現代信息技術在高粱栽培管理中的融合應用實踐

摘要：高粱作為釀酒、飼料及糧食加工的核心原料，在我國農業生產中具有戰略地位，此作物可以促進農民增收，成為鄉村經濟振興的重要支柱。本研究聚焦物聯網、無人機、大數據、區塊鏈與電子商務的整合應用，覆蓋種植全產業鏈創新實踐；解析技術革新對生產效率提升、成本控制、管理模式優化的實際效益，探討市場競爭優勢形成機制，為丘陵地帶高粱產業數字化轉型構建理論框架。

關鍵詞：高粱種植；物聯網；無人機；大數據；區塊鏈；精準農業

近年來，數字農業與智能化技術持續迭代，現代信息技術加速滲透至農業生產的各個環節。物聯網技術支撐遠程監測與精準調控，水土資源管理效率顯著提升；無人機植保協同智能農機重構農事流程，人力投入減少、作業精度升級；大數據分析驅動智能配肥系統運行，土壤管理持續優化，資源利用效率同步提升；區塊鏈技術聯動電商平臺構建溯源體系，品牌溢價空間擴大、銷售渠道加速延伸。而達川區推進高粱產業現代化進程中，丘陵地帶種植管理難題的解決方案逐步清晰，技術融合實踐形成示范效應，具體如下。

1 四川達川區高粱種植產業現狀與痛點分析

1.1 種植分布與品種特征

1.1.1 種植分布情況

達川區高粱種植集中于趙家鎮、石梯鎮、麻柳鎮及大樹鎮核心產區，土壤條件良好、氣候適宜、農田水利設施完善，形成規模化連片種植區，產量占比達78 %。這些區域推行機械化作業提升效率，實行耕、種、防、收、烘干全程機械化及燈誘等綠色防控措施，應用現代信息技術優化田間管理，實現精細化種植模式。

1.1.2 品種特征及推廣情況

達川區政府聯合農業科研機構引進并培育優質高粱品種，適應本地生態環境，“達糯8號”“晉渝糯3號”“紅櫻子”“川粱10號”列為推廣主導品種。

“達糯8號”與“晉渝糯3號”專用于白酒釀造，屬全糯性高粱品種，淀粉含量較高，滿足釀酒企業原料需求。抗倒伏性強，耐瘠薄，適應性廣；低肥力土壤環境下仍能保持產量穩定。

“川粱10號”與“紅櫻子”具備耐旱耐瘠特性，適宜中低肥力丘陵地帶種植，抗病能力突出，產量與品質均衡，成為當地重點推廣的高產典型。

1.2 自然條件約束分析

1.2.1 地形限制：坡耕地占比高

達川區高粱種植面臨丘陵地貌、土壤類型及氣候條件的多重制約，規模化與機械化進程受阻，田間管理及災害防控復雜度提升。區域整體地貌呈現低山與丘陵交織特征，坡耕地面積占據主導地位，坡度6°的耕地比例達65%以上，10°～25°中坡地帶占比接近45%。坡地種植限制農業機械應用，農事操作依賴人工，勞動成本偏高，強降雨易引發水土流失，土壤肥力與作物穩產性受到威脅。

1.2.2 土壤特性：黃壤與水稻土交錯分布下的養分失衡問題

種植區土壤呈現黃壤與水稻土插花分布格局，兩類土壤在養分構成、持水保肥特性及透氣性方面差異顯著。黃壤土層較薄且質地疏松，養分易淋失，肥力下降快，阻礙高粱根系發育與營養吸收。水稻土因長期淹水耕作，土壤黏重、通透性較差，其易出現積水、漬害等問題，制約高粱正常生長。全區耕地有機質含量均值維持在1.2 %低位，較適宜高粱生長的2.0%標準存在明顯差距，微生物活性弱、養分轉化效率低等問題突出，直接影響植株長勢與抗逆能力。

