年第 期 土壤農化 收稿日期 基金項目 四川省國際科技創(chuàng)新合作項目 作者簡介 楊富云 男 碩士 研究方向 藍莓的品種引 進繁育 種植管理 無土栽培技術等 為通信作者 藍莓智能水肥一體高效綠色基質盆栽技術研究進展 楊富云 韋獻雅 潘 霞 張馨銳 彭東梅 成都逸田生態(tài)農業(yè)科技有限公司 成都 成都農業(yè)科技職業(yè)學院種苗研究所 成都 摘 要 闡述盆栽藍莓技術 盆栽藍莓智能水肥一體化系統(tǒng)的現(xiàn)狀 通過對高效綠色基質 先進設備 先進的數(shù)字化灌溉管理 動態(tài)作 物模型分析等技術開展藍莓基質盆栽技術研發(fā) 提出適合四川藍莓基質栽培的基質配方 并找到水 肥 光 溫濕度等與藍莓基質栽培 高產優(yōu)質的關系 形成一套藍莓基質盆栽智能水肥栽培一體化技術體系 實現(xiàn)藍莓自動化標準化綠色高效基質栽培管理技術體系 以期為四川地區(qū)優(yōu)質高產藍莓標準化 規(guī)?；?自動化提供支撐 也為四川現(xiàn)代化綠色高效農業(yè)發(fā)展提供理論和實踐依據(jù) 關鍵詞 藍莓 智能水肥一體 高效綠色基質 盆栽技術 藍莓 是一種富含酚類物質 抗 壞血酸和花青素等營養(yǎng)成分的小漿果 具有改善視 力 增強自身免疫力 抗癌 增強記憶力 抗氧化和減 緩衰老等功能 經濟價值高 開發(fā)前景廣闊 藍莓種 植面積不斷增加 據(jù)統(tǒng)計 截至 年 栽培藍莓的 國家和區(qū)域從 年的 個增加至 個 與 年比 栽培總面積達 萬 增加了 與 年比 總產量增加了 倍 達到 萬 消費市場方面 中國從以智利 秘魯為代表的 個藍 莓主產國進口的鮮果總量從 年的 增長至 年的 增加了 倍多 在我國很多地區(qū)都有藍莓栽種 但由于其對土 壤要求比較苛刻 常規(guī)種植不但成本高 而且產量 低 藍莓智能水肥一體高效綠色基質盆栽技術研究 是趨勢所需 成都逸田生態(tài)農業(yè)科技有限公司 通過對藍莓智能水肥一體高效綠色基質盆栽技術的 研究 提出適合四川地區(qū)藍莓基質栽培的最佳配方 并找到水 肥 光 溫濕度等與藍莓基質栽培高產優(yōu) 質的關系 研發(fā)水肥一體藍莓基質栽培智能管理控 制系統(tǒng) 最終實現(xiàn)藍莓自動化標準化綠色高效基質 栽培管理技術體系 為四川地區(qū)優(yōu)質高產藍莓標準 化 規(guī)模化 自動化提供支撐 也為四川現(xiàn)代化綠色 高效農業(yè)發(fā)展提供理論和實踐依據(jù) 盆栽藍莓技術的發(fā)展現(xiàn)狀 盆栽模式概述 盆栽藍莓是將藍莓的根系固定在 等都 適合藍莓生長的基質中 通過線上線下監(jiān)測分析并 通過水肥灌溉系統(tǒng)精準適時供給水分和營養(yǎng) 使其 高效 高產 優(yōu)質的一種現(xiàn)代農業(yè)栽培模式 該 模式解決了藍莓受土質條件影響普遍種不好 產量 低的問題 在精準水肥控制的技術體系下 降低種植 風險 非常適合產業(yè)化種植 觀光采摘及城市陽臺種 植 同時該模式有效解決了藍莓改土不到位的種植 風險 新栽種苗水果上市期較露地栽培早至少 年 符合現(xiàn)代農業(yè)種植的精準控制要求 實現(xiàn)產量與品 質的雙提升 項目環(huán)保 生態(tài) 實現(xiàn)農藥和肥料 雙 減 具有很強的示范效應和科技引領作用 基質 