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连片的蔬菜大棚里空无一人,但种植户借助手机端的智慧农场数字化信息平台,可以知道蔬菜何时“渴”了,何时“饿”了,然后将调配好的“营养餐”通过智能控制灌溉施肥机“投喂”给蔬菜,实现“按需进食”。
这样智能化的蔬菜种植场景,得益于河北省农业科研工作者研发的“京津冀蔬菜水肥高效生产及多模式精量管理技术”。前不久,这项技术荣获2023年度河北省科学技术进步奖一等奖。
怎样给蔬菜“投喂”定制“营养餐”?如何制定精量“营养餐”指标?用上新技术后,蔬菜的产量、品质和市场怎样?
走,到张家口市崇礼区,看看这项技术的应用效果。
10月27日,张家口市崇礼区万家乐蔬菜有限公司彩椒大棚内,彩椒长势良好。河北日报记者 李冬云摄
3台智能“配餐机”
负责500亩彩椒“用餐”
10月27日,张家口市崇礼区,万家乐蔬菜有限公司。这里是省农林科学院冷凉区设施蔬菜信息化管理技术示范基地,也是省现代农业产业技术体系蔬菜创新团队的重要基地。
万家乐的彩椒大棚里,一株株一米多高的彩椒秧上硕果累累,既有已经成熟变色的红彩椒、黄彩椒,也有正在生长的绿彩椒,成熟的彩椒个头比成年人的拳头还大。
万家乐蔬菜有限公司总经理袁进莲摘下一个黄彩椒,放在电子秤上称重,306克,用刀切开彩椒,测量果肉厚度,有七八毫米厚。这样的彩椒,是万家乐的精品果。
每年此时,是万家乐彩椒集中上市期。今年,万家乐的彩椒不仅果大、肉厚,而且产量高,每亩地预计能收彩椒11000斤到12000斤,其中精品果可达8500斤以上。
“和三年前相比,一亩地精品果能多收1500斤到2000斤。”袁进莲说。
品质和产量双提升,得益于2022年起万家乐全面引入了省农林科学院农业信息与经济研究所推广的“冀西北冷凉区蔬菜‘水—肥—光—热’资源高效利用集成技术体系”。
“这一技术体系,目的是推动崇礼彩椒种植管理从过去以经验为主向科学精准转变,也实现了崇礼冷凉资源与光照资源的充分利用。”该研究所副所长、省现代农业产业技术体系露地蔬菜创新团队首席专家范凤翠说。
记者俯下身,在一株彩椒的根部附近,看到藏在叶子后面的白色柱形设备,设备一部分插在土里,露在地上的部分印着两个字“智墒”。
这是一款探测土壤墒情的智能设备,它能够清晰反映土壤的水分含量、温度、电导率等信息,帮助菜农实时精准掌握菜地土壤状况。
不仅土壤里设有传感器,抬起头,棚内还悬吊着一顶白色的“小灯笼”,这是检测棚内温度、湿度、光照等参数的温湿光照传感器。
这些传感器采集的数据,全部接入智慧农场数字化信息平台,平台分析数据后,会自动生成实时水肥管理方案。
万家乐的生产经理孟军打开手机上的智慧农场数字化信息平台,调出一张反映土壤含水量的实时图表,图表上居中的一条绿线,显示着目前大棚内地表到地下60厘米处,不同深度土壤含水量。
绿线左右,各有一条红线和蓝线。“左边这条红线,是土壤含水量过低的警报线,右边这条蓝线,是土壤水量足够的饱和线。当绿线接近红线时,就说明彩椒‘渴’了,需要浇水,浇到接近蓝线时,彩椒就‘喝饱了’,再浇水就浪费了。”孟军解释。
智能传感器和嵌入水肥管理模型算法的智能平台,给出了科学的水肥管理方案,但要高效执行,还需要智能精量灌溉施肥设备。