1.2.3 氣象風險：夏季暴雨頻發導致的土壤侵蝕

達川區屬亞熱帶季風性濕潤氣候區，降水總量充足，時空分布差異顯著，夏季暴雨多發，極端天氣頻發。2022年7月，持續性的強降水導致全區3 000畝高粱絕產，暴雨誘發土壤侵蝕與漬害問題，使高粱根系缺氧腐爛，植株存活率顯著下降。高溫高濕環境促使穗腐病、黑穗病及黏蟲等病蟲害加重，產量損失持續擴大。暴雨沖刷破壞農田土壤結構，部分地塊呈現土層變薄特征，養分大量流失，后續種植環境持續惡化，威脅高粱種植的可持續性。如“達糯8號”這類高稈弱抗倒伏品種，高強度降雨更易引發大面積倒伏，其直接影響最終產量和品質。

1.3 產業發展痛點

1.3.1 機械化短板

受地形條件與農機適應性制約，丘陵地區農業發展長期受限，農業機械化率持續偏低，2023年統計顯示，該區域丘陵地帶農機化率停留在31%，與全國均值存在顯著差距。高粱種植地塊破碎度高、坡度陡峭，傳統大型農機具難以展開作業，丘陵適用小型農機普及率不足，農事活動仍依賴人力，提高種植成本，制約生產效率提升。收獲階段機械化水平尤為薄弱，局部區域延續人工收割模式，勞動負荷重、損耗率高，種植收益空間被壓縮。

1.3.2 技術應用斷層

達川區高粱種植從業者以留守農民為主體，60歲以上群體比例達82%。老齡化勞動力結構阻礙技術革新進程，數字化種植管理系統、無人機植保技術、智能監測設備在現代農業中滲透率低下。農戶對智能設備認知度有限，精準施肥、病蟲害智能監測等技術推廣遇冷，田間管理沿襲傳統經驗模式，制約高粱生產標準化與精細化發展。

2 四川達川區信息技術在高粱栽培管理中融合應用實踐

2.1 丘陵適型物聯網系統構建

2.1.1 智能監測網絡：趙家鎮“坡地墑情監測站”部署

達川區丘陵地帶高粱種植受水分流失和土壤侵蝕影響，趙家鎮構建“坡地墑情監測站”智能監測網絡。其物聯網技術實時監測土壤墑情并進行數據分析，優化田間管理。監測網絡部署6個梯度傳感器，分別安裝在5°、10°、15°、20°、25°和30°的典型坡耕地，覆蓋總面積12公頃，精準追蹤不同坡度條件下的土壤水分動態變化。此系統采用LoRa無線傳輸技術，傳感器節點集成土壤水分傳感器、溫濕度傳感器、降雨量測定模塊及數據處理單元，監測0-50 cm土層墑情，測量精度達±2%（體積含水量，VWC），數據采集頻率10 min/次。網關匯總數據后上傳至農業物聯網云平臺，農戶和管理者可通過移動設備或計算機遠程查看實時墑情。此外，坡面徑流監測功能同步實現，如坡長50 m、寬8 m樣地設置徑流采集槽（1.5 m × 0.3 m × 0.5 m），配置流速傳感器與流量計，精確測算降雨后不同坡度地塊的水土流失量。

2.1.2 窄帶物聯網（NB-IoT）應用

大樹鎮農業區應對數據傳輸穩定性與成本挑戰，依托我國電信5G基站構建窄帶物聯網（NB-IoT）低功耗遠距傳輸架構，農田傳感裝置聯網效率提升、運維支出縮減，部署范圍25平方公里，穩定接入超5 000個監測終端，服務氣象觀測、蟲害預警、灌溉調控等應用場景。

