雄安未來之城場景匯丨智能管控，讓種菜變得簡單
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6月9日，第二屆雄安未來之城場景匯系列大賽決賽中，參賽項目“基于VegSyst–DSS水肥智能管控系統(tǒng)”獲得雄安智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應用大賽設(shè)施種植技術(shù)賽道一等獎。
該項目以歐洲先進農(nóng)業(yè)科研院校技術(shù)為依托，結(jié)合省農(nóng)林科學院16年長期定位試驗積累的14萬條數(shù)據(jù)，研發(fā)適合華北地區(qū)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的水肥精準管控系統(tǒng)，并搭載智能水肥一體機推廣應用。
水肥精準管控系統(tǒng)給出的決策方案，和過去的模式相比有什么不同？如何建立適合華北地區(qū)設(shè)施蔬菜的水肥管理大模型？智慧農(nóng)業(yè)將給未來的設(shè)施蔬菜水肥管理帶來哪些變革？記者對此進行了采訪。
保定清苑水潤佳禾農(nóng)業(yè)科技園區(qū)試驗站內(nèi)的番茄長勢喜人（攝于2025年4月22日）?！『颖彼疂櫦押剔r(nóng)業(yè)集團股份有限公司供圖
■ 讓水肥機像農(nóng)技專家一樣思考
6月30日，省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所（以下簡稱“省農(nóng)科院資環(huán)所”），一場網(wǎng)絡(luò)視頻會議正在進行。
該所研究員王麗英、副研究員史建碩和河北水潤佳禾農(nóng)業(yè)集團股份有限公司（以下簡稱“水潤佳禾”）總經(jīng)理劉朝輝、算法工程師徐亮，正在討論把蔬菜水肥管理技術(shù)“灌輸”給智能水肥一體機的分階段實施方案。
雙方共同推動的是一個省重大國際科技合作項目，名為“基于VegSyst–DSS水肥智能管控系統(tǒng)”，項目去年8月立項。6月9日，該項目在第二屆雄安未來之城場景匯系列大賽上，斬獲雄安智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應用大賽設(shè)施種植技術(shù)賽道一等獎。
“當前，應用在設(shè)施蔬菜水肥管理領(lǐng)域的水肥機，實現(xiàn)自動化沒問題，但智能化不足。”王麗英說，項目的目標就是讓智能水肥一體機可以像農(nóng)技專家一樣自主分析思考、下達指令，設(shè)施蔬菜可以按需獲得水分和養(yǎng)分。
6月23日，保定清苑，水潤佳禾農(nóng)業(yè)科技園區(qū)試驗站。
在試驗站的智能水肥管控中心，高級農(nóng)藝師朱立保點擊智能水肥一體機的觸摸屏，給試驗站的大棚番茄灌溉施肥。
他選中灌溉區(qū)域，輸入可溶性鹽濃度、灌水時長、灌水總量等參數(shù)的數(shù)值，水肥機自動計算出該條件下A、B、C三個輸肥通道所需肥料母液用量，隨后灌溉程序啟動自動配肥，水溶肥通過管網(wǎng)輸送到番茄根部土壤中。
“這樣的一臺水肥機最多可以管理128個大棚的灌溉閥門，每天給多少水肥、分幾次給，只需要提前設(shè)置好計劃，它就可以自動執(zhí)行，精準地把水肥‘喂’給棚里的蔬菜?！敝炝⒈Ｕf。
這是水潤佳禾自主研發(fā)的第三代水肥機，在精準控制上很出色，但必須有一位像朱立保這樣懂農(nóng)技的農(nóng)藝師輸入指令，它才能工作。
“不是所有的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)都有農(nóng)技人員指導。不靠農(nóng)技人員水肥機也能工作，才是真正的智能化?！眲⒊x說，這項研究要解決的是未來誰來種地、如何科學種地的問題。
對于水潤佳禾，這次合作帶來的將是產(chǎn)品設(shè)備智能化水平的全面提升。而對于省農(nóng)科院，這意味著農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣模式的重大變革。
僅就蔬菜水肥管理技術(shù)而言，全省蔬菜播種面積620萬畝，菜農(nóng)數(shù)十萬人，技術(shù)怎么推廣落地，執(zhí)行環(huán)節(jié)怎么把控核驗，一直是農(nóng)技專家面臨的難題。
“幾十年來，我們通過講課把技術(shù)傳授給基層農(nóng)技人員，把技術(shù)要點印在‘明白紙’上發(fā)到農(nóng)民手里，點對點傳授。但教一百個菜農(nóng)，有十個能聽懂就是好的?！蓖觖愑⒄f，長期以來，菜農(nóng)因為擔心菜長不好習慣了大水大肥，這種觀念很難轉(zhuǎn)變。
