蓝莓智能水肥一体高效绿色基质盆栽技术研究进展.pdf

年第 期 土壤农化 收稿日期 基金项目 四川省国际科技创新合作项目 作者简介 杨富云 男 硕士 研究方向 蓝莓的品种引 进繁育 种植管理 无土栽培技术等 为通信作者 蓝莓智能水肥一体高效绿色基质盆栽技术研究进展 杨富云 韦献雅 潘 霞 张馨锐 彭东梅 成都逸田生态农业科技有限公司 成都 成都农业科技职业学院种苗研究所 成都 摘 要 阐述盆栽蓝莓技术 盆栽蓝莓智能水肥一体化系统的现状 通过对高效绿色基质 先进设备 先进的数字化灌溉管理 动态作 物模型分析等技术开展蓝莓基质盆栽技术研发 提出适合四川蓝莓基质栽培的基质配方 并找到水 肥 光 温湿度等与蓝莓基质栽培 高产优质的关系 形成一套蓝莓基质盆栽智能水肥栽培一体化技术体系 实现蓝莓自动化标准化绿色高效基质栽培管理技术体系 以期为四川地区优质高产蓝莓标准化 规模化 自动化提供支撑 也为四川现代化绿色高效农业发展提供理论和实践依据 关键词 蓝莓 智能水肥一体 高效绿色基质 盆栽技术 蓝莓 是一种富含酚类物质 抗 坏血酸和花青素等营养成分的小浆果 具有改善视 力 增强自身免疫力 抗癌 增强记忆力 抗氧化和减 缓衰老等功能 经济价值高 开发前景广阔 蓝莓种 植面积不断增加 据统计 截至 年 栽培蓝莓的 国家和区域从 年的 个增加至 个 与 年比 栽培总面积达 万 增加了 与 年比 总产量增加了 倍 达到 万 消费市场方面 中国从以智利 秘鲁为代表的 个蓝 莓主产国进口的鲜果总量从 年的 增长至 年的 增加了 倍多 在我国很多地区都有蓝莓栽种 但由于其对土 壤要求比较苛刻 常规种植不但成本高 而且产量 低 蓝莓智能水肥一体高效绿色基质盆栽技术研究 是趋势所需 成都逸田生态农业科技有限公司 通过对蓝莓智能水肥一体高效绿色基质盆栽技术的 研究 提出适合四川地区蓝莓基质栽培的最佳配方 并找到水 肥 光 温湿度等与蓝莓基质栽培高产优 质的关系 研发水肥一体蓝莓基质栽培智能管理控 制系统 最终实现蓝莓自动化标准化绿色高效基质 栽培管理技术体系 为四川地区优质高产蓝莓标准 化 规模化 自动化提供支撑 也为四川现代化绿色 高效农业发展提供理论和实践依据 盆栽蓝莓技术的发展现状 盆栽模式概述 盆栽蓝莓是将蓝莓的根系固定在 等都 适合蓝莓生长的基质中 通过线上线下监测分析并 通过水肥灌溉系统精准适时供给水分和营养 使其 高效 高产 优质的一种现代农业栽培模式 该 模式解决了蓝莓受土质条件影响普遍种不好 产量 低的问题 在精准水肥控制的技术体系下 降低种植 风险 非常适合产业化种植 观光采摘及城市阳台种 植 同时该模式有效解决了蓝莓改土不到位的种植 风险 新栽种苗水果上市期较露地栽培早至少 年 符合现代农业种植的精准控制要求 实现产量与品 质的双提升 项目环保 生态 实现农药和肥料 双 减 具有很强的示范效应和科技引领作用 基质 取代自然土作为植物生长物理支撑的栽培方式 基 质不带病菌和害虫 几乎不使用农药或少量使用生物 类农药即可完成防控 产量高质量均衡 食用更放心 盆栽要求 种苗选择 品种纯度 品种变异率 分支数 绕根率 无病虫害 根系良好 苗龄 年 高度 与钵大小 匹配 无病毒 基质 选用块状泥炭 珍珠岩 蛭石 椰槺等 有机无机物质 通过配比 达到容重 