智慧时代园林植物水肥资源利用效率的提升路径研究

摘要：随着智慧时代的到来，云计算、大数据技术为园林植物生长信息的分析和利用提供了新方法，为园林植物种植和管理提供了强大助力。水肥管理是园林植物种植过程中的关键环节，如何利用前沿技术提升园林植物水肥资源效率，是园林产业升级面临的现实问题之一。首先分析智慧时代的技术特征，其次分析园林植物种类和水肥需求特性，最后根据传统园林植物水肥利用效率提升模式存在的不足，提出水肥利用效率的提升路径，以期为先进技术更好地赋能园林植物水肥管理提供参考。

关键词：水肥资源；利用效率；园林植物；智慧技术；智能装备

中图分类号：S275 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）10-00-05

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Research on the Improvement Path of Water and Fertilizer Resource Utilization Efficiency of Landscape Plants in the Smart Era

LIN Yiyan1， HUANG Yan1， HUANG Yanjing1， HUANG Congzheng2， ZHANG Houdong3， LIU Xinyue3， MAN Huibing3，

HOU Maomao3， JIN Qiu4

（1. College of Horticulture and Landscape Architecture， Fujian Vocational College of Agriculture;

2 International College， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350000， China;

3. College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China;

4. Nanjing Hydraulic Research Institute， Nanjing 210098， China）

Abstract： With the advent of the smart era， cloud computing and big data technology have provided new methods for analyzing and utilizing the growth information of garden plants， providing powerful assistance for garden plant planting and management. Water and fertilizer management is a key link in the process of planting garden plants. How to use cutting-edge technologies to improve the efficiency of water and fertilizer resources in garden plants is one of the practical problems facing the upgrading of the garden industry. This article first analyzes the technological characteristics of the smart era， followed by an analysis of the types of garden plants and their water and fertilizer demand characteristics. Finally， based on the shortcomings of the traditional model for improving water and fertilizer utilization efficiency in garden plants， a path for improving water and fertilizer utilization efficiency is proposed， in order to provide reference for advanced technology to better empower water and fertilizer management in garden plants.

Keywords： water and fertilizer resources; utilization efficiency; garden plants; intelligent technology; intelligent equipment

公园和绿地是城市的重要组成部分，为人们提供了休闲娱乐的场所，有利于改善城市环境和居民生活。然而，养护园林植物往往需要大量的水肥资源。如何在保证公园和绿地功能的同时，有效节约水资源，是实现城市可持续发展的重要课题[1]。

信息技术的不断进步为园林植物种植和管理提供了强大助力[1]。尽管当前智慧园林技术尚未完全成形，信息孤岛问题仍将长期且普遍存在，但智慧技术在园林建设方面的渗透正逐步加强，如北京市在公园景区、城市绿地、野生植物保护区、病虫害防治关键区域采用了可视化装备，建立了三维实景采集系统，建立了数百个土层。智慧技术高速发展的背景下，园林植物水资源利用也将进入智慧时代。通过利用大数据、“互联网+”、人工智能及物联网等前沿技术，有望实现对园林植物水肥资源的精量供应，对于提高水肥资源利用效率、实现经济社会可持续发展具有重要现实意义[2]。

从智能时代的技术特征、园林植物种类和水肥需求特性、传统水肥利用效率提升模式、智慧时代园林植物水肥利用效率的提升路径等4个方面进行分析，以期为先进技术更好地赋能园林植物水肥管理提供参考。

1 智慧时代的技术特征

智慧时代的技术特征主要包括智能控制、万物互联和虚拟现实等。智能控制时代的到来，标志着预先计划、集中控制即将成为历史，自主控制将成为主流。在智能控制场景下，机器具备一定的学习能力、行动能力，通过嵌入式的信息采集系统、数据分析系统、智能识别系统、实时反馈系统，可及时跟踪运行情况，自行调节运行策略，不再需要“输入-输出”的口令。

