水肥一体机技术应用和使用现状调研

水肥一体机技术应用和使用现状调研

马永丰

内蒙古机电职业技术学院 内蒙古呼和浩特  010070

摘要：水肥一体化技术是提高水肥利用率、肥药减施重要手段，也是高标准农田建设重要的技术支撑。通过对内蒙古地区水肥一体机技术应用情况和使用现状进行调研，分析技术应用的不足和使用过程中存在的问题，从而根据内蒙古地区的实际情况，应用新技术，针对性的设计水肥一体机的控制系统，从而提高控制系统的实用性，切实提高水肥一体化技术的普及率和节水、节肥增效的作用。

关键词：水肥一体机；现状；调研

一、调研背景和意义

水肥一体化技术是将水、肥通过压力管道同时作用于农作物的一种现代农业技术。该项技术通过压力管网输送水肥混合液,采用滴灌和喷灌的方式将水、肥施予农作物,以实现水肥的高效利用。水肥一体化技术不仅能够增加产量、缩短时间、降低人工，还能够减少水和肥料的使用量，更好的保护环境，为保护生态环境做出了一定的贡献。水肥一体智能化高效精准灌溉施肥不仅能有效精准地控制水肥量灌溉时间，而且还能有效地提高水肥资源的利用率，提高农作物产品的产量、节约水肥资源、进一步减少对环境的污染。

为了更好的了解水肥一体化技术在内蒙古自治区的实际使用情况，掌握水肥一体机的控制系统的技术应用情况，了解水肥一体机使用过程中存在的问题和现有控制系统不足之处，从而有针对性的重新设计水肥一体机的控制系统，提高水肥一体机的使用便利性和实用性，故而开展水肥一体机技术和使用现状实地调研。

二、水肥一体化灌溉技术的发展

美国和欧洲的发达国家早在上世纪60年代开始研发水肥一体化系统，随着科学技术的发展，特别是随着计算机、通信和先进传感技术的发展，水肥一体机也将传感器技术、自动控制技术、物联网等高新技术融合。我国经过几十年的科研投入和技术创新，水肥一体化技术在我国已经具有一定的理论研究基础,形成了水肥一体化的技术体系。但还是存在水肥一体机同质化竞争严重、缺乏地域和作物针对性强的定制化设备等一些问题需要继续研究解决。目前，水肥一体机底层主要是利用可编程逻辑控制器和嵌入式系统进行控制，基本解决了自动化控制问题，开始将人工智能、大数据分析、ZigBee、WIFI无线传感网络和语音识别技术应用于水肥一体化系统，通过手机终端进行控制。

三、调研地区和企业基本情况

科研团队主要赴内蒙古兴安盟扎赉特旗和呼和浩特市赛罕区金河镇两个比较典型的农业现代化发达地区进行调研，在田间地头调研水肥一体机实际使用情况的同时还对水肥一体机生产、使用企业内蒙古嘉立铭节水科技集团和呼和浩特市绿辰树莓农牧业有限公司进行水肥一体机研发需求调研。

扎赉特旗作为国家粮食产量大县，是国家绿色农畜产品生产加工基地，是国家和自治区的重要粮仓。扎赉特旗持续推进质量兴农、绿色兴农、品牌强农、效益富农，成功入选第一批全国农业现代化示范区。粮食作物播种面积达到546.3万亩，水稻种植面积达到90万亩，农业现代化程度不断提高。金河镇位于呼和浩特市赛罕区东南部，北邻大黑河，南接和林格尔新区。全镇面积205.2平方公里，耕地面积11万亩。金河镇还是呼和浩特市主要蔬菜种植基地，目前有5000多个温室大棚种植水果、蔬菜。

四、水肥一体机技术应用现状

经过在兴安盟扎赉特旗嘉立铭节水智能水肥一体化实验基地、扎赉特旗国家现代农业产业园、内蒙古鑫嘉立铭新材料科技有限公司、呼和浩特市绿辰树莓农牧业有限公司树莓种植基地、有机蔬菜种植大棚实地调研，和相关企业管理、技术、操作人员座谈交流，了解水肥一体机技术应用现状。

水肥一体化精准灌溉施肥技术需要相应的自动精准灌溉注肥，其中最关键装置是精准灌溉施肥设备，而核心的设备是水肥一体机控制系统。灌溉施肥设备括储肥罐、混液罐、搅拌泵、控制阀门、过滤设备、管道等组成，主要完成水溶性肥料的溶解、各种肥料的混合、混合液的泵送等任务。控制系统是水肥一体机的“大脑”，控制系统的智能化程度直接影响着水肥一体机的性能的好坏。大田或大棚中的阀门、喷头滴头可在现场编写程序或外接气象站的控制器控制，通过检测灌溉管道或土壤中的EC值判断肥料的浓度、PH 值、湿度、温度来实现自动施肥，在灌溉过程中它能够比较准确地检测到在施肥过程中肥料的不足和过量现象。