NB-IoT技術展現覆蓋廣度、能耗控制與經濟性三重特性，信號穿透能力達建筑物三層或地下1.5 m深度，適應丘陵地貌復雜地形，相較傳統4G傳輸模式，終端能耗減少65%，單電池供電周期延伸至3-5年周期，設備單價由1 200元降至720元區間，綜合成本壓縮40%，為農戶智能化管理創造經濟可行性。

系統集成土壤墑情監測模塊、智能蟲情燈、遠程水泵控制器與環境傳感器陣列，農田環境動態監控與智能調控實現突破，高粱種植帶埋設的土壤濕度探頭每15 min生成監測數據，經NB-IoT信道傳輸至農業大數據中樞，灌溉單元依據實時數值啟閉水泵運作；蟲情監測裝置每日捕獲害蟲種類數量信息，結合氣象參數生成預警簡報，定向推送施藥建議，有效控制農藥使用頻次。目前，該平臺覆蓋大樹鎮8個高粱種植合作社，接入農機設備3 200余臺套，農業管理成本顯著削減，生產效率同步提升。試點區域數據顯示：節水效率提升23.5%；農藥施用量下降17.8%；每畝種植成本減少120元，在此達川區高粱產業數字化升級示范案例初步形成，為傳統農業轉型提供可復制操作路徑。

2.2 無人機與智能農機協同作業

2.2.1 仿地飛行植保

達川區丘陵地形制約高粱種植，傳統施藥方式存在勞動強度高、精度不足問題，藥液利用率偏低常引發病蟲害防控波動。石梯鎮核心產區部署大疆T30農業無人機系統，其針對35°坡地特征實施仿地飛行噴灑測試，優化植保作業效能。

該機型整合毫米波雷達與多傳感器融合技術，±10 cm動態高度跟隨機制保障坡地飛行穩定性。30 L超大容量藥箱設計使單架次作業覆蓋16.5畝，高壓旋轉霧化噴頭以1.5-2.5 L/min可調流量運行，智能流量控制系統保障藥液彌散均勻。仿地飛行模塊實時解析坡度參數、地形起伏特征及植被覆蓋指數，自動修正航高消除噴灑盲區。

如，石梯鎮300畝試驗區數據顯示：相較人工噴灑模式，無人機作業實現畝均藥量縮減22%，其農藥使用成本顯著下降，附帶緩解藥液滲透引發的土壤與水體污染問題[1]。

2.2.2 丘陵專用農機

達川區丘陵地帶受地形制約，高粱播種長期依靠人工或小型播種設備，傳統輪式機械在坡地作業時抓地性能不足、通過性受限，導致行距偏差大、播種精度低，制約作物生長整齊度。農機研究所創新研制的履帶式高粱精量播種裝置，其經坡地工況專項優化后，已在多個種植區完成田間驗證。

該設備創造性地融合橡膠履帶與液壓驅動系統，復雜地形適應性顯著增強，最大坡度承載達40°，較傳統機型坡地通過性提升35%、穩定性增幅明顯。播種單元搭載GPS定位與自動調幅控制模塊，作業行距偏差被嚴格限制在2 cm閾值內，形成標準化條播作業體系。負壓式精量排種裝置的應用，精準控制單穴播種量，徹底消除人工操作引起的播種深度波動與漏播缺陷[2]。

田間實測表明，裝備作業區域高粱出苗率由傳統模式73%上升至85%，幼苗生長整齊度指數提高21.3%，中耕除草等農事操作效率提升40%。每小時5畝的作業速度較人工播種效率產生四倍級提升，履帶結構特有的低接地比壓特性，使土壤擾動系數降低至輪式機械的62%，坡面徑流削減率達34.6%。

2.3 大數據驅動的精準管理

2.3.1 災害預警模型

達川區高粱種植頻受極端天氣威脅，市農業部門協同氣象局研發融合雷達降水數據、地形解析與歷史氣象信息的洪澇預測模型。系統整合多源遙感數據、物聯網墑情監測網絡及高精度地理信息模型（DEM），實現主產區氣象動態追蹤與災害預警[3]。

