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6月9日，第二届雄安未来之城场景汇系列大赛决赛中，参赛项目“基于VegSyst–DSS水肥智能管控系统”获得雄安智慧农业技术应用大赛设施种植技术赛道一等奖。
该项目以欧洲先进农业科研院校技术为依托，结合河北省农林科学院16年长期定位试验积累的14万条数据，研发适合华北地区设施蔬菜生产的水肥精准管控系统，并搭载智能水肥一体机推广应用。
水肥精准管控系统给出的决策方案，和过去的模式相比有什么不同？如何建立适合华北地区设施蔬菜的水肥管理大模型？智慧农业将给未来的设施蔬菜水肥管理带来哪些变革？记者对此进行了采访。
保定清苑水润佳禾农业科技园区试验站内的番茄长势喜人（摄于2025年4月22日）。 河北水润佳禾农业集团股份有限公司供图
■ 让水肥机像农技专家一样思考
6月30日，省农林科学院农业资源环境研究所（以下简称“省农科院资环所”），一场网络视频会议正在进行。
该所研究员王丽英、副研究员史建硕和河北水润佳禾农业集团股份有限公司（以下简称“水润佳禾”）总经理刘朝辉、算法工程师徐亮，正在讨论把蔬菜水肥管理技术“灌输”给智能水肥一体机的分阶段实施方案。
双方共同推动的是一个省重大国际科技合作项目，名为“基于VegSyst–DSS水肥智能管控系统”，项目去年8月立项。6月9日，该项目在第二届雄安未来之城场景汇系列大赛上，斩获雄安智慧农业技术应用大赛设施种植技术赛道一等奖。
“当前，应用在设施蔬菜水肥管理领域的水肥机，实现自动化没问题，但智能化不足。”王丽英说，项目的目标就是让智能水肥一体机可以像农技专家一样自主分析思考、下达指令，设施蔬菜可以按需获得水分和养分。
6月23日，保定清苑，水润佳禾农业科技园区试验站。
在试验站的智能水肥管控中心，高级农艺师朱立保点击智能水肥一体机的触摸屏，给试验站的大棚番茄灌溉施肥。
他选中灌溉区域，输入可溶性盐浓度、灌水时长、灌水总量等参数的数值，水肥机自动计算出该条件下A、B、C三个输肥通道所需肥料母液用量，随后灌溉程序启动自动配肥，水溶肥通过管网输送到番茄根部土壤中。
“这样的一台水肥机最多可以管理128个大棚的灌溉阀门，每天给多少水肥、分几次给，只需要提前设置好计划，它就可以自动执行，精准地把水肥‘喂’给棚里的蔬菜。”朱立保说。
这是水润佳禾自主研发的第三代水肥机，在精准控制上很出色，但必须有一位像朱立保这样懂农技的农艺师输入指令，它才能工作。
“不是所有的设施蔬菜生产都有农技人员指导。不靠农技人员水肥机也能工作，才是真正的智能化。”刘朝辉说，这项研究要解决的是未来谁来种地、如何科学种地的问题。
对于水润佳禾，这次合作带来的将是产品设备智能化水平的全面提升。而对于省农科院，这意味着农业技术推广模式的重大变革。
仅就蔬菜水肥管理技术而言，全省蔬菜播种面积620万亩，菜农数十万人，技术怎么推广落地，执行环节怎么把控核验，一直是农技专家面临的难题。
“几十年来，我们通过讲课把技术传授给基层农技人员，把技术要点印在‘明白纸’上发到农民手里，点对点传授。但教一百个菜农，有十个能听懂就是好的。”王丽英说，长期以来，菜农因为担心菜长不好习惯了大水大肥，这种观念很难转变。
菜农不好教，王丽英团队决定换一个思路，把技术教给水肥机。
从2024年下半年开始，王丽英团队开始关注世界各地蔬菜水肥管控大模型的开发，引入西班牙研发的土壤栽培体系养分决策支持系统VegSyst–DSS，对模型进行本地化校验，最终建立适合华北地区设施蔬菜水肥精准管控系统，并集成到智能水肥一体机中推广应用。
