番茄水肥一體智慧種植應用研究

宋成秀，李 丹，張志強，陳立利，張同心，張博文

（1.山東鋒士信息技術有限公司，山東濟南 250100；2.水發集團有限公司，山東濟南 250100；3.水發智慧農業科技有限公司，山東濟南 250100）

0 引言

我國的傳統農業生產，一直以來都面臨著種植成本高、水肥浪費嚴重、產品品質不一、產品安全不過關的難題。一方面繁瑣的種植管理使得人工成本居高不下，本著“寧撐勿餓”的施肥原則，大水大肥的管理模式，造成水肥的施用效率偏低，浪費嚴重，且造成過大的土壤負擔；另一方面，環境的無償、以產量為本的種植理念，使得農藥的施加量有增無減，造成產品品質及安全無法保障。因此，在未來農業的發展道路上，如何降低生產成本，提高產品品質及產品安全顯得尤為迫切。

智慧農業是將物聯網技術運用到傳統農業中去，運用傳感器和軟件通過移動平臺或者電腦平臺對農業生產進行控制，集成應用計算機與網絡技術、物聯網技術、音視頻技術、3S技術、無線通信技術及專家智慧與知識，實現農業可視化、遠程診斷、遠程控制、災變預警等智能管理，使傳統農業更具有“智慧”。目前我國的農業產業化生產還未大范圍普及，農業數據采集、傳輸、存儲、共享的手段和方式落后，農業物聯網產品和設備還未實現規模量產，未來智慧農業在我國的前景十分廣闊，到2022年，我國智慧農業的產業達到184.5億美元的規模，年均復合增長率13.8%。智慧農業未來可期，因此，我們將番茄智慧種植與傳統種植模式試驗、對比，以期為推動番茄智慧種植的發展貢獻一份力量。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗地點濟南市萊蕪雪野湖度假區，種植大番茄（甜柿1855），椰糠栽培，9月底定植，3月份拉秧，采用智慧種植模式，自動水肥、智慧溫室環境調控、熊峰授粉等，人為參與度低。

對照棚位于試驗棚東側，棚外光照溫濕等環境均相同，種植大番茄（甜柿1855），椰糠栽培，9月底定植，3月份拉秧，簡易滴灌、傳統人工管理模式。

1.2 試驗設計

試驗的施肥制度：每生產1 000 kg番茄，需吸收N 3.2 kg，P2O50.7 kg，K2O 4.8 kg，CaO 2.6 kg，MgO 0.6 kg，椰糠基質本身沒有肥效，番茄施肥依據目標產量，根據番茄各生育期的需肥規律由智慧灌溉物聯云系統根據施肥模型下發施肥方案。

灌水定額：番茄在定植后至第一花序開花前：晴天日耗水量為300～500 mL/株，分3～5次灌溉，每次灌溉時長3～5 min，每天灌溉量0.66～1.1 m3/667m2；第一穗果實坐果前7～10天盡量控制灌溉量，每次灌溉量控制在每株50～100 mL；第一穗果座住后，每天每株300～500 mL；第二穗果座住后，為每天500～800 mL。

試驗田的授粉采用熊蜂授粉，一個棚約0.067 hm2、一個種植季用2箱熊蜂，其余操作根據傳統人工管理模式進行。

對照完全按照傳統人工管理模式，由農戶根據經驗管理，灌溉、施肥、用藥等按照當地經驗做法進行。

1.3 數據采集

溫室內農事操作包括施肥時間、施肥量、灌溉量、植保時間、植保品類及用量、打叉整枝、采摘、用工等，均由管理人員據實記錄。

內在品質主要指標為可溶性總糖、總酸含量及農藥殘留，選取達到采摘標準的果實樣品，當天送往山東省農科院質標所進行檢測。

2 結果分析

2.1 品質

番茄內腔測定結果如圖1，對照產品果實果型大但空腔現象嚴重，口感較差；試驗樣品，果型略小，但果實飽滿，風味十足。

將品質測定的試驗樣品編號，可溶性總糖跟總酸含量情況見表1，農藥殘留檢測結果見表2，未發現任何農藥殘留。

由表1可看出，試驗樣品的可溶性總糖、總酸都比對照樣品含量高，可溶性總糖提高了175%、總酸提高了120%，說明智慧種植提高了番茄的內在品質。

圖1 果實內腔飽和度對比

表1 品質檢測結果

2.2 產量

2.2.1 測定方法

在試驗和對照棚內，分別隨機抽取有代表性的一溝，調查測產區域內單株留穗數、單穗結果數，單果重以及棚內株數。

畝產量（kg/667m2）=單果重（kg）×單穗結果數×單株留穗數×畝栽株數

2.2.2 測定結果

試驗與對照棚均為2 083株/667m2，試驗棚單株留穗6、單穗留果3.4個，單果重0.17 kg，估算產量7 224 kg/667m2；對照棚單株留穗5.5、單穗留果3.6個，單果重0.18 kg，估算產量7 424 kg/667m2。試驗較對照略低產、差異不顯著。

2.3 種植成本

2.3.1 材料成本

1）肥料對比。本次試驗采用椰糠無土栽培方式，未施用底肥，全部養分以追肥形式施入，肥料采用基礎原料按生育期需求比例配置，肥料總用量215 kg/667m2，肥料平均單價6元/kg，肥料成本1 290元/667m2。

