重庆山地柑桔智慧无人融合生态田园模式研究

文/孔文斌,熊 伟,冯 洋,郭 凤,熊棣文,张益佳

【导读】重庆利用山地柑桔果园生态系统消纳养殖污物、滞留泥沙、削减氮磷，改善农业生态环境，并通过全程机械化和机械智能化，提升农业生产效率，也为类似地区特色农业绿色发展提供了借鉴。

重庆是集大城市、大农村、大山区、大库区和集中连片贫困区于一体的特殊区域，常住人口3 124 万人，对粮食、肉蛋奶和果蔬等农副产品需求巨大，城市保供、农民增收任务重大，巩固脱贫攻坚任务依然不轻[1]。同时，重庆还是长江上游的绿色生态屏障，国家长江经济带绿色发展战略的核心区域，土地高负荷利用，是典型的生态脆弱区[2]。既要实现乡村振兴和巩固脱贫攻坚成果，让三峡移民稳得住、能致富，还要保护好三峡两岸青山、一江碧水，筑牢长江上游重要生态屏障，在推进长江经济带绿色发展中发挥示范作用，只能共抓大保护、不能大开发[3]。因此，需要因地制宜强化农业绿色发展示范工作，管住源头、调优结构，提升科技创新对农业绿色发展的贡献度，构建以产业生态化和生态产业化为主体的特色农业生态经济体系。

柑桔是重庆“最大摇钱树”[4]，生长的最佳适宜区。山上栽桔树、山下种水稻，既保障三峡库区粮食安全，又契合特色经济、生态环境、脱贫攻坚和移民安稳致富目标，是践行“两山战略”、落实长江经济带绿色发展的必然选择。

一、柑桔栽培情况

长江流域地区是世界柑桔发源地之一，有近4 000 年的种植历史。目前，重庆云阳县建有桔官堂，万州区沿江尚存延绵百里的千年古红桔树，是三峡工程淹没后，唯一原址、原位、原品种、原生态保存的历史名果，屈原赞誉的“后皇嘉树”[5]。

重庆是农业农村部规划的长江上中游柑桔优势产业带的核心区，受三峡大水体保护和四川盆地周边高山阻隔，冬无冻害、夏无酷暑，没有柑桔黄龙病，基本无溃疡病等毁灭性病害，自然环境得天独厚，是柑桔生长的最适宜区。至2020 年，全市柑桔面积24.8 万hm2，产量358万t，规模位居全国第五位；建成了世界最大的柑桔无病毒种苗繁育体系、亚洲最大的橙汁加工基地和全国唯一的柑桔非疫区，攻克了晚熟柑桔冬季落果和果实枯水技术难题[6-7]，成为北半球唯一适宜全部柑桔类果树生长，一年四季鲜果供应，无柑桔黄龙病、溃疡病等毁灭性疫病的柑桔优势区域；农药施用量减少，农残抽检长期保持100%合格；丰富的品种资源、得天独厚的气候环境和质量安全保障条件，蕴育了汁多味浓、细嫩化渣、鲜甜可口、质量安全的三峡柑桔。

二、三峡库区农业面源污染产排规律

通过重庆涪陵区王家沟[8]、巫山县大昌湖[2]、长寿区长寿湖[9]等典型试验区的长期监测，研究三峡库区面源污染的来源、主要形态、产生途径、控制方法及农业阻控模式及效果。表明库区面源污染的主要来源是水土流失、畜禽粪污、施肥和大气沉降，主要产生途径是径流和泥沙流失，主要形态是硝态氮和颗粒态磷。其中：水土流失，库区地貌主要为丘陵山地，土壤以抗蚀性差的紫色土为主，占总面积的78%，年均土壤侵蚀模数3 500 t 以上[10-11]。畜禽粪污，库区常年出栏猪当量1 500 万～2 100 万头左右，畜禽粪污约1 亿t。化肥施用，2010 年库区化肥（纯量）750 kg/hm2，高出全国平均用量（400 kg/hm2）的87.5%[12]。大气沉降，氮主要是湿沉降，库区沉降量为35～40 kg/hm2，处于农业生态系统35～55 kg/hm2的临界负荷，有利于农业生产[13]。通过巫山大宁河大昌段柑桔/牧草生态系统和长寿湖区柑桔沼畜循环生态系统雨水径流中氮磷营养的监测，证实面源污染的主要形态是硝态氮和颗粒态磷[9]。