在大棚外不远处的彩钢棚里,安装着一台多棚室智能控制灌溉施肥机,机器由连体的配肥罐、过滤罐、输送泵等组成,这就是彩椒“营养餐”的“配餐机”。
孟军在白色的配料罐里调制好液态“营养餐”,在机器的电子屏上调节好管道输送压力值等参数,轻点开始键,“营养餐”就通过预埋在地下的输送管道快速抵达彩椒根部。
“过去浇地,我们要先把水抽入四五米高的水塔罐,但水塔里的水压不够,每次浇地需要七八个小时,还经常出现近处秧苗水浇多了,但远处秧苗水还没浇够的情况。”孟军指指灌溉施肥机上的压力泵说,现在有它给水肥输送管道加压,浇一次地只需要两个小时,而且灌水均匀。
目前,万家乐有3台多棚室智能控制灌溉施肥机,负责给500多亩彩椒“配餐送餐”,孟军一人就可以轻松管理彩椒日常的浇水、施肥等工作。
10月27日,在张家口市崇礼区万家乐蔬菜有限公司大棚内,省现代农业产业技术体系露地蔬菜创新团队首席专家范凤翠(右)与种植户交流。 河北日报记者 李冬云摄
12年持续观测
制定精量“营养餐”指标
10月26日,范凤翠带领团队2名博士赶到崇礼,调查彩椒生长、棚室环境状况及当前市场,检测彩椒新技术应用效果。
庞大、详实的蔬菜生长数据,是定制科学“营养餐”的基础。
为了这份“营养餐”,过去12年里,范凤翠和团队在做一项持续试验——追踪蔬菜生长过程中水、肥在土壤作物环境系统中去向和转移转运积累的路径和量值。
“河北省蔬菜节水灌溉研究起步晚,灌溉施肥理论滞后于产业需要,精量科学水肥指标欠缺,基层技术人员在做技术推广时,没有统一的标准可以参照。”范凤翠说。
作为省级农业科研单位,省农林科学院农业信息与经济研究所给出了河北省茄果类、瓜菜类、叶菜类3大类共7种主要蔬菜的精量科学水肥指标。
简单来说,就是揭示出每一方水、每一种肥的去向,以及如何在蔬菜生长的过程中发挥作用。
“我们首次创建了理想环境植株蒸腾耗水的研究新方法,并通过大量试验,找到了黄瓜、茄子、番茄、甜瓜、芹菜、甘蓝等7种蔬菜的动态蒸腾耗水规律。”范凤翠说。
比如早春茬番茄,它在花果期、盛果期、后期的耗水量是苗期的3倍;早春茬西瓜在膨瓜期耗水量是伸蔓期、成熟期的2倍。
有了这个科学的蔬菜耗水指标,就能测算出河北省主要蔬菜的节水潜力,并制定挖潜策略。
范凤翠团队调研发现,7种蔬菜都不同程度存在过量灌溉问题,其中早春茬黄瓜的问题最突出。
“河北省早春茬黄瓜种植户在生产中经验灌水量,每亩高达300多立方米,而它实际需水量全生育期只有150.77毫米,折合一亩地约100立方米,节水潜力很大。”范凤翠说。
按此估算,黄瓜生产中,约有三分之二的灌溉水都是无效损耗。蔬菜不会说话,范凤翠团队就通过观测、试验、分析,摸清蔬菜对水的需求。
通过12年连续观测,范凤翠团队探明了负压渗灌条件下7种蔬菜的动态需水规律,明确了土栽条件下节水、高产、高效灌溉制度,为河北省蔬菜精准灌溉理论及指标体系建立提供了依据。
不仅要追踪水分,还要追踪养分,后者是供肥指标的依据。
一直以来,种植户的蔬菜管理普遍存在大水大肥问题。其实一种蔬菜,在不同生长阶段,对肥料的吸收速率、需求量都有差异;不同蔬菜,养分的高需求时段也各不相同。
要科学施肥,就要找到这些差异点。
