我国设施农业智能水肥一体化技术发展现状及分析

王会强 刘维娜 尹义蕾 孙玉林 范晓飞 刘宏权 田志平 马标马天 田栋 王晓丽 薛宝松 、河北农业大学机电工程学院 、河北供水有限责任公司 、农业农村部规划设计院、河北田野节水灌溉设备有限公司 、河北润农节水科技股份有限公司

引言

中国经济的发展带来了各个方面的进步，新技术的研发更是促进了各个行业走入新的局面。我国作为农业大国，在把握经济领头作用时同样注重农业的发展，改变原有传统化种植方式以及传统种植技术是确保我国农业长久不衰的关键。对待当前我国农业发展水平较为缓慢的现状，实现农业生产技术的创新、智能化是当务之急。本文从农业智能水肥一体化技术出发，探讨其对农业发展的影响。

1 智能水肥一体化技术设计及存在问题

1.1 智能水肥一体化技术设计

当前，我国智能水肥一体化技术已实现具体的应用并且投入到农业一线工作中。智能水肥一体化技术运行原理主要是通过智能系统来进行决策，对当前面临的农作物状态进行初步判断，而后选择是否要进行智能灌溉。通常，该技术运行过程中会根据灌溉原理将实际运作方式分为两种，一种是纯水灌溉模式，另一种则是有一定肥料在内的水肥配比灌溉模式。两种灌溉模式具体内部系统控制存在不同。一般纯水灌溉模式，以系统运行标准为基础来选择运行模式，而水肥配比灌溉模式则需要混合溶液pH值以及EC值为基础，对内部系统进行合理设置。通常对该技术的应用一般是人工进行纯水灌溉模式的操作。通过人工干预可对管道发水泵进行管控，实现一定的技术控制。智能水肥一体化技术，其设计原理既要满足当下现代农业的发展需求，同时还要有一定技术要求，所以在设计过程中要严格按照设计原则进行。其原则主要体现在三个方面：第一技术设计一定具备经济性以及灵活性原则。由于该设施应用在农业生产上，受众群体为农民，为了确保该技术的推广，要确保技术的经济性，能够使广大农民接受该技术的价格。但同时还要满足农业生产过程的不同情况，因而技术设计要能够对农业生产有所帮助，需要贯彻灵活性原则。第二，具有易推广性和适用性原则。从上述一条原则可得知，该技术主要面向的是广大农民以及相应的农作物种植作业，加之我国是农业大国，所以所采用的技术设备要尽可能满足全国各地农业生产要求，具有一定的推广价值。该技术能够起到推动农业生产的作用，同时还具有环保、节水、节能的效果，便于农业生产者使用。第三，具有稳定性原则。技术设施在运行过程中要确保其工作的稳定性，能够安全运行，并且在农业作业过程中实现高效率、强稳定，确保灌溉工作的连续性，为农作物提供良好的灌溉。第四，切合实际需求。该设备的设计包括多项技术的应用与结合，最根本的是根据我国农作物生长条件和土壤墒度进行设计，确保该设备可通过传感器感知土壤参数并为此调整设备参数，根据不同植物生长需求实现智能浇灌。

1.2 存在的问题

当前我国农业智能水肥一体化技术处在初步发展阶段，所以在具体应用过程中仍然存在一些问题，主要体现在以下几个方面。

从国外引进智能水肥一体化设备来看：第一，引进设备所需成本高，适用率低。不少地区引用国外智能化设备，但考虑到进口运输费用，农业生产成本就会大大提升，同时国外智能水肥一体化设施并不完全适用于中国农业种植情况，因此，可能会出现设备本土化程度低的情况，国外设备购置闲置，造成资源浪费的问题。第二，在国外引进设施的管理上。首先，在使用过程中若出现机器设备故障，需要专门的维修人员进行维护，维护费用高，这无形当中增加了农业生产成本；其次，引进国外智能灌溉设施操作过于复杂，系统日常维护工作同样需要耗费一定的时间，这样导致农业生产工作进度受到影响。

从国内智能水肥一体化设备设计来看：第一，国内现有的智能水肥浇灌设备不够完善，存在应用范围较窄、精准度较低、水肥使用量难以控制等问题。第二，国内设备设计存在施肥不均匀、水肥浓度难以把握等问题。当前，中国智能水肥一体化技术仍然处于初步探索时期，并未真正地得到广泛的推广与应用。究其根本，在该设备研制过程中水肥一体化配比技术以及相应的智能应用更是决定该技术质量的关键。

2 农业智能水肥一体化技术要点

2.1 选择农作物品种

智能条件下农作物生长环境更具灵活性,相比较传统农作物生长在环境上有很大的人为可控性,可根据气候季节及市场需求来调整作物生长周期,因此在选择农作物时需要对农作物品种进行挑选，确保农作物在栽培过程中生产量高、作物品种有极强的生命力、生长较为稳定,这样能够极大地确保农作物的收益。根据农作物生长环境具有一定可控性的特点,并不要求选择的作物品种是否具有抗土传病害能力，相关技术人员在栽培过程中对农作物培养液去除可能是导致农作物生长出现病虫害的因素。

