“互聯網+”煙田養分精準管理平臺的構建與應用

李喜旺 陽國發 賓俊

摘要? ? 由于傳統煙葉生產的粗放性，很難對田間施肥實行精準控制。探討“互聯網+”煙葉田間養分精準管理，就是通過“互聯網+”的物聯網、大數據等技術，收集、分析每塊土地的養分背景值、種植年限、種植品種等歷史數據與關聯性，構建田間養分走勢與規律模型，按地塊建立土壤養分數據庫，實現對養分的精準測算并調配出針對性的配方肥料，從而實現精準施肥。應用效益表明基于“互聯網+”的煙田養分精準管理平臺能有效減少農戶施肥時間、減少肥料用量、提高肥料的利用率、提高煙農收益。

關鍵詞? ? 煙葉生產;“互聯網+”;田間養分;精準施肥

中圖分類號? ? S527.061? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）12-0254-02

肥料是農作物的“糧食”，肥料施用不合理會增加農業生產成本、浪費資源，也造成耕地板結、土壤酸化。測土配方施肥法如同“按方抓藥”，對促進化肥減量增效有十分重要的作用。而傳統配肥采用大配方方法，數據相對粗放，精準用肥難以實現，其關鍵在于難以實時實地掌握每塊土地的養分背景值[1-2]。為了對煙區實施定位、定量的田間養分管理，有研究利用GPS技術定位取樣結合GIS技術進行土壤養分分析和管理[3-5]。盡管上述研究能在一定程度上給煙農推薦合適的施肥配方，但是也存在大量計算過程，每年度都要重新取樣測量、煙農無法單獨完成。因此，利用“互聯網+”技術搭建的煙田養分精準管理系統，能夠將每塊土地的養分值提前輸入平臺，按地塊建立土壤養分數據庫，依托大數據技術，通過對歷史數據的收集與關聯性分析，可以掌握其中的走勢與規律，在此基礎上構建計算模型，實現精準測算。在施肥時，通過定位技術獲取每塊土地的養分狀況，平臺根據模型智能測算并調配出針對性配方肥料，從而實現精準施肥[6-8]。

1? ? 傳統煙田養分管理及存在的問題

眾所周知，農田養分的區域差異很大，這種差異在山區體現得尤為明顯。但由于缺少不同區域煙田土壤養分的背景值，長期以來，農民都以平均養分為參考值，實施粗放性施肥，這種養分管理的方式存在在以下問題。一是配方粗放、肥料利用率不高。由于沒有完全掌握不同地塊的土壤養分背景值，以致于無法設計精準肥料配方，不能針對不同地塊養分實現施肥量差異化調整，對作物營養均衡不利。二是以人工施肥為主、費工費時。由于缺乏與施肥機械結合的科學決策和精準施肥技術平臺，無法大量實施與地形地貌條件相結合的機械化施肥，且缺少智能手段計算、調控施肥量。

2? ? 基于“互聯網+”的煙田養分精準管理模式

基于“互聯網+”的煙田養分精準管理平臺，就是通過“互聯網+”的物聯網、大數據等技術，收集、分析每塊土地的背景養分值、種植年限、種植品種、煙農施肥行為等歷史數據的關聯性，掌握其中的走勢與規律，在此基礎上構建計算模型，實現對田間養分的精準測算，根據測算結果推薦最適宜的施肥配方。

2.1? ? 模塊設計

通過對大量農戶進行調查，分析不同種植條件下煙農施肥行為和心理，結合貴州典型山區煙草行業農業生產條件和生產規模，構建在分散經營與適度規模條件下的煙葉生產精準施肥技術平臺，模塊設計如下。

2.1.1? ? 分散經營條件下的精準施肥技術平臺。分散經營條件下，即連片種植規模<13.3 hm2、片區內農戶較多，可采用依托智能手機或智能PDA的煙草施肥APP，平臺包括施肥技術信息庫（煙草生育周期與養分吸收曲線模型、煙草適生性評價參數及模型、煙草養分需求參數及模型、施肥方案、施肥方法、推薦施肥卡參數），信息數據庫（土壤、栽培管理和生態條件等方面信息采集并建立數據庫），施肥技術決策和基于WebGIS的網絡信息發布等模塊和功能，可以實時了解地塊的土壤養分狀況并對施肥過程進行指導，技術路線見圖1。

2.1.2? ? 適度規模條件下的精準施肥技術平臺。適度規模條件下，即連片種植規模>200 hm2，可采用基于處方的變量施肥機施肥，具體包含2個執行模塊：施肥處方生成模塊和施肥處方執行模塊。施肥處方生成模塊通過獲取GPS位置信息，從后臺調用土壤養分數據，依據施肥模型生成肥料用量;施肥處方執行模塊實現與作物需求同步的精確肥料投入，矯正排肥量偏差，實現變量施肥與土壤空間變異同步的精確施肥。適度規模條件下的施肥平臺技術路線見圖2。

