李喜旺 陽國(guó)發(fā) 賓俊

摘要? ? 由于傳統(tǒng)煙葉生產(chǎn)的粗放性，很難對(duì)田間施肥實(shí)行精準(zhǔn)控制。探討“互聯(lián)網(wǎng)+”煙葉田間養(yǎng)分精準(zhǔn)管理，就是通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，收集、分析每塊土地的養(yǎng)分背景值、種植年限、種植品種等歷史數(shù)據(jù)與關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建田間養(yǎng)分走勢(shì)與規(guī)律模型，按地塊建立土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)養(yǎng)分的精準(zhǔn)測(cè)算并調(diào)配出針對(duì)性的配方肥料，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥。應(yīng)用效益表明基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理平臺(tái)能有效減少農(nóng)戶施肥時(shí)間、減少肥料用量、提高肥料的利用率、提高煙農(nóng)收益。

關(guān)鍵詞? ? 煙葉生產(chǎn);“互聯(lián)網(wǎng)+”;田間養(yǎng)分;精準(zhǔn)施肥

中圖分類號(hào)? ? S527.061? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）12-0254-02

肥料是農(nóng)作物的“糧食”，肥料施用不合理會(huì)增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本、浪費(fèi)資源，也造成耕地板結(jié)、土壤酸化。測(cè)土配方施肥法如同“按方抓藥”，對(duì)促進(jìn)化肥減量增效有十分重要的作用。而傳統(tǒng)配肥采用大配方方法，數(shù)據(jù)相對(duì)粗放，精準(zhǔn)用肥難以實(shí)現(xiàn)，其關(guān)鍵在于難以實(shí)時(shí)實(shí)地掌握每塊土地的養(yǎng)分背景值[1-2]。為了對(duì)煙區(qū)實(shí)施定位、定量的田間養(yǎng)分管理，有研究利用GPS技術(shù)定位取樣結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行土壤養(yǎng)分分析和管理[3-5]。盡管上述研究能在一定程度上給煙農(nóng)推薦合適的施肥配方，但是也存在大量計(jì)算過程，每年度都要重新取樣測(cè)量、煙農(nóng)無法單獨(dú)完成。因此，利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)搭建的煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理系統(tǒng)，能夠?qū)⒚繅K土地的養(yǎng)分值提前輸入平臺(tái)，按地塊建立土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)庫，依托大數(shù)據(jù)技術(shù)，通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)的收集與關(guān)聯(lián)性分析，可以掌握其中的走勢(shì)與規(guī)律，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)算。在施肥時(shí)，通過定位技術(shù)獲取每塊土地的養(yǎng)分狀況，平臺(tái)根據(jù)模型智能測(cè)算并調(diào)配出針對(duì)性配方肥料，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)施肥[6-8]。

1? ? 傳統(tǒng)煙田養(yǎng)分管理及存在的問題

眾所周知，農(nóng)田養(yǎng)分的區(qū)域差異很大，這種差異在山區(qū)體現(xiàn)得尤為明顯。但由于缺少不同區(qū)域煙田土壤養(yǎng)分的背景值，長(zhǎng)期以來，農(nóng)民都以平均養(yǎng)分為參考值，實(shí)施粗放性施肥，這種養(yǎng)分管理的方式存在在以下問題。一是配方粗放、肥料利用率不高。由于沒有完全掌握不同地塊的土壤養(yǎng)分背景值，以致于無法設(shè)計(jì)精準(zhǔn)肥料配方，不能針對(duì)不同地塊養(yǎng)分實(shí)現(xiàn)施肥量差異化調(diào)整，對(duì)作物營(yíng)養(yǎng)均衡不利。二是以人工施肥為主、費(fèi)工費(fèi)時(shí)。由于缺乏與施肥機(jī)械結(jié)合的科學(xué)決策和精準(zhǔn)施肥技術(shù)平臺(tái)，無法大量實(shí)施與地形地貌條件相結(jié)合的機(jī)械化施肥，且缺少智能手段計(jì)算、調(diào)控施肥量。

2? ? 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理模式

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理平臺(tái)，就是通過“互聯(lián)網(wǎng)+”的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，收集、分析每塊土地的背景養(yǎng)分值、種植年限、種植品種、煙農(nóng)施肥行為等歷史數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性，掌握其中的走勢(shì)與規(guī)律，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)田間養(yǎng)分的精準(zhǔn)測(cè)算，根據(jù)測(cè)算結(jié)果推薦最適宜的施肥配方。

2.1? ? 模塊設(shè)計(jì)

