智慧灌溉技術(shù)優(yōu)化園林植物養(yǎng)護(hù)管理的實(shí)踐路徑

摘要：隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快和氣候變化加劇，園林綠地養(yǎng)護(hù)面臨水資源短缺、人工成本上升、生態(tài)要求提高等多重壓力。智慧灌溉技術(shù)集成物聯(lián)網(wǎng)、人工智能與園林生態(tài)知識，為實(shí)現(xiàn)植物精準(zhǔn)補(bǔ)水、資源高效利用提供了新方案?；诖耍疚闹攸c(diǎn)分析數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)決策、水肥藥協(xié)同調(diào)控等核心技術(shù)環(huán)節(jié)的實(shí)施路徑；繼而探討效能評估指標(biāo)體系的構(gòu)建方法，并從政策標(biāo)準(zhǔn)、資金技術(shù)、人才培養(yǎng)角度提出保障措施，以期為園林行業(yè)構(gòu)建智能養(yǎng)護(hù)體系提供參考。

　　關(guān)鍵詞：智慧灌溉；園林植物養(yǎng)護(hù)；精準(zhǔn)灌溉；管理協(xié)同

　　隨著城市綠地面積的持續(xù)擴(kuò)大，其養(yǎng)護(hù)管理面臨前所未有的挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)固定周期的人工灌溉難以精準(zhǔn)響應(yīng)植物實(shí)際需水變化，而人工成本的持續(xù)上升與專業(yè)化養(yǎng)護(hù)人才的稀缺，進(jìn)一步制約了綠地管護(hù)水平的提升。智慧灌溉技術(shù)的出現(xiàn)為園林植物科學(xué)養(yǎng)護(hù)提供了新的解決思路，該技術(shù)將實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測、植物生理需水模型與自動(dòng)化控制設(shè)備相結(jié)合，能夠基于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)灌溉量、灌溉時(shí)機(jī)的精準(zhǔn)判斷，不僅直接降低水、肥、人力等資源消耗，還通過穩(wěn)定適宜的土壤墑情保障植物健康生長，維持城市綠地的景觀效果與生態(tài)功能。當(dāng)前，智慧灌溉在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已有較成熟應(yīng)用，但城市園林植物種類多樣、栽植離散度高，且綠地開放性強(qiáng)、環(huán)境干擾多，設(shè)備須具備更高穩(wěn)定性與抗干擾能力。因此，探索適用于園林場景的智慧灌溉實(shí)施路徑及保障機(jī)制，對技術(shù)推廣具有現(xiàn)實(shí)緊迫性。

　　一、智慧灌溉技術(shù)介入園林養(yǎng)護(hù)的理論概述

　?。ㄒ唬┲腔酃喔燃夹g(shù)概念界定

　　智慧灌溉技術(shù)包含多個(gè)組件：土壤墑情傳感器作為系統(tǒng)的感知前端，能夠持續(xù)監(jiān)測土壤不同深度的水分含量與溫度變化；人工智能控制器負(fù)責(zé)整合來自傳感器、氣象站等多源數(shù)據(jù)，基于預(yù)設(shè)植物生長模型及實(shí)時(shí)算法分析生成灌溉決策指令；最終由水肥一體化終端設(shè)備執(zhí)行控制動(dòng)作，按需定量輸送[1]。這一技術(shù)體系重新定義了現(xiàn)代園林養(yǎng)護(hù)管理的內(nèi)涵，具體體現(xiàn)在以下方面：在水資源管理上，從粗放的定時(shí)澆灌轉(zhuǎn)向依據(jù)植物生理需求精準(zhǔn)補(bǔ)水；在養(yǎng)分調(diào)控上，由人工經(jīng)驗(yàn)判斷施肥轉(zhuǎn)向營養(yǎng)元素濃度與灌溉水的自動(dòng)配比輸送；在景觀維護(hù)上，避免植物缺水或灌水過量，保持植物群落健康生長，實(shí)現(xiàn)生態(tài)穩(wěn)定性與美學(xué)價(jià)值的協(xié)同平衡。