总孔隙度 持水孔隙度 通气孔隙 度 电导率 稳定 性好 无毒害物质 容器 体积 形状瘦高型 排水透气 性 隔热良好 使用寿命 年以上 设施大棚建设 应考虑极端高温 极端低 温 避雨 抗雪 极端风力 抗冰雹 防鸟防虫 紫外线 强度 各物候期对应温度情况 使用寿命及性价比等 盆栽在国内的应用状况及优势 逸田农业已经在四川省 云南省发展了 个蓝 莓基地 通过盆栽可以准确控制基质最佳含水量及 养分供应 各大种植户已在两省建成了规模化盆栽 土壤农化 年第 期 蓝莓基地共计 在国内其他地区 如广东 等光热条件好的地区也在快速发展 同时盆栽蓝莓 轻量化 便于移动 可建成移动果园 换茬也更方便 快捷 可迅速实现品种更新 无土传病害 化肥农残 重金属等危害 水肥可循环利用 降低成本 保护环 境 降低药品使用 做到绿色标准 产品健康 进行环 境因素人为调控 创造最适生长条件 盆栽蓝莓的智能水肥一体化系统 系统总体架构 为实现盆栽蓝莓的水肥精确供给及最适生长环 境因子的人为调控 成都逸田生态农业科技有限公 司研发了精准水肥一体化系统 该系统融合传感器 技术 自动控制技术 物联网技术等多项技术 实时 获取植物生长环境条件及生长发育情况等信息 对 比不同物候阶段的蓝莓生长发育模型 智能对比分 析和算法解析 并及时实现自动灌溉等操作 其 中 监测蓝莓的生长发育情况信息包括蒸腾蒸发量 株高 生长量等 监测生长环境条件信息包括工作液 及营养液 和 以及排灌比 基质墒情 空气温 湿度 光照度等 根据蓝莓的生长发育模型解析以 上监测数据 并完成智能调控 能准确快速启动水肥 灌溉设施或环境调控设备 及时解决水肥供应不足 或生长环境不适等问题 实时满足蓝莓生长所需 管 理全程实现信息化 数字化的动态精准 智能水肥 一体化系统总体架构如图 所示 图 智能水肥一体化系统总体架构 系统主要组成 盆栽蓝莓的智能水肥一体化系统主要部分组成 包括信息采集模块 智能管控平台 环境调控设备 水肥一体灌溉 灌排液监测分析等 以上部分相辅 相成 共同建构水肥一体化系统 快速实现蓝莓种植 过程的精准自动调控 信息采集模块 盆栽蓝莓的智能水肥一体 化系统的信息采集模块是精准施肥灌溉和生长环境 调控的基础 采集模块主要由感应传感器和信号传 输网组成 感应传感器将采集的各项生长信息 如 蒸腾蒸发量 株高 生长量等 和环境信息 如基质 墒情 营养液浓度 营养液酸碱度 光照度 温湿度 等 通过信号传输网汇报给智能管控平台 智能管控平台 智能管控平台是整套系统 的核心部分 信息采集模块收集的各项参数通过传 输网到达智能管控平台 平台将参数与生长模型或 专家预设值进行对比分析和算法解析 快速做出反 应 对水肥一体灌溉和环境调控设备进行决策 精准 实现水肥控制和环境调控 让蓝莓始终保持在最适 条件下茁壮生长 环境调控设备 蓝莓温室内除灌溉施肥的 主要设备外 还需要配备其他调节温室环境参数的 设施 如卷帘机 实现棚膜的自动开合 喷雾装置 雾化净水降温或叶面用药用肥 排风系统 降温 或排湿 等设备 水肥一体灌溉 水肥一体灌溉是指在灌水 的同时给予营养元素 植物在吸收水分的同时吸收 肥料 可以提高肥料利用率 减少肥料浪费 降低环 境污染 该系统由水处理系统 砂石过滤 叠片过 滤 反渗透等 根据水质情况进行选配 