大田物联网水肥一体化技术

赵金胜

摘 要：作为物联网的重要组成部分，物联网水肥一体化技术在我国的发展尚处于起步阶段。天津武清园区是我国大田物联网水肥一体化技术示范，本文结合笔者基层工作经验，主要通过介绍大田物联网水肥一体化的5种技术模式，分析大田物联网水肥一体化技术取得成果的同时指出其存在的问题，进而提出富有针对性的建议，目的是促进大田物联网技术在我国的发展。

关键词：物联网；水肥一体化；灌溉

中图分类号：S275 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160332013

武清园区大田物联网水肥一体化技术示范基地位于中国天津市武清区大碱厂镇大碱场村，占地面积41hm2，园区内主要包括园区控制中心、田间控制器、自动肥料注入系统、首部过滤系统、水泵变频控制系统、田间首部电磁阀和解码器、田间节水灌溉管道和灌水器、田间气象站和土壤墒情监测系统等。

1 武清园区大田物联网水肥一体化概况

武清园区包括5个不同的技术区域，分区的主要依据是灌溉模式的差异，施肥模式在5个地块均为智能水肥一体化施肥模式。5个区域分别为指针喷灌区、微喷带灌溉区、固定喷灌区、地表滴灌区和小管出流灌溉区，指针喷灌区主要是指针喷灌机灌溉区域区位于园区南侧中部，占地面积4.2hm2，种植作物为小麦-玉米轮作，地块有机井1口，出水量50m3/h；固定喷灌区主要位于园区东南角地块，占地面积9.4hm2，种植作物为玉米-小麦轮作。本地块有机井1口，出水量50m3/h。整个地块分为17个灌溉小区，每小区灌溉面积为0.56hm2，喷头间距为20m×20m；微喷带灌溉区位于武清园区西北角地块，占地面积9.27hm2，种植作物为玉米-小麦轮作。本地块有机井1口，出水量50m3/h，整个地块分为52个灌溉小区，每小区灌溉面积为0.17hm2，微喷带间距为2.4m；地表滴灌区位于武清园区西南角地块，占地面积9.3hm2，种植作物为玉米-小麦轮作。本地块与微喷带灌溉区共用机井及首部过滤系统。整个地块分为17个灌溉小区，每小区灌溉面积为0.55 hm2，滴灌带间距为0.6m。小管出流灌溉区主要位于武清园区东北角地块，占地面积8.4hm2，种植作物为园林苗木。本地块有机井1口，出水量50m3/h。整个地块分为14个灌溉小区，每个灌溉小区有3个阀门，滴灌管间距为1m。2015～2016年度试验区域控制面积48hm2，分别为大田作物固定喷灌、滴灌、微喷灌溉区和温室樱桃、温室番茄区，其中种植小麦、玉米一茬、冬春茬番茄一茬、采收樱桃一茬。按照本项目示范区调查结果统计，在物联网水肥一体化技术条件下的年运行收如估算见表，在适宜水肥条件下试验控制区可实现年收入727.11万元。

2 武清园区大田物联网水肥一体化取得的成果

武清园区的设计搭建了我国第一个物联网水肥一体化技术示范平台，实现了与天津市农业物联网平台的对接。其中的通讯采用了本地两线解码器的有线控制系统，通过3G网络上传至云端服务器，能够实现与生产密切相关各种传感器集成应用与数据的采集；建设了“天津市物联网水肥一体化技术示范园”，建立了大田作物、设施蔬菜和设施果树的多种节水灌溉方式和集中智能施肥物联网水肥一体化技术模式。园区初步分析了不同作物物联网水肥一体化技术模式投入运行成本和应用效果，实现了土壤、作物、灌溉、施肥的物联网智能化管理。[1]

在成本控制方面，武清园区大田物联网水肥一体化按照主要设备、软件按10a折旧、节水灌溉设施按3a折旧计算。根据本项目示范區调查结果统计，预计5a项目运行总成本为389.61万元，年均运行成本为77.92万元/年。

在农作物生产方面，武清园区大田物联网水肥一体化结合春玉米和夏玉米的生产，制定了玉米物联网水肥一体化技术规程，展示了物联网技术与种植业水肥一体化技术的集成高水平样板，建立了水肥资源高效利用、智能管理、节省人工的技术模式。结合土壤水分监测工作，制定了移动土壤墒情原位通体测量技术方法规程，其中玉米物联网水肥一体化技术规程适用于配备物联网水肥一体化系统的大田玉米，包括范围、规范性引用文件、术语和定义、玉米栽培模式、大田地块的选择、灌溉管理、施肥管理、配套栽培措施和物联网水肥一体化系统的常规操作等部分。