取代自然土作為植物生長物理支撐的栽培方式 基 質不帶病菌和害蟲 幾乎不使用農藥或少量使用生物 類農藥即可完成防控 產量高質量均衡 食用更放心 盆栽要求 種苗選擇 品種純度 品種變異率 分支數(shù) 繞根率 無病蟲害 根系良好 苗齡 年 高度 與缽大小 匹配 無病毒 基質 選用塊狀泥炭 珍珠巖 蛭石 椰槺等 有機無機物質 通過配比 達到容重 總孔隙度 持水孔隙度 通氣孔隙 度 電導率 穩(wěn)定 性好 無毒害物質 容器 體積 形狀瘦高型 排水透氣 性 隔熱良好 使用壽命 年以上 設施大棚建設 應考慮極端高溫 極端低 溫 避雨 抗雪 極端風力 抗冰雹 防鳥防蟲 紫外線 強度 各物候期對應溫度情況 使用壽命及性價比等 盆栽在國內的應用狀況及優(yōu)勢 逸田農業(yè)已經在四川省 云南省發(fā)展了 個藍 莓基地 通過盆栽可以準確控制基質最佳含水量及 養(yǎng)分供應 各大種植戶已在兩省建成了規(guī)?；柙?土壤農化 年第 期 藍莓基地共計 在國內其他地區(qū) 如廣東 等光熱條件好的地區(qū)也在快速發(fā)展 同時盆栽藍莓 輕量化 便于移動 可建成移動果園 換茬也更方便 快捷 可迅速實現(xiàn)品種更新 無土傳病害 化肥農殘 重金屬等危害 水肥可循環(huán)利用 降低成本 保護環(huán) 境 降低藥品使用 做到綠色標準 產品健康 進行環(huán) 境因素人為調控 創(chuàng)造最適生長條件 盆栽藍莓的智能水肥一體化系統(tǒng) 系統(tǒng)總體架構 為實現(xiàn)盆栽藍莓的水肥精確供給及最適生長環(huán) 境因子的人為調控 成都逸田生態(tài)農業(yè)科技有限公 司研發(fā)了精準水肥一體化系統(tǒng) 該系統(tǒng)融合傳感器 技術 自動控制技術 物聯(lián)網技術等多項技術 實時 獲取植物生長環(huán)境條件及生長發(fā)育情況等信息 對 比不同物候階段的藍莓生長發(fā)育模型 智能對比分 析和算法解析 并及時實現(xiàn)自動灌溉等操作 其 中 監(jiān)測藍莓的生長發(fā)育情況信息包括蒸騰蒸發(fā)量 株高 生長量等 監(jiān)測生長環(huán)境條件信息包括工作液 及營養(yǎng)液 和 以及排灌比 基質墑情 空氣溫 濕度 光照度等 根據(jù)藍莓的生長發(fā)育模型解析以 上監(jiān)測數(shù)據(jù) 并完成智能調控 能準確快速啟動水肥 灌溉設施或環(huán)境調控設備 及時解決水肥供應不足 或生長環(huán)境不適等問題 實時滿足藍莓生長所需 管 理全程實現(xiàn)信息化 數(shù)字化的動態(tài)精準 智能水肥 一體化系統(tǒng)總體架構如圖 所示 圖 智能水肥一體化系統(tǒng)總體架構 系統(tǒng)主要組成 盆栽藍莓的智能水肥一體化系統(tǒng)主要部分組成 包括信息采集模塊 智能管控平臺 環(huán)境調控設備 水肥一體灌溉 灌排液監(jiān)測分析等 以上部分相輔 相成 共同建構水肥一體化系統(tǒng) 快速實現(xiàn)藍莓種植 過程的精準自動調控 信息采集模塊 盆栽藍莓的智能水肥一體 化系統(tǒng)的信息采集模塊是精準施肥灌溉和生長環(huán)境 調控的基礎 采集模塊主要由感應傳感器和信號傳 輸網組成 感應傳感器將采集的各項生長信息 如 蒸騰蒸發(fā)量 株高 生長量等 和環(huán)境信息 如基質 