李喜旺 阳国发 宾俊

摘要    由于传统烟叶生产的粗放性，很难对田间施肥实行精准控制。探讨“互联网+”烟叶田间养分精准管理，就是通过“互联网+”的物联网、大数据等技术，收集、分析每块土地的养分背景值、种植年限、种植品种等历史数据与关联性，构建田间养分走势与规律模型，按地块建立土壤养分数据库，实现对养分的精准测算并调配出针对性的配方肥料，从而实现精准施肥。应用效益表明基于“互联网+”的烟田养分精准管理平台能有效减少农户施肥时间、减少肥料用量、提高肥料的利用率、提高烟农收益。

关键词    烟叶生产;“互联网+”;田间养分;精准施肥

中图分类号    S527.061        文献标识码    A        文章编号   1007-5739（2019）12-0254-02

肥料是农作物的“粮食”，肥料施用不合理会增加农业生产成本、浪费资源，也造成耕地板结、土壤酸化。测土配方施肥法如同“按方抓药”，对促进化肥减量增效有十分重要的作用。而传统配肥采用大配方方法，数据相对粗放，精准用肥难以实现，其关键在于难以实时实地掌握每块土地的养分背景值[1-2]。为了对烟区实施定位、定量的田间养分管理，有研究利用GPS技术定位取样结合GIS技术进行土壤养分分析和管理[3-5]。尽管上述研究能在一定程度上给烟农推荐合适的施肥配方，但是也存在大量计算过程，每年度都要重新取样测量、烟农无法单独完成。因此，利用“互联网+”技术搭建的烟田养分精准管理系统，能够将每块土地的养分值提前输入平台，按地块建立土壤养分数据库，依托大数据技术，通过对历史数据的收集与关联性分析，可以掌握其中的走势与规律，在此基础上构建计算模型，实现精准测算。在施肥时，通过定位技术获取每块土地的养分状况，平台根据模型智能测算并调配出针对性配方肥料，从而实现精准施肥[6-8]。

1    传统烟田养分管理及存在的问题

众所周知，农田养分的区域差异很大，这种差异在山区体现得尤为明显。但由于缺少不同区域烟田土壤养分的背景值，长期以来，农民都以平均养分为参考值，实施粗放性施肥，这种养分管理的方式存在在以下问题。一是配方粗放、肥料利用率不高。由于没有完全掌握不同地块的土壤养分背景值，以致于无法设计精准肥料配方，不能针对不同地块养分实现施肥量差异化调整，对作物营养均衡不利。二是以人工施肥为主、费工费时。由于缺乏与施肥机械结合的科学决策和精准施肥技术平台，无法大量实施与地形地貌条件相结合的机械化施肥，且缺少智能手段计算、调控施肥量。

2    基于“互联网+”的烟田养分精准管理模式

基于“互联网+”的烟田养分精准管理平台，就是通过“互联网+”的物联网、大数据等技术，收集、分析每块土地的背景养分值、种植年限、种植品种、烟农施肥行为等历史数据的关联性，掌握其中的走势与规律，在此基础上构建计算模型，实现对田间养分的精准测算，根据测算结果推荐最适宜的施肥配方。

2.1    模块设计

通过对大量农户进行调查，分析不同种植条件下烟农施肥行为和心理，结合贵州典型山区烟草行业农业生产条件和生产规模，构建在分散经营与适度规模条件下的烟叶生产精准施肥技术平台，模块设计如下。

2.1.1    分散经营条件下的精准施肥技术平台。分散经营条件下，即连片种植规模<13.3 hm2、片区内农户较多，可采用依托智能手机或智能PDA的烟草施肥APP，平台包括施肥技术信息库（烟草生育周期与养分吸收曲线模型、烟草适生性评价参数及模型、烟草养分需求参数及模型、施肥方案、施肥方法、推荐施肥卡参数），信息数据库（土壤、栽培管理和生态条件等方面信息采集并建立数据库），施肥技术决策和基于WebGIS的网络信息发布等模块和功能，可以实时了解地块的土壤养分状况并对施肥过程进行指导，技术路线见图1。

2.1.2    适度规模条件下的精准施肥技术平台。适度规模条件下，即连片种植规模>200 hm2，可采用基于处方的变量施肥机施肥，具体包含2个执行模块：施肥处方生成模块和施肥处方执行模块。施肥处方生成模块通过获取GPS位置信息，从后台调用土壤养分数据，依据施肥模型生成肥料用量;施肥处方执行模块实现与作物需求同步的精确肥料投入，矫正排肥量偏差，实现变量施肥与土壤空间变异同步的精确施肥。适度规模条件下的施肥平台技术路线见图2。