通過對(duì)大量農(nóng)戶進(jìn)行調(diào)查，分析不同種植條件下煙農(nóng)施肥行為和心理，結(jié)合貴州典型山區(qū)煙草行業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和生產(chǎn)規(guī)模，構(gòu)建在分散經(jīng)營(yíng)與適度規(guī)模條件下的煙葉生產(chǎn)精準(zhǔn)施肥技術(shù)平臺(tái)，模塊設(shè)計(jì)如下。

2.1.1? ? 分散經(jīng)營(yíng)條件下的精準(zhǔn)施肥技術(shù)平臺(tái)。分散經(jīng)營(yíng)條件下，即連片種植規(guī)模<13.3 hm2、片區(qū)內(nèi)農(nóng)戶較多，可采用依托智能手機(jī)或智能PDA的煙草施肥APP，平臺(tái)包括施肥技術(shù)信息庫（煙草生育周期與養(yǎng)分吸收曲線模型、煙草適生性評(píng)價(jià)參數(shù)及模型、煙草養(yǎng)分需求參數(shù)及模型、施肥方案、施肥方法、推薦施肥卡參數(shù)），信息數(shù)據(jù)庫（土壤、栽培管理和生態(tài)條件等方面信息采集并建立數(shù)據(jù)庫），施肥技術(shù)決策和基于WebGIS的網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)布等模塊和功能，可以實(shí)時(shí)了解地塊的土壤養(yǎng)分狀況并對(duì)施肥過程進(jìn)行指導(dǎo)，技術(shù)路線見圖1。

2.1.2? ? 適度規(guī)模條件下的精準(zhǔn)施肥技術(shù)平臺(tái)。適度規(guī)模條件下，即連片種植規(guī)模>200 hm2，可采用基于處方的變量施肥機(jī)施肥，具體包含2個(gè)執(zhí)行模塊：施肥處方生成模塊和施肥處方執(zhí)行模塊。施肥處方生成模塊通過獲取GPS位置信息，從后臺(tái)調(diào)用土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，依據(jù)施肥模型生成肥料用量;施肥處方執(zhí)行模塊實(shí)現(xiàn)與作物需求同步的精確肥料投入，矯正排肥量偏差，實(shí)現(xiàn)變量施肥與土壤空間變異同步的精確施肥。適度規(guī)模條件下的施肥平臺(tái)技術(shù)路線見圖2。

2.2? ? 運(yùn)作流程

針對(duì)分散經(jīng)營(yíng)條件下的貴州典型煙區(qū)農(nóng)村條件，采用精準(zhǔn)養(yǎng)分管理手持APP終端，將煙草施肥各管理單元、各管理環(huán)節(jié)及具體管理措施等信息傳遞給農(nóng)民，提供施肥決策服務(wù)，指導(dǎo)農(nóng)戶開展精準(zhǔn)施肥。其具體操作流程如下：用戶依據(jù)配發(fā)的手持APP，一是啟動(dòng)軟件，在即將準(zhǔn)備施肥作業(yè)的田塊打開手持終端、啟動(dòng)APP;二是點(diǎn)選施肥區(qū)域，依據(jù)后臺(tái)已采集好的施肥區(qū)域信息點(diǎn)選施肥區(qū)域，便于開展針對(duì)性施肥操作;三是肥料參數(shù)設(shè)置，針對(duì)所在的施肥區(qū)域進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，科學(xué)合理地設(shè)置好肥料參數(shù)，便于精準(zhǔn)肥料投入;四是施肥配方調(diào)整，用戶依據(jù)所選肥料類型在用戶端修改肥料名稱，系統(tǒng)便實(shí)時(shí)展示其肥料各養(yǎng)分含量情況，以對(duì)施肥配方進(jìn)行調(diào)整;五是新建分級(jí)，繼續(xù)點(diǎn)選新建分級(jí)，依據(jù)平臺(tái)的施肥技術(shù)信息庫中煙草養(yǎng)分需求參數(shù)及模型等功能，生成推薦分級(jí)，便于肥料精準(zhǔn)投入;六是推薦施肥方案，用戶按照操作流程完成以上步驟后，即整合了參數(shù)獲取、決策平臺(tái)和管理技術(shù)，集成了煙區(qū)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)庫與煙草施肥專家模型庫，從而生成推薦施肥方案，并直觀地推薦給用戶。