水肥一体机主流的控制系统主要有“就地控制系统”、“远程控系统”和“就地控制系统+远程操控系统”三种方式：就地控制系统主要是通过在水井房安装就地控制系统实现水肥一体机的自动控制；远程控制系统主要是将物联网技术特别是无线传感网络技术应用到水肥机控制系统当中，一般的水肥控制机远程控制系统可实现PC端云平台远程控制和手机端APP远程控制两种控制方式；

控制系统的核心控制器主要有“嵌入式控制系统”和“PLC控制系统”两种；远程传感器和远程控制电磁阀与控制系统的通讯主要是两种方式，第一种为传感器、电磁阀直接和就地控制系统的主控制器通过网关通讯，另外一种通讯方式为传感器

、电磁阀直接与云平台通讯进行数据采集；控制系统监控云平台大型企业、技术实力雄厚的企业一般为自有云，而规模较小的公司通过租借云平台的方式实现云端控制。

四、水肥一体机使用现状

目前调研地区应用水肥一体化技术主要有简易喷灌、微喷、滴灌、膜下滴灌等模式，其中简易水肥喷灌是利用简易的果园喷药机械设备，施肥时将肥料溶解到灌溉水中，经压力泵和管道，最终用追肥枪给作物根际区域施肥的方法。水肥一体化灌溉模式中滴灌技术在调研地区应用最为广泛，主要是滴灌模式管理方便，操作简单，不受地形限制。膜下滴灌模式是目前节水性能最高的灌水施肥方式之一，但是应用较少。兴安盟扎赉特旗得益于当地政府对高标准农田建设支持，购置并使用水肥一体机可以得到相关的补贴，同时由于该地区设施农业的基础建设条件（配套机井、管道）比较好，故该地区农业种植中应用水肥一体机开展灌溉和施肥的较多。

五、相关政策的支持与引导

农业部办公厅于 2017 年 11 月 27 日印发《推进水肥一体化实施方案（2016—2020年）》，明确提出大力发展节水农业，实施化肥使用量零增长行动，推广普及水肥一体化等农田节水技术，全面提升农田水分生产效率和化肥利用率，是保障国家粮食安全、发展现代节水型农业、转变农业发展方式、促进农业可持续发展的必由之路。水利部于 2018 年 3 月 4 日印发《深化农田水利改革的指导意见》，明确提出推进农田水利设施提挡升级，加强节水灌溉工程与农艺、农机、生物、管理等措施的结合，积极推广水肥一体化。近年来，内蒙古自治区贯彻落实农田建设相关政策，全力推进高标准农田建设，聚焦高效节水灌溉，大力发展高效节水灌溉。《内蒙古自治区农牧厅关于明确2022年旱作高标准农田建设技术要求的通知》内农牧建发〔2022〕40号文件提到“配备水肥一体化设备，推广滴灌等高效节水灌溉措施”。

以上文件的出台，从制度层面要求和鼓励水肥一体机的技术升级和普遍推广使用，因此基于物联网技术的水肥一体化智能灌溉系统是国家产业政策重点支持的研究课题。通过将物联网技术与机井控制系统和水肥机自动控制系统相结合,开发适合于内蒙古地区的智能化水肥一体化控制系统，能够有效提高节能、节水、节肥效果，提高作物产量，具有较强推广应用价值，对地区农业的发展，特别是高标准农田的建设具有较强的推动作用和现实意义。

参考文献：

[1] 姚远，边策，高鹏，等.汉中地区水肥一体化技术应用现状调研及分析[J].农业科技通讯，2020(2):200-202．

[2] 吕晓磊.基于无线传感技术的水肥一体智能设备控制系统[J].江苏工程职业技术学院学报（综合版），2019(04).

[3]王秀芝, 张晓梅, 崔聪聪,等.赤峰市设施农业现状调研及发展方向的思考[J].内蒙古农业科技,2013 (5):107-108.

作者简介：

马永丰（1986-），男，内蒙古卓资县人，内蒙古机电职业技术学院讲师，研究方向为机电一体化控制；

韩冰（1983-），男，内蒙古包头市人，内蒙古机电职业技术学院副教授，研究方向为机电一体化控制；

基金项目：

1.内蒙古机电职业技术学院科学研究项目《基于云平台的智能水肥机控制系统研究》 课题编号（NJDZR2103）；

2. 内蒙古自治区教育厅科学研究项目《基于物联网的水肥一体控制系统研究》 课题编号（NJZY22411）。