智能化農(nóng)業(yè)技術(shù)在東北地區(qū)水稻優(yōu)質(zhì)種植過程中的應(yīng)用分析

作為我國重要的糧食基地，東北地區(qū)對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展始終扮演著重要推動作用和關(guān)鍵角色。而在社會現(xiàn)代化程度的不斷加深條件下，傳統(tǒng)水稻種植方式正在面臨著諸多挑戰(zhàn)，如自然因素干擾性強、勞動力短缺與成本上升、各類資源利用效率下降等。因此如何利用各種先進農(nóng)業(yè)技術(shù)手段增強當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)對復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性，對于東北地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展和國家糧食安全具有重要保障和支撐意義。

一、東北地區(qū)的水稻育苗與智能化技術(shù)

1、水稻品種的選擇

水稻的耐寒性是東北地區(qū)水稻種植所需要考慮的最關(guān)鍵因素之一。東北地區(qū)低溫天氣較為常見，特別是在水稻種植的育苗期和移栽初期，因此應(yīng)盡可能選擇在低溫環(huán)境下仍能保持較高發(fā)芽活力的水稻品種，保證幼苗能夠順利度過短暫低溫環(huán)境，削弱凍害對其產(chǎn)生的生長影響。另外，水稻品種的抗病能力也對成熟質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。稻瘟病、紋枯病等病害是東北地區(qū)在水稻種植過程中常見的病害種類，種植人員可以選擇體內(nèi)防御機制較強的植株抵御相關(guān)病蟲害的侵染，避免葉片、莖稈和穗部出現(xiàn)發(fā)育不良等問題。

2、苗床準(zhǔn)備

①苗床選址與土壤處理

種植人員應(yīng)選擇地勢平坦的大規(guī)模地塊作為苗床位置，這類地塊不僅能夠保證灌溉水和排水的順暢性和均勻性，減少因局部積水或干旱現(xiàn)象導(dǎo)致的水稻發(fā)育不良，還能在播種后的發(fā)芽期和幼苗前期為苗床供應(yīng)充足的水源和其他營養(yǎng)物質(zhì)。與此同時，還應(yīng)選擇背風(fēng)向陽的種植環(huán)境來為苗床營造溫暖的小氣候環(huán)境，在一定程度上提高苗床溫度，進一步催生種子發(fā)芽和幼苗的生長。

對種植地土壤的前期處理應(yīng)遵循以下步驟：首先要對種植地土壤進行深耕細(xì)作，為保證土壤通氣性和透水性能夠得到改善，從而為水稻根系生長提供更加疏松的土壤，耕地應(yīng)打破犁底層且耕翻深度一般在15～20厘米;其次，要在深翻過程中清除種植地土壤中存在的雜草等雜物，防止病蟲害在此處滋生或土壤肥力的均勻性受到影響，同時還要將深耕后的土壤進行平整處理，保證苗床表面無明顯起伏，以此來增強播種深度的一致性;再次，要通過土壤檢測的方式來確定種植地土壤當(dāng)前的酸堿度并對其進行適當(dāng)調(diào)節(jié)。針對酸性過高的土壤，可以采取在種植地內(nèi)適當(dāng)施加石灰的方式進行改良，保證水稻能夠在微酸性至中性土壤的環(huán)境中吸收更多有利于其生長發(fā)育的營養(yǎng)成分;最后，還要根據(jù)土壤當(dāng)前肥力狀況適當(dāng)添加有機肥和磷肥，以此達到改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤微生物活性、增強水稻幼苗抗逆性的目的。

②智能傳感器的輔助作用

為保障水稻苗床水分適宜，可以在苗床準(zhǔn)備階段使用智能傳感器設(shè)備作為精準(zhǔn)管理的支撐和輔助。具體來說，種植人員可以將土壤濕度傳感器的多個探頭埋在種植地苗床不同深度位置上，以此來對土壤含水量進行實時監(jiān)測。由于該類傳感器的運行是基于電容原理和時域反射原理，因此當(dāng)土壤濕度低于預(yù)設(shè)最低值時，傳感器能夠?qū)⑾鄳?yīng)信號準(zhǔn)確傳輸給中央控制系統(tǒng)，提醒種植人員及時進行灌溉。

