基于物联网的水肥一体化技术

周 杰 杨景文 马 良 金 茁

（石河子大学信息科学与技术学院 新疆石河子 832000）

1 我国农业发展的现状

1.1 农业用水日益匮乏

当前中国的水资源日趋不足，淡水资源总量虽排名世界前列，但是人均水资源使用量十分稀少，仅维持在世界平均水平的1/4。除此之外由于地理和季节因素的影响，我国降水资源分布不均，存在南多北少的现状。而中国是水资源利用大国，农业用水量更是在我国水资源使用中占比较高。目前中国许多地区的农业用水主要依赖降水对农作物进行灌溉，这种方式难以满足农作物的生长要求。况且我国人口资源压力增大，土地荒漠化和耕地面积减少的形势不容乐观，环境污染等问题的显现，将对我国农业的发展造成严重的制约。同时当前中国工业化进程不断升级，用水量也大幅增大，我国的水资源利用率低，存在农田用水漫灌现象，这些因素进一步导致了农业用水缺口增大，因此改进农田灌溉技术，将推动农业产业焕发新的发展机遇[1]。

1.2 施肥不科学

肥料是农作物生长中必不可缺的因素，它含有农作物生长所必需的养分，也是提高农业产量的重要因素之一。中国化肥消费居世界首位,化肥利用率不高。由于施肥不当或施肥过量,浪费了大量肥料，导致土壤肥力较低，农作物对化肥的主要成分无法充分的吸收。残留肥料可能造成土壤结构破坏,污染地下水资源，使水体富营养化等环境问题。当前需要研究解决精确高效的施肥技术，以及土壤肥力对农作物的作用机制，掌握科学的灌溉施肥技术，改变以往的不精确施肥方式。在提高农作物产量的同时，合理使用化肥，降低对环境的污染，逐步向可持续化的绿色农业发展。

1.3 总结

由以上可得出，中国农业最主要有两大方面的问题，其一农业灌溉水量不足且农田水资源利用率低；其二施肥不精确不合理。实现农业的长远发展,需要提高农业水资源的利用率，降低化肥的浪费，因此我们需要实施精确灌溉施肥技术。使农业朝向精准化方向发展，将有利于减少资源浪费和环境污染，而这一过程必然离不开智能化灌溉施肥技术的应用[2]。

2 传统的水肥一体化技术

采用水肥一体化技术将有效的实现节水节肥。水肥一体化是将灌溉和施肥两者结合在一起实现同步控制，采用新型节水灌溉设施如滴灌等，把按一定比例配置的肥液提供给农作物吸收利用，可以根据农作物的养分需要适时高效的提供水肥配给。利用塑料管道将水肥同时准确的送往农作物的根部，有效的降低了水分在流经地表过程中的蒸发和渗漏。水肥一体技术相比于以前的用水漫灌、人工施肥是一次农业技术革新，改变了以往农业生产中农田灌溉、施肥不同时同步进行的缺点，将两者同步结合在一起实现了农业生产技术的变革[3]。因此，水肥一体化技术有着显著的优点：它能有效控制灌溉水量和化肥用量，它减少了灌溉用水的浪费,提高了水肥的利用效率,促进了农作物的生产和农业生产效率，有利于降低环境污染。水肥一体化技术也存在着一些缺点:当肥料溶于水后无法均匀的溶解，肥料中有某些成分例如钙离子、镁离子、碳酸氢盐可能形成沉淀，导致灌水器堵塞无法正常工作。而当前高新技术不断发展，将高新技术应运于农田灌溉施肥中，将有效解决传统灌溉施肥技术中的缺点，因此发展智能灌溉施肥技术将是农业发展新的方向。

3 农业物联网的技术应用与发展

3.1 国内外在农业物联网方面的应用与研究

物联网是在计算机和互联网之后近几年新发展起来的信息产业，它的主要功能是基于互联网的所有事物的互联，实现信息交换。农业领域物联网技术的发展和应用日益普遍，主要用于农业环境资源监控、农作物生长检测、农产品安全以及农业灾害预警等方面，中国也逐渐建立起了比较完善的农业监控系统。中国的农业物联网的发展正在逐步深入，相比于西方等农业产业比较完善的发达国家还是有一些不足。最近几年随着国家政策的支持，中国在农业物联网技术领域的研究取得显著的成果，用于探测土壤水分和温度的传感技术、精确控制等技术取得了突破。但是相关的农业技术产品存在性能不稳定、耗能较高与国外存在一定的差距。美国等西方国家在上世纪就建立农业网络数据系统，为物联网农业奠定了基础，农业自动控制技术也已经十分先进，农田监测利用智能无线技术可以实现对土壤水分温度监控，同时延伸此技术监测农作成熟情况的。因此西方等国家在农业物联网方面的应用已比较成熟。

3.2 基于物联网的水肥一体化技术

基于物联网的水肥一体化系统，使用自动化技术、计算机、传感技术等，通过传感器采集土壤湿度、PH值、温度、养分等信息，将这些数据上传到物联网云平台，使用云计算技术对数据加工、处理，灌溉控制系统做出智能化决策，将实现自动化控制灌溉施肥。根据农作物生长的营养需要、土壤湿度等信息，主动实现水肥均匀化搅拌，同时精准的实现灌溉施肥的时间和使用量[4]。因此，可以解决灌溉施肥中肥料溶解不充分不均匀的问题，除此之外还提高了精准施肥，降低了化肥的浪费和沉淀堵塞问题的发生，较大程度上降低了人力成本。

结语

在农业物联网的应用中基于物联网灌溉施肥技术，以传感技术和监控技术为基础，通过数据传输实现了农田状况的动态监测，提高了灌溉施肥精准度和合理化，能够及时检测土壤情况、农作物生长状态，按农作物养分需求实施自动化灌溉施肥。这一技术的使用解决了水资浪费和不合理化的施肥，实现了科学种植和对农田远程监控，降低劳动力成本,促进中国农业向精准化和智能化转变，解决了传统农业面临的问题与困境。同时为了实现高效的自动化灌溉施肥以及土壤温度监测等技术，应深入研究云计算大数据处理和模糊神经网络自动控制算法，不断的优化智能灌溉施肥技术。