小型智能水肥一體化系統(tǒng)在溫室草莓種植中的應(yīng)用研究

徐嵐俊，張傳帥，李小龍，陳 華，劉婞韜，孫夢遙

（北京市農(nóng)業(yè)機械試驗鑒定推廣站，北京 100079）

水肥管理是設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)。精準的水肥管理可以提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)，但目前設(shè)施農(nóng)業(yè)水肥管理主要依靠傳統(tǒng)文丘里吸肥器以及手動操作，配套智能水肥一體化技術(shù)的比例較小。以北京市為例，設(shè)施農(nóng)業(yè)園區(qū)從業(yè)者老齡化嚴重，以50～70歲為主，50歲以上占比78.3%，灌溉施肥量主要靠經(jīng)驗確定的占比95%以上，水肥管理粗放。北京市菜田種植面積保障政策明確提出，到2025年底，北京市蔬菜自給率將由目前的10%提升到20%，由于大幅度提升菜田面積較為困難，需要進一步推廣水肥一體化等先進調(diào)控技術(shù)來提高生產(chǎn)效率。目前，北京設(shè)施農(nóng)業(yè)急需提高設(shè)施農(nóng)機智能裝備水平，提質(zhì)增效，實現(xiàn)精準農(nóng)業(yè)。

目前，國內(nèi)外在設(shè)施智能水肥管理技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)有比較廣泛和深入的研究和應(yīng)用，眾多機構(gòu)和企業(yè)參與并開發(fā)出多種形式的智能灌溉施肥系統(tǒng)（設(shè)備），促進了智能水肥一體化技術(shù)的發(fā)展與普及。本研究在溫室草莓灌溉施肥環(huán)節(jié)，比較了小型智能水肥一體化系統(tǒng)和文丘里吸肥器的灌溉施肥情況、工作效率、經(jīng)濟效益、故障率及適用性等方面的差異，旨在探索其推廣應(yīng)用前景，推動設(shè)施智能灌溉施肥技術(shù)的普及和發(fā)展。

1 材料和方法

1.1 試驗時間與地點

試驗于2020年8月—2021年6月在北京市平谷區(qū)博云益達種植專業(yè)合作社設(shè)施農(nóng)業(yè)園區(qū)21、22號溫室中進行。溫室規(guī)格均為單棟，長65 m、寬8 m，面積520 m。

1.2 試驗設(shè)備及材料

小型智能水肥一體化系統(tǒng)：包括施肥機主機、配肥桶、灌溉電磁閥以及溫室內(nèi)支管道、滴灌帶。施肥機主機型號為ACC5，天津綠視野節(jié)能工程設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)。文丘里吸肥器：市場購買的簡易型文丘里吸肥裝置，包括文丘里管、軟管和肥桶，材質(zhì)均為塑料。種植草莓品種為紅顏，種苗為市場采購。

1.3 試驗方法

試驗設(shè)2個施肥灌溉處理，分別采用小型智能水肥一體化系統(tǒng)（22號溫室）和文丘里吸肥器（CK，21號溫室）。草莓南北向種植，667 m種植4 900株，2020年8月20日定植，2021年6月5日拉秧，生長期289 d。

試驗期間2棟溫室灌溉施肥次數(shù)、用量均參照園區(qū)常規(guī)管理。分別累計灌溉39次（21次為水肥一體化灌溉，18次為單獨灌溉），總用水量92.557 m，平均每次灌溉水量為2.373 m，其中定植后前2次灌溉用水量均在7 m以上，約為正常灌溉量的3倍；水溶肥累計施用量為58.25 kg。生長期內(nèi)灌溉施肥次數(shù)及用量見表1。

表1 草莓生長期內(nèi)灌溉施肥次數(shù)及用量

1.4 調(diào)查項目及方法

灌溉用水量通過電子流量計統(tǒng)計，水溶肥用量通過電子天平計量。灌溉施肥流量通過電子流量計實時監(jiān)測，每個溫室設(shè)1個流量計，在每次灌溉期間的前、中、后3個時間段采集流量計讀數(shù)，每個時間段記錄10個數(shù)據(jù)，共計30個數(shù)據(jù)，求平均數(shù)，計為施肥流量。分別在配肥、施肥、灌水期間各記錄1次人工操作時間，取平均值，作為平均操作時間，用來計算工作效率，工作效率＝1/（人工總耗時/灌溉次數(shù)）。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用WPS Office軟件進行數(shù)據(jù)分析與處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉施肥設(shè)備工作效率比較

