林業(yè)智能化施肥設(shè)備的精準(zhǔn)度控制研究

林業(yè)在資源利用與環(huán)境保護(hù)中發(fā)揮著不可替代的作用，施肥對樹木的生長和林地的生態(tài)平衡有直接影響。傳統(tǒng)施肥方式效率低下、浪費(fèi)資源，無法滿足現(xiàn)代林業(yè)高效、精準(zhǔn)的管理需求。隨著信息技術(shù)與機(jī)械化的發(fā)展，智能化施肥設(shè)備通過集成傳感器、導(dǎo)航系統(tǒng)和智能控制技術(shù)，提升了施肥作業(yè)的精準(zhǔn)度。

一、智能化施肥設(shè)備精準(zhǔn)度控制概述

（一）智能化施肥設(shè)備的基本構(gòu)成與工作原理

智能化施肥設(shè)備由傳感器系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和通信模塊四部分組成。傳感器實(shí)時采集土壤濕度、養(yǎng)分濃度及氣候條件，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；控制系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)分析，利用精準(zhǔn)控制算法計算施肥方案；執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令完成肥料的定量輸送與均勻分布；通信模塊保證數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸與協(xié)調(diào)，確保設(shè)備與遠(yuǎn)程終端的連接[1]。精準(zhǔn)度控制包括數(shù)據(jù)采集、分析決策和執(zhí)行反饋。設(shè)備通過傳感器采集土壤與環(huán)境數(shù)據(jù)，傳輸至控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)算法計算施肥量與位置，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令操作后，系統(tǒng)反饋施肥效果并進(jìn)行調(diào)整，形成閉環(huán)控制。這一過程提高了施肥精準(zhǔn)度，減少人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)高效自動化作業(yè)。

(二)精準(zhǔn)度控制的影響因素

精準(zhǔn)度控制受土壤特性、地形復(fù)雜度、傳感器精度、設(shè)備運(yùn)行速度和外部環(huán)境等因素的影響。土攘質(zhì)地、含水量和養(yǎng)分分布直接決定施肥量與位置，復(fù)雜地形增加精準(zhǔn)度控制難度。傳感器精度影響數(shù)據(jù)的可靠性，誤差或延遲將影響施肥方案的準(zhǔn)確性。設(shè)備運(yùn)行速度過快可能導(dǎo)致施肥不均勻，過慢則影響效率。外部環(huán)境如風(fēng)速、氣溫和降水也會影響施肥效果，特別是高風(fēng)速可能導(dǎo)致肥料偏移。

精準(zhǔn)度控制需要考慮這些因素，動態(tài)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)以確保施肥精準(zhǔn)與作業(yè)效率。

二、智能化施肥設(shè)備精準(zhǔn)度控制的關(guān)鍵技術(shù)

（一）數(shù)據(jù)采集與環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

數(shù)據(jù)采集與環(huán)境監(jiān)測技術(shù)是智能化施肥設(shè)備精準(zhǔn)度控制的核心，土攘傳感器通過電化學(xué)原理和電容式測量，實(shí)時獲取土壤中的氮、磷、鉀含量及濕度等信息，確保數(shù)據(jù)的高精度和穩(wěn)定性[2]。環(huán)境監(jiān)測設(shè)備記錄氣溫、光照、降水量和風(fēng)速等參數(shù)，為施肥時機(jī)和施肥量的調(diào)整提供依據(jù)。通過分析土攘含水量的變化，設(shè)備能夠在雨季前后調(diào)整施肥量，避免資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。傳感器校準(zhǔn)技術(shù)可提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，解決環(huán)境變化導(dǎo)致的傳感器漂移問題。多傳感器協(xié)同技術(shù)通過交叉驗(yàn)證減少誤差，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高施肥精準(zhǔn)度。

（二）智能化施肥設(shè)備的定位與導(dǎo)航技術(shù)

精準(zhǔn)施肥依賴高精度定位與導(dǎo)航技術(shù)，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)為設(shè)備提供厘米級定位精度，確保施肥路徑的規(guī)劃和執(zhí)行[3。復(fù)雜地形下衛(wèi)星信號可能受到遮擋，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)與地面基站差分技術(shù)的結(jié)合彌補(bǔ)了不足，確保設(shè)備的軌跡穩(wěn)定性。基于柵格圖的動態(tài)路徑規(guī)劃算法能夠根據(jù)實(shí)時地形生成最優(yōu)施肥路線，提升施肥效率并減少作業(yè)時間。多機(jī)協(xié)同導(dǎo)航技術(shù)可以使多臺設(shè)備協(xié)同工作，通過無線通信協(xié)調(diào)路徑分配，避免重復(fù)施肥或遺漏區(qū)域，增強(qiáng)設(shè)備在復(fù)雜環(huán)境中的適應(yīng)能力。

(三)施肥量精準(zhǔn)控制算法

施肥量精準(zhǔn)控制算法是智能化施肥設(shè)備的核心，直接影響施肥效果和資源利用效率。基于深度學(xué)習(xí)的動態(tài)施肥需求預(yù)測模型分析歷史數(shù)據(jù)、土攘養(yǎng)分與作物生長情況，動態(tài)預(yù)測土攘肥力需求，針對不同作物和區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)施肥。實(shí)時調(diào)控算法將傳感器數(shù)據(jù)與控制模型對比，動態(tài)調(diào)整施肥量。例如，當(dāng)?shù)氐陀跇?biāo)準(zhǔn)值時，系統(tǒng)自動增加氮肥投放量，保持土攘養(yǎng)分平衡。閉環(huán)控制系統(tǒng)通過實(shí)時監(jiān)測施肥效果，根據(jù)反饋數(shù)據(jù)優(yōu)化施肥策略，降低施肥誤差。誤差修正模型可根據(jù)外界干擾因素優(yōu)化施肥量，提升施肥精準(zhǔn)度。

