現(xiàn)代化技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用

惠艷

（山東省聊城市陽谷縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 聊城 252300）

農(nóng)作物的種植面積較大，每年的產(chǎn)量需求較高，加上大量的農(nóng)村勞動力向城市轉(zhuǎn)移，因此傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)使用到的施肥和澆灌等生產(chǎn)方式已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植發(fā)展需求。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動控制技術(shù)可以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)種植水肥一體化的目的，利用自動化和智能化技術(shù)精準地控制農(nóng)業(yè)種植的水肥混合量和澆灌施肥量，不僅可以節(jié)約水資源，還能夠減少土壤酸化、板結(jié)等一系列問題的發(fā)生。

1 水肥一體機在農(nóng)業(yè)種植中的應(yīng)用

1.1 水肥一體化技術(shù)的運用優(yōu)勢分析

農(nóng)作物要生長發(fā)育就必須要從土壤中吸取養(yǎng)分，因此如果土壤中原本的水分含量無法滿足農(nóng)作物的生長發(fā)育需求時，能夠快速讓土壤含水量升高的最有效方式就是灌溉。水肥一體化技術(shù)就是基于此提出的，利用該項技術(shù)可以有效對土壤進行水分澆灌。水肥一體化技術(shù)是一項綜合農(nóng)業(yè)技術(shù)，其不僅可以完成土壤的水分澆灌，還可以將水分澆灌和施肥結(jié)合在一起，并根據(jù)當前農(nóng)作物對水肥的需求科學(xué)地運送水、養(yǎng)分載體，并將水和養(yǎng)分都輸送到農(nóng)作物根部的土壤周圍[1]。將該項技術(shù)運用到農(nóng)業(yè)種植過程中主要具備如下幾點優(yōu)勢：

首先，可以將水肥直接送達至農(nóng)作物吸收養(yǎng)分的根部土壤，有利于提高澆灌水、施肥的效率，還可以避免對水資源和肥料造成浪費。由此可減輕整個農(nóng)業(yè)種植所在生態(tài)環(huán)境的負擔(dān)，提高農(nóng)田的適應(yīng)能力。其次，相較于傳統(tǒng)灌溉施肥方式來說，使用水肥一體化技術(shù)可以將灌溉用水量降低到原有的50%左右，且水肥一體化技術(shù)是通過網(wǎng)路管道進行輸送的，其設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)置簡單，成本低廉，能夠有效地節(jié)省人力物力[2]。

1.2 水肥一體機結(jié)構(gòu)設(shè)計

水肥一體機主要是由主控部分和灌溉設(shè)備兩大部分所組成，主控部分主要是實現(xiàn)對其他設(shè)備的管理，而灌溉設(shè)備主要是運行在農(nóng)田間，在接受到主控設(shè)備傳遞的信號后進行運作。主控部分的組成主要是由單機片等操控軟件組成，灌溉設(shè)備主要需要安裝電源、混合桶、噴頭等。兩個結(jié)構(gòu)部分的具體設(shè)備如表1所示。

表1 水肥一體機結(jié)構(gòu)一覽

工作人員需要根據(jù)當前農(nóng)作物的需求來設(shè)置整個水肥一體機的參數(shù)，然后命令其在預(yù)定時間自動對農(nóng)田進行澆灌，另外也可以根據(jù)環(huán)境變化情況在灌溉過程中來手動調(diào)整灌溉參數(shù)，以此滿足農(nóng)作物的生長需求。系統(tǒng)收到工作人員發(fā)出的指令后，就會將指令通過無線傳輸模塊傳遞到單片機中。單片機接到指令后就會啟動電磁閥門以及水流檢測采集器，從而實現(xiàn)對農(nóng)田的自動化灌溉。需要注意的是，在設(shè)置水肥一體機自動灌溉觸發(fā)條件時，需要根據(jù)農(nóng)作物水肥需求量在單片機中設(shè)置一個水肥需求最佳值，這樣后續(xù)即便無人看守農(nóng)田，在農(nóng)田農(nóng)作物環(huán)境低于預(yù)設(shè)的最佳值時，單片機就會控制水肥一體機自動運行，從而實現(xiàn)全自動灌溉目的[3]。另外工作人員還可以參考我國灌溉工程技術(shù)規(guī)范指南，根據(jù)當前農(nóng)作物土壤溫度、濕度對處于不同生產(chǎn)時期的作物需肥量進行全面評估，判斷當前時期農(nóng)作物是否有受旱等情況，并以此得出最佳灌溉時間，在水肥一體機中設(shè)置好水肥量和澆灌時間，到了時間水肥一體機就會自動將肥料罐閥門和水桶閥門打開，并將水和肥料融合在一起后輸送到田間，實現(xiàn)對農(nóng)作物澆水施肥。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)種植過程中的應(yīng)用分析

