物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控系統(tǒng)試驗

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摘要：為確定物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控中的作用，以設(shè)施黃瓜為試驗作物，通過對比分析生長環(huán)境、土壤養(yǎng)分和病蟲害預(yù)警等數(shù)據(jù)，討論管控系統(tǒng)的管控準(zhǔn)確性。試驗結(jié)果表明，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境調(diào)控、土壤墑情監(jiān)測、水肥一體化監(jiān)測、病蟲害預(yù)警方面，能有效發(fā)揮監(jiān)測和調(diào)控作用，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；試驗；精準(zhǔn)監(jiān)控；環(huán)境；土壤；病蟲害

在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，利用精準(zhǔn)化管控監(jiān)測系統(tǒng)實時、準(zhǔn)確地了解農(nóng)作物生長過程中各項指標(biāo)，能夠提高生產(chǎn)效率和資源利用率，推動現(xiàn)代智慧農(nóng)業(yè)快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，為農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化監(jiān)控提供有力的技術(shù)支持，使精準(zhǔn)化管控的技術(shù)水平得到進(jìn)一步優(yōu)化。為進(jìn)一步促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，唐山市農(nóng)業(yè)信息中心設(shè)計一套農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)自動調(diào)整設(shè)施溫室溫濕度，有效控制病蟲害發(fā)生，并通過水肥一體化技術(shù)促進(jìn)農(nóng)作物生長，對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要推動作用。

1農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控監(jiān)測系統(tǒng)

設(shè)計的農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控監(jiān)測系統(tǒng)主要包括環(huán)境調(diào)控、土壤墑情、水肥一體化、病蟲害防治等監(jiān)測系統(tǒng)，具體組成如圖1所示。為測試農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控監(jiān)測系統(tǒng)的精準(zhǔn)度和實際應(yīng)用效果，以設(shè)施黃瓜“唐秋209”為試驗作物，采集其生長環(huán)境、土壤墑情、土壤養(yǎng)分和病蟲害預(yù)警等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并應(yīng)用計算機(jī)軟件進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)確定合理的肥水藥配比。將配比指令發(fā)送到配比系統(tǒng)后，通過滴灌的方式輸送到田間。此后，測定環(huán)境、土壤墑情和病蟲害發(fā)生情況，判斷農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控系統(tǒng)的管控精準(zhǔn)性。

2農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用試驗

2．1環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)

環(huán)境調(diào)控部分共設(shè)置6個傳感器，其中，2個溫濕度傳感器安裝于黃瓜冠層下部和中上部；2個太陽輻射度傳感器安裝于黃瓜冠層；2個土壤水分傳感器安裝于滴灌下土層5cm處。為獲取秋黃瓜生產(chǎn)種植的全面有效數(shù)據(jù)，在綜合考慮秋黃瓜的生長環(huán)境后，傳感器均采用交叉布置。獲得監(jiān)測數(shù)據(jù)后，計算其平均絕對誤差MAE、標(biāo)準(zhǔn)差SD、變異系數(shù)CV、極差，用來評價秋黃瓜的生長環(huán)境。監(jiān)測計算結(jié)果顯示：溫度、土壤水分和太陽輻射度的不均衡性差異不顯著；濕度極差達(dá)18．32，表明不同點的濕度不均衡性存在顯著差異，但變異系數(shù)小于標(biāo)準(zhǔn)值15，在可接受范圍之內(nèi)，不必采取相應(yīng)措施?？偟膩碚f，“唐秋209”生長環(huán)境的各項參數(shù)指標(biāo)穩(wěn)定。

2．2土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)