墑情 營養(yǎng)液濃度 營養(yǎng)液酸堿度 光照度 溫濕度 等 通過信號傳輸網匯報給智能管控平臺 智能管控平臺 智能管控平臺是整套系統(tǒng) 的核心部分 信息采集模塊收集的各項參數(shù)通過傳 輸網到達智能管控平臺 平臺將參數(shù)與生長模型或 專家預設值進行對比分析和算法解析 快速做出反 應 對水肥一體灌溉和環(huán)境調控設備進行決策 精準 實現(xiàn)水肥控制和環(huán)境調控 讓藍莓始終保持在最適 條件下茁壯生長 環(huán)境調控設備 藍莓溫室內除灌溉施肥的 主要設備外 還需要配備其他調節(jié)溫室環(huán)境參數(shù)的 設施 如卷簾機 實現(xiàn)棚膜的自動開合 噴霧裝置 霧化凈水降溫或葉面用藥用肥 排風系統(tǒng) 降溫 或排濕 等設備 水肥一體灌溉 水肥一體灌溉是指在灌水 的同時給予營養(yǎng)元素 植物在吸收水分的同時吸收 肥料 可以提高肥料利用率 減少肥料浪費 降低環(huán) 境污染 該系統(tǒng)由水處理系統(tǒng) 砂石過濾 疊片過 濾 反滲透等 根據(jù)水質情況進行選配 配肥系統(tǒng) 配肥機 母液儲存裝置 工作液儲存裝置等 灌溉 系統(tǒng) 動力泵 過濾裝置 田間灌溉首部 田間管網 滴灌系統(tǒng)等 尾水回收處理 紫外消毒 雙氧水供 給等 等部分組成 水肥一體灌溉控制系統(tǒng)可以快 速配肥混肥 將水肥精準灌溉到每一盆藍莓 灌排液監(jiān)測分析 通過 系統(tǒng)實時在線監(jiān)測工作液和排出液 設 置的排液比為 工作液 值為 年第 期 土壤農化 為 等一套監(jiān)控指標 數(shù)據(jù) 傳回管控平臺并根據(jù)藍莓植株不同長勢 植株的蒸 騰量以及不同發(fā)育時期對養(yǎng)分的需求 結合目標養(yǎng) 分的參考范圍等算法 適時調整水肥配方和灌溉 實 現(xiàn)自動精準水肥灌溉 盆栽藍莓智能水肥一體化系統(tǒng)構建 生長環(huán)境信息采集系統(tǒng) 藍莓生長環(huán)境信息采集系統(tǒng)采集的信息包含影 響藍莓生長發(fā)育的溫室內氣象環(huán)境信息以及藍莓生 長發(fā)育實時情況數(shù)據(jù)等 溫室內氣象環(huán)境信息需要 監(jiān)測的參數(shù)主要包括空氣溫濕度 光照強度 基質水 分 基質 和 藍莓生長各時期最佳溫度變化 較大 在 之間 環(huán)境的濕度變化范圍在 之間 為保證測量方便準確 可選用光 溫濕三合一傳感器安裝在大棚內高于藍莓頂部 左右位置 大棚中藍莓白天生長發(fā)育基質體 積含水量在 為適宜 最佳基質體積含水 量為 藍莓生長最適宜基質 為 基質過酸或過堿都會影響藍莓生長 安裝基質 溫濕度傳感器 傳感器插入藍莓根部附近基質中 每 個輪灌區(qū)安裝一套 監(jiān)測裝置 監(jiān)測植株蒸騰 蒸發(fā)量 工作液及排液量和 及 灌排比等 在大棚內安裝攝像頭 實時監(jiān)測藍莓生長發(fā)育狀 況 藍莓環(huán)境采集系統(tǒng)通過一塊中央控制器作為中 樞 上層接入網頁 客戶端或者通過數(shù)據(jù)接口到手機 端 下層接入交換機 下端交換機可以接入 控制器 網絡攝像頭 通信傳感器 中央控 制器經過手拉手的方式層層連接各級邊緣傳感器 每級邊緣傳感器分工不同 分別是采集空氣溫度 空 氣濕度 