配肥系统 配肥机 母液储存装置 工作液储存装置等 灌溉 系统 动力泵 过滤装置 田间灌溉首部 田间管网 滴灌系统等 尾水回收处理 紫外消毒 双氧水供 给等 等部分组成 水肥一体灌溉控制系统可以快 速配肥混肥 将水肥精准灌溉到每一盆蓝莓 灌排液监测分析 通过 系统实时在线监测工作液和排出液 设 置的排液比为 工作液 值为 年第 期 土壤农化 为 等一套监控指标 数据 传回管控平台并根据蓝莓植株不同长势 植株的蒸 腾量以及不同发育时期对养分的需求 结合目标养 分的参考范围等算法 适时调整水肥配方和灌溉 实 现自动精准水肥灌溉 盆栽蓝莓智能水肥一体化系统构建 生长环境信息采集系统 蓝莓生长环境信息采集系统采集的信息包含影 响蓝莓生长发育的温室内气象环境信息以及蓝莓生 长发育实时情况数据等 温室内气象环境信息需要 监测的参数主要包括空气温湿度 光照强度 基质水 分 基质 和 蓝莓生长各时期最佳温度变化 较大 在 之间 环境的湿度变化范围在 之间 为保证测量方便准确 可选用光 温湿三合一传感器安装在大棚内高于蓝莓顶部 左右位置 大棚中蓝莓白天生长发育基质体 积含水量在 为适宜 最佳基质体积含水 量为 蓝莓生长最适宜基质 为 基质过酸或过碱都会影响蓝莓生长 安装基质 温湿度传感器 传感器插入蓝莓根部附近基质中 每 个轮灌区安装一套 监测装置 监测植株蒸腾 蒸发量 工作液及排液量和 及 灌排比等 在大棚内安装摄像头 实时监测蓝莓生长发育状 况 蓝莓环境采集系统通过一块中央控制器作为中 枢 上层接入网页 客户端或者通过数据接口到手机 端 下层接入交换机 下端交换机可以接入 控制器 网络摄像头 通信传感器 中央控 制器经过手拉手的方式层层连接各级边缘传感器 每级边缘传感器分工不同 分别是采集空气温度 空 气湿度 泵房采集出水 首部压力值 通过 采集到的数据进行设备的联动控制 基质水分低时 控制施肥泵泵肥料 肥料桶缺水时自动控制施肥机 对肥料桶从各个母液桶抽肥 并达到系统设定的 智能水肥一体化服务平台 蓝莓智能水肥一体化管控平台 图 是温室蓝 莓智能水肥一体化系统的核心 该平台主控采用 结构 底层环境信息采集的数据会反馈 到蓝莓智能水肥平台 从而辅助建立蓝莓数字生长 模型 在需要调控的时候 控制器不会直接控制设 备 而是通过蓝莓数字生长模型来综合制定控制策 略 控制策略可以看作是一个服务基地的数字孪生 里面包含了有服务基地的基础数据 包括了灌溉施 肥数据 工作液 数据 排液 数据 排 液比基础值 植株蒸腾蒸发量 同时也有环境信息采 集的数据 通过实时采集的数据不断对蓝莓生长模 型进行数字调教 最终达到智能控制的目的 图 智能水肥一体化管控平台 蓝莓在营养生长 花芽分化 开花结果 采收等 不同生长发育时期需要针对性给予不同量的水分和 不同比例的各营养物质 水分及各种营养元素的施 用量与施用比例需要进行动态调整 使各种营养元 素的配比协调 从而满足蓝莓各阶段正常生长发育 的需求 本文以成都逸田蓝莓种植基地为例 根据蓝莓年周期内生长发育特点与水肥需求规律 划分灌溉施肥时期 并通过咨询种植专家以及综合 基质养分含量 肥料利用率 肥料养分含量 蓝莓产 量等多种因素进行综合分析 对不同时期的灌溉施 肥量以及肥料配比进行合理规划 建立蓝莓灌溉施 肥决策模型 