农业物联网与水肥一体化技术＊

2019-11-30柴林杰刘宝周杰

科技与创新 2019年17期

柴林杰，刘宝，周杰

农业物联网与水肥一体化技术＊

柴林杰，刘宝，周杰

（石河子大学信息科学与技术学院，新疆石河子 832003）

在过去的几年里，中国农业的发展得到了国家和政府的重视。在农业高速发展的背景下，很多问题也慢慢显露了出来，其中水资源和化学肥料的浪费问题、施肥过后农作物化学物质残余过量的问题已经严重影响了中国农业的进步与发展。为此，将农业生产与信息化技术相结合已经成为了新时代农业发展的趋势。把物联网技术更好地应用在水肥一体化中，这对中国的信息化农业发展来说意义重大。

农业物联网；水肥一体化；滴灌；水肥比例

迄今为止，中国的农业发展已经获得了显著的成效。在中国，粮食栽种面积大、粮食产量高等现状已经满足了中国人民群众的温饱需求。但在果蔬等农产品的产量和品质方面，中国的发展仍落后于西方国家。为了提高中国农业发展的水平，这就需要中国高效地把物联网技术与农业发展结合起来。粮食、果蔬等作物成长所需要的土壤或空气中的情况会对最终的产量和品质起到关键作用，特别是作物生长环境中的温湿度、光照和营养成分等要素更是直接决定了农作物生长情况的好坏。利用现代的科学信息技术把物联网和农业生产相结合，达成一种新颖的水肥一体化处理方式，然后对农作物的生长环境进行实时监测，并将得到的结果传输到网络端供相关人员查询，再根据网络端的大数据算法计算出作物最适合生长的环境条件，实现农业生产的信息化处理。在物联网平台上实现的水肥一体化技术有着良好的发展远景，加速了传统农业向信息化、自动化农业发展的进程。

1 国内外研究现状

美国是最先发展物联网技术的国家，这个概念最先由美国麻省理工学院提出。物联网并没有明确的含义，在不同的使用场景中，它所代表的意义也是不同的。但不同物联网技术的基本理论是大致一样的，它是一个结合了多个技术的综合平台，例如通信技术、信息技术、传感器网络等[1]。

20世纪50年代以后，欧美的很多国家开始着手发展温室大棚内农作物的栽种工作，然后大量的实践推广[2]。如今，西方国家在信息化农业生产、农作物自动互化管理等方面的技术已经相当成熟。在荷兰，大棚农作物的生产管理技术在国际上总是走在前沿，他们所发明的温室大棚信息化管理模式和自动化浇灌设备均得到了其他国家的肯定，并且被大量使用[3]。法国能够利用天气传感器和卫星观测，提前预知可能会到来的病虫害，然后提醒群众采取预防措施[4]。信息化的牲畜养殖管理系统在很多欧美国家已经被大量使用，该系统可以自动完成饲料和水的投喂工作，实时监控动物的健康状态，并在必要时候进行警示。

国内研究温室大棚自动化的进程较慢，对农业物联网技术的研究也相对迟缓[5]。初期的尝试，因为技术的不完善，没能被大面积应用。在信息化大棚控制的研究领域里，国内有许多的研究团队进行着研究工作。也有许多的系统模式被提出，例如蓝牙通信智能化的农业控制等。

2 水肥一体化技术

水肥一体化技术的目的在于提高水资源和肥料的利用率，并且精确掌控好量，确保二者的比例合适。实现水肥一体化，需要根据实际的土壤情况和农作物的需要来确定一个合适的比例[6]。按照这个比例将水和化肥混杂在一起，然后通过滴灌带等运送通道进行施肥工作[7]。为了让作物的需水量和化肥需求量控制在一个合适的水平，不仅要求根据土壤和作物情况掌握好化肥和水的比例，更需要在施肥时满足位置准确、区域均匀等特点。

3 农业物联网技术

物联网是利用不同类型传感器把所需物体连在一起的一个综合平台，它用到了无线通信技术、网络信号技术、传感器网络等现代化信息技术。历经了长时间的应用和改良，如今的科技领域慢慢地建立起一套物联网技术应用体系。