多元信息深度融合的虚拟现实技术为人类突破时间和空间限制提供了可能。虚拟现实技术起步较早，在1960年便出现了虚拟仿真技术，广泛应用于能源、教育等领域。通过计算机图形、三维展示技术、语言导入和反馈等，实现了虚拟世界和真实世界的融合[3]。虚拟现实技术通过提供沉浸式的体验和交互方式，为许多高难度工作提供了新的解决方案。研发的水利规划虚拟仿真系统如图1所示。该系统包含实景仿真、水利规划和云观察等模块。其中，仿真模块通过虚拟现实技术将农田实景搭建于一个无缝地图；水利规划模块可以实现规划方案的可视化，最大限度减少试错成本；云观察模块可跨越不同地域进行云视察，实时掌握植物灌溉情况，不再受空间和距离限制，实现智慧水利操控。

万物互联指以人的思维为目标中心和服务指向，将人与人、人与物、物与物相连，这种万物互联的社会关系并不仅仅是物理功能的互联，也是思维的连接。现代网络技术将人、机器、数据、场景、事件等要素深度串联，通过信息分析和转化形成动能，使得各要素产生倍增、叠加、驱动效应。

智能控制、万物互联和虚拟现实这些智慧时代的技术特征，主要通过数据驱动、“互联网+”、人工智能、物联网等技术实现。作为当前的前沿通用性技术，如何将它们高效应用于各细分行业，是应用基础研究领域不断探索的问题。

2 园林植物种类和水肥需求特性

2.1 园林植物种类

园林植物种类可分为乔木、灌木、草本和藤本植物等，在设计和建设园林时，往往需要根据不同种类植物的特性和造景需求进行选择和配置，以达到最佳的效果。不同园林植物中，乔木是主体植物，通常体积大、寿命长、种类繁多，包括松树、柏树、樟树等。灌木是园林中的辅助植物，体积相对较小、形态各异、色彩丰富，可以作为园林的点缀，增加园林的景观效果，包括茶花、杜鹃、山茶等。草本植物的生命周期较短，但是花色丰富，可以为园林增加色彩和活力，通常包括菊花、牡丹、郁金香等。藤本植物是园林中较为特殊的植物种类，可以攀爬在墙壁或者构筑物上，增加园林的立体感，包括爬山虎、喇叭花、紫藤等。

2.2 园林植物水肥需求特性

乔木通常需要大量的水分来维持生长，并且对土壤肥力有一定要求。然而，不同种类的乔木对水分和肥料的需求存在一定差异。例如，松树更喜欢干燥环境，而杨树则需要大量的土壤水分。因此，在灌溉和施肥时需要根据不同乔木种类调整方案。

灌木通常比乔木更耐旱，并且对土壤肥力的要求也更低，但其仍然需要一定量的水分和肥料来维持生长。例如，茶花喜欢较为湿润的环境，并且需要富含有机质的土壤。

草本植物对水分和肥料的需求较高，往往需要充足的水分来维持生长，并且对土壤速效养分和有机质含量有较高要求。例如，菊花喜欢湿润环境，并且需要肥力较高的土壤；薄荷也喜欢潮湿环境和疏松肥沃的土壤。

藤本植物通常对水分和肥料的需求较低，可以在较干燥的环境中生长。例如，藤本月季具有很强的环境适应能力，对种植条件的要求也不高，但透水良好、疏松、腐殖质含量丰富的土壤更有利于其开花。

不同园林植物在水肥需求方面存在较大差异。实际应用中，需要根据不同种类的植物及其生长环境，制定合理的灌溉和施肥策略，以实现园林植物水资源的高效利用。

3 传统园林植物水肥利用效率提升模式

3.1 土壤改良模式

我国部分区域土壤存在结构密实、肥力低的问题，导致蓄水保墒能力差、养分供应滞后，不利于园林植物生长。已有的土壤改良模式包括增施有机肥、覆盖保墒、施用土壤调理剂、灌排改良等，这些技术的应用有利于增加土壤团聚体、改良土壤团粒结构，使水肥在土壤孔隙中滞留更长时间，供园林植物吸收，以提升水肥利用效率[4-5]。

3.2 节水灌溉模式

节水灌溉模式考虑了植物水分需求特点、肥料供应量、土壤养分状况等因素，能够精准调控用水量和施肥量，最终达到提升水肥资源利用效率的目的。常见的节水灌溉模式包括喷灌、滴灌、润灌等。

3.3 水肥一体化管理模式

水肥一体化技术是采用压力系统，将液体肥料或充分溶解后的固体肥料通过管道和灌水器输送到植物根系附近，实现均匀、定时、定量浸润根际环境的效果。水肥一体化管理技术充分遵循了植物水肥需求规律，水肥资源利用率较传统施肥灌溉模式有大幅提升。

