设施园艺作物水肥管理与绿色防控智能云系统应用
发布时间：2021-06-19
技术领域：种植业-经济作物
技术概述：（一）技术基本情况 我国农业灌溉用水利用系数只有 0.3-0.4，水分生产率不足 1 千克/立方米，肥料当季利用率平均只有 30%左右，均显著低于发达国家水平。水肥一体化技术针对作物水肥需求规律和土壤养分供应特点，利用智能化灌溉施肥装备，将水分和养分同步、均匀、准确、定时、定量地供应给作物，是当今世界公认的高效节水节肥农业新技术。因此，针对目前设施园艺栽培中水肥一体化应用需求，我们开发了 AWF 水肥一体化单通道和多通道系列水肥精细化管理系统，采用基于无序自定义灌溉策略，结合不同的生产需求和管理水平，实现了多模式多区域的系统开发与应用。同时，研发了有机水肥一体化装备与综合管控系统，实现了有机肥与水肥一体化结合，有利于农业清洁生产和循环农业发展。构建了基于云服务的高度自适应管控系统，引领水肥一体管理向园区化、集成化、智能化、区域化的方向发展。 另外，设施农业为农作物提供适宜生长环境的同时，也为病虫害的发生提供了有利条件，病虫害日趋严重，农药用量逐年增加。研发了多功能植保机具有杀菌防病、灭虫、辅助加温、物联网功能、降湿功能等功能，成为设施园艺病虫害防控的重要手段和途径。 （二）技术示范推广情况 近两年来，通过在京郊及全国范围内的主要设施园区开展的水肥一体化设备技术服务与推广工作，已累积推广应用有机/无机水肥一体化装备产品 400 套以上，开展现场技术指导 300 余次，组织现场观摩培训 20 次，培训技术人员 1500 人次左右，发放温室蔬菜水肥一体化智能装备使用手册 400余套，产品宣传彩页 2500 余份，应用面积 5 万亩以上，实现了设施果蔬生产的有机/无机水肥自动管控。构建了一套全国范围的托管式园区水肥一体化云服务系统，实现了远程维护与升级，系统管理与监控，数据处理与分析，生产指导与培训等功能。 针对设施病虫害严重的现状，国家农业信息化工程技术研究中心赵春江院士团队响应农业部的号召，利用多年来在该领域的研究基础和智能装备的开发基础，自 2016 年开始研发了无农残多功能ZHI 保机，已批量生产 1000 多台，并在生产中进行推广应用。 （三）技术获奖情况 获发明专利 15 件、实用新型 12 件、计算机软件 10 件，北京市新技术新产品（服务）证书 3 项，北京市农业技术推广奖 1 项。 （四）增产增效情况 在设施蔬菜上的示范应用结果表明，作物无机水肥一体化智能控制装备系统不仅操作简单，可节水 30%左右，节肥 15.7%，灌溉水利用效率达 55.0 千克立方米，追施肥料产出率为 47.0 千克/千克，相比常规水肥管理模式，灌溉水分利用效率提高了 58.6%。作物有机水肥一体化装备与综合管控技术应用实现了设施、农田及果园等作物生产中有机液态肥的集中、自动制备和灌溉，及远程监控，使有机肥源供给轻简化、高效化。在设施果菜基质栽培中应用，作物长势良好，果实口感好、风味浓郁，实现了零化肥投入。通过托管式园区水肥一体化云服务系统有效地改变当地农民的生产理念，由过去的单纯追求产量向质量效益型转变，并使项目区农民掌握信息化、智能化、装备化的管理技术，创造新型栽培管理模式和技术体系，全面提高了农民的科学种田水平及科技素质，减少农民用水、用肥及生产管理的盲目性和不合理性，减轻农民的生产负担，对发展现代农业具有重要的促进作用。 在我国多地使用多功能 ZHI 保机后，病虫害显著减轻减少，经折算每亩温室大棚每年可节省 1160元的农药、节省喷药人工成本 1200 元；由于农药减少，生产的蔬菜附加值提高；辅助加温能延长蔬菜是生育周期，提高产量，预计每亩可提高设施收益 1000 元以上。因此、使用 2 年左右即可收回成本。对于生产无公害（绿色、有机）农产品的设施农业园区或基地，因喷洒农药受到限制，多功能ZHI 保机是最佳选择。
