雄安未來之城場景匯丨智能管控，讓種菜變得簡單

6月9日，第二屆雄安未來之城場景匯系列大賽決賽中，參賽項目“基于VegSyst–DSS水肥智能管控系統”獲得雄安智慧農業技術應用大賽設施種植技術賽道一等獎。

該項目以歐洲先進農業科研院校技術為依托，結合省農林科學院16年長期定位試驗積累的14萬條數據，研發適合華北地區設施蔬菜生產的水肥精準管控系統，并搭載智能水肥一體機推廣應用。

水肥精準管控系統給出的決策方案，和過去的模式相比有什么不同？如何建立適合華北地區設施蔬菜的水肥管理大模型？智慧農業將給未來的設施蔬菜水肥管理帶來哪些變革？記者對此進行了采訪。

保定清苑水潤佳禾農業科技園區試驗站內的番茄長勢喜人（攝于2025年4月22日）。　河北水潤佳禾農業集團股份有限公司供圖

■　讓水肥機像農技專家一樣思考

6月30日，省農林科學院農業資源環境研究所（以下簡稱“省農科院資環所”），一場網絡視頻會議正在進行。

該所研究員王麗英、副研究員史建碩和河北水潤佳禾農業集團股份有限公司（以下簡稱“水潤佳禾”）總經理劉朝輝、算法工程師徐亮，正在討論把蔬菜水肥管理技術“灌輸”給智能水肥一體機的分階段實施方案。

雙方共同推動的是一個省重大國際科技合作項目，名為“基于VegSyst–DSS水肥智能管控系統”，項目去年8月立項。6月9日，該項目在第二屆雄安未來之城場景匯系列大賽上，斬獲雄安智慧農業技術應用大賽設施種植技術賽道一等獎。

“當前，應用在設施蔬菜水肥管理領域的水肥機，實現自動化沒問題，但智能化不足。”王麗英說，項目的目標就是讓智能水肥一體機可以像農技專家一樣自主分析思考、下達指令，設施蔬菜可以按需獲得水分和養分。

6月23日，保定清苑，水潤佳禾農業科技園區試驗站。

在試驗站的智能水肥管控中心，高級農藝師朱立保點擊智能水肥一體機的觸摸屏，給試驗站的大棚番茄灌溉施肥。

他選中灌溉區域，輸入可溶性鹽濃度、灌水時長、灌水總量等參數的數值，水肥機自動計算出該條件下A、B、C三個輸肥通道所需肥料母液用量，隨后灌溉程序啟動自動配肥，水溶肥通過管網輸送到番茄根部土壤中。

“這樣的一臺水肥機最多可以管理128個大棚的灌溉閥門，每天給多少水肥、分幾次給，只需要提前設置好計劃，它就可以自動執行，精準地把水肥‘喂’給棚里的蔬菜。”朱立保說。

這是水潤佳禾自主研發的第三代水肥機，在精準控制上很出色，但必須有一位像朱立保這樣懂農技的農藝師輸入指令，它才能工作。

“不是所有的設施蔬菜生產都有農技人員指導。不靠農技人員水肥機也能工作，才是真正的智能化。”劉朝輝說，這項研究要解決的是未來誰來種地、如何科學種地的問題。

對于水潤佳禾，這次合作帶來的將是產品設備智能化水平的全面提升。而對于省農科院，這意味著農業技術推廣模式的重大變革。

僅就蔬菜水肥管理技術而言，全省蔬菜播種面積620萬畝，菜農數十萬人，技術怎么推廣落地，執行環節怎么把控核驗，一直是農技專家面臨的難題。

“幾十年來，我們通過講課把技術傳授給基層農技人員，把技術要點印在‘明白紙’上發到農民手里，點對點傳授。但教一百個菜農，有十個能聽懂就是好的。”王麗英說，長期以來，菜農因為擔心菜長不好習慣了大水大肥，這種觀念很難轉變。

菜農不好教，王麗英團隊決定換一個思路，把技術教給水肥機。

從2024年下半年開始，王麗英團隊開始關注世界各地蔬菜水肥管控大模型的開發，引入西班牙研發的土壤栽培體系養分決策支持系統VegSyst–DSS，對模型進行本地化校驗，最終建立適合華北地區設施蔬菜水肥精準管控系統，并集成到智能水肥一體機中推廣應用。