　　（二）園林養(yǎng)護(hù)的現(xiàn)實(shí)困境與技術(shù)介入必要性

　　當(dāng)前傳統(tǒng)園林養(yǎng)護(hù)存在水資源利用效率低下問題，大量灌溉用水被隨意施用，不僅導(dǎo)致水資源無效流失，還引發(fā)深層土壤結(jié)構(gòu)破壞。土壤過度灌溉會出現(xiàn)板結(jié)硬化，透氣性與保水性下降，最終導(dǎo)致土壤養(yǎng)分隨滲漏加速流失，植物生長環(huán)境持續(xù)惡化。同時(shí)，人力成本高也是一大管理瓶頸：人工巡檢無法覆蓋大規(guī)模綠地全域，養(yǎng)護(hù)決策的制定高度依賴個(gè)體經(jīng)驗(yàn)積累，難以系統(tǒng)響應(yīng)植物生長的周期性波動(dòng)，最終導(dǎo)致旱澇不均現(xiàn)象頻發(fā)，削弱植物抗逆能力。在水資源約束持續(xù)加劇的情況下，智慧灌溉系統(tǒng)可通過對土壤動(dòng)態(tài)含水量的精準(zhǔn)感知，實(shí)現(xiàn)對灌溉過程的差異化管理，這種資源優(yōu)化對緩解城市供水矛盾具有戰(zhàn)略意義[2]。此外，當(dāng)代城市居民對綠地生態(tài)品質(zhì)的要求已從單一綠化覆蓋率，轉(zhuǎn)向植物群落多樣性、景觀可視持續(xù)性和生態(tài)功能穩(wěn)定性等多重維度，傳統(tǒng)粗放管理難以支撐此類目標(biāo)，唯有通過技術(shù)手段才能實(shí)現(xiàn)園林系統(tǒng)在生態(tài)效益、美學(xué)價(jià)值與服務(wù)功能上的統(tǒng)一。

　　二、智慧灌溉技術(shù)優(yōu)化園林養(yǎng)護(hù)的實(shí)踐路徑

　?。ㄒ唬?gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)體系實(shí)現(xiàn)灌溉決策精準(zhǔn)化

　　智慧灌溉技術(shù)在園林養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用，需在關(guān)鍵區(qū)域布置多參數(shù)監(jiān)測設(shè)備，包括埋設(shè)于不同土層深度的土壤水分及溫度傳感器、用于測量植物水分運(yùn)輸效率的莖流儀，以及配套的微型氣象站。所有節(jié)點(diǎn)均采用低功耗設(shè)計(jì)配合高效傳輸協(xié)議，確保環(huán)境核心變量能夠高頻次收集并穩(wěn)定上傳至管理平臺[3]。數(shù)據(jù)匯集后，人工智能處理系統(tǒng)對各類信息進(jìn)行深度解析，判斷當(dāng)前植被所處發(fā)育階段及其理論需水量閾值；通過對實(shí)時(shí)土壤含水量與目標(biāo)值的匹配測算，決策引擎生成具體灌溉指令參數(shù)，為養(yǎng)護(hù)人員提供操作支持。此外，應(yīng)對名貴喬木、古樹名木單獨(dú)配置滴灌裝置與檢測終端，長期跟蹤單株植物的水量輸入與生長響應(yīng)數(shù)據(jù)，逐步細(xì)化優(yōu)化模型中的關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)局部區(qū)域植被存在生長滯后現(xiàn)象時(shí)，養(yǎng)護(hù)人員應(yīng)立即查看灌水曲線，結(jié)合土壤墑情傳感器歷史數(shù)據(jù)，快速核查是否存在灌溉強(qiáng)度未達(dá)植物生長需求、管道壓力不均導(dǎo)致配水偏差等問題，精準(zhǔn)定位滴灌頭堵塞、灌溉時(shí)長不足等具體誘因；反之，若植株出現(xiàn)爛根萎黃等狀況，可借助平臺觸發(fā)土壤水分溯源功能，查看近72小時(shí)內(nèi)該區(qū)域的灌溉頻次、單次灌水量及土壤含水量變化趨勢，同時(shí)聯(lián)動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)，排除降雨疊加灌溉導(dǎo)致的水分過載可能。

　?。ǘ┩苿?dòng)技術(shù)融合升級實(shí)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)流程一體化