技术要点：
AWF 水肥一体化智能控制装备具有肥液在线监测、自动配比及混合功能，满足设施、农田及果园等作物的自动灌溉施肥需求。该装备可通过内置的灌溉施肥控制流程及模型，智能判别作物生育期和调配肥液浓度，根据作物生长模型自动执行灌溉施肥过程。有机水肥一体化装备的发酵子系统主要由发酵罐、循环系统、供氧系统、过滤系统等组成。综合管控系统内置发酵进程条件监控子系统，自动调控供氧系统、循环系统等，为优质有机液肥制备创造良好的有氧发酵条件；所得有机液肥经多级过滤系统达到了微灌灌溉系统要求（120 目）。灌溉液调配与灌溉装备通过系统执行基于作物水肥需求规律、栽培介质水分状况及环境因子等决策指标建立的灌溉策略进行智能管理。 托管式园区水肥一体化云服务系统与方法从种植的角度来设计，考虑到整个作物生育期，将影响作物产量和品质的关键因素等融合分析，结合作物生理发育规律和园区作业情况，实现托管式园区作物水肥管理的托管式服务，托管服务系统由数据分析服务系统、托管服务决策系统、视觉系统、信息采集系统、展示推送系统组成。可以通过云端远程管理设备，对采集数据进行存储分析，系统使用越久数据量越大，通过深度学习能更加优化决策方法。实现了园区水肥管理的无人化、智能化管理。 针对日光温室和塑料大棚等设施开发的多功能植保机通过空气动力学分析采用断续臭氧施放，连续送风，可增加臭氧与空气混合、稀释，加热管启动加热后，增加空气对流，最大限度保证臭氧施放均匀，并基于设施蔬菜生产需求、生长空间特点及病虫害防治要素，使用适宜于设施蔬菜不同生长阶段、不同使用环境的臭氧消毒释放浓度与作用时间。在杀灭害虫方面，当臭氧达到一定浓度时，其强氧化性会氧化害虫的细胞膜，导致细胞死亡，从而有效杀灭害虫的卵和幼虫；利用害虫成虫的趋光性设有黄、蓝光，吸引害虫到设备下部，利用风机产生的负压将其吸入设备，设备内高压强及局部高浓度臭氧可以杀灭害虫。该设施结构简洁紧凑、使用简单方便、安装省时省力，符合设施农业生产实际，可广泛用于设施蔬菜绿色、无公害生产。
适宜区域：该系统具有应用范围广、稳定性好、操作简单等特征，适用于我国各地设施、大田及果园作物的集约化生产基地。
注意事项：在应用过程中特别注意系统中操作模式的选择，自动模式下工作人员需监测设备运行情况，遇报警提示请分析具体原因再处理；使用中确保电磁阀在全闭状态；定期清洗过滤系统（非自动）和储液罐等；定期检测设备。托管服务平台内置的数据分析模块，需要根据从本地施肥机及本地上位机传输的数据，自动进行基于神经网络的自适应学习，智能决策出适宜当地种植情况的灌溉量。不同作物和不同控制面积均需要产品定制。植保机臭氧浓度不可以擅自调整，因为臭氧浓度太高对植物叶、果实有灼伤。ZHI 保机设备臭氧工作时，臭氧电片会产生高压，注意悬挂高度，设备吊挂位置意高压危险。ZHI 保机吊挂温室中间位置，叶菜类为 2.2 米，瓜果类为作物上方 1.2 米处。设备自带电源线不得更改，日光温室内设备出风口需把南北侧风机扣死。设备通电后，人员禁止触摸设备底部及主板位置。
支撑单位：北京农业智能装备技术研究中心
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备注信息：北京市2020年农业主推技术