3、播種與育苗管理

①播種時間與播種量的確定

東北地區(qū)水稻育苗的最終效果受當(dāng)?shù)貧鉁睾退x水稻品種特征的雙重影響。由于東北地區(qū)冬季較長，春季氣溫回升緩慢且溫度變化幅度較大，種植人員在播種時間的選擇上，必須確保當(dāng)?shù)仄骄鶜鉁啬軌蚍€(wěn)定在5～10℃時才能開始播種。這一溫度區(qū)間能夠有效保證水稻種子順利發(fā)芽，減少因氣溫波動大或低溫導(dǎo)致發(fā)芽率降低和幼苗受損的風(fēng)險。

除此之外，在基因特性等因素的影響下，不同水稻品種對播種時間的要求有著較為明顯的差異。通常情況下，早熟水稻品種能夠在較短的生長周期內(nèi)完成發(fā)芽，且對低溫有著較強的耐受性，因此可以采取適當(dāng)早播的方式;而晚熟品種則更需要環(huán)境的穩(wěn)定性，因此最晚可能要等到5月上旬才開始播種，確保能夠滿足其在生育期生長的足夠熱量。

播種量的確定則需要綜合考慮水稻品種的發(fā)芽率、千粒重、移栽密度等關(guān)鍵因素。其中發(fā)芽率高的水稻品種則意味著在其他條件相同的情況下，該品種有更多的種子能夠正常發(fā)芽，因此可以適當(dāng)減少播種量;而對于千粒重較小的品種來說，由于單位重量的種子數(shù)量較多，因此可以在保證水稻苗數(shù)充足的前提下適當(dāng)提高播種量;移栽密度則代表每平方米苗床所需要培育的水稻幼苗數(shù)量，與千粒重有著內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。以平均發(fā)芽率在90%以上，且千粒重為25克左右的水稻品種為例，若其在種植過程中所產(chǎn)生的移栽密度為每平方米25～30株，則相對應(yīng)的苗床播種量一般在每平方米200～300克左右。合理的播種量能夠為水稻幼苗提供足夠的生長空間，避免因過于擁擠導(dǎo)致光照不均勻營養(yǎng)成分吸收度不平均的問題。

②育苗期的智能環(huán)境控制系統(tǒng)

智能環(huán)境控制系統(tǒng)能夠在溫度、濕度和光照三方面對處在育苗期的水稻進行環(huán)境調(diào)節(jié)。

在溫度調(diào)節(jié)方面，基于智能溫控功能的環(huán)境控制系統(tǒng)借助分布在苗床內(nèi)的多個溫度傳感器和其中的溫度感應(yīng)元件，能夠有效感知苗床內(nèi)的溫度變化，當(dāng)環(huán)境溫度低于下限值時，控制系統(tǒng)將會向電熱線加熱系統(tǒng)等加熱設(shè)備發(fā)送指令進行自啟動，為苗床提供格外的熱量;當(dāng)環(huán)境溫度高于上限值時，控制系統(tǒng)將會向電動通風(fēng)扇等通風(fēng)設(shè)備發(fā)送指令進行自啟動，通過增加空氣流通的方式帶走一部分熱能，保證溫度穩(wěn)定在適宜范圍內(nèi)。

在濕度調(diào)節(jié)方面，基于電容式或電阻式原理的濕度傳感器能夠準(zhǔn)確檢測當(dāng)前苗床所處空氣環(huán)境濕度。當(dāng)環(huán)境內(nèi)相對濕度平均值低于60%時，傳感器則會將數(shù)據(jù)指令傳輸至控制系統(tǒng)端并啟動噴霧設(shè)備，同時還能對噴霧噴出形狀進行控制與調(diào)節(jié)，避免水滴過大對幼苗造成損害;當(dāng)環(huán)境內(nèi)相對濕度平均值高于80%時，則會在傳感器的數(shù)據(jù)傳送條件下采取通風(fēng)降濕的方式，切斷各種真菌病害在高濕度環(huán)境下的傳播途徑。