　　在園林養(yǎng)護(hù)管理中，將水肥調(diào)控體系與灌溉系統(tǒng)融合可發(fā)揮更大作用。通過增設(shè)營養(yǎng)液自動(dòng)配比裝置，當(dāng)土壤監(jiān)測系統(tǒng)檢測到關(guān)鍵養(yǎng)分指標(biāo)降至預(yù)設(shè)臨界值以下時(shí)，智能灌溉系統(tǒng)將啟動(dòng)自動(dòng)配肥程序：首先依據(jù)當(dāng)前區(qū)域種植的植物品種特性及所處物候階段，精準(zhǔn)匹配數(shù)據(jù)庫中的標(biāo)準(zhǔn)化營養(yǎng)配方（每種配方均嚴(yán)格規(guī)定氮、磷、鉀等核心元素的構(gòu)成比例與目標(biāo)濃度范圍）；調(diào)配指令發(fā)出后，設(shè)備控制中心精確計(jì)算液態(tài)肥原液與灌溉水的混合比例，在混合裝置工作區(qū)，高濃度肥液儲存罐的計(jì)量泵按算法結(jié)果定量抽取原液，同時(shí)灌溉水路同步注入設(shè)定流量的清水，最終形成滿足目標(biāo)濃度要求的肥水溶液，通過管網(wǎng)定向輸送至養(yǎng)分缺乏區(qū)域。對于需精細(xì)管理的花圃及苗圃區(qū)域，安裝移動(dòng)配給終端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)不同分區(qū)采用差異化營養(yǎng)方案，同時(shí)避免重復(fù)布線，既減少肥料在傳統(tǒng)撒施過程中的揮發(fā)流失[4]，又避免元素在土壤中的化學(xué)固化，顯著提升養(yǎng)分傳遞效率。此外，需設(shè)計(jì)區(qū)域集雨系統(tǒng)，收集建筑屋頂及硬質(zhì)鋪裝地表徑流，經(jīng)多層物理過濾后引至蓄水池儲存；在景觀水池等區(qū)域引入水生植物凈化裝置，處理收集的雨水或其他生活再生水源，經(jīng)水質(zhì)檢測達(dá)標(biāo)后，由智能管網(wǎng)接入灌溉體系優(yōu)先使用，大幅減少清潔水源的消耗量。

　　（三）強(qiáng)化管理協(xié)同機(jī)制實(shí)現(xiàn)技術(shù)應(yīng)用長效化

　　智慧灌溉技術(shù)優(yōu)化園林養(yǎng)護(hù)需強(qiáng)化管理協(xié)同機(jī)制，具體須結(jié)合設(shè)備特性制定三級維保計(jì)劃：一是每季度對傳感器探頭進(jìn)行標(biāo)定校準(zhǔn)，消除電極氧化導(dǎo)致的測量漂移；二是每半年對整個(gè)系統(tǒng)回路進(jìn)行全面巡檢，重點(diǎn)排查管線連接密封性與閥門啟閉靈敏度；三是根據(jù)設(shè)備使用年限建立年度更換規(guī)劃表，在性能衰退期到來前完成更新。同步建立全生命周期電子檔案體系，每個(gè)監(jiān)測終端、執(zhí)行單元需綁定空間位置坐標(biāo)，詳細(xì)記錄安裝初期的基準(zhǔn)參數(shù)，并將每次維護(hù)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)、操作內(nèi)容、部件更換清單動(dòng)態(tài)更新入庫，當(dāng)設(shè)備報(bào)警時(shí)，運(yùn)維人員可即時(shí)調(diào)取歷史數(shù)據(jù)比對分析，迅速定位故障。技術(shù)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行同樣離不開人員支持，需定期開展分層次技術(shù)指導(dǎo)，重點(diǎn)培養(yǎng)管理人員對數(shù)據(jù)含義的解讀能力，使其理解不同植物根區(qū)水分熱力圖所反映的空間分布差異，以及莖流速率曲線呈現(xiàn)的生理活動(dòng)強(qiáng)度；在實(shí)地操作培訓(xùn)階段，演示傳感器拆裝保護(hù)要領(lǐng)、太陽能供電面板清潔規(guī)范及突發(fā)故障下的應(yīng)急處理技巧，組織參訓(xùn)者分析典型故障現(xiàn)象，帶領(lǐng)養(yǎng)護(hù)團(tuán)隊(duì)實(shí)地參觀先進(jìn)項(xiàng)目的設(shè)備布局方案與管道敷設(shè)方式，聆聽技術(shù)人員對設(shè)備選型及施工要點(diǎn)的講解，以此構(gòu)建可持續(xù)的運(yùn)維人才隊(duì)伍。