表2顯示，采用小型智能水肥一體化系統(tǒng)、文丘里吸肥器平均灌溉施肥流量分別為1.513、1.225 m/h。在水肥一體化灌溉時，對照處理中工人每次需要提前配肥、稱重、攪拌，并將溶解后的水溶肥倒入文丘里吸肥器小型密閉肥桶內(nèi)，耗時30 min；由于文丘里吸肥器吸肥壓力較小，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況3次，并進行攪拌，每次耗時10 min；通過測算，每次灌溉時長為105 min，其中人工勞動耗時60 min。小型智能水肥一體化系統(tǒng)處理的灌溉壓力增加且可定時自動關(guān)閉，開啟設(shè)置好的灌溉模式后，僅需人工查看2次，每次耗時10 min；經(jīng)測算，每次灌溉時長85 min，其中人工勞動耗時20 min。在單獨灌溉時，對照處理每次人工耗時20 min，小型智能水肥一體化系統(tǒng)處理為10 min。綜上，按照水肥一體化灌溉21次、單獨灌溉18次計算，在灌溉施肥環(huán)節(jié)采用傳統(tǒng)文丘里吸肥器總耗時1 620 min，采用智能水肥一體化系統(tǒng)總耗時600 min，灌溉施肥工作效率提升了2.7倍（表2）。

2.2 不同灌溉施肥設(shè)備經(jīng)濟效益比較

從表2可以看出，在人工成本方面，采用小型智能水肥一體化系統(tǒng)比對照每茬草莓節(jié)約時間1 020 min，即17 h，按照工人每天工作8 h，每天工資200元計算，每棟溫室每茬可節(jié)省人工成本425元。在設(shè)備成本方面，對照設(shè)備成本按照800元，使用壽命5年計算，每年成本160元。小型智能水肥一體化系統(tǒng)按照設(shè)備市場價1萬元，享受農(nóng)機購置補貼50%計算，實際購機成本為5 000元；按照使用壽命10年，每年電費35元，殘值10%計算，每年設(shè)備成本為485元，比對照每年增加325元。綜上，在越冬草莓生產(chǎn)中，采用文丘里吸肥器灌溉施肥時，人工成本675元、設(shè)備成本160元，共計835元；采用小型智能水肥一體化系統(tǒng)時，人工成本250元、設(shè)備成本485元，共計735元；因此每棟溫室每茬草莓可節(jié)省100元，成本降低12.0%。

表2 不同灌溉施肥設(shè)備工作效率及成本分析

2.3 不同灌溉施肥設(shè)備的故障率及適用性

本次試驗中，小型智能水肥一體化系統(tǒng)灌溉施肥共計39次，未發(fā)生過故障。在適用性方面，一是操作便捷，一鍵開關(guān)，定時旋鈕功能實用性強；二是勞動強度顯著降低，進水水流可使水溶肥完全溶解；三是衛(wèi)生環(huán)保，減少了水肥遺撒。根據(jù)試驗和用戶反饋，該設(shè)備適用性較好。應(yīng)用文丘里吸肥器，配肥需要人工攪拌、挪動傾倒等，灌溉施肥中途需要查看、攪拌，費時費力，存在臟亂差操作，例如肥液遺撒等。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，小型智能水肥一體化系統(tǒng)在越冬草莓灌溉施肥環(huán)節(jié)可提高灌溉施肥勞動效率2.7倍，每茬每棟溫室可節(jié)省成本100元，降低成本12.0%，且顯著降低勞動強度，減少肥料遺撒，提升水肥利用效率，具有一定的生態(tài)效益，該系統(tǒng)性能完善，操作便捷，具有較好的復(fù)制推廣價值。

在投入和經(jīng)濟效益方面，有配套農(nóng)機購置補貼情況下，小型智能水肥一體化系統(tǒng)前期投入并不太高，應(yīng)用后可降低園區(qū)成本，更容易被接受；在技術(shù)方面，該系統(tǒng)在試驗期間未發(fā)生故障，運行穩(wěn)定，適用性得到認可，且改變了臟亂差的操作環(huán)境，可吸引年輕人從事該工作，有助于解決招工難和老齡化難題。

目前，京郊設(shè)施農(nóng)業(yè)灌溉施肥智能化水平仍然較低，試驗園區(qū)對該系統(tǒng)認可度較高，有利于該系統(tǒng)的示范推廣，且有助于京郊設(shè)施農(nóng)業(yè)機械化水平的提升。建議根據(jù)本試驗積累的數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)化設(shè)施灌溉施肥策略，提升水肥利用效率，提升該系統(tǒng)智能化水平。