宋成秀，李 丹，張志強(qiáng)，陳立利，張同心，張博文

（1.山東鋒士信息技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250100；2.水發(fā)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250100；3.水發(fā)智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東濟(jì)南 250100）

0 引言

我國(guó)的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，一直以來(lái)都面臨著種植成本高、水肥浪費(fèi)嚴(yán)重、產(chǎn)品品質(zhì)不一、產(chǎn)品安全不過(guò)關(guān)的難題。一方面繁瑣的種植管理使得人工成本居高不下，本著“寧撐勿餓”的施肥原則，大水大肥的管理模式，造成水肥的施用效率偏低，浪費(fèi)嚴(yán)重，且造成過(guò)大的土壤負(fù)擔(dān)；另一方面，環(huán)境的無(wú)償、以產(chǎn)量為本的種植理念，使得農(nóng)藥的施加量有增無(wú)減，造成產(chǎn)品品質(zhì)及安全無(wú)法保障。因此，在未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展道路上，如何降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)及產(chǎn)品安全顯得尤為迫切。

智慧農(nóng)業(yè)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)中去，運(yùn)用傳感器和軟件通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)或者電腦平臺(tái)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行控制，集成應(yīng)用計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、音視頻技術(shù)、3S技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)及專家智慧與知識(shí)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可視化、遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程控制、災(zāi)變預(yù)警等智能管理，使傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)更具有“智慧”。目前我國(guó)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)還未大范圍普及，農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)、共享的手段和方式落后，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和設(shè)備還未實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)，未來(lái)智慧農(nóng)業(yè)在我國(guó)的前景十分廣闊，到2022年，我國(guó)智慧農(nóng)業(yè)的產(chǎn)業(yè)達(dá)到184.5億美元的規(guī)模，年均復(fù)合增長(zhǎng)率13.8%。智慧農(nóng)業(yè)未來(lái)可期，因此，我們將番茄智慧種植與傳統(tǒng)種植模式試驗(yàn)、對(duì)比，以期為推動(dòng)番茄智慧種植的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)地點(diǎn)濟(jì)南市萊蕪雪野湖度假區(qū)，種植大番茄（甜柿1855），椰糠栽培，9月底定植，3月份拉秧，采用智慧種植模式，自動(dòng)水肥、智慧溫室環(huán)境調(diào)控、熊峰授粉等，人為參與度低。

對(duì)照棚位于試驗(yàn)棚東側(cè)，棚外光照溫濕等環(huán)境均相同，種植大番茄（甜柿1855），椰糠栽培，9月底定植，3月份拉秧，簡(jiǎn)易滴灌、傳統(tǒng)人工管理模式。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)的施肥制度：每生產(chǎn)1 000 kg番茄，需吸收N 3.2 kg，P2O50.7 kg，K2O 4.8 kg，CaO 2.6 kg，MgO 0.6 kg，椰糠基質(zhì)本身沒(méi)有肥效，番茄施肥依據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量，根據(jù)番茄各生育期的需肥規(guī)律由智慧灌溉物聯(lián)云系統(tǒng)根據(jù)施肥模型下發(fā)施肥方案。

灌水定額：番茄在定植后至第一花序開(kāi)花前：晴天日耗水量為300～500 mL/株，分3～5次灌溉，每次灌溉時(shí)長(zhǎng)3～5 min，每天灌溉量0.66～1.1 m3/667m2；第一穗果實(shí)坐果前7～10天盡量控制灌溉量，每次灌溉量控制在每株50～100 mL；第一穗果座住后，每天每株300～500 mL；第二穗果座住后，為每天500～800 mL。

試驗(yàn)田的授粉采用熊蜂授粉，一個(gè)棚約0.067 hm2、一個(gè)種植季用2箱熊蜂，其余操作根據(jù)傳統(tǒng)人工管理模式進(jìn)行。

對(duì)照完全按照傳統(tǒng)人工管理模式，由農(nóng)戶根據(jù)經(jīng)驗(yàn)管理，灌溉、施肥、用藥等按照當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)做法進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)采集

溫室內(nèi)農(nóng)事操作包括施肥時(shí)間、施肥量、灌溉量、植保時(shí)間、植保品類及用量、打叉整枝、采摘、用工等，均由管理人員據(jù)實(shí)記錄。

內(nèi)在品質(zhì)主要指標(biāo)為可溶性總糖、總酸含量及農(nóng)藥殘留，選取達(dá)到采摘標(biāo)準(zhǔn)的果實(shí)樣品，當(dāng)天送往山東省農(nóng)科院質(zhì)標(biāo)所進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果分析

2.1 品質(zhì)