　　三、智慧灌溉技術(shù)應(yīng)用優(yōu)化保障

　?。ㄒ唬?gòu)建多維效能評估指標(biāo)體系

　　對智慧灌溉技術(shù)應(yīng)用效果的客觀衡量，需建立覆蓋多個(gè)管理目標(biāo)的綜合評估體系：首先關(guān)注資源使用的集約程度，包括水資源的投入產(chǎn)出效率，持續(xù)記錄單位綠地面積消耗的灌溉用水總量，衡量整個(gè)輸配水系統(tǒng)的浪費(fèi)情況；其次針對伴隨灌溉過程施用的肥料成分進(jìn)行計(jì)量，重點(diǎn)記錄在確保相同植物生長效果前提下，相比傳統(tǒng)人工撒施手段減少的化肥投入量，以及肥料元素被植物吸收利用的實(shí)際比例變化[5]。

　　除水肥要素外，系統(tǒng)運(yùn)行本身消耗的能源也是評估對象，主要涵蓋三大模塊：一是遍布園區(qū)的土壤傳感器網(wǎng)絡(luò)（需持續(xù)供電維持全天候數(shù)據(jù)采集）；二是各節(jié)點(diǎn)與中央控制器的無線數(shù)據(jù)交換（雖單次傳輸耗電較低，但頻繁的周期性信號同步仍積累成可觀能耗）；三是控制器（處理器運(yùn)算、存儲讀寫及外圍電路運(yùn)行形成穩(wěn)定負(fù)載）?？刹渴鸬凸膫鞲衅餍酒?，通過間歇喚醒機(jī)制減少空閑時(shí)段電力浪費(fèi)；選用太陽能互補(bǔ)供電設(shè)備，為分散式監(jiān)測點(diǎn)提供清潔能源補(bǔ)充。系統(tǒng)管理平臺需同步生成多維度能耗分析報(bào)告，按區(qū)域統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)灌溉面積綜合電耗，按設(shè)備類型拆分泵站、傳感器等關(guān)鍵單元的功率曲線，標(biāo)注異常耗電事件，通過橫向比對同類項(xiàng)目基準(zhǔn)值、縱向追蹤歷史周期耗電趨勢，精準(zhǔn)識別能效薄弱點(diǎn)。

　　管理系統(tǒng)運(yùn)行效能同樣需要量化分析，重點(diǎn)考查人力及時(shí)間資源的配置優(yōu)化情況，計(jì)算相同面積養(yǎng)護(hù)區(qū)域內(nèi)，因智能設(shè)備替代部分巡視作業(yè)而節(jié)約的人員配置數(shù)量；系統(tǒng)響應(yīng)效率也是重要觀察點(diǎn)，評估人員應(yīng)著重記錄從環(huán)境參數(shù)觸發(fā)預(yù)警閾值，到控制器發(fā)出執(zhí)行指令的時(shí)間差，該時(shí)段直接反映自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)對突發(fā)狀況的實(shí)際能力，上述指標(biāo)可體現(xiàn)智慧化管理提升工作流程順暢度的實(shí)際水平[6]。

　　園林景觀效果維持與生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定是智慧灌溉技術(shù)更深層的價(jià)值體現(xiàn)，評價(jià)這一維度需長期觀察區(qū)域植物的生存狀態(tài)，追蹤栽植植被的完整存活比例，證實(shí)水分精準(zhǔn)供給對提高植物抗逆性的作用；針對觀花類、色葉類植物，還需記錄關(guān)鍵觀賞表現(xiàn)期的起止時(shí)間長度，評估精細(xì)水肥調(diào)控對植物物候節(jié)律的優(yōu)化效果。此外，土壤肥力狀況也是重要觀察點(diǎn)，養(yǎng)護(hù)人員可定期在園林不同區(qū)域、不同土層取土樣，分析有機(jī)質(zhì)含量，判斷長期固定區(qū)域澆水是否維持土壤疏松透氣的健康結(jié)構(gòu)，防止土壤鹽分累積、板結(jié)退化。