對照采用的混合基質栽培，整個生育期總用肥量為450 kg，總用肥成本2 916元。主要是追肥，一般施用水溶肥+復混肥，每次施水溶肥1.2 kg/667m2，復混肥1.8 kg/667m2，180次澆灌隨水沖施，共用水溶肥180 kg/667m2，價格1 080元，復混肥270 kg/667m2，價格1 350元。

表3可看出，智慧種植模式采用無土栽培，按作物生長需求比例以原料肥配置，肥料成本較低。綜上，試驗組相對于對照節肥52.2%，肥料成本節約46.9%。

2）農藥對比。在本次試驗過程中的相關材料與對照組的對比情況如表4。對照每10天噴藥一次，試驗番茄無施用任何化學藥劑，只是每隔15天左右噴施預防性生物藥劑，包括免疫球蛋白及生物菌劑等。

表4可知，試驗組使用生物藥劑、對照組使用化學藥劑，生物藥劑單價較高，在保證零藥殘情況下，藥劑成本基本與對照持平。

3）授粉材料成本對比。對照組用點花授粉，主要成本為點花藥劑，成本10元；試驗組熊蜂授粉，2箱/667m2，每箱400元，共800元。

4）設備折舊。整個生育期試驗中，智慧化設備包括水肥一體機、物聯網采集、自動化控制系統，總投資5萬元，可供3.33 hm2地使用，按照10年折舊，每年折舊費100元/667m2。

肥料、藥品、授粉、設備折舊四項主要材料成本合計如表5，在整個材料投入上，試驗組較對照18.3%，均可節省726元/667m2。

表2 試驗樣品農藥殘留檢測結果

表3 番茄種植年均肥料對比表

表4 番茄種植年均相關材料對比表

2.3.2 人工成本

由于智慧灌溉系統的應用，使得水肥藥的管理效率大大提高，用藥少而精準，由對照管理的10天/次，改到15天/次，減少噴施次數5次，按每次30元/667m2的人工成本計，減少了施藥人工150元。

由表6可知，對照番茄點花授粉，合計10天/667m2的授粉周期，授粉成本為1 000元/667m2。試驗組應用熊蜂授粉，可很好地節省授粉上的人工成本，且果實外觀品質均勻圓潤，果腔飽滿。

通過智慧灌溉物聯云系統和自動控制系統的引入與應用，科學合理的安排卷簾、放風等設施管理，提高了用工效率。常規管理每天設備操作費用約7元/667m2·天，通過智慧化系統自動調控設施設備，可節約人工成本2元/667m2·天，在180天左右的種植周期中，可節省約300元的設備設施控制費用。

其他人工成本主要集中在采收、打岔、吊蔓、落蔓等農事常規操作環節，對照與試驗組均有由人工完成，用工相當。試驗合計用工成本4 250元、對照棚合計5 700元，試驗減少人工費用25.4%，1 450元。

表5 番茄種植年均總材料對比表

表6 番茄種植人工成本對比表

3 結語

試驗番茄的可溶性總糖、總酸都比對照樣品含量顯著提高，品質差異顯著；產量方面試驗產量7 224 kg/667m2，對照棚7 424 kg/667m2，減產200 kg/667m2、2.69%；材料和人工的總投入均節省2 176元/667m2、22.5%。試驗實現了提質增效的目的，雖然有少量減產，但節省的投入完全可以抵扣減產造成的損失，而且品質差異顯著，試驗番茄的售價也會相應提高，因此智慧種植助力番茄生產提質增效增收，是值得推廣的模式。

智慧種植模式下，采用水肥一體、按需施用、熊蜂授粉、環境自動調控等措施，生產的番茄品質好、省時省工。在適宜的環境中，確保了番茄的生長、同時也保證了熊蜂的活動，已有大量試驗證明，熊蜂授粉可以提高番茄的品質、減輕病蟲害[1-4]。精準農業是農業現代化的必由之路，現代急劇膨脹的農業數據和大數據技術的發展為精準農業的發展提供了一種新的方法，成為引領精準農業發展的一支重要力量[5]。智慧種植已初具規模，已形成各類番茄栽培管理專家系統、番茄發育模擬模型、生長監測與決策管理系統等[6]。

本試驗番茄的產量略低，是多種環境和生物因子在發揮作用，如有的番茄品種，在適度缺水的情況下，氮使用效率反而會提高[7]。復合肥對番茄干旱后恢復具有一定的作用[8]。環境因素不僅影響番茄，而且通過影響與番茄共生的微生物來提高番茄的產量等[9]。節省用藥是因為熊蜂授粉后，花瓣易脫落；激素噴花后，花瓣大部分殘留在果面和萼片的夾縫中，不易脫落，增加了感染灰霉病的機會，相比農藥使用成本也可能增高[9]。品質的提升與試驗棚熊蜂授粉有較大關聯，姬曉晨等人試驗對比了熊蜂授粉與激素噴花在番茄生產中對于產量、畸形果率、成熟期等多方面的影響，結果表明，熊蜂授粉畸形果率低、品質好[2，9]。