沼液智能化灌溉在種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用

康永松 詹祖焜 鄧雄輝

（1.廈門康浩科技有限公司 福建廈門 361100；2.三明市沙縣區(qū)畜牧水產(chǎn)技術(shù)推廣中心福建三明 365050；3.廈門沁田灌溉園藝設(shè)備有限公司 福建廈門 361026）

1 沼液智能灌溉的相關(guān)政策及指導(dǎo)技術(shù)

國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于促進(jìn)畜牧業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見(jiàn)》（國(guó)辦發(fā)〔2020〕31 號(hào)）指出，要持續(xù)推動(dòng)畜牧業(yè)綠色循環(huán)發(fā)展，大力推進(jìn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物資源化利用。支持符合條件的縣（市、區(qū)、旗）整縣推進(jìn)畜禽糞污資源化利用，鼓勵(lì)液體糞肥機(jī)械化施用。

2019 年，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)的《數(shù)字鄉(xiāng)村發(fā)展戰(zhàn)略綱要》中指出，要建設(shè)智慧綠色鄉(xiāng)村。加大農(nóng)村物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)力度，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土地墑情，促進(jìn)農(nóng)田節(jié)水。

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點(diǎn)專家指導(dǎo)組、全國(guó)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心于2021 年7 月1 日發(fā)布 《2021 年綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點(diǎn)技術(shù)指導(dǎo)意見(jiàn)》的關(guān)鍵技術(shù)中第三點(diǎn)的“沼液還田”指出：分離沼渣后的沼液一般作追肥，采用條施、穴施、環(huán)狀施肥和噴灌、滴灌、葉面噴施等方式，及時(shí)覆土。應(yīng)根據(jù)沼液養(yǎng)分含量和作物特點(diǎn)適當(dāng)稀釋施用，微灌施用時(shí)注意過(guò)濾，避免堵塞管道和滴頭。

2 當(dāng)前沼液還田利用存在的問(wèn)題

1）如何根據(jù)沼液養(yǎng)分含量和作物特點(diǎn)進(jìn)行稀釋施用，高濃度沼液施用會(huì)對(duì)作物造成燒苗傷害。

2）沼液灌溉易堵塞管道和滴頭，沼液中含有大量懸浮顆粒物、膠體等雜質(zhì)，易造成灌水器堵塞。另外，沼液含有機(jī)成分，在沼液灌區(qū)管網(wǎng)中殘留的沼液，微生物易繁殖生長(zhǎng)，對(duì)沼液灌區(qū)管網(wǎng)也會(huì)造成堵塞現(xiàn)象。

3）沼液施用自動(dòng)化、智能化程度低，勞動(dòng)成本高。

4）沼液過(guò)量還田對(duì)環(huán)境有負(fù)面影響，灌溉量一旦超過(guò)環(huán)境承載力，會(huì)造成原生態(tài)土壤、水體、大氣環(huán)境惡化。

5）養(yǎng)殖方沼液外供與種植方沼肥利用存在管理環(huán)節(jié)、數(shù)據(jù)歸檔等銜接不到位現(xiàn)象。

3 沼液智能化灌溉系統(tǒng)介紹

沼液智能化灌溉系統(tǒng)是拓寬沼液利用途徑、開發(fā)沼液養(yǎng)分高值化利用的新技術(shù)。利用“人工智能+互聯(lián)網(wǎng)”技術(shù)，結(jié)合灌溉系統(tǒng)，將沼液肥與水按比例稀釋，在監(jiān)測(cè)沼液氮磷鉀含量的同時(shí)，按一定的EC（電導(dǎo)度）、pH 值混合進(jìn)行灌溉與施肥，適時(shí)、適量地滿足農(nóng)作物對(duì)水分和養(yǎng)分的需求，達(dá)到水肥同步管理、節(jié)水節(jié)肥及增產(chǎn)的目的，且能夠分解沼液中難溶的大分子有機(jī)質(zhì)，較大程度降低管網(wǎng)堵塞的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)沼液有機(jī)肥高值化利用（灌溉系統(tǒng)管道平面布置見(jiàn)圖1）。一整套合格的沼液智能化灌溉系統(tǒng)主要由以下五個(gè)部分組成。