番茄內(nèi)腔測(cè)定結(jié)果如圖1，對(duì)照產(chǎn)品果實(shí)果型大但空腔現(xiàn)象嚴(yán)重，口感較差；試驗(yàn)樣品，果型略小，但果實(shí)飽滿，風(fēng)味十足。

將品質(zhì)測(cè)定的試驗(yàn)樣品編號(hào)，可溶性總糖跟總酸含量情況見(jiàn)表1，農(nóng)藥殘留檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2，未發(fā)現(xiàn)任何農(nóng)藥殘留。

由表1可看出，試驗(yàn)樣品的可溶性總糖、總酸都比對(duì)照樣品含量高，可溶性總糖提高了175%、總酸提高了120%，說(shuō)明智慧種植提高了番茄的內(nèi)在品質(zhì)。

圖1 果實(shí)內(nèi)腔飽和度對(duì)比

表1 品質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

2.2 產(chǎn)量

2.2.1 測(cè)定方法

在試驗(yàn)和對(duì)照棚內(nèi)，分別隨機(jī)抽取有代表性的一溝，調(diào)查測(cè)產(chǎn)區(qū)域內(nèi)單株留穗數(shù)、單穗結(jié)果數(shù)，單果重以及棚內(nèi)株數(shù)。

畝產(chǎn)量（kg/667m2）=單果重（kg）×單穗結(jié)果數(shù)×單株留穗數(shù)×畝栽株數(shù)

2.2.2 測(cè)定結(jié)果

試驗(yàn)與對(duì)照棚均為2 083株/667m2，試驗(yàn)棚單株留穗6、單穗留果3.4個(gè)，單果重0.17 kg，估算產(chǎn)量7 224 kg/667m2；對(duì)照棚單株留穗5.5、單穗留果3.6個(gè)，單果重0.18 kg，估算產(chǎn)量7 424 kg/667m2。試驗(yàn)較對(duì)照略低產(chǎn)、差異不顯著。

2.3 種植成本

2.3.1 材料成本

1）肥料對(duì)比。本次試驗(yàn)采用椰糠無(wú)土栽培方式，未施用底肥，全部養(yǎng)分以追肥形式施入，肥料采用基礎(chǔ)原料按生育期需求比例配置，肥料總用量215 kg/667m2，肥料平均單價(jià)6元/kg，肥料成本1 290元/667m2。

對(duì)照采用的混合基質(zhì)栽培，整個(gè)生育期總用肥量為450 kg，總用肥成本2 916元。主要是追肥，一般施用水溶肥+復(fù)混肥，每次施水溶肥1.2 kg/667m2，復(fù)混肥1.8 kg/667m2，180次澆灌隨水沖施，共用水溶肥180 kg/667m2，價(jià)格1 080元，復(fù)混肥270 kg/667m2，價(jià)格1 350元。

表3可看出，智慧種植模式采用無(wú)土栽培，按作物生長(zhǎng)需求比例以原料肥配置，肥料成本較低。綜上，試驗(yàn)組相對(duì)于對(duì)照節(jié)肥52.2%，肥料成本節(jié)約46.9%。

2）農(nóng)藥對(duì)比。在本次試驗(yàn)過(guò)程中的相關(guān)材料與對(duì)照組的對(duì)比情況如表4。對(duì)照每10天噴藥一次，試驗(yàn)番茄無(wú)施用任何化學(xué)藥劑，只是每隔15天左右噴施預(yù)防性生物藥劑，包括免疫球蛋白及生物菌劑等。

表4可知，試驗(yàn)組使用生物藥劑、對(duì)照組使用化學(xué)藥劑，生物藥劑單價(jià)較高，在保證零藥殘情況下，藥劑成本基本與對(duì)照持平。

3）授粉材料成本對(duì)比。對(duì)照組用點(diǎn)花授粉，主要成本為點(diǎn)花藥劑，成本10元；試驗(yàn)組熊蜂授粉，2箱/667m2，每箱400元，共800元。

4）設(shè)備折舊。整個(gè)生育期試驗(yàn)中，智慧化設(shè)備包括水肥一體機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)采集、自動(dòng)化控制系統(tǒng)，總投資5萬(wàn)元，可供3.33 hm2地使用，按照10年折舊，每年折舊費(fèi)100元/667m2。

肥料、藥品、授粉、設(shè)備折舊四項(xiàng)主要材料成本合計(jì)如表5，在整個(gè)材料投入上，試驗(yàn)組較對(duì)照18.3%，均可節(jié)省726元/667m2。

