智慧農業中物聯網全方位技術應用與經濟效益分析

隨著科技的快速發展和社會的不斷進步，作為信息時代重要的一環，物聯網技術在各個領域都顯示出了巨大的潛力和應用價值。物聯網技術的應用在農業領域也漸成潮流。物聯網技術的核心是通過網絡將各種物體連接起來，為農業生產提供全方位的技術支持，實現信息的自動收集、傳遞和處理。目前，物聯網技術在農業領域的應用已經涵蓋了多個方面，包括土壤監測、氣象監測、作物生長狀態監測、精準施肥、智能灌溉、智能農藥噴灑等方面的應用。農民可以通過安裝傳感器等設備，采集數據，實時了解土壤的濕度、溫度、光照等關鍵參數，從而對作物進行精確施肥、灌溉、增產、提質。同時，物聯網技術還能幫助農民實現智能管控農藥、降低農藥使用量、減少污染環境、實現農業綠色生產。

應用物聯網技術在智慧農業中，不但是技術的運用，更多的是對農業生產模式的一次革新和升級，能夠提高農業生產的信息化和智能化程度，在提高生產效率和資源利用率的同時，幫助農民對農業生產進行實時的監控和數據分析，從而在提高作物種植質量和產量的基礎上，使生產成本有較大幅度地降低。并且由于物聯網技術的運用能夠為農業生產環境帶來較好的改善，對生態環境的保護也起到了積極的作用。而傳統的農業生產中，由于缺乏有效的監測手段和管理手段，往往會造成農藥化肥的過量使用以及土壤水源的污染問題。因此，物聯網技術在智慧農業中的應用，對于促進農業可持續發展具有重要的現實意義。應用物聯網技術，對農藥化肥進行精確施用，在減少污染、保護環境等方面發揮了積極作用。

一、物聯網技術在智慧農業實時監測中的應用

1、土壤參數監測

土壤參數監測在智慧農業中占有舉足輕重的地位，它是物聯網技術在農業領域應用的一個重要組成部分。傳統的土壤監測主要是依靠人工采集樣品后送往實驗室進行分析，而這一方式存在時間比較長、成本較高和資料收集不及時等諸多問題，對農業生產的應用效果形成了一定的制約，而物聯網技術的出現則在很大程度上改變了這一現狀，它通過在田間地頭布設土壤傳感器等設備，能夠對土壤參數進行實時監測和數據收集，為農業生產提供精準化智能化的決策支持。從這一點來說，物聯網技術在智慧農業中的應用，為農業生產帶來了極大的便利。

傳統的土壤監測方式需要花費數天甚至更長時間，在實驗室對樣品進行一系列的化驗分析才能得出結果。而物聯網技術應用可以實時監測包括土壤濕度溫度pH值等在內的一些關鍵參數，并將數據傳輸到農民的手機上或電腦端，使他們在任何時候都能隨時查看土壤狀況，從而及時調整農業生產策略，滿足作物的生長需要。這樣，無論是對土壤質量的把握還是對作物的栽培管理都將起到極大的促進作用。

傳統的土壤監測方式一般只可以獲取土壤的個別基礎參數，如濕度溫度等；而將物聯網技術應用到土壤監測中，可因使用者的具體需求而選用不同種類的傳感器，從而能夠對土壤的各種參數進行全方位的監控，如營養元素含量和微生物活性等，在為農民提供較為完整的土壤信息的同時，幫助農民對土壤的健康狀況做到準確把握，從而在農業生產方面進行有目的的調整，使作物得到更好地生長發育。這有助于實現對土壤的可持續利用與保護。

2、氣象參數監測

農業生產及時準確獲取氣象信息至關重要，氣象因素直接影響作物的生長發育和產量質量。傳統的氣象監測方式往往依賴氣象站等設備，采集數據難度大、成本高，而物聯網技術的出現為農業氣象監測的實現提供了一種新的解決方案。傳統的氣象監測方式，往往不能滿足農民及時獲取氣象信息的需求，需要借助氣象站等設備，數據收集周期長。而物聯網技術應用的氣象傳感器，則可以通過網絡將數據傳遞到農戶手機或電腦端，實現實時監測氣象參數，包括溫度、濕度、風速、降水量等關鍵參數，讓農戶隨時隨地獲得最新的氣象信息，及時調整農業生產策略，有效應對氣象災害，保障作物健康成長。

3、農作物生長狀態監測

智能農業物聯網技術應用的關鍵環節之一是農作物生長狀態監測。農作物生長狀況直接關系到農業生產的收成和質量，因此及時調整管理措施，確保其健康生長，對農作物生長狀況的準確監測至關重要。傳統的農作物生長狀態監測主要依靠人工觀測和經驗判斷，存在著主觀性強、數據不夠準確等問題，而物聯網技術的出現為農作物生長狀態監測的實現提供了一種新的解決方案。