預測模型采用市氣象局S波段天氣雷達，動態捕捉150公里半徑降水云團演變軌跡，耦合區域氣象歷史資料完成趨勢預判，構建短臨預警框架。坡地墑情監測站水分傳感器（采樣深度0～50 cm，監測誤差±2%）持續上傳數據，系統實時解析土壤濕度波動，綜合地形坡度系數、土壤滲透速率及降水強度參數，精準測算田塊洪澇風險值，數據處理依托機器學習架構（隨機森林與長短時記憶網絡LSTM），暴雨來臨前6 h生成預警指令，借助短信推送、APP彈窗及農業管理終端三維通道，同步觸達種植主體與監管機構[4]。

2.3.2 智能配肥系統

達川區高粱種植施肥模式長期依靠農戶經驗判斷，施肥不均衡與養分流失現象普遍，造成土壤肥力衰退及化肥利用效率低下。針對此，大樹鎮農業合作社協同土壤研究所構建土壤養分數據庫，依托智能配肥系統完成科學施肥調控。

該技術融合土壤光譜分析和地理信息系統（GIS）建模功能，對種植區域實施網格化土壤采樣，每百畝設置監測點位，運用土壤分析傳感器獲取有機質、速效氮、速效磷、速效鉀等參數（誤差≤5%），數據庫定期迭代更新。監測數據經農業物聯網云平臺處理，結合高粱生長期、氣象預報與施肥歷史記錄生成定制配方，智能配肥站按需完成肥料精準配給[5]。實際表明，土壤傳感器網絡覆蓋全鎮80%耕地，氮磷鉀監測頻次提升至每周2次，云平臺運算模型集成20年田間試驗數據，配肥誤差率控制在3%以內，化肥使用總量同比減少18.6%。

2.4 區塊鏈溯源體系落地

達川區農業農村局與區塊鏈技術服務機構合作構建“達川紅高粱”溯源平臺，運用去中心化存證技術完成高粱產品全流程追蹤，該體系整合區塊鏈與物聯網（IoT）融合架構，覆蓋種植施肥、植保管理、采收倉儲及銷售環節，建立作物唯一數字身份，強化品質監管透明度。

每批次高粱配備專屬溯源碼（QR Code），消費者掃碼獲取完整生產檔案——含種植戶信息、地塊GPS定位（誤差≤5 m）、肥料配比方案、病蟲害防控日志、采收時間軸及倉儲坐標，物聯網傳感器自動抓取關鍵參數：智能土壤監測儀生成墑情報告，無人機巡田影像記錄作物長勢，智能農機作業數據實時回傳，所有信息經加密處理寫入區塊鏈節點，構建不可逆數據存證鏈條。

此外，智能合約機制還可對異常指標實施動態監控，農藥殘留超標等質量風險則會觸發自動預警，其問題產品即刻凍結流通權限。以此依托區塊鏈存證的不可篡改性為消費者建立驗證通道，溯源系統使達川紅高粱的市場流通品與國家GB2763食品安全標準保持同步。

3 結語

現代信息技術的深度融合不僅改善了高粱生產的管理模式，也優化了農業資源配置，提高了產業鏈各環節的協同效率。然而，在推廣過程中仍需進一步優化技術適配性，降低小農戶的使用門檻，同時完善基礎設施建設，提升信息化管理能力。

參考文獻

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[2] 楊秀智，王丹，楊秀冬.淺析高產糯高粱優質種植技術要點[J].農業開發與裝備，2023（4）：177-178.

[3] 楊余.高粱種植技術及病蟲害防治研究[J].新農業，2023（12）：17-18.

[4] 祝建林.高粱高產栽培技術及常見病蟲害防治[J].種子科技，2023，41（15）：59-61.

[5] 高順平，張彥軍.大豆高粱帶狀復合機械化精量種植技術[J].農業技術與裝備，2024（10）：135-137.