2.2 挑选恰当的施肥及浇灌设施

智能水肥一体化技术可以实现灌溉与施肥两项技术的融合,能够以简便的形式完善灌溉与施肥两项工作,实现水肥高效利用以及同步管理。根据我国农业实际灌溉及施肥情况来看，大多数农民采用的灌溉方式通常是以滴灌、微喷灌为主，所以在设置水肥一体化技术时可根据不同区域的实际情况,结合当地农业种植土壤性质、农作物种类要素来选择灌溉设备。智能水肥一体化在简单实现水肥同步管理基础之上，还能够根据当下肥料营养成分、pH值进行灵活应对，确保水肥灌溉浓度适应不同农作物的需求。在技术研发过程中，可对水肥pH值、混合比、EC值进行不同分组，设置相应数额上下限警报，确保对灌溉不同作物的适应性。

2.3 合理布局系统管线

水肥一体化技术需要结合实际的灌溉管道系统技术、施肥效率等因素进行科学合理的管线布置。管线布置原则便是低耗高效、管理方便，能应对不同地形的农作物灌溉需求。尤其是对于山丘地区，管道布置应垂直于等高线，分别向两侧毛管配水，干管沿等高线或沿着山脊进行布置。若是针对平原地区，管线则尽可能采用双向控制方式来布置，支管和干管两侧布置下级管道，达到高效且节约的目的。

2.4 合理控制营养液

对水肥一体化技术需要对营养液浓度进行合理控制,确保营养供给与农作物需求达到平衡。营养液控制方式主要从以下三个方面开展。第一，控制pH值。营养液的pH值直接影响到化肥当中各项营养元素的吸收利用。通常水肥pH值一般控制在6.0±0.5之间，该范围恰好适应大部分农作物的生长；若营养液pH值低于5.5或高于6.5，则营养液当中的钾、锰、铁钙等元素吸收率将会受到影响。一旦出现pH值过高,可适当加入硝酸进行调解，pH值过低则可通过氢氧化钾进行平衡。第二,控制EC值。EC值直接反映出水肥可溶性盐浓度。农作物在生长不同阶段对EC值有不同浓度需求。一般幼苗时，EC值保持在1.8Ms/cm，随着农作物的生长浓度随之增加。除此之外，根据外界温度的变化，随时对EC值进行调整。气温高时，EC值浓度降低，气温低时浓度提升。第三，控制循环次数。不同生长条件下循环次数存在差异。通常天气较好每天循环10次左右，时间可在30分钟基础上适当增加。阴雨天气每次时间在30分钟以内循环10次左右。以番茄为例，当第一色番茄转色时，意味着农作物进入到成年苗状态，在此之后，每次循环时间调整至40分钟左右，间隔时间为半小时。工作人员需要根据外界气温、湿度进行循环次数调整。

2.5 施肥灌溉的具体操作

在合理控制营养液后进行施肥灌溉具体操作，一般施肥灌溉分为三个步骤。第一步，先利用纯水对农作物所在土壤进行湿润，同时检查系统性能，确保系统各个部件无任何问题。第二步，按照操作系统的规范要求，利用肥料溶液进行灌溉。在此过程中，工作人员需要根据农作物实际生长的外部情况来制定灌溉制度。其中包括灌溉次数、灌溉时间、灌溉额度等。对于蔬菜类的农作物，湿润层通常控制在0.2m~0.3m左右；果蔬类农作物需要根据具体的树林品种进行计划，湿润深度控制在0.3~0.8m左右。第三，使用纯水对灌溉系统进行清洗，此步骤主要达到延长系统寿命的目的。

3 水肥一体化技术应用前景

结合当前对水肥一体化技术的研究，该技术具备的优势越发显著。在社会发展及国内外农业种植中受到认可。就我国当前实际情况来看，水肥一体化技术应用前景广阔。基于我国农业大国实际情况，相应农作物种植量大，对化肥消耗更是逐年递增。结合当下施肥技术应用过程中存在的问题，如施肥技术落后、肥料养分分布不合理等情况，提高施肥技术是未来形势所趋。另外，我国当前耕地面积有限，出现逐年递减的趋势，很多地区水资源短缺，灌溉不方便，因此农作物在生长过程当中对水的需求和周期便出现不一致，采用水肥一体化技术可以很好地满足不同农村作物的生长需求，最大效率的利用现有资源。

4 结语

总而言之，智能水肥一体化技术的研发与推广既能够满足当前我国农业发展的需求，同时也是响应我国现代化农业科技发展的号召。但就目前发展情况来看，我国现有发展技术、发展能力有限，水肥一体化技术的研发与实际应用还存在一定问题，需要相关人员不断进行探索，对该技术进行完善。基于当下技术发展现有情况，在今后研究中，一方面对现有技术进行完善，另一方面，可以结合大数据环境，将信息网络技术与智能水肥技术进行有效结合，推进我国农业数字化发展。