常規的監測手段往往需要農戶定期到田間地頭進行觀測，實時監測農作物的生長狀況是一件很難做到的事情。而應用物聯網技術的作物生長狀態監測系統，通過影像傳感器、紅外傳感器等設備布設在田間地頭，則可以實現實時監測和作物生長狀態的數據采集。例如，紅外線感應器監測小麥田地葉片面積指數，可實現實時監測小麥生長狀況和精確預報實際產量，使農戶及時調整農業經營措施，提高作物產量和品質。

應用物聯網技術的作物生長狀態監測系統，能夠實現精確監測和分析作物生長狀態，通過圖像識別、遙感技術等手段。例如，水稻生長速率、葉片面積指數等關鍵參數可通過無人機搭載的多光譜相機定期對稻田土地進行航測，結合遙感影像處理技術進行精確測定，從而為提高作物生長效率和產量提供更為精確的決策支持。

二、物聯網技術在智慧農業精準施肥與灌溉中的應用

1、實時施肥技術

實時施肥技術主要依賴土壤和作物感應器等裝置來實時監測土壤的養分含量和作物生長狀況，并根據監測數據自動對施肥裝置進行調節，以做到對作物的精確施肥，主要有以下幾個方面的技術：

①土壤養分含量監測技術：土壤中的氮、磷、鉀等營養成分含量通過在田間地頭布設土壤傳感器進行實時監測。這些傳感器通過探頭直接插入土壤，對土壤養分數據進行采集并向監控系統傳輸。作物生長所需養分供給量由監測系統根據采集到的數據對土壤的營養成分含量進行分析后確定。

②作物生長狀態監測技術：通過影像感應器、紅外線感應器等設備布設在田間地頭，對作物生長狀況進行實時監測。這些傳感器能夠實時監測作物生長高度、葉片面積指標等參數，從而提供可靠的數據支持，從而進行決策。例如，每隔一段時間就能對玉米生長高度進行測量并生成生長曲線的傳感器系統，用于監測玉米生長情況。

③智能施肥控制技術：在檢測土壤養分含量和作物生長狀態的基礎上，運用智能算法對施肥設備進行調整和控制。智能算法可以根據作物的生長需求和土壤的養分狀況進行自動調節施肥設備的運行狀態和施肥量，做到有的放矢地對作物進行精確施肥，從而達到理想的生長發育效果。如檢測發現土壤中某種營養成分偏低時，智能控制系統會相應提高施肥量以滿足作物的生長需求。這樣可以使施肥過程更有針對性，最大限度地提高作物生長發育的效果和質量。以某農場為例，其應用實時施肥技術前后數據如表1所示：

由表格可知，應用實時施肥技術可使作物產量得到顯著提高，進而使農民收入有所增加，同時也為農業生產的發展和現代化起到推動作用。

2、精準灌溉技術

在智慧農業中，物聯網技術的應用被作為重要的組成部分，以幫助精確控制灌溉設備的工作來實時控制土壤的濕度和作物的生長需水量。從而做到對水資源的高效利用和對農田的精準管理，而傳統的灌溉方式往往是按照固定的時間和水量進行灌溉，這就存在著水資源浪費和土壤濕度不均勻的問題，精準灌溉技術的出現則為人們解決這一難題提供了一個新的解決方案，因此具有十分重要的意義。精確灌溉技術主要依靠土壤濕度傳感器、氣象傳感器等設備，根據監測數據自動調控灌溉設備的工作，實現農田精確灌溉，對土壤濕度、大氣濕度、溫度等環境因素進行實時控制。具體而言，精確灌溉技術主要包括以下技術：

①土壤濕度監測技術：土壤濕度感應器網格布設在玉米田地的中間，每隔一定的距離（例如每隔10米），就會埋入一個感應器，將采集到的土壤濕度數據通過無線網絡傳輸到數據中心。傳感器會對土壤的濕度狀況進行實時監測，比如傳感器可以對土壤的電導率數據進行采集，從而對土壤濕度等級進行測算。

②大氣濕度監測技術：氣象站可實時監測大氣濕度、溫度等氣象因素，在玉米田地周圍或內部布設氣象站。這些數據將會和土壤濕度數據一起，被傳送到數據中心。比如玉米地的水分蒸發量，通過對大氣濕度的監測，可以得到比較準確地判斷。

③智能灌溉控制技術：數據中心會利用智能算法，在接收土壤濕度、大氣濕度等數據后進行分析運算。該算法將自動調整灌溉系統的工作狀態，根據玉米生長階段、土壤濕度和大氣濕度等因素進行調節。比如，該系統將增加灌溉水量，以滿足作物在干旱季節或作物快速生長階段的需要；該系統在雨水較多的季節或土壤濕度較大的情況下，為避免水量過多而減少灌溉水量。以某農場為例，其土壤濕度的不同時間點及玉米單產的變化情況如表2所示：

