智慧农业系统在达州市达川区蔬菜种植中的应用

徐东 徐一 郭小文

1.四川省农业机械化发展推广中心，四川成都

2.四川省农业机械研究设计院，四川成都

3.达州市达川区植保植检站，四川达州

达州市达川区是全国580个蔬菜产业重点县之一和四川45个蔬菜生产重点县（区）之一，蔬菜是该区农业重要的支柱产业。2020 年，全区蔬菜播种面积约1.45 万hm2，产量48.9万t。近年来，达川区蔬菜种植受洪涝、冷冻等自然灾害，以及农村青壮年劳动力紧缺等因素影响，出现本地蔬菜供给和农民、家庭农场、专业合作社收入不稳定现象，农民增收难度变大。大力发展设施蔬菜种植，引入基于物联网技术的智慧农业系统，既能稳定蔬菜供给，又能有效解决当前蔬菜种植过程中资源浪费、产出率低、劳力不足等难题，积极推动了产出高效、产品安全、资源节约、环境友好的达川区现代蔬菜产业高质高效发展，更加夯实了达川区蔬菜产业在全国和四川的基础地位。

1 智慧农业系统在蔬菜育苗中的应用

1.1 智能管理平台

构建蔬菜育苗智慧农业系统主要是利用土壤温度水分传感器、土壤墒情传感器、pH 传感器和光照度传感器等建立智能管理平台，对育苗设施大棚中的水分、空气、土壤等蔬菜种植的环境条件进行分析和监控，及时了解温湿度等环境变化，确保蔬菜生长发育正常。

1）设施大棚内外安装温湿度传感器、光照传感等控制设备，通过智能管理平台对设施大棚内的环境气候，如温度、湿度、光照、CO2等和灌溉施肥进行调节控制，以达到蔬菜幼苗生长发育需要。

2）根据不同蔬菜幼苗生长习性，通过传感器采集光照度、土壤温度和湿度、空气温湿度、二氧化碳等数据，通过智能管理平台进行监控，提供适合蔬菜育苗的环境条件。

3）根据传感器采集的光照度数据，当光照不足、CO2浓度满足光合作用要求时，自动开启补光灯。夏天光照太多时，自动开启遮阳网覆盖。

4）通过环境监测云平台将数据实时显示在大棚显示屏上，实时记录幼苗出芽生长全过程，预警病情、虫情、苗情等。

1.2 育苗时传感器的应用

1）育苗期温度管理。温度应控制在适宜水平，过高或过低都不利于育苗。温度过高时容易产生徒长苗；温度过低时幼苗生长慢，容易出现弱苗、小老苗，因此，需要使用土壤温度传感器来监测温度。

2）水分管理。播种以后要浇透水，以穴盘底孔向外渗水为准。使用土壤墒情传感器随时监测蔬菜幼苗生长发育过程中的土壤墒情，根据土壤实时情况补水，出苗后应注意适量浇水，不可过量。

3）光照管理。在冬季和春季育苗时，光照条件较差，偶尔出现连阴天，需要使用光照度传感器来监测光照度，当光照度条件不足时，开启补光系统，人工补光，确保幼苗发育所需光照。

4）施肥管理。穴盘育苗时，单株菜苗基质量少、营养面积小，容易营养不良。采用土壤电导率传感器，可以采集土壤电导率环境，在电导率数值过低时，可以采用喷施叶面肥，或在基质中添加复合肥，或者在基质中添加充分腐熟的厩肥补充土壤氮磷钾等元素。

5）病虫害管理。除上述四种环境因素需要调控外，春季蔬菜育苗期病虫害防治还应注意防治灰霉病、立枯病、猝倒病等病害。

蔬菜育苗过程采用智慧农业系统进行管理和监控，能有效构建和完善育苗平台，还能打破蔬菜上市时间和产地的限制，实现错峰上市、异地上市，促进达州市达川区蔬菜产业经济新业态发展。

2 智能水肥一体化灌溉系统在蔬菜生产中的应用

达州市达川区双庙镇、大堰镇等蔬菜种植经营主体在种植基地广泛应用基于农业物联网技术的农田水肥一体化智能灌溉系统。他们根据各类蔬菜对水、肥、光照需求的规律，土壤温湿度等环境及有机质、维生素等养分含量状况，采用智能水肥一体化灌溉系统，自动对水肥进行检测、调配和供给，在提高灌溉用水效率的同时又实现了对灌溉、施肥的定时、定量控制，不仅节水节肥节电，并且还减少了劳动力的投入，降低了人工成本，提高了农业用水综合效益。