菜農(nóng)不好教，王麗英團隊決定換一個思路，把技術(shù)教給水肥機。
從2024年下半年開始，王麗英團隊開始關(guān)注世界各地蔬菜水肥管控大模型的開發(fā)，引入西班牙研發(fā)的土壤栽培體系養(yǎng)分決策支持系統(tǒng)VegSyst–DSS，對模型進行本地化校驗，最終建立適合華北地區(qū)設(shè)施蔬菜水肥精準管控系統(tǒng)，并集成到智能水肥一體機中推廣應用。
王麗英團隊預測，項目落地后，較傳統(tǒng)設(shè)施蔬菜水肥管理模式，水肥利用率提高42%，節(jié)水率達45%，將實現(xiàn)設(shè)施種植水肥供應精準調(diào)控與智能化管理。
6月23日，在位于石家莊市鹿泉區(qū)大河村的省農(nóng)科院大河實驗站，省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所副研究員史建碩介紹棚內(nèi)的光照強度測量儀。河北日報記者 李冬云攝
■ 作物需要多少水肥就給多少
6月23日，石家莊市鹿泉區(qū)大河村，省農(nóng)科院大河實驗站。
史建碩正在黃瓜大棚里取樣。他連根拔起一棵黃瓜秧，連同掛在秧上的黃瓜一起裝入試驗袋，標記好取樣時間、地點，準備帶回實驗室烘干，測定作物的干物重和養(yǎng)分含量。
棚里新加裝的小型氣象站正在工作。它收集的光照、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，史建碩可以通過手機實時查看。
每半個月，史建碩就要到棚內(nèi)采集一次植株樣品，測定干物重和養(yǎng)分含量，用來校驗作物的生長模型。
光照，是王麗英團隊借鑒西班牙水肥智能管控模型引入的新試驗參數(shù)。過去，他們主要關(guān)注土壤和作物養(yǎng)分積累的關(guān)系，缺乏氣象—作物生長—土壤數(shù)據(jù)的融合分析。
光合作用下作物才能積累養(yǎng)分。在給定作物理想的水肥條件下，光照因素就成為作物能夠長多大的決定性因素。
“晴天比陰天，作物能吸收合成更多的養(yǎng)分，所以遇到陰天，水肥機就可以相比于晴天少給一些肥料，因為給多了作物也‘吃’不了?！笔方ùT說。
除了作物生長模型，王麗英團隊還要校驗適合華北本地的水分蒸散模型、有機肥礦化模型、土壤氮素礦化模型，這些大數(shù)據(jù)模型服務(wù)于一個共同的目標：作物每日需要多少水肥，就給多少，最大限度實現(xiàn)水肥供需的平衡。
河北目前普遍采用的設(shè)施蔬菜水肥管理模式，是根據(jù)作物生長期分段管理的。如果這個項目落地，將使蔬菜水肥走向真正的精細化管理。
“所謂按作物生長期管理，看這個表格一目了然?！蓖觖愑⒃陔娔X上打開一張圖表，圖中橫軸是黃瓜120天的生長周期，分為幼苗期、生長期、開花期、結(jié)果期、成熟期五段，縱軸是對應五個時期的氮肥指導施用量。
每個時期大約二三十天，給定一個施肥總量。至于菜農(nóng)是一次施肥，還是分成幾次，全憑個人經(jīng)驗。氮肥施用量指導方案中并沒有細化。
水肥這樣類似“批發(fā)供給”的管理模式，是基于長期以來蔬菜種植管理的現(xiàn)實——要考慮用工成本?！拔覀儾荒茏尣宿r(nóng)一天一配肥、一天一澆地，這太繁瑣了，技術(shù)根本推不下去?！蓖觖愑⒄f。
但水肥機可不嫌繁瑣，這種更像“零售”的水肥管理模式，機器可以不折不扣地執(zhí)行。
“如果把未來我們輸給水肥機的水肥智能管控模型呈現(xiàn)在表格上，將不再是傳統(tǒng)的階梯形，而是平滑的曲線?！蓖觖愑⒄f。
其實，要建立一個水肥智能管控系統(tǒng)，來自土壤的參數(shù)變量才是最復雜的。
不過，在土壤肥料研究上，省農(nóng)科院資環(huán)所卻積累了比西班牙的大模型更長期詳實的數(shù)據(jù)。資環(huán)所在改名之前，就叫土壤肥料研究所。
“土壤是建立大模型的一個‘干擾’因素，不同地區(qū)土壤肥力不同，就需要對應給出不同的施肥方案?！蓖觖愑⒄f，其中氮肥的供應方案，受土壤肥力和灌溉的影響最大。
比起磷、鉀，氮是個“活躍分子”，它會隨著土壤灌水淋失，一部分還會變?yōu)闅鈶B(tài)損失掉。不同土壤肥力下，土壤基礎(chǔ)含氮量不同，同一作物不同茬口氮的需求也不同。溝灌、滴灌不同灌溉方式下，氮的淋失量也不同。
“16年的長期定位試驗，我們積累了14萬條養(yǎng)分管理數(shù)據(jù)，這些可以支撐我們把不同條件下土壤的養(yǎng)分供應、作物的生長模型、作物的養(yǎng)分吸收等摸清楚?！蓖觖愑⒄f。