表2 試驗(yàn)樣品農(nóng)藥殘留檢測(cè)結(jié)果

表3 番茄種植年均肥料對(duì)比表

表4 番茄種植年均相關(guān)材料對(duì)比表

2.3.2 人工成本

由于智慧灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用，使得水肥藥的管理效率大大提高，用藥少而精準(zhǔn)，由對(duì)照管理的10天/次，改到15天/次，減少噴施次數(shù)5次，按每次30元/667m2的人工成本計(jì)，減少了施藥人工150元。

由表6可知，對(duì)照番茄點(diǎn)花授粉，合計(jì)10天/667m2的授粉周期，授粉成本為1 000元/667m2。試驗(yàn)組應(yīng)用熊蜂授粉，可很好地節(jié)省授粉上的人工成本，且果實(shí)外觀品質(zhì)均勻圓潤(rùn)，果腔飽滿。

通過(guò)智慧灌溉物聯(lián)云系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)的引入與應(yīng)用，科學(xué)合理的安排卷簾、放風(fēng)等設(shè)施管理，提高了用工效率。常規(guī)管理每天設(shè)備操作費(fèi)用約7元/667m2·天，通過(guò)智慧化系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)控設(shè)施設(shè)備，可節(jié)約人工成本2元/667m2·天，在180天左右的種植周期中，可節(jié)省約300元的設(shè)備設(shè)施控制費(fèi)用。

其他人工成本主要集中在采收、打岔、吊蔓、落蔓等農(nóng)事常規(guī)操作環(huán)節(jié)，對(duì)照與試驗(yàn)組均有由人工完成，用工相當(dāng)。試驗(yàn)合計(jì)用工成本4 250元、對(duì)照棚合計(jì)5 700元，試驗(yàn)減少人工費(fèi)用25.4%，1 450元。

表5 番茄種植年均總材料對(duì)比表

表6 番茄種植人工成本對(duì)比表

3 結(jié)語(yǔ)

試驗(yàn)番茄的可溶性總糖、總酸都比對(duì)照樣品含量顯著提高，品質(zhì)差異顯著；產(chǎn)量方面試驗(yàn)產(chǎn)量7 224 kg/667m2，對(duì)照棚7 424 kg/667m2，減產(chǎn)200 kg/667m2、2.69%；材料和人工的總投入均節(jié)省2 176元/667m2、22.5%。試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了提質(zhì)增效的目的，雖然有少量減產(chǎn)，但節(jié)省的投入完全可以抵扣減產(chǎn)造成的損失，而且品質(zhì)差異顯著，試驗(yàn)番茄的售價(jià)也會(huì)相應(yīng)提高，因此智慧種植助力番茄生產(chǎn)提質(zhì)增效增收，是值得推廣的模式。

智慧種植模式下，采用水肥一體、按需施用、熊蜂授粉、環(huán)境自動(dòng)調(diào)控等措施，生產(chǎn)的番茄品質(zhì)好、省時(shí)省工。在適宜的環(huán)境中，確保了番茄的生長(zhǎng)、同時(shí)也保證了熊蜂的活動(dòng)，已有大量試驗(yàn)證明，熊蜂授粉可以提高番茄的品質(zhì)、減輕病蟲害[1-4]。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必由之路，現(xiàn)代急劇膨脹的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了一種新的方法，成為引領(lǐng)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一支重要力量[5]。智慧種植已初具規(guī)模，已形成各類番茄栽培管理專家系統(tǒng)、番茄發(fā)育模擬模型、生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)與決策管理系統(tǒng)等[6]。

本試驗(yàn)番茄的產(chǎn)量略低，是多種環(huán)境和生物因子在發(fā)揮作用，如有的番茄品種，在適度缺水的情況下，氮使用效率反而會(huì)提高[7]。復(fù)合肥對(duì)番茄干旱后恢復(fù)具有一定的作用[8]。環(huán)境因素不僅影響番茄，而且通過(guò)影響與番茄共生的微生物來(lái)提高番茄的產(chǎn)量等[9]。節(jié)省用藥是因?yàn)樾芊涫诜酆螅ò暌酌撀?；激素噴花后，花瓣大部分殘留在果面和萼片的夾縫中，不易脫落，增加了感染灰霉病的機(jī)會(huì)，相比農(nóng)藥使用成本也可能增高[9]。品質(zhì)的提升與試驗(yàn)棚熊蜂授粉有較大關(guān)聯(lián)，姬曉晨等人試驗(yàn)對(duì)比了熊蜂授粉與激素噴花在番茄生產(chǎn)中對(duì)于產(chǎn)量、畸形果率、成熟期等多方面的影響，結(jié)果表明，熊蜂授粉畸形果率低、品質(zhì)好[2，9]。