從表中可以看出，實施精準灌溉技術后，土壤濕度得到了更精準地控制，并且玉米產量也相應提高了。這個例子展示了精準灌溉技術如何通過實時監測和智能調控，提高農作物的生長效率和產量。

三、物聯網技術在智慧農業智能農藥噴灑中的應用

1、農藥使用監測

智慧農業中物聯網技術應用的一個重要環節是農藥使用監測，能夠實時對農藥的使用情況進行監測，對農藥的施用量和施用時機進行科學管理，對農業生產起著重要的促進作用。過量使用或者不當使用農藥可能會對環境和人體健康造成危害。所以，對農藥的使用進行實時監測意義重大，有助于促進農藥科學合理地使用。

現階段農藥使用的監控主要是依靠物聯網技術中的各種傳感器來實現的，這些傳感器能夠對農田中的環境參數以及作物的生長狀態進行實時的監測，如土壤肥力的感應器可以檢測出土壤的肥力狀況等；監測設備則可以對農藥的施用量以及施用位置等數據進行有目的的記錄和跟蹤；數據分析系統則可以對監測到的數據進行整合分析處理，為農民提供合理使用農藥的依據，從而提高作物的產量和品質。同時也為農業生產的精準化管理提供了有力的技術支撐。

例如，目前普遍采用的農藥使用情況監控系統，通過在農作物種植區域安裝土壤濕度傳感器和氣象站。土壤濕度傳感器能夠實時監控土壤中的濕度情況，一旦出現土壤濕度報警情況時，及時發出警報以提示農民采取相應的防治措施。氣象站對大氣中的溫度濕度等氣象參數進行實時監測分析，能夠對病蟲害的發生進行預測與分析并采取相應的防治措施來減少農藥的使用量，從而有效地提高農藥的使用效率，減少對環境的污染。

2、農藥噴灑量智能控制

農藥噴灑量的智能控制在智慧農業中屬于物聯網技術應用的關鍵環節之一，傳統的農藥噴灑方式是按照固定的劑量進行噴灑的，這樣會造成一定程度的農藥浪費和環境污染問題；隨著智能控制技術的發展，通過對農田的環境參數、病蟲害的程度和作物的生長狀態進行實時監測，進而對農藥噴灑設備的工作狀態做出相應調整，從而達到對農藥噴灑量進行精確控制的目的。

智能控制技術主要依靠物聯網技術中的傳感器、智能算法和噴藥裝置來實現農藥噴灑量的智能控制。傳感器能對農田中的作物高度、病蟲害情況等環境參數和作物生長狀態進行實時監測。可根據監測數據和智能算法調整農藥噴霧量。噴藥設備則負責對農田進行精確管理，按照智能算法的指令進行農藥噴藥。 該系統通過智能控制技術，可動態調整農藥噴灑量，根據實時監測的數據，在降低農藥使用量、減少對環境污染的同時，使農藥使用更精確、更高效。

四、物聯網技術在智慧農業中應用的經濟效益分析

1、降低生產成本

降低生產成本是智慧農業中物聯網技術應用的重要目標之一。物聯網技術中的自動化設備和傳感器，實現了農業生產過程的自動化操作，減少人工操作和勞動力成本。例如，自動化噴灌系統可以根據土壤濕度和氣象條件自動控制灌溉，減少人工操作成本。

物聯網技術對農業生產過程進行智能化管理，利用智能算法和數據分析技術，對資源進行優化配置，在降低能源消耗的同時，提高了農業生產的效率。對農田的土壤養分狀況進行監測和優化施肥方案，使農藥和化肥的使用量得到降低，從而降低了生產成本。同時采用節能環保的農業生產技術，在減少能源消耗和污染排放的同時，也提高了農業生產的效率。為可持續發展的農業生產提供了有力的技術支撐，是一種既環保又高效的農業生產方式。

2、提高農產品產量和質量

智慧農業的一個核心目標是提高農產品的產量和質量。利用物聯網技術對農田環境和作物生長狀態進行實時監測和精確調控，對農業生產過程起到優化作用，從而在提高農產品產量和質量上起到了促進作用。以土壤濕度傳感器和氣象站為基礎，以物聯網技術為依托，實現對農田的精準灌溉，在根據作物生長需水量和土壤的濕度狀況對灌溉設備進行精確控制的基礎上，使作物獲得充足的水分，進而提高作物的生長速度和產量，從而達到對農產品質量有進一步的提升。在智慧農業中，物聯網技術中的土壤養分傳感器和智能施肥設備，對農田進行智能化施肥，能夠根據土壤的養分狀況和作物的需求，對施肥量和施肥時間進行精確控制，在為作物提供所需養分的同時，促進作物的生長，提高產量和質量。

（作者單位：276402山東省沂水縣許家湖鎮人民政府）