基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化技術(shù)

周 杰 楊景文 馬 良 金 茁

（石河子大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 新疆石河子 832000）

1 我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀

1.1 農(nóng)業(yè)用水日益匱乏

當(dāng)前中國(guó)的水資源日趨不足，淡水資源總量雖排名世界前列，但是人均水資源使用量十分稀少，僅維持在世界平均水平的1/4。除此之外由于地理和季節(jié)因素的影響，我國(guó)降水資源分布不均，存在南多北少的現(xiàn)狀。而中國(guó)是水資源利用大國(guó)，農(nóng)業(yè)用水量更是在我國(guó)水資源使用中占比較高。目前中國(guó)許多地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水主要依賴降水對(duì)農(nóng)作物進(jìn)行灌溉，這種方式難以滿足農(nóng)作物的生長(zhǎng)要求。況且我國(guó)人口資源壓力增大，土地荒漠化和耕地面積減少的形勢(shì)不容樂觀，環(huán)境污染等問題的顯現(xiàn)，將對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展造成嚴(yán)重的制約。同時(shí)當(dāng)前中國(guó)工業(yè)化進(jìn)程不斷升級(jí)，用水量也大幅增大，我國(guó)的水資源利用率低，存在農(nóng)田用水漫灌現(xiàn)象，這些因素進(jìn)一步導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)用水缺口增大，因此改進(jìn)農(nóng)田灌溉技術(shù)，將推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)煥發(fā)新的發(fā)展機(jī)遇[1]。

1.2 施肥不科學(xué)

肥料是農(nóng)作物生長(zhǎng)中必不可缺的因素，它含有農(nóng)作物生長(zhǎng)所必需的養(yǎng)分，也是提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量的重要因素之一。中國(guó)化肥消費(fèi)居世界首位,化肥利用率不高。由于施肥不當(dāng)或施肥過量,浪費(fèi)了大量肥料，導(dǎo)致土壤肥力較低，農(nóng)作物對(duì)化肥的主要成分無法充分的吸收。殘留肥料可能造成土壤結(jié)構(gòu)破壞,污染地下水資源，使水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題。當(dāng)前需要研究解決精確高效的施肥技術(shù)，以及土壤肥力對(duì)農(nóng)作物的作用機(jī)制，掌握科學(xué)的灌溉施肥技術(shù)，改變以往的不精確施肥方式。在提高農(nóng)作物產(chǎn)量的同時(shí)，合理使用化肥，降低對(duì)環(huán)境的污染，逐步向可持續(xù)化的綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展。

1.3 總結(jié)

由以上可得出，中國(guó)農(nóng)業(yè)最主要有兩大方面的問題，其一農(nóng)業(yè)灌溉水量不足且農(nóng)田水資源利用率低；其二施肥不精確不合理。實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展,需要提高農(nóng)業(yè)水資源的利用率，降低化肥的浪費(fèi)，因此我們需要實(shí)施精確灌溉施肥技術(shù)。使農(nóng)業(yè)朝向精準(zhǔn)化方向發(fā)展，將有利于減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，而這一過程必然離不開智能化灌溉施肥技術(shù)的應(yīng)用[2]。

2 傳統(tǒng)的水肥一體化技術(shù)

采用水肥一體化技術(shù)將有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)水節(jié)肥。水肥一體化是將灌溉和施肥兩者結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)同步控制，采用新型節(jié)水灌溉設(shè)施如滴灌等，把按一定比例配置的肥液提供給農(nóng)作物吸收利用，可以根據(jù)農(nóng)作物的養(yǎng)分需要適時(shí)高效的提供水肥配給。利用塑料管道將水肥同時(shí)準(zhǔn)確的送往農(nóng)作物的根部，有效的降低了水分在流經(jīng)地表過程中的蒸發(fā)和滲漏。水肥一體技術(shù)相比于以前的用水漫灌、人工施肥是一次農(nóng)業(yè)技術(shù)革新，改變了以往農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中農(nóng)田灌溉、施肥不同時(shí)同步進(jìn)行的缺點(diǎn)，將兩者同步結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的變革[3]。因此，水肥一體化技術(shù)有著顯著的優(yōu)點(diǎn)：它能有效控制灌溉水量和化肥用量，它減少了灌溉用水的浪費(fèi),提高了水肥的利用效率,促進(jìn)了農(nóng)作物的生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，有利于降低環(huán)境污染。水肥一體化技術(shù)也存在著一些缺點(diǎn):當(dāng)肥料溶于水后無法均勻的溶解，肥料中有某些成分例如鈣離子、鎂離子、碳酸氫鹽可能形成沉淀，導(dǎo)致灌水器堵塞無法正常工作。而當(dāng)前高新技術(shù)不斷發(fā)展，將高新技術(shù)應(yīng)運(yùn)于農(nóng)田灌溉施肥中，將有效解決傳統(tǒng)灌溉施肥技術(shù)中的缺點(diǎn)，因此發(fā)展智能灌溉施肥技術(shù)將是農(nóng)業(yè)發(fā)展新的方向。