泵房采集出水 首部壓力值 通過 采集到的數(shù)據(jù)進行設備的聯(lián)動控制 基質水分低時 控制施肥泵泵肥料 肥料桶缺水時自動控制施肥機 對肥料桶從各個母液桶抽肥 并達到系統(tǒng)設定的 智能水肥一體化服務平臺 藍莓智能水肥一體化管控平臺 圖 是溫室藍 莓智能水肥一體化系統(tǒng)的核心 該平臺主控采用 結構 底層環(huán)境信息采集的數(shù)據(jù)會反饋 到藍莓智能水肥平臺 從而輔助建立藍莓數(shù)字生長 模型 在需要調控的時候 控制器不會直接控制設 備 而是通過藍莓數(shù)字生長模型來綜合制定控制策 略 控制策略可以看作是一個服務基地的數(shù)字孿生 里面包含了有服務基地的基礎數(shù)據(jù) 包括了灌溉施 肥數(shù)據(jù) 工作液 數(shù)據(jù) 排液 數(shù)據(jù) 排 液比基礎值 植株蒸騰蒸發(fā)量 同時也有環(huán)境信息采 集的數(shù)據(jù) 通過實時采集的數(shù)據(jù)不斷對藍莓生長模 型進行數(shù)字調教 最終達到智能控制的目的 圖 智能水肥一體化管控平臺 藍莓在營養(yǎng)生長 花芽分化 開花結果 采收等 不同生長發(fā)育時期需要針對性給予不同量的水分和 不同比例的各營養(yǎng)物質 水分及各種營養(yǎng)元素的施 用量與施用比例需要進行動態(tài)調整 使各種營養(yǎng)元 素的配比協(xié)調 從而滿足藍莓各階段正常生長發(fā)育 的需求 本文以成都逸田藍莓種植基地為例 根據(jù)藍莓年周期內生長發(fā)育特點與水肥需求規(guī)律 劃分灌溉施肥時期 并通過咨詢種植專家以及綜合 基質養(yǎng)分含量 肥料利用率 肥料養(yǎng)分含量 藍莓產 量等多種因素進行綜合分析 對不同時期的灌溉施 肥量以及肥料配比進行合理規(guī)劃 建立藍莓灌溉施 肥決策模型 把藍莓灌溉施肥決策模型寫入管控平 臺 作為決策參考依據(jù) 實現(xiàn)水肥精量控制 基于藍莓灌溉施肥決策模型 智能水肥一體化 管控平臺還會根據(jù)采集的各項數(shù)據(jù)進行多次修正 以達到最佳策略參數(shù) 管控平臺可以根據(jù)實際的基 礎數(shù)據(jù)進行 數(shù)調 自動調整每一條控制數(shù)據(jù) 研 發(fā)人員將人的控制思想邏輯轉化為自主編程代碼寫 入 把采集的各項數(shù)據(jù)進行對比分析和 算法解析 根據(jù)最終運算結果下發(fā)控制指令 以盆 栽藍莓控制基質含水量為例 智能水肥一體化系統(tǒng) 將水肥經灌溉管網輸送至每一盆藍莓后 自主研發(fā) 的 會自動進行排灌液監(jiān)測分析 實時將監(jiān)測的 數(shù)據(jù)結果匯發(fā)到智能管控平臺 平臺會根據(jù)建立的 生長模型及修正后的控制數(shù)據(jù)來調節(jié)給水閥門的開 土壤農化 年第 期 合 過水的時間數(shù)據(jù)等 并將控制指令傳導給 此過程循環(huán)往復直至 監(jiān)測結果達到基 質含水量最佳要求時 才會停止工作 最終實 現(xiàn)盆栽藍莓基質含水量自動控制和智能調節(jié) 盆栽藍莓灌溉施肥系統(tǒng) 藍莓灌溉施肥系統(tǒng)主要由配肥系統(tǒng)和灌溉系統(tǒng) 兩部分組成 如圖 所示 配肥系統(tǒng)由母液儲存裝 置 配肥機 