在光照調(diào)節(jié)方面，光照傳感器能夠?qū)γ绱驳娜照諒姸群凸庹諘r長進行明確，在光照不足時啟動補光燈，必要時還可以通過調(diào)節(jié)藍光和紅光的比例來保證幼苗能夠正常進行光合作用。

二、東北地區(qū)的水稻插秧與智能化技術(shù)

1、確定插秧時間

氣溫因素是東北地區(qū)進行插秧和后續(xù)管理作業(yè)所需要考慮的一個最重要因素，為避免低溫環(huán)境下秧苗根系活力不足，導(dǎo)致其在土壤中的扎根和返青速度下降，東北地區(qū)的水稻插秧時間通常在5月中下旬開始，一直持續(xù)到6月上旬，這個時期的氣溫相對穩(wěn)定，能夠滿足水稻秧苗生長對溫度的基本需求。

除此之外，秧苗的自身生長能力也在一定程度上影響了插秧的進行時間。秧苗生長至3～4葉期時就已經(jīng)具備了較為完善的根系和葉片，抗逆能力也較幼苗時期有所提升，對種植環(huán)境具有更好的適應(yīng)性，此時插秧能夠保證秧苗在短時間內(nèi)適應(yīng)新生長環(huán)境并恢復(fù)較強的生長狀態(tài)。

2、確定插秧密度和深度

①合理密植的確定因素

合理的插秧密度是影響東北地區(qū)水稻產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，需要種植人員對水稻品種特性、土壤肥力和灌溉施肥條件等多個方面進行綜合考慮。

從水稻品種特性的方面來看，對于雜交水稻等分蘗能力強的品種來說，插秧密度一般維持在每平方米25～30穴，以保證每個分蘗都有足夠的生長空間和營養(yǎng)供應(yīng)，使每株秧苗都能在生長過程中產(chǎn)生足夠多的有效分蘗;而對于部分分蘗能力較弱的常規(guī)水稻品種來說，為保證單位面積的水稻穗數(shù)應(yīng)適當(dāng)將密度提升至每平方米35～40穴。

從土壤肥力的方面來看，由于高肥力土壤內(nèi)部富含大量營養(yǎng)成分，能夠為處于不同生長階段的水稻持續(xù)進行養(yǎng)分供給，因此在此種土壤條件下的插秧密度可以適當(dāng)降低，從而激發(fā)水稻個體的生長潛力，確保其能夠形成較大的穗形和較多的粒數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)量和質(zhì)量的雙重提升，這種合理密植的方法更適合在肥沃的黑土地區(qū)內(nèi)開展;中低肥力土壤則需要通過適當(dāng)提升插秧密度的方式來彌補土壤營養(yǎng)成分含量的不足，確保單位面積上有足夠多的健康穗數(shù)，以實現(xiàn)當(dāng)季相對穩(wěn)定的水稻產(chǎn)量。

從灌溉施肥條件的方面來看，由于水稻在灌溉條件良好且水源充足的地區(qū)能夠得到長期且穩(wěn)定的水分供應(yīng)，因此可以通過適當(dāng)提升插秧密度的方式，保證該種植范圍內(nèi)多數(shù)植株的生長需求同時得到滿足;而對于灌溉條件較差或水資源相對匱乏的種植區(qū)域來說，應(yīng)適當(dāng)在一般基礎(chǔ)上降低插秧密度，避免因水分競爭導(dǎo)致水稻植株生長不均衡問題的出現(xiàn)和蔓延。