采用模拟实验、野外监测和核素示踪法，研究坡地泥沙及地表氮磷流失特征[14]，证实每平方公里坡面中部的年最大侵蚀量为37 601 t，平均为2 264.8 t，是坡面顶部400.8 t 的5.65 倍，为水土流失控制的重点区域；坡面下部和消落区流失减弱和发生沉积，是建设生态缓冲区，阻控泥沙、削减氮磷的重要区域。

三、山地柑桔智慧无人融合生态田园模式

建设思路。当前农业面临资源环境约束趋紧、农村劳力紧缺两大挑战。柑桔属于劳动密集型农业，产业发展和绿色生产遭遇劳动力紧缺制约，需要依靠智慧赋能和智能作业装备，缓解和替代劳力紧缺，通过科技创新，推动产业可持续发展。按照丘陵山地农业绿色发展要求，以柑桔产业为主，宜机高标准农田建设为抓手，统筹树上树下、旱地稻田和种植养殖业，结合农业面源污染控制，推广化肥农药双减、病虫害绿色防控、柑桔营养诊断控氮减磷、果园“天地一体”无人作业等技术及装备，集成“柑桔/牧草”“柑桔沼畜”循环、树盘秸秆覆盖行间绿肥饲料免耕栽培、智能无人农业等智慧生态种养技术，建立山地柑桔智慧无人融合生态田园模式示范基地，整村打造一批柑桔生态田园（见图1）。实现机器替代人力和农业生态系统阻控、农艺措施削减、农产品消纳面源污染，保护三峡两岸青山、一江碧水，解决谁来种、如何种和生态绿色种养问题。

几种典型阻控技术模式效果。通过巫山、长寿、涪陵等典型示范基地，对柑桔/牧草、玉米/榨菜、水稻/榨菜、桑园等不同种植模式氮磷排放监测，玉米/榨菜模式平均总氮浓度为26.58 mg/L，分别是桑园、柑桔/牧草、水稻/榨菜的1.61、4.9和6.73 倍，表明水田生态系统和旱地柑桔/牧草生态系统的阻控效果较好[16]。旱地柑桔/牧草与水田生态系统融合，对面源污染阻控的效果更佳。

图1 “柑桔/饲料绿肥水稻”生态田园示意

山地全程无人作业技术及装备试验。当前，我国山地农业作业机械化、智能化程度低，主要工作靠人力完成。随着我国农村劳动力大量外出转移，农业耕作管理劳力严重不足和成本大幅上升，山地柑桔果园全程机械化和无人化作业管理的应用空间巨大。但是，目前我国尚无成熟的果园全程智能机械化作业解决方案，多数使用旋耕机、开沟施肥机、弥雾喷药机、除草机等通用机器，需要各种不同功能的机器才能完成作业，通用性较差；大多数果园机械需要人力伴随行进操作或上机乘坐操控，特别是山地果园行间狭窄、立地陡峭，难以满足大型农业机械的基本作业要求，中小型作业机械“解放了牛、套牢了人”，加大了操作员的劳动强度和人身安全隐患，导致我国山地果园的机械化应用率显著低于其他作物。近年来，中国科学院重庆研究院与重庆汇田机械制造有限公司、重庆市农技推广总站合作，研究一种牵引力强、载货量大、爬坡通过性能好的通用履带式无人驾驶作业平台，可满足果园施肥、除草、打药、运输等作业需求，为山地果园机器替代人提供技术和装备支撑。

四、推进建议

加快农业智慧赋能的落地应用。“十三五”在市农业农村委、市科技局支持下，依托中科院重庆研究院攻克山地农业机器人关键技术，建立肥水一体、无人机、无人拖拉机为主，“天地一体”无人作业技术工艺，实现柑桔从种子、树、果到橙汁全程数字化和溯源可视化。建议“十四五”把山地智慧农业纳入科技重大项目，以柑桔为突破，选择有条件区县集中资源、叠加政策，先行先试，推动全市智慧农业的大规模应用和农业机器人重庆造，打造世界山地智慧农业创新高地，全面解决谁来种地问题。

统筹农业绿色发展。根据农业绿色发展的更高要求，结合重庆山地农业实际，建议统筹推进集粮食、果品、饲料等重要农产品生产和种养循环于一体的“果园+牧草+稻田”生态田园模式，山上绿色银行、山下水稻粮仓。在保障口粮、肉蛋奶和果蔬等食物生产的同时，大规模消纳畜禽粪污和秸秆，实现水土保持、生态环境、水源涵养、大气净化和化肥替代等综合功能，解决如何种地问题。