把蓝莓灌溉施肥决策模型写入管控平 台 作为决策参考依据 实现水肥精量控制 基于蓝莓灌溉施肥决策模型 智能水肥一体化 管控平台还会根据采集的各项数据进行多次修正 以达到最佳策略参数 管控平台可以根据实际的基 础数据进行 数调 自动调整每一条控制数据 研 发人员将人的控制思想逻辑转化为自主编程代码写 入 把采集的各项数据进行对比分析和 算法解析 根据最终运算结果下发控制指令 以盆 栽蓝莓控制基质含水量为例 智能水肥一体化系统 将水肥经灌溉管网输送至每一盆蓝莓后 自主研发 的 会自动进行排灌液监测分析 实时将监测的 数据结果汇发到智能管控平台 平台会根据建立的 生长模型及修正后的控制数据来调节给水阀门的开 土壤农化 年第 期 合 过水的时间数据等 并将控制指令传导给 此过程循环往复直至 监测结果达到基 质含水量最佳要求时 才会停止工作 最终实 现盆栽蓝莓基质含水量自动控制和智能调节 盆栽蓝莓灌溉施肥系统 蓝莓灌溉施肥系统主要由配肥系统和灌溉系统 两部分组成 如图 所示 配肥系统由母液储存装 置 配肥机 工作液储存装置等组成 经过砂石过滤 器和叠片过滤器后的清水同母液储存装置内的母液 一起经过配肥机混合成为工作液 配肥机可以精确 调节工作液的 和 配制好的工作液暂存于工 作液储存装置内 待灌溉时通过管网进入田间 灌 溉系统由动力泵 过滤装置 田间灌溉首部 田间管 网 滴灌系统等组成 灌溉时工作液被动力泵抽离储 存装置 经过滤器到达田间管网 由灌溉首部控制放 行 到达滴灌终端时直接进入蓝莓种植盆内 滴灌终 端采用高压防漏 高精度滴头 全面保障灌溉效率及 灌溉均匀度 灌溉管网根据种植面积和种植密度计 算过水量 综合管损等因素考虑采用 管 动力泵一端连接工作液储存装置 一端连接叠片 过滤器 田间首部由电磁阀 破真空阀 排气阀等部件 构成 最后肥水到达滴灌终端完成灌溉 图 灌溉施肥系统 盆栽蓝莓环境调节设备 蓝莓温室智能水肥一体化系统的环境调节设备 有卷膜器 喷雾系统 排风系统等设备 卷膜器安装 在温室外部 一般是四周及顶膜两侧 用于温室温度 调节 喷雾装置安装在棚内顶部 用于调节温室温湿 度 排风系统主要也是调节温室温湿度 安装在温室 两侧位置 水肥一体化管控平台通过电动开关 数 据传输线等连接控制卷帘机 喷雾系统 风机等设 备 通过实时对环境温湿度 光照度 浓度等生 长环境指标的监测 对回传数据进行分析 当空气温 度低于 时自动升温 高于 启动喷雾通风降 温系统 当空气相对湿度低于 启用喷雾增湿系 统 实现了对生长环境的智能调控 盆栽蓝莓智能水肥一体化系统运作方式 蓝莓温室智能水肥一体化系统中的环境信息采 集系统处于常开状态 监测温室内空气温湿度 光照 强度 基质含水量 基质及工作液和排液的 与 值 排液比 植株蒸腾蒸发量等 数据传输到管控 中心处理后与设定数据进行对比分析 当温度过高 时管控中心发出指令 卷膜器打开 风机开启 降低 温度 传感器监测温度调节到适宜温度后 管控中心 发出关闭风机指令 温度过低时管控中心发出指令 卷膜器关闭 风机停止 对温室进行保温 当空气湿 度过高时管控中心发出开启风机指令 风机开启降 低空气湿度 当空气湿度过低时管控中心发出开启 喷雾系统 喷洒水雾提高空气湿度 温度调节优先 级高于湿度调节 为保障肥水施用的精准 