土壤墑情監(jiān)測試驗共設(shè)置5個監(jiān)測點，呈“X”型布點。監(jiān)測點分別位于土壤的0～20cm，20～40cm，40～60cm，60～100cm，分4個層次監(jiān)測土壤水分含量。每個層次設(shè)置一個傳感器，設(shè)定深度分別為A1（10cm），A2（30cm），A3（50cm），A4（80cm），采用無線通訊方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)實時上傳到“土壤墑情監(jiān)測系統(tǒng)”，數(shù)據(jù)結(jié)果取平均值。根據(jù)黃瓜種植的生長特性，其全生長期要求土壤的相對水量平均在80％以上，其中苗期為80％～90％，定植期為80％～90％，初瓜期為80％～90％，盛瓜期為90％～100％，生長后期為70％～80％。以此作為土壤墑情的判定標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行灌溉調(diào)整。測定計算結(jié)果表明：0～20cm的土壤墑情為96．6％，20～40cm的土壤墑情為91．8％，40～60cm的土壤墑情為85．6％，60～100cm的土壤墑情為81．6％，符合苗期墑情評價判定標(biāo)準(zhǔn)。這說明苗期土壤墑情適合“唐秋209”生長。監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，說明物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于黃瓜生產(chǎn)是完全可行的。

2．3水肥一體化監(jiān)測系統(tǒng)

利用土壤肥料速測儀測定土壤的全氮、有效磷、速效鉀和有機(jī)質(zhì)含量。取點深度0～20cm，每個觀測值取5個點。篩選監(jiān)測項目的最大值、最小值、平均值及變異系數(shù)，通過分析值變異系數(shù)確定土壤養(yǎng)分調(diào)整方案。測定計算結(jié)果表明：全氮平均含量75．31mg／kg，有效磷平均含量58．95mg／kg，速效鉀平均含量76．22mg／kg，有機(jī)質(zhì)平均含量13．62g／kg，屬于適宜“唐秋209”生長的地力；全氮變異系數(shù)為8．11％，有效磷變異系數(shù)2．02％，速效鉀變異系數(shù)是4．34％，有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)7．52％，均在變異系數(shù)判定值15．00％以下，說明試驗點的土壤養(yǎng)分差異不顯著，土壤中的全氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量相差不大，即土壤中的N，P，K含量差異較小。地力測試結(jié)果表明，用肥水一體化施肥技術(shù)追施肥料，可促進(jìn)“唐秋209”正常生長。

2．4病蟲害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)

“唐秋209”是細(xì)菌性角斑病高抗品種，抗霜霉病、角斑病、輕感白粉病。以白粉病為例建立模塊，設(shè)定發(fā)生條件及參數(shù)。在菌源滿足條件的基礎(chǔ)上，采用周平均相對濕度和周均溫作為白粉病發(fā)生判斷依據(jù)：當(dāng)70％≤RH≤80％時，T＜10或T＞35，發(fā)生概率為低；10≤T＜20或25＜T≤35，發(fā)生概率為中；20≤T≤25，發(fā)生概率為高。當(dāng)RH＜70％或RH＞80％，發(fā)生概率為低。采用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測“唐秋209”生長過程中的日均溫度和日均相對濕度，并對白粉病的實際發(fā)生情況進(jìn)行統(tǒng)計分析，溫度、濕度與白粉病發(fā)病概率的關(guān)系見表1。由表1可見，經(jīng)測定計算，在相對濕度75％時不發(fā)??；在溫度小于16℃或大于24℃、相對濕度75％以下時，發(fā)病概率在40％以下；在相對溫度16～24℃、相對濕度40％以下時，發(fā)病概率為40％～60％；在相對溫度16～24℃，相對濕度40～60％時，發(fā)病概率為60％～80％；在相對溫度在16℃～24％，相對濕度在60％～75％之間時，發(fā)病概率高達(dá)80％～100％。綜合來看，白粉病的實際發(fā)生情況（日均溫度和日均相對濕度）與系統(tǒng)預(yù)設(shè)參數(shù)（周均溫度℃、周均相對濕度）相符合，說明病蟲害預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)科學(xué)合理。

3結(jié)論

以設(shè)施黃瓜“唐秋209”為試驗作物，通過對生長環(huán)境、土壤墑情、土壤養(yǎng)分和病蟲害預(yù)警等數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，確定基于物聯(lián)網(wǎng)的農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)化管控系統(tǒng)能夠?qū)r(nóng)作物生長環(huán)境精準(zhǔn)管控，具有優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理水平的作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境調(diào)控、土壤墑情監(jiān)測、水肥一體化監(jiān)測、病蟲害預(yù)警方面，都能有效發(fā)揮監(jiān)測和調(diào)控作用，可有效提高監(jiān)控水平，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)

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作者：王嘉偉 單位：唐山市農(nóng)業(yè)信息中心