　?。ǘ┘夹g(shù)落地的支撐保障體系

　　一是政策與標(biāo)準(zhǔn)保障。為促進(jìn)智慧灌溉技術(shù)在園林植物養(yǎng)護(hù)中持續(xù)發(fā)揮作用，相關(guān)部門需詳細(xì)規(guī)定系統(tǒng)各組件的部署標(biāo)準(zhǔn)：明確傳感器在典型綠地場景中的間距要求，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)具備代表性和可比性；規(guī)范數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钚☆l次，確保環(huán)境信息的即時(shí)性；將關(guān)鍵控制器件的運(yùn)行參數(shù)、應(yīng)急管理流程及網(wǎng)絡(luò)安全要求形成標(biāo)準(zhǔn)化文本，為設(shè)備選型及驗(yàn)收提供依據(jù)。

　　二是技術(shù)與資金保障。面對部分核心零部件依賴進(jìn)口或成本高企的問題，需組織產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)，聚焦適應(yīng)園林嚴(yán)苛環(huán)境的特種傳感器技術(shù)開發(fā)，重點(diǎn)提升其在嚴(yán)寒酷暑條件下的測量準(zhǔn)確性及電池續(xù)航能力；同時(shí)探索多主體共同參與的融資模式，一方面爭取財(cái)政預(yù)算設(shè)立固定專項(xiàng)，另一方面吸納社會資本參與項(xiàng)目建設(shè)及后期服務(wù)運(yùn)營，為大型園林改造項(xiàng)目提供持續(xù)資金支持。

　　三是人力與示范保障。人才培養(yǎng)需從專業(yè)教育源頭推進(jìn)，在高校園林相關(guān)課程體系中增設(shè)智能設(shè)備應(yīng)用內(nèi)容，涵蓋傳感器信號原理、數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)及基礎(chǔ)故障診斷知識，培育具備傳統(tǒng)植物學(xué)素養(yǎng)與現(xiàn)代信息操作技能的復(fù)合型技術(shù)人員；針對在職管理養(yǎng)護(hù)群體，開展階梯式培訓(xùn)：初級課程教授基礎(chǔ)設(shè)備操作技巧，幫助掌握移動(dòng)終端軟件界面導(dǎo)航及基礎(chǔ)警報(bào)識別；中級培訓(xùn)則訓(xùn)練學(xué)員理解灌溉執(zhí)行報(bào)告背后的模型邏輯，能夠根據(jù)植物葉面形態(tài)變化反向校驗(yàn)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置的合理性。此外，應(yīng)優(yōu)先在重點(diǎn)公園綠地打造集智能灌溉、水肥協(xié)同與雨水回用于一體的綜合展示區(qū)，組織區(qū)域園林單位實(shí)地考察設(shè)備布局方案與管道敷設(shè)方式，編制典型問題解決方案，建立技術(shù)顧問定期巡回指導(dǎo)制度，為園林植物養(yǎng)護(hù)智能化管理水平提升提供可靠參考經(jīng)驗(yàn)。

　　四、結(jié)語

　　綜上，智慧灌溉技術(shù)優(yōu)化園林植物養(yǎng)護(hù)管理，需借助多源傳感器實(shí)時(shí)感知環(huán)境變化，根據(jù)植物需水規(guī)律精準(zhǔn)灌溉，大幅減少資源浪費(fèi)；借助水肥藥一體化系統(tǒng)與雨水回收設(shè)施實(shí)現(xiàn)多環(huán)節(jié)協(xié)同增效；再配合嚴(yán)格的設(shè)備維護(hù)制度和人員培訓(xùn)機(jī)制，保障技術(shù)長期穩(wěn)定運(yùn)行，從而在節(jié)水、提效、降本的同時(shí)，提升園林生態(tài)可持續(xù)性。未來，智慧灌溉技術(shù)可進(jìn)一步融合數(shù)字孿生與AI大模型，實(shí)現(xiàn)灌溉方案的超前預(yù)判與自動(dòng)優(yōu)化，助力城市生態(tài)建設(shè)邁向更高水平。

文章來源：《農(nóng)業(yè)科技報(bào)》http://www.12-baidu.cn/w/sci/26919.html