工作液儲存裝置等組成 經過砂石過濾 器和疊片過濾器后的清水同母液儲存裝置內的母液 一起經過配肥機混合成為工作液 配肥機可以精確 調節(jié)工作液的 和 配制好的工作液暫存于工 作液儲存裝置內 待灌溉時通過管網進入田間 灌 溉系統(tǒng)由動力泵 過濾裝置 田間灌溉首部 田間管 網 滴灌系統(tǒng)等組成 灌溉時工作液被動力泵抽離儲 存裝置 經過濾器到達田間管網 由灌溉首部控制放 行 到達滴灌終端時直接進入藍莓種植盆內 滴灌終 端采用高壓防漏 高精度滴頭 全面保障灌溉效率及 灌溉均勻度 灌溉管網根據(jù)種植面積和種植密度計 算過水量 綜合管損等因素考慮采用 管 動力泵一端連接工作液儲存裝置 一端連接疊片 過濾器 田間首部由電磁閥 破真空閥 排氣閥等部件 構成 最后肥水到達滴灌終端完成灌溉 圖 灌溉施肥系統(tǒng) 盆栽藍莓環(huán)境調節(jié)設備 藍莓溫室智能水肥一體化系統(tǒng)的環(huán)境調節(jié)設備 有卷膜器 噴霧系統(tǒng) 排風系統(tǒng)等設備 卷膜器安裝 在溫室外部 一般是四周及頂膜兩側 用于溫室溫度 調節(jié) 噴霧裝置安裝在棚內頂部 用于調節(jié)溫室溫濕 度 排風系統(tǒng)主要也是調節(jié)溫室溫濕度 安裝在溫室 兩側位置 水肥一體化管控平臺通過電動開關 數(shù) 據(jù)傳輸線等連接控制卷簾機 噴霧系統(tǒng) 風機等設 備 通過實時對環(huán)境溫濕度 光照度 濃度等生 長環(huán)境指標的監(jiān)測 對回傳數(shù)據(jù)進行分析 當空氣溫 度低于 時自動升溫 高于 啟動噴霧通風降 溫系統(tǒng) 當空氣相對濕度低于 啟用噴霧增濕系 統(tǒng) 實現(xiàn)了對生長環(huán)境的智能調控 盆栽藍莓智能水肥一體化系統(tǒng)運作方式 藍莓溫室智能水肥一體化系統(tǒng)中的環(huán)境信息采 集系統(tǒng)處于常開狀態(tài) 監(jiān)測溫室內空氣溫濕度 光照 強度 基質含水量 基質及工作液和排液的 與 值 排液比 植株蒸騰蒸發(fā)量等 數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦芸?中心處理后與設定數(shù)據(jù)進行對比分析 當溫度過高 時管控中心發(fā)出指令 卷膜器打開 風機開啟 降低 溫度 傳感器監(jiān)測溫度調節(jié)到適宜溫度后 管控中心 發(fā)出關閉風機指令 溫度過低時管控中心發(fā)出指令 卷膜器關閉 風機停止 對溫室進行保溫 當空氣濕 度過高時管控中心發(fā)出開啟風機指令 風機開啟降 低空氣濕度 當空氣濕度過低時管控中心發(fā)出開啟 噴霧系統(tǒng) 噴灑水霧提高空氣濕度 溫度調節(jié)優(yōu)先 級高于濕度調節(jié) 為保障肥水施用的精準 灌溉采取少量多次的 方式 當傳感器采集的數(shù)據(jù)顯示需要灌溉時 管控中 心控制灌溉系統(tǒng)打開電磁閥 進行灌溉 同時監(jiān)測流 量和灌溉時間 分多次進行灌溉 當傳感器采集的數(shù) 據(jù)顯示灌溉已經達到目的時 灌溉系統(tǒng)自動結束灌 溉 需要灌溉的前置條件數(shù)據(jù)包括但不限于基質缺 水 排液 和 異常 排液量不足 系統(tǒng)推斷蒸發(fā) 量很大等情況 系統(tǒng)可控制單獨使用清水或使用工 