥，可以很好地保证作物生长需求。人工追肥一次性施入，智慧灌溉模式下，肥料是不同生育阶段进行追肥，可以根据当年结果情况以及自然灾害状况随时调整施肥量，进一步节约肥料的投入。桃树水肥一体智慧水肥实验结果表明，在生产中可以大力推广使用该模式。