“我们发现按照茄果类、瓜菜类、叶菜类的传统分型对蔬菜进行水肥管理,不如按照‘收获类型’分类更有规律可循。我们找到了一次收获、多次收获、即时收获的蔬菜水分养分需求规律,提出了依据‘收获类型’进行水肥同步供给的原则和策略。”范凤翠说。
如一次收获的西瓜,在开花前养分需求低,膨果期养分需求高,后期趋中,所以要特别注意膨果期追肥;而多次收获的番茄,前期和后期养分积累比例小、需肥少,中期积累比例最大,需肥多,这时充足的养分供应是提高产量的关键。
蔬菜吸收进体内的养分存储在了哪里,又是怎样转移的,也需要摸清。
目前,范凤翠团队探明了番茄、茄子等多种蔬菜体内养分积累和运转规律,构建起蔬菜养分积累模型,揭示出不同类型蔬菜养分转移、储存的差异性。
这些,只是范凤翠团队“京津冀蔬菜水肥高效生产及多模式精量管理技术”的一小部分,这一技术搭建起的是一个全方位多模式的水肥高效生产体系,通过多模式的技术输出,应对京津冀蔬菜的多类型需求,从而推动蔬菜规模化水肥高效利用进程。
“我们最重要的目标,就是通过‘根—水—肥—苗同位同步’实现水肥高效利用。按蔬菜根的位置供水肥,根到哪里,水肥到哪里,不亏不漏;按作物需求同步供水肥,作物需要多少供多少,按需供给。”范凤翠说。
这就是“营养餐”追求的精量。
9月24日,省农林科学院农业信息与经济研究所大河试验地番茄试验棚内,正在进行土壤、水分及环境监测。贾宋楠摄
内置保温被助力错期上市
每亩增收2万多元
科学的“营养餐”可以让蔬菜品质好、产量高,但真正要让蔬菜在市场上卖出高价,增产又增收,才是蔬菜种植户最大的期盼。
所以,农业科研工作者不仅要创新技术,还要分析市场,让农业技术创新与产业需求真正融合。范凤翠团队就为万家乐彩椒卖高价,想出了一个好点子。
10月27日10点,记者一进大棚,眼镜立刻就被一层雾气蒙住了。
此时崇礼室外温度只有8摄氏度,而棚内22摄氏度,到了下午1点,温度升高到28摄氏度。白天这样的温度对于彩椒生长十分理想。
棚内的温度能保持如此之高,是因为彩椒住在双层保温棚里。外层棚,是传统的冷棚,覆盖塑料棚膜;内层棚,除了塑料棚膜,还有一层黑色保温被,它日出后收卷起来,日落后覆盖上去。
加盖一层内置保温被,是范凤翠团队的一项技术创新,被称为“冷棚彩椒内置保温被保温减灾提质增效技术”,已经获得发明专利。
崇礼每年10月,都会出现几天突然低温,之前,崇礼彩椒大棚都是冷棚,部分果实还未收获就遭受冻害,给农民造成一定经济损失。
范凤翠看着烂在地里的彩椒,非常心疼,她决定想办法为大棚保温,帮助彩椒度过低温这个“坎”。
起初的研究方向,是在冷棚外加盖保温被,结果春天的大风把被子全吹跑了,给土壤加温成本又太高。2021年,范凤翠团队想到内置保温被的方法,在万家乐设了3个保温被试验棚。
“我到试验棚一看,彩椒长得又大又好,当时就心动了。2022年我们的冷棚全部加装了内置保温被。”袁进莲说,去年11月崇礼一场大雪,室外降到零下18摄氏度,但棚里的彩椒照样生长。
有了这层保温被,彩椒棚内最低温度提高4到5摄氏度,还可以抵御棚外零下十几摄氏度的暂时低温,春天彩椒可以提前20天左右定植,秋季可以延长50天采收期。
多出来的这两个多月,就是增收的关键。
早种晚收,可以让每亩地彩椒精品果增收1500斤到2000斤。而且,崇礼多数种植户的彩椒在“十一”之前销售一空,万家乐彩椒错期在10月5日到11月15日之间上市,正值市场彩椒短缺时期。