作液 根據(jù)需求智能切換 展望 除目前已經運用的智能水肥灌溉系統(tǒng)外 希望 能夠實現(xiàn)將實驗室檢測轉移到田間在線檢測并實時 傳輸?shù)狡脚_ 平臺通過設定配方和檢測數(shù)據(jù)比對并 制定出新的配方 同時通過開發(fā)自動配肥系統(tǒng)實時 按照調整后的配方進行自動配肥 真正實現(xiàn)智能水 肥一體的全面自動化 其次在平臺中并入更多的傳 感系統(tǒng)及設施設備控制系統(tǒng) 以實現(xiàn)更多智能環(huán)控 最后 不斷開發(fā)智能農事操控設備及系統(tǒng) 如自動巡 視及打藥機器人 自動采摘機器人等 將其并入平臺 系統(tǒng) 真正實現(xiàn)將數(shù)字基質藍莓轉變成現(xiàn)代智慧基 質藍莓 并引領推動現(xiàn)代智慧農業(yè)的發(fā)展 下轉第 頁 土壤農化 年第 期 圖 不同氮肥濃度處理對兒菜氮肥農學利用率的影響 氮肥偏生產力 氮肥偏生產力是指單位投入的肥料氮所能生產 的作物產量 是反映當?shù)赝寥阑A養(yǎng)分水平和化肥 施用量綜合效應的重要指標 由圖 可知 與 相比 分別顯著降低 和 相比 分別顯著降低 而 比 顯 著降低 研究表明 隨著氮肥濃 度的增加 兒菜氮肥偏生產力逐漸降低 圖 不同氮肥濃度處理對兒菜氮肥偏生產力的影響 結論 試驗結果表明 氮肥施用量 處理的單產 單株地上部總重 單株兒莖鮮重及地上 部維生素 含量在所有處理中最高 亞硝酸鹽含量 最低 所以 處理效果最佳 此外 研究還表明 兒菜的產量和品質不會隨氮用量的增加而一直升 高 而氮肥利用率會逐漸降低 參考文獻 董澤軍 抱子芥高產優(yōu)質栽培技術 南方農業(yè) 楊仕偉 張召榮 楊平 等 不同藥劑處理對抱子芥原原種繁種產 量的影響 長江蔬菜 孟秋峰 許映君 頓蘭鳳 等 莖用芥菜抱子芥品種比較試驗 浙江農業(yè)科學 鐘建國 張誼模 劉曉波 等 重慶地區(qū)抱子芥 兒菜 產業(yè)發(fā)展探 討 中國蔬菜 藺培興 薄膜包裝與光質處理對抱子芥采后貯藏品質的影響 成都 四川農業(yè)大學 孟自力 付勝昔 高磊 等 小麥高產優(yōu)質環(huán)境友好的氮肥 固氮 菌肥最佳施用量研究 江蘇農業(yè)科學 馮悅晨 于志勇 周懷平 等 氮肥調控與地膜覆蓋對晉南旱地 小麥產量及氮肥利用效率的影響 中國土壤與肥料 上接第 頁 參考文獻 丁捷 劉春燕 黃彭 等 藍莓保鮮技術研究進展 園藝學報 董建華 藍莓種植技術 河北農業(yè) 劉聰聰 一種基于物聯(lián)網的智能水肥一體化系統(tǒng)設計與實踐 新疆 石河子大學 陳東 杜緒偉 馬兆昆 基于物聯(lián)網的智能水肥一體化管理系統(tǒng) 構建 貴州農業(yè)科學 逢安 李杰 徐洪海 等 黃島藍莓高產高效栽培技術規(guī)程 農 業(yè)科技通訊 孫菡 設施條件下秸稈陰燃釋放二氧化碳對番茄生長發(fā)育的影 響 沈陽 沈陽農業(yè)大學 王志春 吳承東 王春云 等 塑料大棚內沼氣燃燒增溫和增加二 氧化碳濃度的效應 江蘇農業(yè)科學 赫玉霞 淺談藍莓實用栽培水肥管理 新農業(yè) 董克鋒 姜惠鐵 李春雷 等 有機藍莓栽培土肥水管理技術 果農之友 徐建彬 藍莓栽培土肥管理技術 科學種養(yǎng) 張寶峰 陳梟 朱均超 等 基于物聯(lián)網的水肥一體化系統(tǒng)設計 與試驗 中國農機化學報