王丽英团队预测，项目落地后，较传统设施蔬菜水肥管理模式，水肥利用率提高42%，节水率达45%，将实现设施种植水肥供应精准调控与智能化管理。
6月23日，在位于石家庄市鹿泉区大河村的省农科院大河实验站，省农林科学院农业资源环境研究所副研究员史建硕介绍棚内的光照强度测量仪。河北日报记者 李冬云摄
■ 作物需要多少水肥就给多少
6月23日，石家庄市鹿泉区大河村，省农科院大河实验站。
史建硕正在黄瓜大棚里取样。他连根拔起一棵黄瓜秧，连同挂在秧上的黄瓜一起装入试验袋，标记好取样时间、地点，准备带回实验室烘干，测定作物的干物重和养分含量。
棚里新加装的小型气象站正在工作。它收集的光照、温度、湿度等数据，史建硕可以通过手机实时查看。
每半个月，史建硕就要到棚内采集一次植株样品，测定干物重和养分含量，用来校验作物的生长模型。
光照，是王丽英团队借鉴西班牙水肥智能管控模型引入的新试验参数。过去，他们主要关注土壤和作物养分积累的关系，缺乏气象—作物生长—土壤数据的融合分析。
光合作用下作物才能积累养分。在给定作物理想的水肥条件下，光照因素就成为作物能够长多大的决定性因素。
“晴天比阴天，作物能吸收合成更多的养分，所以遇到阴天，水肥机就可以相比于晴天少给一些肥料，因为给多了作物也‘吃’不了。”史建硕说。
除了作物生长模型，王丽英团队还要校验适合华北本地的水分蒸散模型、有机肥矿化模型、土壤氮素矿化模型，这些大数据模型服务于一个共同的目标：作物每日需要多少水肥，就给多少，最大限度实现水肥供需的平衡。
河北目前普遍采用的设施蔬菜水肥管理模式，是根据作物生长期分段管理的。如果这个项目落地，将使蔬菜水肥走向真正的精细化管理。
“所谓按作物生长期管理，看这个表格一目了然。”王丽英在电脑上打开一张图表，图中横轴是黄瓜120天的生长周期，分为幼苗期、生长期、开花期、结果期、成熟期五段，纵轴是对应五个时期的氮肥指导施用量。
每个时期大约二三十天，给定一个施肥总量。至于菜农是一次施肥，还是分成几次，全凭个人经验。氮肥施用量指导方案中并没有细化。
水肥这样类似“批发供给”的管理模式，是基于长期以来蔬菜种植管理的现实——要考虑用工成本。“我们不能让菜农一天一配肥、一天一浇地，这太繁琐了，技术根本推不下去。”王丽英说。
但水肥机可不嫌繁琐，这种更像“零售”的水肥管理模式，机器可以不折不扣地执行。
“如果把未来我们输给水肥机的水肥智能管控模型呈现在表格上，将不再是传统的阶梯形，而是平滑的曲线。”王丽英说。
其实，要建立一个水肥智能管控系统，来自土壤的参数变量才是最复杂的。
不过，在土壤肥料研究上，省农科院资环所却积累了比西班牙的大模型更长期详实的数据。资环所在改名之前，就叫土壤肥料研究所。
“土壤是建立大模型的一个‘干扰’因素，不同地区土壤肥力不同，就需要对应给出不同的施肥方案。”王丽英说，其中氮肥的供应方案，受土壤肥力和灌溉的影响最大。
比起磷、钾，氮是个“活跃分子”，它会随着土壤灌水淋失，一部分还会变为气态损失掉。不同土壤肥力下，土壤基础含氮量不同，同一作物不同茬口氮的需求也不同。沟灌、滴灌不同灌溉方式下，氮的淋失量也不同。
“16年的长期定位试验，我们积累了14万条养分管理数据，这些可以支撑我们把不同条件下土壤的养分供应、作物的生长模型、作物的养分吸收等摸清楚。”王丽英说。