2.1 農(nóng)田環(huán)境監(jiān)測參數(shù)類型選擇

傳統(tǒng)農(nóng)田在采集數(shù)據(jù)的時候使用的模式非常單一，且操作起來復(fù)雜，還帶有操作人員的主觀性。而智能監(jiān)測數(shù)據(jù)采集不僅效率高，還能夠滿足現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)環(huán)境發(fā)展需求，其中數(shù)據(jù)監(jiān)測采集技術(shù)作用最為突出。因為農(nóng)業(yè)種植環(huán)境中存在很多生態(tài)環(huán)境因子和土壤墑情因子，這些因子不僅可以為農(nóng)作物提供生長所需的能量，還會影響作物的生長發(fā)育、病蟲害、產(chǎn)量等[4]。另外空氣中二氧化碳的含量、溫度、濕度、光照強度以及土壤的溫度、濕度都會對農(nóng)作物生長產(chǎn)生較大影響，因此非常有必要對這些影響農(nóng)作物生長的區(qū)域數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進行監(jiān)測、采集。

2.2 區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計

大部分農(nóng)作物的生長環(huán)境都是露天的戶外，這些露天戶外環(huán)境具有非常復(fù)雜多變的地理生態(tài)環(huán)境，而且經(jīng)常會受到惡劣天氣影響，因此監(jiān)測數(shù)據(jù)采集設(shè)備的工作環(huán)境非常復(fù)雜且惡劣，這就需要在設(shè)置區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備的時候，一定要保證所選擇的設(shè)備可以在戶外環(huán)境中長時間穩(wěn)定地工作，并且可以精準地收集當?shù)氐沫h(huán)境數(shù)據(jù)[5]。而區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備由環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)、采集系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)組成，這些系統(tǒng)中還需要包括電源、天線等設(shè)備。表2為區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)。

表2 區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備組成結(jié)構(gòu)一覽

當然選擇這些設(shè)備硬件的時候一定要充分考慮農(nóng)業(yè)種植的特點——種植范圍廣。大部分區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集都需要在較大范圍的田間進行，因此需要在田間部署傳感功能較強的傳感設(shè)備。另外還需要考慮到惡劣自然天氣和地理環(huán)境因素的影響，選擇那些具有抗干擾、抗腐蝕、成本低、穩(wěn)定性高的傳感器作為設(shè)備的選擇。傳感器將采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)統(tǒng)一上傳到平臺上，平臺再對這些數(shù)據(jù)進行利用和分析。需要注意的是，數(shù)據(jù)傳輸距離一般較長，如果使用有線傳輸設(shè)備的話將會提高傳輸數(shù)據(jù)的成本，因此需要選擇功率低、成本低的遠程無線傳輸設(shè)備，保證環(huán)境數(shù)據(jù)采集設(shè)備可以低功率運行。

2.3 設(shè)置農(nóng)業(yè)種植服務(wù)云平臺

農(nóng)業(yè)種植服務(wù)云平臺其實就是將上述的水肥一體化設(shè)備和區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測采集設(shè)備整合在一起，利用現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動控制技術(shù)對農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)進行服務(wù)。這個服務(wù)云平臺的主界面需要包括農(nóng)田環(huán)境數(shù)據(jù)、個人中心等模塊，具體如表3所示。

表3 農(nóng)業(yè)種植服務(wù)云平臺主界面分布

要實現(xiàn)將自動控制技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)聯(lián)合對農(nóng)業(yè)種植生產(chǎn)進行管理，就必須要重點對水肥一體機進行控制。以澆灌控制界面設(shè)置為例，用戶可以通過登錄云服務(wù)平臺進入澆灌控制界面，然后根據(jù)農(nóng)田區(qū)域情況下達指令，水肥一體機受到指令后就會對農(nóng)田實施自動化澆灌控制。同時用戶也可以在云服務(wù)平臺中將農(nóng)作物需要的水量和肥量進行設(shè)定，然后通過水肥一體控制界面將水肥混合在一起向農(nóng)作物進行灌溉施肥。農(nóng)田信息查詢模塊主要是從農(nóng)田監(jiān)測角度出發(fā)，分析當前農(nóng)田的環(huán)境數(shù)據(jù)信息，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)信息分析出現(xiàn)階段農(nóng)田的養(yǎng)分狀況，由此方便工作人員可以及時對農(nóng)田環(huán)境作出調(diào)整，為農(nóng)作物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境。最后需要注意：要實現(xiàn)云服務(wù)平臺的智慧化水平，必須還要建設(shè)一個數(shù)據(jù)存續(xù)平臺。因為云服務(wù)平臺中涵蓋了大量的農(nóng)田區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)信息，需要將所采集的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中方便后續(xù)工作人員可以隨時進行讀取，保證數(shù)據(jù)的完整性。而現(xiàn)代化LoRa技術(shù)就能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和傳輸，利用LoRa技術(shù)，工作人員可以將歷史采集到的農(nóng)田區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫中，然后根據(jù)業(yè)務(wù)需求將每個數(shù)據(jù)相互關(guān)聯(lián)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)建水肥一體化云服務(wù)平臺。

3 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動控制技術(shù)是當前比較新型的現(xiàn)代化技術(shù)，將其運用到農(nóng)業(yè)種植過程中，可以有效實現(xiàn)自動化澆灌施肥，不僅可以避免出現(xiàn)浪費水資源、浪費肥料的情況，還可以防止農(nóng)田土壤受到污染，因此值得推廣。