基于物聯網技術的農業精準化管控系統試驗

王嘉偉

摘要：為確定物聯網技術在農業精準化管控中的作用，以設施黃瓜為試驗作物，通過對比分析生長環境、土壤養分和病蟲害預警等數據，討論管控系統的管控準確性。試驗結果表明，物聯網技術在環境調控、土壤墑情監測、水肥一體化監測、病蟲害預警方面，能有效發揮監測和調控作用，為農業生產提供數據支持。

關鍵詞：物聯網技術;試驗;精準監控;環境;土壤;病蟲害

中圖分類號：S216? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2020）04-0053-02

在現代農業生產中，利用精準化管控監測系統實時、準確地了解農作物生長過程中各項指標，能夠提高生產效率和資源利用率，推動現代智慧農業快速發展。物聯網技術的發展和應用，為農業精準化監控提供有力的技術支持，使精準化管控的技術水平得到進一步優化。為進一步促進物聯網技術在農業生產中的應用，唐山市農業信息中心設計一套農業精準化管控監測系統。該系統自動調整設施溫室溫濕度，有效控制病蟲害發生，并通過水肥一體化技術促進農作物生長，對現代農業發展具有重要推動作用。

1 農業精準化管控監測系統

設計的農業精準化管控監測系統主要包括環境調控、土壤墑情、水肥一體化、病蟲害防治等監測系統，具體組成如圖1所示。

為測試農業精準化管控監測系統的精準度和實際應用效果，以設施黃瓜“唐秋209”為試驗作物，采集其生長環境、土壤墑情、土壤養分和病蟲害預警等基礎數據，并應用計算機軟件進行分析，根據相關數據確定合理的肥水藥配比。將配比指令發送到配比系統后，通過滴灌的方式輸送到田間。此后，測定環境、土壤墑情和病蟲害發生情況，判斷農業精準化管控系統的管控精準性。

2 農業精準化管控監測系統應用試驗

2.1 環境調控系統

環境調控部分共設置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5 cm處。為獲取秋黃瓜生產種植的全面有效數據，在綜合考慮秋黃瓜的生長環境后，傳感器均采用交叉布置。獲得監測數據后，計算其平均絕對誤差MAE、標準差SD、變異系數CV、極差，用來評價秋黃瓜的生長環境。

監測計算結果顯示：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，但變異系數小于標準值15，在可接受范圍之內，不必采取相應措施。總的來說，“唐秋209”生長環境的各項參數指標穩定。

2.2 土壤墑情監測系統

土壤墑情監測試驗共設置5個監測點，呈“X”型布點。監測點分別位于土壤的0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～100 cm，分4個層次監測土壤水分含量。每個層次設置一個傳感器，設定深度分別為A1（10 cm），A2（30 cm），A3（50 cm），A4（80 cm），采用無線通訊方式將監測數據實時上傳到“土壤墑情監測系統”，數據結果取平均值。

根據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準，并進行灌溉調整。

測定計算結果表明：0～20 cm的土壤墑情為96.6%，20～40 cm的土壤墑情為91.8%，40～60 cm的土壤墑情為85.6%，60～100 cm的土壤墑情為81.6%，符合苗期墑情評價判定標準。這說明苗期土壤墑情適合“唐秋209”生長。監測數據結果在標準數據范圍內，說明物聯網技術應用于黃瓜生產是完全可行的。

2.3 水肥一體化監測系統

利用土壤肥料速測儀測定土壤的全氮、有效磷、速效鉀和有機質含量。取點深度0～20 cm，每個觀測值取5個點。篩選監測項目的最大值、最小值、平均值及變異系數，通過分析值變異系數確定土壤養分調整方案。

測定計算結果表明：全氮平均含量75.31 mg/kg，有效磷平均含量 58.95 mg/kg，速效鉀平均含量76.22 mg/kg，有機質平均含量13.62 g/kg，屬于適宜“唐秋209”生長的地力;全氮變異系數為8.11%，有效磷變異系數2.02%，速效鉀變異系數是4.34%，有機質變異系數7.52%，均在變異系數判定值15.00%以下，說明試驗點的土壤養分差異不顯著，土壤中的全氮、有效磷、速效鉀、有機質等養分含量相差不大，即土壤中的N，P，K含量差異較小。地力測試結果表明，用肥水一體化施肥技術追施肥料，可促進“唐秋209”正常生長。

2.4 病蟲害預警監測系統

“唐秋209”是細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，設定發生條件及參數。在菌源滿足條件的基礎上，采用周平均相對濕度和周均溫作為白粉病發生判斷依據：當70%≤RH≤80%時，T<10或T>35，發生概率為低;10≤T<20或2580%，發生概率為低。

采用物聯網監測“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生情況進行統計分析，溫度、濕度與白粉病發病概率的關系見表1。

由表1可見，經測定計算，在相對濕度75%時不發病;在溫度小于16 ℃或大于24 ℃、相對濕度75%以下時，發病概率在40%以下;在相對溫度16～24 ℃、相對濕度40%以下時，發病概率為40%～60%;在相對溫度16～24 ℃，相對濕度40～60%時，發病概率為60%～80%;在相對溫度在16 ℃～24%，相對濕度在60%～75%之間時，發病概率高達80%～100%。綜合來看，白粉病的實際發生情況（日均溫度和日均相對濕度）與系統預設參數（周均溫度℃、周均相對濕度）相符合，說明病蟲害預警監測系統科學合理。

3 結論

以設施黃瓜“唐秋209”為試驗作物，通過對生長環境、土壤墑情、土壤養分和病蟲害預警等數據進行對比分析，確定基于物聯網的農業精準化管控系統能夠對農作物生長環境精準管控，具有優化農業生產管理水平的作用。物聯網技術在環境調控、土壤墑情監測、水肥一體化監測、病蟲害預警方面，都能有效發揮監測和調控作用，可有效提高監控水平，為農業生產提供數據支持。

參考文獻

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