灌溉采取少量多次的 方式 当传感器采集的数据显示需要灌溉时 管控中 心控制灌溉系统打开电磁阀 进行灌溉 同时监测流 量和灌溉时间 分多次进行灌溉 当传感器采集的数 据显示灌溉已经达到目的时 灌溉系统自动结束灌 溉 需要灌溉的前置条件数据包括但不限于基质缺 水 排液 和 异常 排液量不足 系统推断蒸发 量很大等情况 系统可控制单独使用清水或使用工 作液 根据需求智能切换 展望 除目前已经运用的智能水肥灌溉系统外 希望 能够实现将实验室检测转移到田间在线检测并实时 传输到平台 平台通过设定配方和检测数据比对并 制定出新的配方 同时通过开发自动配肥系统实时 按照调整后的配方进行自动配肥 真正实现智能水 肥一体的全面自动化 其次在平台中并入更多的传 感系统及设施设备控制系统 以实现更多智能环控 最后 不断开发智能农事操控设备及系统 如自动巡 视及打药机器人 自动采摘机器人等 将其并入平台 系统 真正实现将数字基质蓝莓转变成现代智慧基 质蓝莓 并引领推动现代智慧农业的发展 下转第 页 土壤农化 年第 期 图 不同氮肥浓度处理对儿菜氮肥农学利用率的影响 氮肥偏生产力 氮肥偏生产力是指单位投入的肥料氮所能生产 的作物产量 是反映当地土壤基础养分水平和化肥 施用量综合效应的重要指标 由图 可知 与 相比 分别显著降低 和 相比 分别显著降低 而 比 显 著降低 研究表明 随着氮肥浓 度的增加 儿菜氮肥偏生产力逐渐降低 图 不同氮肥浓度处理对儿菜氮肥偏生产力的影响 结论 试验结果表明 氮肥施用量 处理的单产 单株地上部总重 单株儿茎鲜重及地上 部维生素 含量在所有处理中最高 亚硝酸盐含量 最低 所以 处理效果最佳 此外 研究还表明 儿菜的产量和品质不会随氮用量的增加而一直升 高 而氮肥利用率会逐渐降低 参考文献 董泽军 抱子芥高产优质栽培技术 南方农业 杨仕伟 张召荣 杨平 等 不同药剂处理对抱子芥原原种繁种产 量的影响 长江蔬菜 孟秋峰 许映君 顿兰凤 等 茎用芥菜抱子芥品种比较试验 浙江农业科学 钟建国 张谊模 刘晓波 等 重庆地区抱子芥 儿菜 产业发展探 讨 中国蔬菜 蔺培兴 薄膜包装与光质处理对抱子芥采后贮藏品质的影响 成都 四川农业大学 孟自力 付胜昔 高磊 等 小麦高产优质环境友好的氮肥 固氮 菌肥最佳施用量研究 江苏农业科学 冯悦晨 于志勇 周怀平 等 氮肥调控与地膜覆盖对晋南旱地 小麦产量及氮肥利用效率的影响 中国土壤与肥料 上接第 页 参考文献 丁捷 刘春燕 黄彭 等 蓝莓保鲜技术研究进展 园艺学报 董建华 蓝莓种植技术 河北农业 刘聪聪 一种基于物联网的智能水肥一体化系统设计与实践 新疆 石河子大学 陈东 杜绪伟 马兆昆 基于物联网的智能水肥一体化管理系统 构建 贵州农业科学 逢安 李杰 徐洪海 等 黄岛蓝莓高产高效栽培技术规程 农 业科技通讯 孙菡 设施条件下秸秆阴燃释放二氧化碳对番茄生长发育的影 响 沈阳 沈阳农业大学 王志春 吴承东 王春云 等 塑料大棚内沼气燃烧增温和增加二 氧化碳浓度的效应 江苏农业科学 赫玉霞 浅谈蓝莓实用栽培水肥管理 新农业 董克锋 姜惠铁 李春雷 等 有机蓝莓栽培土肥水管理技术 果农之友 徐建彬 蓝莓栽培土肥管理技术 科学种养 张宝峰 陈枭 朱均超 等 基于物联网的水肥一体化系统设计 与试验 中国农机化学报