3.4 耐旱耐低肥新品种选育模式

针对土壤特点和气候条件，选育耐旱耐低肥园林植物新品种，是水肥减量、提升资源利用效率的方法之一，具体包括混合选择法、单株选择法和无性系选择法等。园林植物新品种筛选是一个长期工作，包括种质资源调查和收集、引种驯化、选种、选育、试栽等工作。

4 智慧时代园林植物水肥利用效率的提升路径

智慧技术可以在园林植物水肥利用效率提升方面发挥重要作用，具体包括智能灌溉和施肥系统、生长环境监测系统、大数据分析和预测、植物水分亏缺早期诊断等方面。智能灌溉系统借助传感器和自动控制技术，根据传感器反馈机制和植物需求，调节灌溉量和频率，避免过量灌溉和水分浪费，确保植物得到适量的水分。研发的园林智慧灌溉系统如图2所示。与传统装备相比，园林智慧灌溉系统采用了集成设计，一体化外观不会破坏整体的园林景观效果；内部有嵌入式自动控制系统，根据实际需求制定灌溉方案。类似地，智能施肥系统也是基于植物需求和土壤分析结果，自动调节肥料类型和用量，并精确投放到植物根系所在的位置，有利于提升肥料利用效率、减少肥料浪费和降低环境污染。

生长环境监测技术主要指气象监测技术和土壤监测技术。气象监测技术可以实时获取气温、湿度和降雨等气象数据，根据气象数据预测植物的逐日蒸发量、需水量等关键信息，避免了雨季过量灌溉，减少了水资源消耗。土壤监测技术可实时监测土壤的养分含量、pH值等，了解植物所需的营养情况，并根据反馈结果进行补充灌溉和施肥。值得注意的是，土壤存在异质性，传感器返回的数据仅代表局域范围内的状况，提高传感器布设密度虽然可以提升精确度，但是会增加建设和维护成本。因此，寻求精度和成本之间的平衡是需要考虑的重要问题。

大数据分析和预测是通过收集和分析园林植物生长、水分和养分利用数据，建立模型和算法，预测未来的水肥需求，进行精细化、智能化的管理，提高水肥利用效率，降低人工管护成本[6]。

植物水分亏缺早期诊断则是利用图像识别技术，在水肥施用装备上搭载图像识别系统，在实现智能灌溉的同时，对重点名贵园林植物的叶片水分亏缺进行早期诊断，重点解决传统灌溉中依靠水分传感器导致的水分供应滞后问题。

智慧技术在园林植物水肥利用效率提升中具有巨大的应用潜力。通过智能化的监测、控制和管理，可以精确调节水肥供应，避免浪费和污染，提高资源利用效率，实现园林植物的健康生长和园林产业可持续发展。

5 结论

园林植物的水肥资源利用效率提升是较为复杂的问题，需要从多个方面进行分析。传统方法包括滴灌、微喷、雨水集蓄灌溉等节水灌溉技术，虽然能够在一定程度上提升园林植物的水肥资源利用效率，但是效果有限。随着智慧时代的到来，应当利用现代科技手段，如传感器、物联网、人工智能等，实现对园林植物的精准水肥供应，避免过度灌溉和施肥。

参考文献

1 魏 琳.城市园林绿化智慧化管理体系建设研究[J].热带农业工程，2022（6）：109-111.

2 秦 萱.智慧园林规划与建设背景下园林大数据发展的价值[J].南方农业，2021（21）：53-54.

3 何金金，方 平，王玉芬.基于人工智能的虚拟仿真技术的探讨与分析[J].信息记录材料，2023（8）：170-172.

4 侯毛毛，陈竞楠，杨 祁，等.暗管排水和有机肥施用下滨海设施土壤氮素行为特征[J].农业机械学报，2019（11）：259-266.

5 侯毛毛，陈竞楠，林志远，等.滴灌和微生物有机肥对设施土壤呼吸的耦合作用及机制[J].农业工程学报，2019（24）：104-112.

6 陈家儒，薛 艳，杜冬月，等.基于物联网技术的智慧农业大棚动态监测与决策系统[J].河南科技，2021（36）：13-17.