3 農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展

3.1 國(guó)內(nèi)外在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用與研究

物聯(lián)網(wǎng)是在計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)之后近幾年新發(fā)展起來的信息產(chǎn)業(yè)，它的主要功能是基于互聯(lián)網(wǎng)的所有事物的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息交換。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用日益普遍，主要用于農(nóng)業(yè)環(huán)境資源監(jiān)控、農(nóng)作物生長(zhǎng)檢測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品安全以及農(nóng)業(yè)災(zāi)害預(yù)警等方面，中國(guó)也逐漸建立起了比較完善的農(nóng)業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)。中國(guó)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展正在逐步深入，相比于西方等農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)比較完善的發(fā)達(dá)國(guó)家還是有一些不足。最近幾年隨著國(guó)家政策的支持，中國(guó)在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的研究取得顯著的成果，用于探測(cè)土壤水分和溫度的傳感技術(shù)、精確控制等技術(shù)取得了突破。但是相關(guān)的農(nóng)業(yè)技術(shù)產(chǎn)品存在性能不穩(wěn)定、耗能較高與國(guó)外存在一定的差距。美國(guó)等西方國(guó)家在上世紀(jì)就建立農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，為物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)奠定了基礎(chǔ)，農(nóng)業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)也已經(jīng)十分先進(jìn)，農(nóng)田監(jiān)測(cè)利用智能無線技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤水分溫度監(jiān)控，同時(shí)延伸此技術(shù)監(jiān)測(cè)農(nóng)作成熟情況的。因此西方等國(guó)家在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用已比較成熟。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化技術(shù)

基于物聯(lián)網(wǎng)的水肥一體化系統(tǒng)，使用自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)、傳感技術(shù)等，通過傳感器采集土壤濕度、PH值、溫度、養(yǎng)分等信息，將這些數(shù)據(jù)上傳到物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)，使用云計(jì)算技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)加工、處理，灌溉控制系統(tǒng)做出智能化決策，將實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制灌溉施肥。根據(jù)農(nóng)作物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)需要、土壤濕度等信息，主動(dòng)實(shí)現(xiàn)水肥均勻化攪拌，同時(shí)精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)灌溉施肥的時(shí)間和使用量[4]。因此，可以解決灌溉施肥中肥料溶解不充分不均勻的問題，除此之外還提高了精準(zhǔn)施肥，降低了化肥的浪費(fèi)和沉淀堵塞問題的發(fā)生，較大程度上降低了人力成本。

結(jié)語

在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中基于物聯(lián)網(wǎng)灌溉施肥技術(shù)，以傳感技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)為基礎(chǔ)，通過數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)了農(nóng)田狀況的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提高了灌溉施肥精準(zhǔn)度和合理化，能夠及時(shí)檢測(cè)土壤情況、農(nóng)作物生長(zhǎng)狀態(tài)，按農(nóng)作物養(yǎng)分需求實(shí)施自動(dòng)化灌溉施肥。這一技術(shù)的使用解決了水資浪費(fèi)和不合理化的施肥，實(shí)現(xiàn)了科學(xué)種植和對(duì)農(nóng)田遠(yuǎn)程監(jiān)控，降低勞動(dòng)力成本,促進(jìn)中國(guó)農(nóng)業(yè)向精準(zhǔn)化和智能化轉(zhuǎn)變，解決了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)面臨的問題與困境。同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)高效的自動(dòng)化灌溉施肥以及土壤溫度監(jiān)測(cè)等技術(shù)，應(yīng)深入研究云計(jì)算大數(shù)據(jù)處理和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)控制算法，不斷的優(yōu)化智能灌溉施肥技術(shù)。