王麗英團隊預測，項目落地后，較傳統設施蔬菜水肥管理模式，水肥利用率提高42%，節水率達45%，將實現設施種植水肥供應精準調控與智能化管理。

6月23日，在位于石家莊市鹿泉區大河村的省農科院大河實驗站，省農林科學院農業資源環境研究所副研究員史建碩介紹棚內的光照強度測量儀。河北日報記者　李冬云攝

■　作物需要多少水肥就給多少

6月23日，石家莊市鹿泉區大河村，省農科院大河實驗站。

史建碩正在黃瓜大棚里取樣。他連根拔起一棵黃瓜秧，連同掛在秧上的黃瓜一起裝入試驗袋，標記好取樣時間、地點，準備帶回實驗室烘干，測定作物的干物重和養分含量。

棚里新加裝的小型氣象站正在工作。它收集的光照、溫度、濕度等數據，史建碩可以通過手機實時查看。

每半個月，史建碩就要到棚內采集一次植株樣品，測定干物重和養分含量，用來校驗作物的生長模型。

光照，是王麗英團隊借鑒西班牙水肥智能管控模型引入的新試驗參數。過去，他們主要關注土壤和作物養分積累的關系，缺乏氣象—作物生長—土壤數據的融合分析。

光合作用下作物才能積累養分。在給定作物理想的水肥條件下，光照因素就成為作物能夠長多大的決定性因素。

“晴天比陰天，作物能吸收合成更多的養分，所以遇到陰天，水肥機就可以相比于晴天少給一些肥料，因為給多了作物也‘吃’不了。”史建碩說。

除了作物生長模型，王麗英團隊還要校驗適合華北本地的水分蒸散模型、有機肥礦化模型、土壤氮素礦化模型，這些大數據模型服務于一個共同的目標：作物每日需要多少水肥，就給多少，最大限度實現水肥供需的平衡。

河北目前普遍采用的設施蔬菜水肥管理模式，是根據作物生長期分段管理的。如果這個項目落地，將使蔬菜水肥走向真正的精細化管理。

“所謂按作物生長期管理，看這個表格一目了然。”王麗英在電腦上打開一張圖表，圖中橫軸是黃瓜120天的生長周期，分為幼苗期、生長期、開花期、結果期、成熟期五段，縱軸是對應五個時期的氮肥指導施用量。

每個時期大約二三十天，給定一個施肥總量。至于菜農是一次施肥，還是分成幾次，全憑個人經驗。氮肥施用量指導方案中并沒有細化。

水肥這樣類似“批發供給”的管理模式，是基于長期以來蔬菜種植管理的現實——要考慮用工成本。“我們不能讓菜農一天一配肥、一天一澆地，這太繁瑣了，技術根本推不下去。”王麗英說。

但水肥機可不嫌繁瑣，這種更像“零售”的水肥管理模式，機器可以不折不扣地執行。

“如果把未來我們輸給水肥機的水肥智能管控模型呈現在表格上，將不再是傳統的階梯形，而是平滑的曲線。”王麗英說。

其實，要建立一個水肥智能管控系統，來自土壤的參數變量才是最復雜的。

不過，在土壤肥料研究上，省農科院資環所卻積累了比西班牙的大模型更長期詳實的數據。資環所在改名之前，就叫土壤肥料研究所。

“土壤是建立大模型的一個‘干擾’因素，不同地區土壤肥力不同，就需要對應給出不同的施肥方案。”王麗英說，其中氮肥的供應方案，受土壤肥力和灌溉的影響最大。

比起磷、鉀，氮是個“活躍分子”，它會隨著土壤灌水淋失，一部分還會變為氣態損失掉。不同土壤肥力下，土壤基礎含氮量不同，同一作物不同茬口氮的需求也不同。溝灌、滴灌不同灌溉方式下，氮的淋失量也不同。

