小型智能水肥一体化系统在温室草莓种植中的应用研究

徐岚俊，张传帅，李小龙，陈 华，刘婞韬，孙梦遥

（北京市农业机械试验鉴定推广站，北京 100079）

水肥管理是设施农业生产中的重要环节。精准的水肥管理可以提高作物产量和品质，但目前设施农业水肥管理主要依靠传统文丘里吸肥器以及手动操作，配套智能水肥一体化技术的比例较小。以北京市为例，设施农业园区从业者老龄化严重，以50～70岁为主，50岁以上占比78.3%，灌溉施肥量主要靠经验确定的占比95%以上，水肥管理粗放。北京市菜田种植面积保障政策明确提出，到2025年底，北京市蔬菜自给率将由目前的10%提升到20%，由于大幅度提升菜田面积较为困难，需要进一步推广水肥一体化等先进调控技术来提高生产效率。目前，北京设施农业急需提高设施农机智能装备水平，提质增效，实现精准农业。

目前，国内外在设施智能水肥管理技术领域已经有比较广泛和深入的研究和应用，众多机构和企业参与并开发出多种形式的智能灌溉施肥系统（设备），促进了智能水肥一体化技术的发展与普及。本研究在温室草莓灌溉施肥环节，比较了小型智能水肥一体化系统和文丘里吸肥器的灌溉施肥情况、工作效率、经济效益、故障率及适用性等方面的差异，旨在探索其推广应用前景，推动设施智能灌溉施肥技术的普及和发展。

1 材料和方法

1.1 试验时间与地点

试验于2020年8月—2021年6月在北京市平谷区博云益达种植专业合作社设施农业园区21、22号温室中进行。温室规格均为单栋，长65 m、宽8 m，面积520 m。

1.2 试验设备及材料

小型智能水肥一体化系统：包括施肥机主机、配肥桶、灌溉电磁阀以及温室内支管道、滴灌带。施肥机主机型号为ACC5，天津绿视野节能工程设备股份有限公司生产。文丘里吸肥器：市场购买的简易型文丘里吸肥装置，包括文丘里管、软管和肥桶，材质均为塑料。种植草莓品种为红颜，种苗为市场采购。

1.3 试验方法

试验设2个施肥灌溉处理，分别采用小型智能水肥一体化系统（22号温室）和文丘里吸肥器（CK，21号温室）。草莓南北向种植，667 m种植4 900株，2020年8月20日定植，2021年6月5日拉秧，生长期289 d。

试验期间2栋温室灌溉施肥次数、用量均参照园区常规管理。分别累计灌溉39次（21次为水肥一体化灌溉，18次为单独灌溉），总用水量92.557 m，平均每次灌溉水量为2.373 m，其中定植后前2次灌溉用水量均在7 m以上，约为正常灌溉量的3倍；水溶肥累计施用量为58.25 kg。生长期内灌溉施肥次数及用量见表1。

表1 草莓生长期内灌溉施肥次数及用量

1.4 调查项目及方法

灌溉用水量通过电子流量计统计，水溶肥用量通过电子天平计量。灌溉施肥流量通过电子流量计实时监测，每个温室设1个流量计，在每次灌溉期间的前、中、后3个时间段采集流量计读数，每个时间段记录10个数据，共计30个数据，求平均数，计为施肥流量。分别在配肥、施肥、灌水期间各记录1次人工操作时间，取平均值，作为平均操作时间，用来计算工作效率，工作效率＝1/（人工总耗时/灌溉次数）。

1.5 数据分析

采用WPS Office软件进行数据分析与处理。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉施肥设备工作效率比较

表2显示，采用小型智能水肥一体化系统、文丘里吸肥器平均灌溉施肥流量分别为1.513、1.225 m/h。在水肥一体化灌溉时，对照处理中工人每次需要提前配肥、称重、搅拌，并将溶解后的水溶肥倒入文丘里吸肥器小型密闭肥桶内，耗时30 min；由于文丘里吸肥器吸肥压力较小，灌溉施肥中途需查看文丘里吸肥器及肥料桶中的水溶肥施用情况3次，并进行搅拌，每次耗时10 min；通过测算，每次灌溉时长为105 min，其中人工劳动耗时60 min。小型智能水肥一体化系统处理的灌溉压力增加且可定时自动关闭，开启设置好的灌溉模式后，仅需人工查看2次，每次耗时10 min；经测算，每次灌溉时长85 min，其中人工劳动耗时20 min。在单独灌溉时，对照处理每次人工耗时20 min，小型智能水肥一体化系统处理为10 min。综上，按照水肥一体化灌溉21次、单独灌溉18次计算，在灌溉施肥环节采用传统文丘里吸肥器总耗时1 620 min，采用智能水肥一体化系统总耗时600 min，灌溉施肥工作效率提升了2.7倍（表2）。

2.2 不同灌溉施肥设备经济效益比较

从表2可以看出，在人工成本方面，采用小型智能水肥一体化系统比对照每茬草莓节约时间1 020 min，即17 h，按照工人每天工作8 h，每天工资200元计算，每栋温室每茬可节省人工成本425元。在设备成本方面，对照设备成本按照800元，使用寿命5年计算，每年成本160元。小型智能水肥一体化系统按照设备市场价1万元，享受农机购置补贴50%计算，实际购机成本为5 000元；按照使用寿命10年，每年电费35元，残值10%计算，每年设备成本为485元，比对照每年增加325元。综上，在越冬草莓生产中，采用文丘里吸肥器灌溉施肥时，人工成本675元、设备成本160元，共计835元；采用小型智能水肥一体化系统时，人工成本250元、设备成本485元，共计735元；因此每栋温室每茬草莓可节省100元，成本降低12.0%。

表2 不同灌溉施肥设备工作效率及成本分析

2.3 不同灌溉施肥设备的故障率及适用性

本次试验中，小型智能水肥一体化系统灌溉施肥共计39次，未发生过故障。在适用性方面，一是操作便捷，一键开关，定时旋钮功能实用性强；二是劳动强度显著降低，进水水流可使水溶肥完全溶解；三是卫生环保，减少了水肥遗撒。根据试验和用户反馈，该设备适用性较好。应用文丘里吸肥器，配肥需要人工搅拌、挪动倾倒等，灌溉施肥中途需要查看、搅拌，费时费力，存在脏乱差操作，例如肥液遗撒等。

3 结论与讨论

本研究结果表明，小型智能水肥一体化系统在越冬草莓灌溉施肥环节可提高灌溉施肥劳动效率2.7倍，每茬每栋温室可节省成本100元，降低成本12.0%，且显著降低劳动强度，减少肥料遗撒，提升水肥利用效率，具有一定的生态效益，该系统性能完善，操作便捷，具有较好的复制推广价值。

在投入和经济效益方面，有配套农机购置补贴情况下，小型智能水肥一体化系统前期投入并不太高，应用后可降低园区成本，更容易被接受；在技术方面，该系统在试验期间未发生故障，运行稳定，适用性得到认可，且改变了脏乱差的操作环境，可吸引年轻人从事该工作，有助于解决招工难和老龄化难题。

目前，京郊设施农业灌溉施肥智能化水平仍然较低，试验园区对该系统认可度较高，有利于该系统的示范推广，且有助于京郊设施农业机械化水平的提升。建议根据本试验积累的数据，进一步优化设施灌溉施肥策略，提升水肥利用效率，提升该系统智能化水平。