2.2? ? 運作流程

針對分散經營條件下的貴州典型煙區農村條件，采用精準養分管理手持APP終端，將煙草施肥各管理單元、各管理環節及具體管理措施等信息傳遞給農民，提供施肥決策服務，指導農戶開展精準施肥。其具體操作流程如下：用戶依據配發的手持APP，一是啟動軟件，在即將準備施肥作業的田塊打開手持終端、啟動APP;二是點選施肥區域，依據后臺已采集好的施肥區域信息點選施肥區域，便于開展針對性施肥操作;三是肥料參數設置，針對所在的施肥區域進行參數設置，科學合理地設置好肥料參數，便于精準肥料投入;四是施肥配方調整，用戶依據所選肥料類型在用戶端修改肥料名稱，系統便實時展示其肥料各養分含量情況，以對施肥配方進行調整;五是新建分級，繼續點選新建分級，依據平臺的施肥技術信息庫中煙草養分需求參數及模型等功能，生成推薦分級，便于肥料精準投入;六是推薦施肥方案，用戶按照操作流程完成以上步驟后，即整合了參數獲取、決策平臺和管理技術，集成了煙區生態環境數據庫與煙草施肥專家模型庫，從而生成推薦施肥方案，并直觀地推薦給用戶。

針對適度規模經營條件下的煙地，采用配套研發的煙草精準施肥機實現施肥決策與服務的一體化。具體操作流程如下：用戶采用基于處方的變量施肥機施肥，一是啟動控制器，用戶將電源開關打開后，控制器加電，施肥指示燈亮起，精準施肥控制系統啟動，在此同時用戶需檢查電池電量、定位模式、GPS狀態及電機狀態顯示等，以確保正常;二是加載施肥控制文件，將存有施肥控制文件的移動存儲設備插入USB接口，平臺系統將載入地圖和數據，GPS便自動搜索信號，定位當前位置;三是施肥，用戶點選啟動/暫停鍵，此時施肥指示燈滅掉表示開始施肥的狀態;四是施肥結束，用戶點選啟動/暫停鍵，此時施肥指示燈亮起表示處于停止施肥的狀態;五是退出精準施肥控制系統，點選后退鍵（或菜單鍵，選擇退出），確定退出精準施肥控制系統;六是關閉控制器，用戶將電源開關撥到關閉位置，將控制器關閉，精準變量施肥即結束。

2.3? ? 優化效果

2015—2017年基于“互聯網+”的煙田養分精準管理平臺累計推廣面積11.4萬hm2，取得了比較顯著的經濟社會效益。

平臺應用后，在精準決策施肥和服務一體化方面，施肥減少了公頃平均用工，使用研發的配套精準施肥機平均可節約用工22.5個/hm2。

比較精準配方與傳統配方施肥結果可知，應用精準施肥管理平臺推薦施肥配方的肥料價格平均節約222元/t，減少肥料投入成本9.51%，平均至少可少投入肥料40.5 kg/hm2。

促進煙株營養平衡，提高煙葉田間整齊度，改善煙葉化學成分均勻性，提高煙葉質量。以遵義縣鴨溪示范點為例（表1），與農戶習慣施肥模式相比，精準配方施肥可增加株高、莖圍、中部最大葉面積和頂葉面積，株高也略有增加。

該平臺有效減少了肥料投入費用，按2015—2017年平均3.3元/kg基肥計，3年累計節約肥料投入1 523.52萬元（表2）。

3? ? 結語

基于“互聯網+”技術搭建的煙田養分精準管理系統，通過對煙田歷史數據的收集與關聯性分析，構建了田間養分變化規律模型，實現對土壤肥力的精準測算，推薦最佳的施肥配方。通過田間示范，應用煙田養分精準管理系統能夠減少農戶施肥時間、減少肥料用量、提高肥料的利用率、改善農田水污染風險，有良好的生態、經濟、社會效益，符合國家生態環境改善要求，具有廣闊的應用發展空間。

4? ? 參考文獻

[1] 夏海乾，孟琳，石俊雄，等.精準施肥技術在煙草上的應用[J].西南農業學報，2011，24（6）：2263-2269.

[2] 蔣衛，馮婭，霍沁建.精準施肥技術在遵義縣煙草上的應用研究[J].耕作與栽培，2011（3）：12-13.

[3] 王強，馬友華，胡宏祥，等.基于GIS與GPS的中國農村精準施肥的方法研究[J].中國農學通報，2006，22（7）：524-529.

[4] 陳勝利，喬紅波，王紅旗，等.基于GIS和GPS的煙田養分管理[J].煙草科技，2007（2）：58-62.

[5] 張鑫.基于GIS的煙田養分管理與施肥推薦系統的設計與開發[D].南昌：江西農業大學，2013.

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