②智能插秧機的實際應(yīng)用

智能插秧機在東北地區(qū)水稻種植過程中的應(yīng)用增強了插秧作業(yè)的高效和精準(zhǔn)程度，種植人員能夠在GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的功能輔助下實現(xiàn)對種植范圍內(nèi)的自動導(dǎo)航，使智能插秧機能夠按照預(yù)設(shè)路線進行插秧，在保證插秧橫直、株距均勻的基礎(chǔ)上，為后續(xù)田間管理和收割作業(yè)提供了方便。

不僅如此，種植人員可以根據(jù)自身實際情況和對水稻的種植密度要求，對智能插秧機的株距和行距進行參數(shù)調(diào)節(jié)。由于搭配了相應(yīng)的傳感器設(shè)備，智能插秧機能夠通過傳感器實時信息反饋和自身精準(zhǔn)的機械傳動，將插秧密度控制在合理范圍之內(nèi)，保證種植地內(nèi)每平方米的插秧數(shù)符合設(shè)定要求。

與此同時，種植人員還可以將壓力傳感器和深度調(diào)節(jié)裝置安裝在智能插秧機相應(yīng)位置上，從而保證智能插秧機的插秧深度維持在2～3厘米，秧苗根系與種植地土壤的接觸提供有利條件，促進秧苗快速扎根并返青。而智能插秧機插秧爪插入土壤的阻力則主要通過壓力傳感器的感應(yīng)來實現(xiàn)。當(dāng)傳感器監(jiān)測到插入阻力發(fā)生變動時會將變動數(shù)據(jù)以及結(jié)果預(yù)測反饋給深度調(diào)節(jié)裝置，從而實現(xiàn)對智能插秧機插秧爪下降高度的自動調(diào)整，增強插秧深度在整個種植地范圍內(nèi)的移植性和平均性。

三、東北地區(qū)的水稻田間管理與智能化技術(shù)

1、灌溉管理

①水稻在不同生長階段對水分的需求

處于不同生長周期內(nèi)的水稻對于水分的需求有明顯的階段化和差異化特征，為保證東北地區(qū)水稻種植的當(dāng)期產(chǎn)量與質(zhì)量，種植人員應(yīng)根據(jù)不同生產(chǎn)階段采取不同的水分管理措施。

返青期是水稻在經(jīng)過移栽處理后進入的第一個關(guān)鍵生長時期，此時需要保證水稻田內(nèi)的水層不宜過高。這種淺水環(huán)境能夠幫助秧苗營造一個更加舒適的溫度和濕度條件，從而促進幼苗快速返青。另外，種植人員在此過程中需要定期對淺水層蓄水情況進行查看。若在水稻返青期出現(xiàn)缺水問題，秧苗根系與土壤結(jié)合率將會大大降低，根系也可能會因無法正常吸水導(dǎo)致葉片發(fā)黃枯萎。

對于處在分蘗期的水稻灌溉管理來說，應(yīng)著重采取以淺水勤灌為主要原則的水分管理措施，由于水稻植株會在此階段開始進行大量分蘗，因此適度的潛水層不僅能夠為其提供分蘗所需的足量水分和適宜的溫度，還能使陽光更好的照射到水稻根部，進一步促進低位分蘗的發(fā)生。若淺水層水位過高，則可能會導(dǎo)致種植地土壤內(nèi)養(yǎng)分含量下降，嚴(yán)重時可能導(dǎo)致已發(fā)生的水稻分蘗芽死亡。

拔節(jié)孕穗期是水稻需水的臨界期，種植人員需要將水層高度維持在6～8厘米，這樣才能保證水稻莖節(jié)迅速在水中伸長，幼穗也在此階段開始分化發(fā)育。同時，深度適中的水層還能避免稻穗分化受阻問題的出現(xiàn)，在為水稻植株提供良好支撐的同時，杜絕因莖節(jié)伸長程度過高而出現(xiàn)的倒伏現(xiàn)象。

生長至抽穗開花期的水稻對水分具有較高的敏感性和需求度，因此需要將水層高度控制在5～7厘米左右?？刂圃谠摳叨确秶鷥?nèi)的水層能夠同時實現(xiàn)對田間濕度的維持和促進花粉的傳播受精兩種效果。