“‘十一’之前,崇礼彩椒收购价最便宜时只有7毛钱一斤,最高也只有四五元,但‘十一’后,彩椒价格一路上涨,这几天红彩椒卖到12元一斤,黄彩椒卖到8元一斤。”袁进莲说,一年就可以收回保温被的投入成本。
袁进莲种植彩椒已经18年,过去一直凭经验种植,挣不到太多钱,也舍不得投入,种植规模一直难扩大。但最近3年,通过引入范凤翠团队的一项项新技术,万家乐每亩地比过去增收2万多元,种植规模翻了一倍,未来还计划扩大种植面积。
2021年万家乐蔬菜有限公司注册“奥椒”品牌。2022年初,崇礼彩椒被国家知识产权局认定为地理标志证明商标。如今,在北京新发地蔬菜批发市场,万家乐供应的崇礼越夏彩椒占有很大市场优势。
“我们真的吃到了农业科技创新的甜头儿,现在范老师他们有什么新技术,我们就先试用,争做崇礼智慧农业的领头羊。”袁进莲说。(河北日报记者 李冬云 常方圆)
记者观察
“农业+大模型”,打开智慧农业新空间
蔬菜逐日精准灌溉预测决策模型、蔬菜水分敏感指数模型、蒸散量预测估算模型、养分积累模型……
在2023年度河北省科学技术进步奖一等奖“京津冀蔬菜水肥高效生产及多模式精量管理技术”的内容介绍中,“模型”这个词频繁出现了40多次。
农业模型,指的是农业系统要素内及要素间关系的定量化表达。
“农业+大模型”,是新质生产力的体现,是实现智慧农业的核心技术力量。它通过引入人工智能、大数据分析等技术,赋能智慧农业信息感知、信息传输、信息处理与控制全过程,提升农业生产的智能化、精准化水平,从而创造新的价值和效率。
河北是农业大省,需要高度重视农业模型的研究开发,这是实现农业高质量发展的重要引擎和机遇。
仅从蔬菜产业来说,河北是蔬菜种植大省,蔬菜种植面积1200多万亩,种类多、茬口多、规模类型多、立地生态类型多样。但河北从事蔬菜种植的小农户比例大,经济附加值较低的露地蔬菜种植比例高,占70%以上,种植户蔬菜管理方式相对滞后,耗水量较大。
所以,无论从产业升级的需要,还是生态发展的需求,河北蔬菜种植管理模式都需要向精量、精准跨越,需要针对不同地域、不同蔬菜品种,开发多样化、个性化的农业模型。
跳出蔬菜产业,“农业+大模型”还能给河北现代农业众多领域提供丰富想象空间。
育种领域,大模型可以分析大量遗传数据和生长数据,帮助科学家和育种专家进行更准确的品种选育。
养殖领域,大模型可以监测和分析动物的生理和行为数据,为养殖户提供精确的饲养方案,提高养殖效率,降低疾病风险。
农产品市场分析领域,大模型可以分析市场数据,为农产品定价、市场趋势预测提供依据,帮助农民和企业做出决策。
…………
不过,农业场景复杂多变,“农业+大模型”在实际落地过程中并不轻松,需要进行数据收集与整合、模型定制化开发、算法与模型创新、技术集成与平台建设,还包括用户教育与市场推广、政策与资金支持、法规与标准制定等诸多层面形成合力。
河北发展“农业+大模型”,需要通盘考量,从体制机制到平台建设、人才储备等各个层面做足准备,以适应农业新质生产力的发展。
文/河北日报记者 李冬云
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