（四)智能控制系統(tǒng)的集成與優(yōu)化

智能控制系統(tǒng)通過硬件和軟件的集成與優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)施肥設(shè)備的精準(zhǔn)控制。硬件部分通過精密設(shè)計與高性能執(zhí)行器保證施肥的穩(wěn)定性；軟件部分通過嵌入式系統(tǒng)和人機(jī)交互界面實(shí)現(xiàn)實(shí)時參數(shù)設(shè)置和監(jiān)控[4]。分布式控制架構(gòu)和實(shí)時操作系統(tǒng)確保設(shè)備能夠快速響應(yīng)環(huán)境變化，避免延遲和誤差。通過容錯機(jī)制和冗余設(shè)計，設(shè)備能在復(fù)雜環(huán)境下保持穩(wěn)定運(yùn)行，即使部分模塊故障也能確保持續(xù)作業(yè)。人機(jī)交互界面的設(shè)計提升了設(shè)備易用性，操作人員能通過直觀的界面設(shè)置施肥參數(shù)、查看作業(yè)狀態(tài)和調(diào)整模式。數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將施肥數(shù)據(jù)圖形化呈現(xiàn)，便于實(shí)時分析和決策。

三、智能化施肥設(shè)備精準(zhǔn)度控制的具體應(yīng)用

（一）經(jīng)濟(jì)林高效施肥的精準(zhǔn)化控制

經(jīng)濟(jì)林的施肥需要提高肥料利用率，降低成本和環(huán)境影響。智能化施肥設(shè)備通過實(shí)時監(jiān)測土攘養(yǎng)分，根據(jù)植物生長周期動態(tài)調(diào)整施肥策略，提高作物的產(chǎn)量和質(zhì)量[5]。例如，柑橘種植中智能設(shè)備根據(jù)不同生長期精確計算所需肥料量，避免過量施肥或養(yǎng)分不足。智能施肥設(shè)備的優(yōu)勢還體現(xiàn)在對不同土壤環(huán)境的適應(yīng)性上，浙江某有機(jī)茶園的應(yīng)用案例中，智能設(shè)備通過實(shí)時調(diào)控施肥量和路徑，減少氮肥的浪費(fèi)，氮肥施用量減少了 20% ，茶葉產(chǎn)量提高了15% 。設(shè)備還能夠減少對環(huán)境的負(fù)面影響，浙江茶園的設(shè)備配備了雨水傳感器，在降雨后自動調(diào)整施肥計劃，避免肥料流失。

（二)生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中的精準(zhǔn)施肥技術(shù)應(yīng)用

智能化施肥設(shè)備在生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中的應(yīng)用有助于提升森林生態(tài)服務(wù)功能，尤其是荒漠化地區(qū)。例如，內(nèi)蒙古的沙漠治理項(xiàng)目，智能施肥設(shè)備結(jié)合滴灌系統(tǒng)，對土壤和環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集精準(zhǔn)施肥，提高樹木成活率并減少肥料浪費(fèi)。設(shè)備確保肥料直接送到植物根系，提高養(yǎng)分吸收效率，避免土壤污染。濕地生態(tài)林養(yǎng)護(hù)中，設(shè)備實(shí)時監(jiān)測土壤鹽分和水分含量，調(diào)整施肥量，避免鹽分積累對植物生長的影響。某沿海濕地修復(fù)項(xiàng)目中，設(shè)備根據(jù)濕地植物的生長階段智能調(diào)整施肥時機(jī)，幫助恢復(fù)水土保持功能，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（三）森林恢復(fù)與重建中的精準(zhǔn)施肥

智能化施肥設(shè)備在森林恢復(fù)與重建中應(yīng)用廣泛，可提高植被恢復(fù)速度和改善土壤質(zhì)量。例如，云南某熱帶雨林恢復(fù)項(xiàng)目中，設(shè)備根據(jù)不同樹種的營養(yǎng)需求和區(qū)域土壤條件調(diào)整施肥策略，避免施肥過量或不足，優(yōu)化施肥效果，促進(jìn)植物生長，恢復(fù)生態(tài)平衡。礦山復(fù)墾項(xiàng)目中智能施肥設(shè)備幫助快速補(bǔ)充礦區(qū)土攘的基本養(yǎng)分，提升植被覆蓋速度。山西某礦區(qū)的復(fù)墾項(xiàng)目中，設(shè)備結(jié)合無人機(jī)進(jìn)行大范圍精準(zhǔn)施肥，縮短了生態(tài)恢復(fù)時間。高寒地區(qū)的生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目中，設(shè)備調(diào)整施肥時間和量，確保在適宜氣候窗口期施肥，可提高植物生長速度和成活率，有效改善高寒地區(qū)的生態(tài)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

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[4]楊旭超，酉育紅，李建軍，等.寬行距作物施肥設(shè)備研究現(xiàn)狀及展望[J].數(shù)字農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)機(jī)，2021(20):76-78.

[5]黨宇輝.智能化農(nóng)業(yè)技術(shù)在精準(zhǔn)施肥與施藥中的應(yīng)用與效果評估.數(shù)字農(nóng)業(yè)與智能農(nóng)機(jī)，2023(12):45-47.

（作者單位：聊城市自然資源和規(guī)劃局）