“16年的長期定位試驗，我們積累了14萬條養分管理數據，這些可以支撐我們把不同條件下土壤的養分供應、作物的生長模型、作物的養分吸收等摸清楚。”王麗英說。

目前，王麗英團隊掌握數據最多的作物是黃瓜和番茄，也是河北種植面積最大的兩類蔬菜。團隊就先從這兩類蔬菜入手，建立適合華北本地的黃瓜、番茄水肥管理模型。

6月25日，省農林科學院農業資源環境研究所研究員王麗英通過實驗測定蔬菜作物中鉀含量。河北日報記者李冬云攝

■　從管理蔬菜變為管理水肥機

6月23日，省農科院資環所，王麗英從電腦上調出2015年做的全省設施黃瓜、設施番茄氮、磷、鉀施用量調查數據圖表。

圖表中，無論黃瓜還是番茄，氮磷鉀的施用量都超出實際需求一倍甚至兩倍以上。

施肥嚴重超量的情況，在近十年有所改觀，但主要原因除了菜農施肥觀念的改變，也受化肥價格提高的影響。從種菜成本考慮，菜農才減少了施用量。

“大部分菜農依然是憑感覺澆水、施肥。”王麗英說。

盲目超量施肥，使得河北設施蔬菜氮磷鉀利用率長期處在一個低值水平，造成大量的浪費。同時，土壤養分失衡，產生次生鹽漬化。

以氮肥為例，采用溝灌的普通種植戶大棚里，作物氮肥利用率平均只有15%，采用滴灌也只有30%，而省農科院的試驗田能達到40%，歐洲的平均水平是55%。

“超量施用的氮肥，造成黃瓜、番茄葉子瘋長，產量卻不增。大部分氮肥隨著水沖走，流到附近河流后，還會造成水體的富營養化。”王麗英說。

而如果把科學的水肥管理模式教給智能水肥一體機，機器可以按天給出澆水、施肥的推薦值，從根源上減少肥料的浪費和對環境的污染。

同時，蔬菜種植戶的身份也將發生轉變，從管理種菜變為管理水肥機。

6月23日，水潤佳禾農業科技園區試驗站的番茄大棚里，工人們正在采摘。

在有水肥機自動灌溉的條件下，試驗站30多個大棚，還要長期雇傭十幾個工人，而在普通蔬菜種植戶家中，菜地就更離不開人。

蔬菜管理需要的時間精力，遠大于大田的玉米、小麥。

“小麥、玉米可以一個月澆一次水，但設施蔬菜幾乎每天都要澆水。”朱立保說，有了智能水肥一體機，規模化的設施蔬菜種植可以節省很多人力。

還有一種情況，是種番茄的菜農因為不懂怎么種黃瓜，所以年復一年只種番茄，盡管番茄和黃瓜輪種更科學。菜農因沒有相關技術而不敢轉型嘗試的顧慮，也可以由水肥機解決。

“未來種菜將變得很簡單，菜農只要輸入作物品種、土壤肥力等基本參數，大模型自動采集氣象、土壤數據進行分析運算，然后生成水肥管理方案，菜農只需要按一下執行鍵即可。”朱立保說。

和過去的經驗方案不同，這是一份實實在在“看天種地”的即時方案。水肥機會根據每日天氣隨機應變。

智能水肥一體機推廣應用后，還將變成大數據采集機，進一步反哺蔬菜的水肥管理研究。

在水潤佳禾數字農業管理平臺上，聯網管理著全國各地180余個設施農業園區、158個大田項目，接入了986臺水肥機、3119套智能控制設備、643套環境采集設備。

“目前，這些農業項目大部分是利用基質進行無土栽培的，未來水肥機如果能夠給出土壤栽培的水肥精準管理方案，普及率一定會更高。”劉朝輝說。

農業研究，沒有數據就像做飯無米下鍋。省農科院的試驗田面積有限、人手有限，加載了水肥智能管控系統的水肥機，就成為數據收集站。

“海量的數據，可以幫助我們進一步校驗、訓練水肥智能管控系統的適用性，讓它更加智能。”王麗英說。（河北日報記者 李冬云）

河北水潤佳禾農業集團股份有限公司開發的數字農業管理平臺，管理員可以通過該平臺進行氣象、土壤等數據監測，并對農作物進行水肥管控。（攝于2025年6月23日）河北日報記者李冬云攝

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來源 | 河北日報客戶端

編輯 | 趙浩伊 實習編輯 | 劉冰