針對(duì)適度規(guī)模經(jīng)營(yíng)條件下的煙地，采用配套研發(fā)的煙草精準(zhǔn)施肥機(jī)實(shí)現(xiàn)施肥決策與服務(wù)的一體化。具體操作流程如下：用戶采用基于處方的變量施肥機(jī)施肥，一是啟動(dòng)控制器，用戶將電源開關(guān)打開后，控制器加電，施肥指示燈亮起，精準(zhǔn)施肥控制系統(tǒng)啟動(dòng)，在此同時(shí)用戶需檢查電池電量、定位模式、GPS狀態(tài)及電機(jī)狀態(tài)顯示等，以確保正常;二是加載施肥控制文件，將存有施肥控制文件的移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備插入U(xiǎn)SB接口，平臺(tái)系統(tǒng)將載入地圖和數(shù)據(jù)，GPS便自動(dòng)搜索信號(hào)，定位當(dāng)前位置;三是施肥，用戶點(diǎn)選啟動(dòng)/暫停鍵，此時(shí)施肥指示燈滅掉表示開始施肥的狀態(tài);四是施肥結(jié)束，用戶點(diǎn)選啟動(dòng)/暫停鍵，此時(shí)施肥指示燈亮起表示處于停止施肥的狀態(tài);五是退出精準(zhǔn)施肥控制系統(tǒng)，點(diǎn)選后退鍵（或菜單鍵，選擇退出），確定退出精準(zhǔn)施肥控制系統(tǒng);六是關(guān)閉控制器，用戶將電源開關(guān)撥到關(guān)閉位置，將控制器關(guān)閉，精準(zhǔn)變量施肥即結(jié)束。

2.3? ? 優(yōu)化效果

2015—2017年基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理平臺(tái)累計(jì)推廣面積11.4萬hm2，取得了比較顯著的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。

平臺(tái)應(yīng)用后，在精準(zhǔn)決策施肥和服務(wù)一體化方面，施肥減少了公頃平均用工，使用研發(fā)的配套精準(zhǔn)施肥機(jī)平均可節(jié)約用工22.5個(gè)/hm2。

比較精準(zhǔn)配方與傳統(tǒng)配方施肥結(jié)果可知，應(yīng)用精準(zhǔn)施肥管理平臺(tái)推薦施肥配方的肥料價(jià)格平均節(jié)約222元/t，減少肥料投入成本9.51%，平均至少可少投入肥料40.5 kg/hm2。

促進(jìn)煙株?duì)I養(yǎng)平衡，提高煙葉田間整齊度，改善煙葉化學(xué)成分均勻性，提高煙葉質(zhì)量。以遵義縣鴨溪示范點(diǎn)為例（表1），與農(nóng)戶習(xí)慣施肥模式相比，精準(zhǔn)配方施肥可增加株高、莖圍、中部最大葉面積和頂葉面積，株高也略有增加。

該平臺(tái)有效減少了肥料投入費(fèi)用，按2015—2017年平均3.3元/kg基肥計(jì)，3年累計(jì)節(jié)約肥料投入1 523.52萬元（表2）。

3? ? 結(jié)語

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)搭建的煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理系統(tǒng)，通過對(duì)煙田歷史數(shù)據(jù)的收集與關(guān)聯(lián)性分析，構(gòu)建了田間養(yǎng)分變化規(guī)律模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤肥力的精準(zhǔn)測(cè)算，推薦最佳的施肥配方。通過田間示范，應(yīng)用煙田養(yǎng)分精準(zhǔn)管理系統(tǒng)能夠減少農(nóng)戶施肥時(shí)間、減少肥料用量、提高肥料的利用率、改善農(nóng)田水污染風(fēng)險(xiǎn)，有良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益，符合國(guó)家生態(tài)環(huán)境改善要求，具有廣闊的應(yīng)用發(fā)展空間。

4? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 夏海乾，孟琳，石俊雄，等.精準(zhǔn)施肥技術(shù)在煙草上的應(yīng)用[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2011，24（6）：2263-2269.

[2] 蔣衛(wèi)，馮婭，霍沁建.精準(zhǔn)施肥技術(shù)在遵義縣煙草上的應(yīng)用研究[J].耕作與栽培，2011（3）：12-13.

[3] 王強(qiáng)，馬友華，胡宏祥，等.基于GIS與GPS的中國(guó)農(nóng)村精準(zhǔn)施肥的方法研究[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2006，22（7）：524-529.

[4] 陳勝利，喬紅波，王紅旗，等.基于GIS和GPS的煙田養(yǎng)分管理[J].煙草科技，2007（2）：58-62.

[5] 張?chǎng)?基于GIS的煙田養(yǎng)分管理與施肥推薦系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)[D].南昌：江西農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013.

[6] 何山，孫媛媛，沈掌泉，等.大數(shù)據(jù)時(shí)代精準(zhǔn)施肥模式實(shí)現(xiàn)路徑及其技術(shù)和方法研究展望[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào)，2017，23（6）：1514-1524.

[7] 徐友偉，尼瑪扎西，劉國(guó)一，等.精準(zhǔn)施肥專家數(shù)據(jù)庫咨詢系統(tǒng)構(gòu)建初探[J].西藏農(nóng)業(yè)科技，2009，31（3）：31-36.

[8] 樊艷英，張自敏，陳冠萍，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)玉米長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2018，40（8）：223-227.