圖1 灌溉系統(tǒng)管道平面布置圖

3.1 沼液水肥元素供給站 供給站主要為灌溉過(guò)程中提供的沼液提取站點(diǎn)，及灌溉與沼液稀釋配比過(guò)程中提供水源。沼液存儲(chǔ)可以采用混凝土建設(shè)或者采用HDPE 桶，根據(jù)實(shí)際需求建設(shè)相對(duì)應(yīng)的容積。用于灌溉及沼液稀釋配比水源可以直接取自山泉、溪流、淡水湖泊，滿足作為植物灌溉用的水源均可，也可以建設(shè)鋼筋混凝土蓄水池儲(chǔ)存水源。

3.2 沼液智能化灌溉系統(tǒng)總控 沼液智能化灌溉系統(tǒng)總控設(shè)備是整個(gè)系統(tǒng)的核心，包含各總設(shè)計(jì)需求的傳輸能源液體的動(dòng)力，變頻恒壓控制系統(tǒng)、自動(dòng)化電器工程，沼液、灌溉、稀釋配比用水源過(guò)濾處理設(shè)備以及小范圍氣象站、pH 檢測(cè)裝置等檢測(cè)設(shè)備。系統(tǒng)總控是整個(gè)沼液智能化灌溉的操作控制總站，是整個(gè)系統(tǒng)的控制管理中心。

該系統(tǒng)的智能“水肥菌”一體化，能實(shí)現(xiàn)對(duì)輸液分區(qū)管理機(jī)自動(dòng)控制的同時(shí)，更可通過(guò)對(duì)沼液肥EC、pH 及施用流量的監(jiān)控，能夠自動(dòng)將混合后的液肥吸入（或注入）各個(gè)灌溉區(qū)域。設(shè)備各傳感器獲得的數(shù)據(jù)可通過(guò)485 通訊方式傳輸?shù)椒?wù)器，在手機(jī)APP、微電腦等電子設(shè)備終端進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了沼液科學(xué)施肥的目標(biāo)。

3.3 田間管網(wǎng) 它的作用是將能源（即沼液、水溶性新型肥料、灌溉用水）源源不斷地傳輸至各個(gè)灌溉小區(qū)域，管網(wǎng)的口徑大小、材質(zhì)、設(shè)計(jì)必須科學(xué)合理，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、種植植物的品類與灌溉末端設(shè)備的相關(guān)流量相配套，確保將能源科學(xué)合理、均勻有效地輸送到田間植物的根部或承載消納沼液的土壤區(qū)。

3.4 灌溉器 灌溉器是整個(gè)灌溉系統(tǒng)的末端核心設(shè)備，選擇適當(dāng)型號(hào)的灌溉器對(duì)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性起到關(guān)鍵性作用，灌溉能源不斷地通過(guò)田間管網(wǎng)分流至田間毛管，再通過(guò)灌溉器均勻地噴灑或者成滴水狀輸送至植物的根部。要根據(jù)種植植物的品種及習(xí)性進(jìn)行灌溉器選型。

3.5 田間分區(qū)管理機(jī) 較大面積的種植區(qū)域，一般都需采用分區(qū)控制施肥，根據(jù)管網(wǎng)布置情況和設(shè)備動(dòng)力配置參數(shù)，將種植園區(qū)合理地劃分為多個(gè)輪灌區(qū)，各區(qū)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)氣象條件、作物耗水和需肥量情況，實(shí)現(xiàn)分區(qū)灌溉智能化。

每一輪灌區(qū)需配置一臺(tái)田間分區(qū)管理機(jī)，管理機(jī)主要是由可調(diào)開度的電動(dòng)閥組成。分區(qū)管理機(jī)配置靈活，安裝簡(jiǎn)單。分區(qū)管理機(jī)的應(yīng)用，能使種養(yǎng)結(jié)合工程更加節(jié)肥節(jié)能，節(jié)省勞動(dòng)力，降低施肥成本的同時(shí)，提高沼液資源化利用的效率。