2.2    运作流程

针对分散经营条件下的贵州典型烟区农村条件，采用精准养分管理手持APP终端，将烟草施肥各管理单元、各管理环节及具体管理措施等信息传递给农民，提供施肥决策服务，指导农户开展精准施肥。其具体操作流程如下：用户依据配发的手持APP，一是启动软件，在即将准备施肥作业的田塊打开手持终端、启动APP;二是点选施肥区域，依据后台已采集好的施肥区域信息点选施肥区域，便于开展针对性施肥操作;三是肥料参数设置，针对所在的施肥区域进行参数设置，科学合理地设置好肥料参数，便于精准肥料投入;四是施肥配方调整，用户依据所选肥料类型在用户端修改肥料名称，系统便实时展示其肥料各养分含量情况，以对施肥配方进行调整;五是新建分级，继续点选新建分级，依据平台的施肥技术信息库中烟草养分需求参数及模型等功能，生成推荐分级，便于肥料精准投入;六是推荐施肥方案，用户按照操作流程完成以上步骤后，即整合了参数获取、决策平台和管理技术，集成了烟区生态环境数据库与烟草施肥专家模型库，从而生成推荐施肥方案，并直观地推荐给用户。

针对适度规模经营条件下的烟地，采用配套研发的烟草精准施肥机实现施肥决策与服务的一体化。具体操作流程如下：用户采用基于处方的变量施肥机施肥，一是启动控制器，用户将电源开关打开后，控制器加电，施肥指示灯亮起，精准施肥控制系统启动，在此同时用户需检查电池电量、定位模式、GPS状态及电机状态显示等，以确保正常;二是加载施肥控制文件，将存有施肥控制文件的移动存储设备插入USB接口，平台系统将载入地图和数据，GPS便自动搜索信号，定位当前位置;三是施肥，用户点选启动/暂停键，此时施肥指示灯灭掉表示开始施肥的状态;四是施肥结束，用户点选启动/暂停键，此时施肥指示灯亮起表示处于停止施肥的状态;五是退出精准施肥控制系统，点选后退键（或菜单键，选择退出），确定退出精准施肥控制系统;六是关闭控制器，用户将电源开关拨到关闭位置，将控制器关闭，精准变量施肥即结束。

2.3    优化效果

2015—2017年基于“互联网+”的烟田养分精准管理平台累计推广面积11.4万hm2，取得了比较显著的经济社会效益。

平台应用后，在精准决策施肥和服务一体化方面，施肥减少了公顷平均用工，使用研发的配套精准施肥机平均可节约用工22.5个/hm2。

比较精准配方与传统配方施肥结果可知，应用精准施肥管理平台推荐施肥配方的肥料价格平均节约222元/t，减少肥料投入成本9.51%，平均至少可少投入肥料40.5 kg/hm2。

促进烟株营养平衡，提高烟叶田间整齐度，改善烟叶化学成分均匀性，提高烟叶质量。以遵义县鸭溪示范点为例（表1），与农户习惯施肥模式相比，精准配方施肥可增加株高、茎围、中部最大叶面积和顶叶面积，株高也略有增加。

该平台有效减少了肥料投入费用，按2015—2017年平均3.3元/kg基肥计，3年累计节约肥料投入1 523.52万元（表2）。

3    结语

基于“互联网+”技术搭建的烟田养分精准管理系统，通过对烟田历史数据的收集与关联性分析，构建了田间养分变化规律模型，实现对土壤肥力的精准测算，推荐最佳的施肥配方。通过田间示范，应用烟田养分精准管理系统能够减少农户施肥时间、减少肥料用量、提高肥料的利用率、改善农田水污染风险，有良好的生态、经济、社会效益，符合国家生态环境改善要求，具有广阔的应用发展空间。

4    参考文献

[1] 夏海乾，孟琳，石俊雄，等.精准施肥技术在烟草上的应用[J].西南农业学报，2011，24（6）：2263-2269.

[2] 蔣卫，冯娅，霍沁建.精准施肥技术在遵义县烟草上的应用研究[J].耕作与栽培，2011（3）：12-13.

[3] 王强，马友华，胡宏祥，等.基于GIS与GPS的中国农村精准施肥的方法研究[J].中国农学通报，2006，22（7）：524-529.

[4] 陈胜利，乔红波，王红旗，等.基于GIS和GPS的烟田养分管理[J].烟草科技，2007（2）：58-62.

[5] 张鑫.基于GIS的烟田养分管理与施肥推荐系统的设计与开发[D].南昌：江西农业大学，2013.

[6] 何山，孙媛媛，沈掌泉，等.大数据时代精准施肥模式实现路径及其技术和方法研究展望[J].植物营养与肥料学报，2017，23（6）：1514-1524.

[7] 徐友伟，尼玛扎西，刘国一，等.精准施肥专家数据库咨询系统构建初探[J].西藏农业科技，2009，31（3）：31-36.

[8] 樊艳英，张自敏，陈冠萍，等.基于物联网的精准农业玉米长势监测分析系统研究[J].农机化研究，2018，40（8）：223-227.