基于物聯網的水肥一體化技術

周 杰 楊景文 馬 良 金 茁

（石河子大學信息科學與技術學院 新疆石河子 832000）

1 我國農業發展的現狀

1.1 農業用水日益匱乏

當前中國的水資源日趨不足，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因素的影響，我國降水資源分布不均，存在南多北少的現狀。而中國是水資源利用大國，農業用水量更是在我國水資源使用中占比較高。目前中國許多地區的農業用水主要依賴降水對農作物進行灌溉，這種方式難以滿足農作物的生長要求。況且我國人口資源壓力增大，土地荒漠化和耕地面積減少的形勢不容樂觀，環境污染等問題的顯現，將對我國農業的發展造成嚴重的制約。同時當前中國工業化進程不斷升級，用水量也大幅增大，我國的水資源利用率低，存在農田用水漫灌現象，這些因素進一步導致了農業用水缺口增大，因此改進農田灌溉技術，將推動農業產業煥發新的發展機遇[1]。

1.2 施肥不科學

肥料是農作物生長中必不可缺的因素，它含有農作物生長所必需的養分，也是提高農業產量的重要因素之一。中國化肥消費居世界首位,化肥利用率不高。由于施肥不當或施肥過量,浪費了大量肥料，導致土壤肥力較低，農作物對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構破壞,污染地下水資源，使水體富營養化等環境問題。當前需要研究解決精確高效的施肥技術，以及土壤肥力對農作物的作用機制，掌握科學的灌溉施肥技術，改變以往的不精確施肥方式。在提高農作物產量的同時，合理使用化肥，降低對環境的污染，逐步向可持續化的綠色農業發展。

1.3 總結

由以上可得出，中國農業最主要有兩大方面的問題，其一農業灌溉水量不足且農田水資源利用率低；其二施肥不精確不合理。實現農業的長遠發展,需要提高農業水資源的利用率，降低化肥的浪費，因此我們需要實施精確灌溉施肥技術。使農業朝向精準化方向發展，將有利于減少資源浪費和環境污染，而這一過程必然離不開智能化灌溉施肥技術的應用[2]。

2 傳統的水肥一體化技術

采用水肥一體化技術將有效的實現節水節肥。水肥一體化是將灌溉和施肥兩者結合在一起實現同步控制，采用新型節水灌溉設施如滴灌等，把按一定比例配置的肥液提供給農作物吸收利用，可以根據農作物的養分需要適時高效的提供水肥配給。利用塑料管道將水肥同時準確的送往農作物的根部，有效的降低了水分在流經地表過程中的蒸發和滲漏。水肥一體技術相比于以前的用水漫灌、人工施肥是一次農業技術革新，改變了以往農業生產中農田灌溉、施肥不同時同步進行的缺點，將兩者同步結合在一起實現了農業生產技術的變革[3]。因此，水肥一體化技術有著顯著的優點：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,提高了水肥的利用效率,促進了農作物的生產和農業生產效率，有利于降低環境污染。水肥一體化技術也存在著一些缺點:當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，導致灌水器堵塞無法正常工作。而當前高新技術不斷發展，將高新技術應運于農田灌溉施肥中，將有效解決傳統灌溉施肥技術中的缺點，因此發展智能灌溉施肥技術將是農業發展新的方向。

3 農業物聯網的技術應用與發展

3.1 國內外在農業物聯網方面的應用與研究

物聯網是在計算機和互聯網之后近幾年新發展起來的信息產業，它的主要功能是基于互聯網的所有事物的互聯，實現信息交換。農業領域物聯網技術的發展和應用日益普遍，主要用于農業環境資源監控、農作物生長檢測、農產品安全以及農業災害預警等方面，中國也逐漸建立起了比較完善的農業監控系統。中國的農業物聯網的發展正在逐步深入，相比于西方等農業產業比較完善的發達國家還是有一些不足。最近幾年隨著國家政策的支持，中國在農業物聯網技術領域的研究取得顯著的成果，用于探測土壤水分和溫度的傳感技術、精確控制等技術取得了突破。但是相關的農業技術產品存在性能不穩定、耗能較高與國外存在一定的差距。美國等西方國家在上世紀就建立農業網絡數據系統，為物聯網農業奠定了基礎，農業自動控制技術也已經十分先進，農田監測利用智能無線技術可以實現對土壤水分溫度監控，同時延伸此技術監測農作成熟情況的。因此西方等國家在農業物聯網方面的應用已比較成熟。

3.2 基于物聯網的水肥一體化技術

基于物聯網的水肥一體化系統，使用自動化技術、計算機、傳感技術等，通過傳感器采集土壤濕度、PH值、溫度、養分等信息，將這些數據上傳到物聯網云平臺，使用云計算技術對數據加工、處理，灌溉控制系統做出智能化決策，將實現自動化控制灌溉施肥。根據農作物生長的營養需要、土壤濕度等信息，主動實現水肥均勻化攪拌，同時精準的實現灌溉施肥的時間和使用量[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施肥，降低了化肥的浪費和沉淀堵塞問題的發生，較大程度上降低了人力成本。

結語

在農業物聯網的應用中基于物聯網灌溉施肥技術，以傳感技術和監控技術為基礎，通過數據傳輸實現了農田狀況的動態監測，提高了灌溉施肥精準度和合理化，能夠及時檢測土壤情況、農作物生長狀態，按農作物養分需求實施自動化灌溉施肥。這一技術的使用解決了水資浪費和不合理化的施肥，實現了科學種植和對農田遠程監控，降低勞動力成本,促進中國農業向精準化和智能化轉變，解決了傳統農業面臨的問題與困境。同時為了實現高效的自動化灌溉施肥以及土壤溫度監測等技術，應深入研究云計算大數據處理和模糊神經網絡自動控制算法，不斷的優化智能灌溉施肥技術。