物联网的体系结构分为三层，依次是感知层、网络传输层和应用层[8]。它是一个巨大并且复杂的现代化数字平台，其重要特点是能够对物联网体系内的物体进行实时监测、信息提取、信息传达以及对信息处理运用[9]。感知层的基本结构是信息收集模块、无线通信模块、信号管理模块。感知层的作用是通过不同类型的传感器来收集某个物体的相关信息，将得到的信息数据进行预处理，最后进行信息的传送；网络层作为中间的一个层面，需要将感知层发送来的数据信息运输到应用层，整个物联网体系结构的数据传输以网络层作为重要媒介。通常用互联网或移动通信网来实现网络层的功能，应用层要做的是完成系统层面和应用层面的控制。它管理并对感知层收集到的数据进行一系列的操作，按照不同的要求进行处理，实现了给客户提供便利的要求。同时，应用层的处理也是物联网体系的最后操作结果。

4 农业物联网与水肥一体化技术

本文提出的农业物联网和水肥一体化结合的模式，能够给人们提供农产品成长的情况信息，包括土壤的水分、酸碱度、营养成分、空气的湿度、氧气浓度、二氧化碳浓度等信息，对环境信息化处理然后加以管理控制。实现智能化管理农作物的目的，真正服务于人、便利于人。按照各种农作物的不同成长需要，该模式能做到水肥混杂自动化、自动施肥、自动浇水、温室遮光帘自动升降、通风口自动开闭等操作，已达到调节适宜生长环境（土壤、空气、水分等）的目的[10]。

物联网具有配置简易、范畴大、可控性强、可信度高等特点。正因如此，该模式被普遍使用在军事、医疗、家居等领域。对于实际的环境来说，物联网系统的要求并不高，其后期维修价格和维护难度也不高，极大便利了对环境的研究和分析工作。把物联网结构体系和水肥一体化相结合，也是其优点的一大应用。本文设计的系统包含土地收集处理装置、总控制装置、管理控制装置、开关系统、云端服务、通信系统等。系统对作物生长土地的各种信息、气象信息等，可进行自动化处理，也可以根据情况选择手动处理。利用云端服务平台，对采集到的信息进行分析处理，并进行一定的操作，必要时也会发出警报提醒人们。

5 总结

农业物联网与水肥一体化技术相结合在目前来说是较为新颖的一种水肥处理方式，以滴灌等形式可以均匀将混杂后的水肥定量滴在作物根系部分。不仅解决了作物的化肥养分需求，也节约了水资源和化肥资源。在提高水分与化肥的使用效率的同时，也节约了大量的资金成本。此系统可以确保作物对化肥的需求达到目标，并根据实际情况动态调节水分和肥料的混合比例。在农作物的不同生长时期，其对于水分和养分的需求也各不相同，这就需要人工观察来确定这个数据，这也是该系统需要完善和改进的地方。农业生产的信息化和自动化必将是农业发展的必然趋势，也是中国农业发展的关键所在，但这个过程需要不断地进行改革和完善。相信将来，中国农业生产的自动化、信息化程度定会走在世界的前列。

［1］周杰，王申，田敏.DSP技术在农业工程实验实践中的应用［J］.现代职业教育，2019（7）：34-35.

［2］王申，周杰，田敏.新模式在农业工程DSP技术中的实践研究［J］.现代职业教育，2019（4）：94-95.

［3］周杰，王申，田敏.信息化模式在农业工程DSP技术实践中的应用［J］.天工，2019（4）：46-47.

［4］卢毅，周杰，万连城.一种无线传感器网络二维目标覆盖的改进方法［J］.西安电子科技大学学报（自然科学版），2019，46（2）：101-106.

［5］周杰，杨景文，马良，等.基于物联网的水肥一体化技术［J］.资源节约与环保，2018（10）：106-107.

［6］王申，周杰，田敏.视频技术在农业工程实践中的应用［J］.天工，2019（2）：34-35.

［7］周杰，马良，杨景文，等.物联网技术在水肥一体化中的应用［J］.南方农机，2018，49（19）：4，7.

［8］刘宝，向丽，周杰.农业物联网技术与水肥一体化技术［J］.农村经济与科技，2018，29（23）：64-65.

［9］万毅，刘宝，周杰.基于WSN的农业信息研究绪论［J］.科技与创新，2018（22）：88-89.

［10］向丽，刘宝，周杰.基于物联网的高效滴灌施肥系统［J］.南方农机，2018，49（19）：83，87.

S126；S365

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.17.026