目前，王麗英團隊掌握數(shù)據(jù)最多的作物是黃瓜和番茄，也是河北種植面積最大的兩類蔬菜。團隊就先從這兩類蔬菜入手，建立適合華北本地的黃瓜、番茄水肥管理模型。
6月25日，省農(nóng)林科學院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所研究員王麗英通過實驗測定蔬菜作物中鉀含量。河北日報記者李冬云攝
■ 從管理蔬菜變?yōu)楣芾硭蕶C
6月23日，省農(nóng)科院資環(huán)所，王麗英從電腦上調(diào)出2015年做的全省設(shè)施黃瓜、設(shè)施番茄氮、磷、鉀施用量調(diào)查數(shù)據(jù)圖表。
圖表中，無論黃瓜還是番茄，氮磷鉀的施用量都超出實際需求一倍甚至兩倍以上。
施肥嚴重超量的情況，在近十年有所改觀，但主要原因除了菜農(nóng)施肥觀念的改變，也受化肥價格提高的影響。從種菜成本考慮，菜農(nóng)才減少了施用量。
“大部分菜農(nóng)依然是憑感覺澆水、施肥?！蓖觖愑⒄f。
盲目超量施肥，使得河北設(shè)施蔬菜氮磷鉀利用率長期處在一個低值水平，造成大量的浪費。同時，土壤養(yǎng)分失衡，產(chǎn)生次生鹽漬化。
以氮肥為例，采用溝灌的普通種植戶大棚里，作物氮肥利用率平均只有15%，采用滴灌也只有30%，而省農(nóng)科院的試驗田能達到40%，歐洲的平均水平是55%。
“超量施用的氮肥，造成黃瓜、番茄葉子瘋長，產(chǎn)量卻不增。大部分氮肥隨著水沖走，流到附近河流后，還會造成水體的富營養(yǎng)化。”王麗英說。
而如果把科學的水肥管理模式教給智能水肥一體機，機器可以按天給出澆水、施肥的推薦值，從根源上減少肥料的浪費和對環(huán)境的污染。
同時，蔬菜種植戶的身份也將發(fā)生轉(zhuǎn)變，從管理種菜變?yōu)楣芾硭蕶C。
6月23日，水潤佳禾農(nóng)業(yè)科技園區(qū)試驗站的番茄大棚里，工人們正在采摘。
在有水肥機自動灌溉的條件下，試驗站30多個大棚，還要長期雇傭十幾個工人，而在普通蔬菜種植戶家中，菜地就更離不開人。
蔬菜管理需要的時間精力，遠大于大田的玉米、小麥。
“小麥、玉米可以一個月澆一次水，但設(shè)施蔬菜幾乎每天都要澆水。”朱立保說，有了智能水肥一體機，規(guī)模化的設(shè)施蔬菜種植可以節(jié)省很多人力。
還有一種情況，是種番茄的菜農(nóng)因為不懂怎么種黃瓜，所以年復一年只種番茄，盡管番茄和黃瓜輪種更科學。菜農(nóng)因沒有相關(guān)技術(shù)而不敢轉(zhuǎn)型嘗試的顧慮，也可以由水肥機解決。
“未來種菜將變得很簡單，菜農(nóng)只要輸入作物品種、土壤肥力等基本參數(shù)，大模型自動采集氣象、土壤數(shù)據(jù)進行分析運算，然后生成水肥管理方案，菜農(nóng)只需要按一下執(zhí)行鍵即可?！敝炝⒈Ｕf。
和過去的經(jīng)驗方案不同，這是一份實實在在“看天種地”的即時方案。水肥機會根據(jù)每日天氣隨機應變。
智能水肥一體機推廣應用后，還將變成大數(shù)據(jù)采集機，進一步反哺蔬菜的水肥管理研究。
在水潤佳禾數(shù)字農(nóng)業(yè)管理平臺上，聯(lián)網(wǎng)管理著全國各地180余個設(shè)施農(nóng)業(yè)園區(qū)、158個大田項目，接入了986臺水肥機、3119套智能控制設(shè)備、643套環(huán)境采集設(shè)備。
“目前，這些農(nóng)業(yè)項目大部分是利用基質(zhì)進行無土栽培的，未來水肥機如果能夠給出土壤栽培的水肥精準管理方案，普及率一定會更高?！眲⒊x說。
農(nóng)業(yè)研究，沒有數(shù)據(jù)就像做飯無米下鍋。省農(nóng)科院的試驗田面積有限、人手有限，加載了水肥智能管控系統(tǒng)的水肥機，就成為數(shù)據(jù)收集站。
“海量的數(shù)據(jù)，可以幫助我們進一步校驗、訓練水肥智能管控系統(tǒng)的適用性，讓它更加智能。”王麗英說。（河北日報記者 李冬云）
河北水潤佳禾農(nóng)業(yè)集團股份有限公司開發(fā)的數(shù)字農(nóng)業(yè)管理平臺，管理員可以通過該平臺進行氣象、土壤等數(shù)據(jù)監(jiān)測，并對農(nóng)作物進行水肥管控。（攝于2025年6月23日）河北日報記者李冬云攝
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來源：河北日報客戶端
編輯：薛佳麟
責編：李志財
編審：劉福慶
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