2.1 系统原理

水肥一体化技术将施肥与灌溉融为一体，借助压力系统或自然地形地势落差，根据土壤养分含量与作物对肥料的需求规律和特点，将肥料配兑成肥液，与灌溉水一起，通过田间管网系统供肥、供水。相互融合的水肥通过管道、喷枪、喷头，均匀、定时、定量喷洒肥液和灌溉水，使作物生长的土壤保持适宜的含水量和肥料。

2.2 系统构建

智能水肥一体化灌溉系统一般包括水源工程、软件控制系统、首部枢纽系统、过滤系统、田间管网系统、田间气象监测站和土壤墒情监测站等。

1）水源工程。井、渠道、江河、湖泊、水库只要其水质符合灌溉要求，均可作为灌溉的水源。水源工程主要涉及的控制系统有水泵启停控制系统，蓄水池水位远程监测系统等。根据泵房内的水泵、管路等，可灵活设计。

2）软件控制系统。采用无线或有线技术，通过实时监测土壤墒情（温度、湿度、盐分等）、小气候信息、作物长势信息，结合当地作物对水分的需求情况和灌溉制度，设置水泵、阀门自动启闭条件，实现自动控制。

3）首部枢纽系统。首部枢纽系统主要由水泵、流量压力传感器、压力保护装置、施肥装置（水肥一体化系统或水肥一体机）、过滤器、和自动化控制装置组成，担负着灌溉系统的驱动、监测和控制，是灌溉系统的控制调度中心。

4）过滤系统。必须根据水源、水质、灌水器流道尺寸等精心选择过滤设备。

5）田间管网系统。田间管网系统用于水资源的输送，由干管、支管和毛管组成。干管通常采用PVC 管，支管采用PE管或PVC管，毛管多采用边缝迷宫式滴灌带和内镶式滴灌带，管径根据流量大小配置；大口径阀门通常采用铁件。干管、分干管的端进水口设置闸阀，支管、辅管的进水口设置球阀。田间管网系统将处理过的水按要求输送到灌水单元和灌水器，毛管作为微灌系统的末端，在滴灌系统中即为滴灌管；在微喷系统中，毛管上应安装微喷头。

6）土壤墒情监测系统（田间气候监测系统）。水肥一体化控制是以土壤墒情测试数据作为基础。土壤墒情监测系统应根据相关技术规范和要求进行设计，实现土壤墒情主要参数（如土壤水分）的实时监测，还可以增加传感器探头，实时监测土壤的电导率、温度和pH 值等，以及空气温湿度、光照强度、风速风向、二氧化碳、雨量等信息。

相比普通灌溉技术，智能水肥一体化灌溉技术有几个突出特点。一是提高了水的有效利用率，可节水30%～40%，降低了灌溉成本；二是实现了集中施肥、平衡施肥，减少肥料损耗和养分流失，充分利用肥料，节肥30%，减少了土壤板结；三是提高了土壤通透性、降低了温室内空气湿度，增加了作物的抗逆性，减轻了病虫害发生，农药用量减少15%～30%，每公顷节省劳动力225～300 个；四是该技术满足作物的水肥供应，改善了作物生长环境，促进了作物产量提高和产品质量的改善，能实现提早收获、收获期长，作物一般增产10%～80%，省工10%。

3 智慧农业系统在蔬菜产品溯源中的应用

农产品溯源系统可实现对农产品生产、加工、包装、运输、仓储、批发、零售全过程质量安全追溯管理与查询功能。农产品溯源系统应用于蔬菜，对蔬菜生产种植中的产地环境信息、蔬菜种植流程、病虫草害防治、质量监测等信息进行记录；将携带蔬菜生产种植信息的RFID标签信息转换成一维条码或二维码标签，可保证蔬菜生产、流通信息链完整、通畅。

蔬菜产品溯源系统主要包括安全生产管理模块、流通管理模块、质量监督管理模块和质量追溯模块。蔬菜产品溯源系统已在达州市达川区蔬菜育苗、水肥管理和产品质量监管上得到推广应用，示范效应明显，提高了蔬菜生产经营的专业化、规模化、标准化、信息化水平，推动了达川区蔬菜种植方式、方法的根本性变革，既节约了资源，又提高了蔬菜产品质量和种植主体的经济效益，也为城乡消费者提供了安全、优质、营养的蔬菜产品，更为达川区建设高品质蔬菜供给基地提供了强有力的科技支撑。