在数据管理方面，建立了通用标准，标准适用于土壤墒情原位通体测量，包括范围、规范性引用文件、术语和定义、土壤墒情原位通体测量产品配置与功能、土壤墒情原位通体测量的技术要点和数据传输等部分。标准规定了移动互联网的土壤墒情原位通体测量技术规范，包括：土壤墒情原位通体测量产品配置与功能；土壤墒情原位通体测量的技术要点；墒情数据传输协议与格式，具体规范了信息采集端传感器的类型、数量和具体分布位点；计算机控制端的基本配置；执行端各灌溉设施的硬件配置，包括水泵、电磁阀等灌溉设备；玉米物联网水肥一体化系统中各灌溉施肥设施的参数设置及灌溉施肥操作。[2]

3 武清园区大田物联网水肥一体化存在的问题及对策

武清园区大田物联网水肥一体化存在的问题主要包括主观因素和客观因素2方面，主观上应用的观念意识改变难，物联网水肥一体化技术作为全新的技术集成模式，相比传统种植技术模式转变大，在应用过程中，与传统技术配套融合性差；示范户传统惯性思维难以短时间改变，对技术实施形成很大困难。选择的示范园区不多，由于技术示范对园区的基础条件、人才和管理水平都有较高要求，因此在项目实施之初示范地点选择难度较大。

“专家系统”不够细致准确。接入的感知数据不能得到最为有效地回馈，其最大的原因就在于各类农作物种类繁杂，同时农作物生长所依托的因素过于复杂，加之常常会涉及到天气等多变因素，造成很难做出准确实用的农作物生长条件模型[3]。客观上而言，时间进展导致技术集成度高，综合性强，项目实施要求较高，过程相对较长；集成了物联网先进技术，涉及内容较多，技术集成度高，综合性强。领导、社会关注度高，期望高，技术人员面临的压力大。由于物联网水肥一体化技术示范，领导和社会关注度高，对项目结果期望高，因此，农业技术人员形成了较大压力。可选择的示范园区不多。由于技术示范对园区的基础条件、人才和管理水平都有较高要求，因此在项目实施之初示范地点选择难度较大。案例少，项目创新性强，物联网尽管在各行各业进行着试验和示范，但是与水肥一体化技术结合，与农作物种植和管理结合并实行人工智能自动控制结合的实例少，可借鉴参考的案例很少。

针对上述问题，武清园区大田物联网水肥一体化应当增加项目执行时间和持续支持资金，项目建设投资大，时间长，效益显现周期长，一年项目很难使技术内容进一步熟化和深化，各种技术模式效果需要进行较长的比较，物联网项目中的农作物生长条件模型、相关试验示范及大量数据的积累和分析需要持续性进行，所以还需要进行持续资金支持；加大应用技术人才培训。技术模式新、集成度高、综合性强、人才需求高、示范户接受慢，思想观念、技术环节都需要逐步掌握认识，执行过程中要注重综合性技术性人才培养，并加大宣传培训力度；加强效益分析，项目效益高、节水、节肥、节省人工，利于生态环境保护、农产品质量安全和提高土地产出率，是实现化肥零增长的有效模式，可进一步加大示范和推广力度。

4 小结

武清园区大田物联网水肥一体化园区作为我国大田物联网水肥一体化技术示范基地近年来取得了喜人的成绩，也为我国物联网发展积累了宝贵的经验，也应当认识到当前存在的问题，积极采取富有针对性的措施推动我国大田物联网水肥一体化技术深入发展。

参考文献

[1]李中华，张学军，吴政文，丁小明，杜立英，陈松云. 基于京津冀一体化的设施农业发展思考[J]. 中国农机化学报，2016（01）：241-245.

[2]何勇，聂鹏程. 物联网技术及其在农业上的应用[J]. 现代农机，2015（06）：9-13.

[3]黄学群，崔凯，李瑾，郭华. 天津郊区设施农业（种植业）发展现状与对策研究[J]. 天津农业科学，2015（02）：33-39.