農作物精準營養灌溉管控模式在草莓種植中的應用

焦麗娜，鄭 毅，田家賓

（1.天津市水利科學研究院，天津 300061；2.天津市海河管理中心，天津 300123）

現代農業的發展趨勢逐步從單純地追求產量變成追求效率和效益。我國連續13 a發布的以“三農（農業、農村、農民）”為主題的中央一號文件提出，建設現代農業產業園、農業科技園，實施產業興村強縣行動，推行標準化生產，培育農產品品牌，保護地理標志農產品，打造一村一品、一縣一業發展新格局；大力發展數字農業，實施智慧農業林業水利工程，推進物聯網試驗示范和遙感技術應用。

近年來，我國物聯網信息技術、智能控制技術、監測技術等技術取得的成果為我國現代農業發展提供了有力的技術支撐。荷蘭、以色列、日本等發達國家作為設施農業發展的代表，成為高端農產品的出口大國。我國設施農業科技投入正逐步增加，不斷引進吸收國外先進技術，以提高作物品質、控制上市時間，增加種植經濟效益。以農作物精準營養灌溉管控模式在草莓種植中的應用項目為示范的精準營養灌溉管控模式可有效提高農產品品質、安全，有效合理利用水肥，提高作物的經濟效益。

1 技術介紹

農作物精準營養灌溉管控模式，是根據作物在不同時期的需水狀況和土壤養分變化來確定作物水肥的模式。在作物定植成活后進行灌水施肥的精準管控，對作物生長全程實現精準營養灌溉，將傳感器監測數據上傳至精準營養灌溉管控平臺，平臺根據作物生長狀況和環境變化進行精準水肥管控。

農作物精準營養灌溉管控模式中農作物水肥定額是根據作物生長時期水肥需求特點確定的。在作物整個生長期中，根據土壤中養分變化確定作物施肥周期、施肥量，同時根據農作物各個時期的需肥特性確定施肥種類。在此基礎上，將檢測的養分變化與土壤濕度相結合，確定科學合理的水肥管控模式。

普通的水肥管理模式是將定量的水肥定期供給作物。因為普通水肥管理模式忽略了作物各個生長時期的特點、環境變化和果實特點，只是定時定量地將水肥輸送給了土壤，導致在某一時期水肥供給不足或過量，影響作物的產量和品質。農作物精準營養灌溉管控平臺擁有農作物水肥數據庫、環境管控數據庫。根據作物經濟效益的需求，用戶可以選擇不同的水肥管控和環境管控模式。

農作物精準營養灌溉管控模式是一項融現代物聯網技術、智能控制技術、監測技術、作物種植技術于一體的綜合性集成技術，可以實現精準營養灌溉管控，提高作物品質，增加作物商品性，控制作物上市時間，使設施農業種植效益最大化。農作物精準營養灌溉管控模式運行流程，如圖1所示。

農作物精準營養灌溉管控模式由硬件系統和軟件系統組成。其中，硬件系統包括控制系統、監測系統、水肥環境調控系統，軟件系統包括布設在云平臺的精準營養灌溉管控軟件和與軟件配套的手機App。農作物精準營養灌溉管控平臺結構，如圖2所示。

圖1 農作物精準營養灌溉管控模式運行流程

圖2 農作物精準營養灌溉管控平臺結構

2 項目實施過程及效果

2.1 項目建設規模

項目建設的科技示范點位于天津市武清區偉益農莊，種植草莓面積共2.67 km2。項目安裝首部系統1套、灌溉施肥管道1套和自動控制系統1套，布設監測點2個、氣象觀測儀1套。系統安裝硬件設備，如圖3所示。

2.2 項目建設過程

武清項目示范區在項目推廣示范前采用傳統的手動滴灌方式，將水肥提前灌入施肥桶內，架高施肥桶，利用重力將肥注入滴管系統中。這種方式操作繁瑣，隨著施肥桶內水肥的變化，注肥速度隨之變化，造成施肥極度不均勻。

項目推廣中，為保證作物能有精準的水肥供應，在示范區安裝自動灌溉施肥系統、灌溉施肥控制系統和作物滴灌系統。

農作物精準營養灌溉管控模式采用一字形高架基質栽培，每個大棚種植80行，行距60 cm，株距15 cm，共計6 400株。普通水肥管理模式采用土壤起壟栽培，每棚種植75行，行距70 cm，株距15 cm，共計6 000株。

圖3 系統安裝硬件設備

在項目推廣示范中，農作物精準營養灌溉管控平臺利用已有數據模式設置“紅顏”和“章姬”草莓各個生長時期的水肥環境管控模式，在草莓生長過程中進行精準營養灌溉管控及環境管控。但在項目示范期間，項目組利用選定的2個示范棚進行試驗，根據草莓生長過程中環境變化和草莓生長狀況，對草莓管理模式不斷修正和完善，提升其管理效率和質量。

在草莓的緩苗期、生長期、結果期等各個不同生長時期分別對草莓的灌水頻次、灌水量、施肥頻次、施肥量等參數進行修正，對精準營養灌溉管控系統軟硬件穩定性進行測試，對傳感器數據準確性進行校正，并利用土壤養分檢測儀對基質養分變化進行檢測，使精準營養灌溉管控模式軟硬件更加標準化、系統化。

2.3 項目實施效果

農作物精準營養灌溉管控模式在推廣示范中與普通水肥管理模式對比，取得顯著的經濟效益。2種管控模式下草莓不同果期經濟效益對比，詳見表1。

表1 2種管控模式下草莓不同果期經濟效益對比

經統計，在草莓品質及價格最好的前3茬果中，農作物精準營養灌溉管控模式下產量為1 278 kg，收入為9.44萬元；普通水肥管理模式下產量為976 kg，收入為7.4萬元。整個生長時期農作物精準營養灌溉管控模式下每個大棚草莓收入13.18萬元，比普通水肥管理模式高28.5%。

在草莓整個生長期中，相比于普通水肥管理模式，農作物精準營養灌溉管控模式增加了草莓的施肥頻次，但減少了草莓整個生長時期的施肥量，每個大棚減少施肥量28 kg。農作物精準營養灌溉管控模式在增加草莓種植效益的同時降低施肥量18.4%。

3 結語

在資源約束和環境保護戰略驅動下，開展農作物精準營養灌溉管控模式的推廣，對于發展我國的節水農業技術體系、提高灌溉水利用率、減少化肥使用量、加速我國農業的規模化生產和現代化進程、為推進農業4.0和互聯網+大數據都具有重要意義。