4 沼液智能灌溉設(shè)備優(yōu)點(diǎn)

4.1 環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)控 通過(guò)電腦或手機(jī)APP 遠(yuǎn)程查看種養(yǎng)結(jié)合地的實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，包括空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度、二氧化碳濃度、降雨量等，用戶可以直觀查看環(huán)境數(shù)據(jù)和沼液水肥一體設(shè)備施用的實(shí)時(shí)曲線圖，及時(shí)掌握農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境。

4.2 智能報(bào)警系統(tǒng) 系統(tǒng)可以靈活設(shè)置作物各個(gè)生育時(shí)期灌溉參數(shù)的上下閾值，一旦超過(guò)閾值，系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)重新配置。系統(tǒng)具備相關(guān)電路安全保護(hù)、高低水位保護(hù)、壓力上下限保護(hù)等功能，出現(xiàn)異常狀態(tài)時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警且停止運(yùn)行。

4.3 遠(yuǎn)程自動(dòng)控制 通過(guò)先進(jìn)的V-BOX 模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制，讓用戶足不出戶遠(yuǎn)程控制設(shè)備。

4.4 歷史數(shù)據(jù)分析 系統(tǒng)可以通過(guò)不同條件組合查詢和對(duì)比歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，沼液糞污消納量清晰可見(jiàn)，支持列表和圖表兩種方式查看，用戶可以更直觀地看到歷史臺(tái)賬記錄。

4.5 灌溉自控系統(tǒng) 系統(tǒng)配置靈活，控制系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間可采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等方式通信；控制系統(tǒng)與田間分區(qū)管理設(shè)備之間可采用傳統(tǒng)的電纜或“兩線”解碼器方式，或者通過(guò)太陽(yáng)能無(wú)線控制使灌溉更加科學(xué)、方便，提高管理水平。

5 沼液還田效益分析

以某養(yǎng)豬廠的糞污資源化利用沼液還田項(xiàng)目為例，該場(chǎng)周邊有種植園面積200 hm2可作為消納地。經(jīng)過(guò)對(duì)該豬場(chǎng)沼液取樣化驗(yàn)得出，施用1 000 kg 沼液有機(jī)肥，化肥氮、化肥磷及化肥鉀的替代量分別為2.4 kg、0.25 kg、1.2 kg。豬場(chǎng)每日可產(chǎn)生的沼液為128 t，經(jīng)測(cè)算，沼液中氮養(yǎng)分供應(yīng)量為110 t/年。該場(chǎng)通過(guò)糞污資源化利用方案的實(shí)施，可替代尿素221 t/年，按照尿素價(jià)格2 900 元/t 計(jì)算，每年節(jié)省64 萬(wàn)元，極大降低了種植戶使用化肥的成本及使用量。

近年來(lái)，廣西南流江流域開展豬場(chǎng)沼液“截污建池、收運(yùn)還田”的實(shí)踐證明，“提質(zhì)、增產(chǎn)、多賣錢”，是看得見(jiàn)的效果[1]。以百香果為例，施用液態(tài)肥后，每666.67 m2產(chǎn)量由1 000 kg 提高到4 500 kg，增產(chǎn)350%，且糖度提升近1 倍，可由11 度提高到19 度。沼肥的施用可改善土壤顆粒結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，可顯著提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，帶動(dòng)周邊種植業(yè)，解決農(nóng)村剩余勞動(dòng)力問(wèn)題，增加農(nóng)民收入。

項(xiàng)目如能在畜禽糞污資源化利用整縣推進(jìn)工作中得到廣泛推廣，將大力提升整縣糞污資源化利用水平，提升項(xiàng)目的穩(wěn)定性和可靠性，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖場(chǎng)糞污資源化利用模式由原來(lái)較粗放利用到較精細(xì)利用的轉(zhuǎn)變，促進(jìn)當(dāng)?shù)鼐G色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。