對于處在灌漿成熟期的水稻來說，種植人員需要采取干濕交替的水分管理與灌溉方法，秉持先濕后干的原則，在灌漿初期以較為豐厚的土壤濕度滿足水稻籽粒的灌漿需求;在灌漿中后期要適當(dāng)降低土壤濕潤度，必要時讓土壤保持適度干燥，并將該狀態(tài)保持至水稻成熟階段，這樣才能有利于水稻根系活力的維持和營養(yǎng)成分在其內(nèi)部各位之間的有效運轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)籽粒品質(zhì)的提高和收獲后存儲性能的增強。

②智能灌溉系統(tǒng)

常見于東北地區(qū)水稻種植的智能灌溉系統(tǒng)由土壤濕度傳感器、水位傳感器、氣象站、灌溉設(shè)備等多個關(guān)鍵設(shè)施組成。

土壤濕度傳感器通常被安插在種植地不同深度的土壤中，并基于時域反射儀技術(shù)和頻域反射儀技術(shù)來實現(xiàn)對土壤介電常數(shù)和濕潤度的精確計算。

常用于監(jiān)測稻田水位變化作業(yè)中的水位傳感器主要有超聲波水位傳感器和靜壓式水位傳感器兩種。其中，超聲波水位傳感器主要是通過向水稻種植區(qū)的水層發(fā)射超聲波脈沖的方式，來計算從發(fā)射到接收反饋這一過程所消耗的時間，從而得出相應(yīng)的水位高度信息;靜壓式水位傳感器則是根據(jù)對液體壓力和液位高度的關(guān)系來評判當(dāng)前種植地內(nèi)水位的合理性。

自動化灌溉設(shè)備包括噴灌系統(tǒng)、滴灌系統(tǒng)等多種形式。根據(jù)當(dāng)前水稻所處的不同生長階段和實際灌溉需求，灌溉控制器能夠?qū)Ωm合當(dāng)前水分管理特征的設(shè)備發(fā)送自啟動指令，并按照預(yù)設(shè)好的灌溉量進行灌溉。

2、病蟲害防治

各種智能化技術(shù)和先進設(shè)備在東北水稻種植過程中的應(yīng)用，還著重體現(xiàn)在病蟲害管理方面。比如，可以使用農(nóng)業(yè)機器人或無人機遙感監(jiān)測技術(shù)，對大面積稻田進行實時監(jiān)測，通過定時拍攝高清晰圖像，技術(shù)人員可以分析當(dāng)前水稻葉片的顏色，紋理等特征是否正常，由此判斷稻田內(nèi)是否出現(xiàn)能夠影響葉片表面顏色和形狀的稻瘟病等，并基于現(xiàn)有數(shù)據(jù)信息，再結(jié)合歷史模型的基礎(chǔ)上，建立新的病蟲害識別模型，從而實現(xiàn)對病蟲害流行趨勢、發(fā)生區(qū)域和嚴(yán)重程度的精準(zhǔn)掌控。另外，還可以采用搭載了熱紅外成像技術(shù)的檢測型無人機對不同階段的水稻植株進行溫度測量，通過明確水稻植株是否出現(xiàn)表面溫度異常的方法，來判斷是否存在病蟲害問題。

綜上所述，智能化農(nóng)業(yè)技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在東北地區(qū)水稻種植的各個環(huán)節(jié)中，并已經(jīng)取得了較為不錯的成效?；趥鞲衅骱妥詣踊瘷C械設(shè)備的新型水稻種植方式，不僅實現(xiàn)了東北地區(qū)對水稻生長環(huán)境和生長過程的精細(xì)化管理，還有效解決了長期存在于當(dāng)?shù)氐姆N植環(huán)境矛盾問題。因此種植人員應(yīng)盡快轉(zhuǎn)變原有傳統(tǒng)種植方法，推動當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)朝著現(xiàn)代化和智能化方向發(fā)展。