目前，王丽英团队掌握数据最多的作物是黄瓜和番茄，也是河北种植面积最大的两类蔬菜。团队就先从这两类蔬菜入手，建立适合华北本地的黄瓜、番茄水肥管理模型。
6月25日，省农林科学院农业资源环境研究所研究员王丽英通过实验测定蔬菜作物中钾含量。 河北日报记者 李冬云摄
■ 从管理蔬菜变为管理水肥机
6月23日，省农科院资环所，王丽英从电脑上调出2015年做的全省设施黄瓜、设施番茄氮、磷、钾施用量调查数据图表。
图表中，无论黄瓜还是番茄，氮磷钾的施用量都超出实际需求一倍甚至两倍以上。
施肥严重超量的情况，在近十年有所改观，但主要原因除了菜农施肥观念的改变，也受化肥价格提高的影响。从种菜成本考虑，菜农才减少了施用量。
“大部分菜农依然是凭感觉浇水、施肥。”王丽英说。
盲目超量施肥，使得河北设施蔬菜氮磷钾利用率长期处在一个低值水平，造成大量的浪费。同时，土壤养分失衡，产生次生盐渍化。
以氮肥为例，采用沟灌的普通种植户大棚里，作物氮肥利用率平均只有15%，采用滴灌也只有30%，而省农科院的试验田能达到40%，欧洲的平均水平是55%。
“超量施用的氮肥，造成黄瓜、番茄叶子疯长，产量却不增。大部分氮肥随着水冲走，流到附近河流后，还会造成水体的富营养化。”王丽英说。
而如果把科学的水肥管理模式教给智能水肥一体机，机器可以按天给出浇水、施肥的推荐值，从根源上减少肥料的浪费和对环境的污染。
同时，蔬菜种植户的身份也将发生转变，从管理种菜变为管理水肥机。
6月23日，水润佳禾农业科技园区试验站的番茄大棚里，工人们正在采摘。
在有水肥机自动灌溉的条件下，试验站30多个大棚，还要长期雇佣十几个工人，而在普通蔬菜种植户家中，菜地就更离不开人。
蔬菜管理需要的时间精力，远大于大田的玉米、小麦。
“小麦、玉米可以一个月浇一次水，但设施蔬菜几乎每天都要浇水。”朱立保说，有了智能水肥一体机，规模化的设施蔬菜种植可以节省很多人力。
还有一种情况，是种番茄的菜农因为不懂怎么种黄瓜，所以年复一年只种番茄，尽管番茄和黄瓜轮种更科学。菜农因没有相关技术而不敢转型尝试的顾虑，也可以由水肥机解决。
“未来种菜将变得很简单，菜农只要输入作物品种、土壤肥力等基本参数，大模型自动采集气象、土壤数据进行分析运算，然后生成水肥管理方案，菜农只需要按一下执行键即可。”朱立保说。
和过去的经验方案不同，这是一份实实在在“看天种地”的即时方案。水肥机会根据每日天气随机应变。
智能水肥一体机推广应用后，还将变成大数据采集机，进一步反哺蔬菜的水肥管理研究。
在水润佳禾数字农业管理平台上，联网管理着全国各地180余个设施农业园区、158个大田项目，接入了986台水肥机、3119套智能控制设备、643套环境采集设备。
“目前，这些农业项目大部分是利用基质进行无土栽培的，未来水肥机如果能够给出土壤栽培的水肥精准管理方案，普及率一定会更高。”刘朝辉说。
农业研究，没有数据就像做饭无米下锅。省农科院的试验田面积有限、人手有限，加载了水肥智能管控系统的水肥机，就成为数据收集站。
“海量的数据，可以帮助我们进一步校验、训练水肥智能管控系统的适用性，让它更加智能。”王丽英说。（河北日报记者 李冬云）
河北水润佳禾农业集团股份有限公司开发的数字农业管理平台，管理员可以通过该平台进行气象、土壤等数据监测，并对农作物进行水肥管控（摄于2025年6月23日）。 河北日报记者 李冬云摄
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