精準農業(yè)技術提升小麥產量與病蟲害管理效率的研究

摘要：在全球糧食需求攀升且農業(yè)可持續(xù)發(fā)展成為焦點的當下，傳統小麥種植遭遇產量增長瓶頸與病蟲害治理困境。本研究聚焦精準農業(yè)技術于小麥種植領域的應用，深度剖析其提升產量的技術路徑及內在機制，包括基于傳感器和智能系統的精準播種、變量施肥、智能灌溉等，以及這些技術如何通過優(yōu)化土壤環(huán)境、提高資源利用效率促進小麥生長。同時，探究該技術在病蟲害管理中的應用與作用機制，如利用多源數據監(jiān)測病蟲害、精準施藥等。研究表明，精準農業(yè)技術可顯著增強小麥病蟲害防控能力，為小麥高效綠色生產提供有力支撐，對維護全球糧食安全和生態(tài)平衡意義重大。

關鍵詞：精準農業(yè)；小麥；產量；病蟲害管理

伴隨科技迅猛進步，精準農業(yè)技術順勢興起，為農業(yè)發(fā)展注入新活力。該技術以信息技術為基石，集成前沿科技可對農業(yè)生產全流程實施精準化監(jiān)測、智能化決策與精細化管理。故而，針對精準農業(yè)技術提升小麥產量及病蟲害管控效率展開研究，對推動農業(yè)現代化進程意義非凡。

1 精準農業(yè)技術概述

1.1 精準農業(yè)技術內涵

精準農業(yè)技術作為現代農業(yè)發(fā)展的關鍵驅動力，深度整合了各種前沿技術，構建起一套全面且智能的綜合性技術體系。借助傳感器網絡和智能監(jiān)測設備，該技術能夠對農田土壤的理化性質、作物生長態(tài)勢、氣象要素等多源數據進行實時、高精度采集與分析。通過空間分析和模型預測，精準識別農田內不同區(qū)域的差異性，依據農作物的生長規(guī)律和需求，對播種、灌溉、施肥、病蟲害防治等農事活動進行精細化管控，實現農業(yè)資源的優(yōu)化配置和生產過程的精準化管理，有效提升農業(yè)生產的質量和效益。

1.2 關鍵技術構成

精準農業(yè)常用技術涵蓋物聯網（Internet of Things，IoT）、地理信息系統（Geographic Information System，GIS）、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）、遙感技術（Remote Sensing，RS）以及人工智能（Artificial Intelligence，AI）等。在精準農業(yè)場景下，IoT憑借部署在農田各角落的傳感器陣列，實時采集土壤濕度、溫度、養(yǎng)分含量及光照強度等關鍵數據，達成對農業(yè)生態(tài)環(huán)境的全面、動態(tài)感知，為精準農業(yè)決策筑牢數據根基，而GIS則負責對海量農業(yè)數據進行高效存儲、深度分析和可視化呈現，通過繪制土壤肥力、作物產量等專題分布圖，精準揭示農田信息的空間分布規(guī)律，有力支撐精準農事操作方案的科學制定。

GPS為農業(yè)機械與設備賦予高精度定位能力，精準把控播種、施肥、灌溉等農事作業(yè)的空間位置，依據農田實際情況規(guī)劃出最優(yōu)化作業(yè)路徑，有效提升作業(yè)精度與效率。RS借助衛(wèi)星或無人機搭載的各類傳感器，從高空獲取大尺度農田影像數據，憑借多光譜、高分辨率影像解析，精準監(jiān)測作物生長態(tài)勢、病蟲害發(fā)生范圍及危害程度。AI基于機器學習算法，深度挖掘海量農業(yè)數據，預測作物生長走向與病蟲害發(fā)生概率，智能優(yōu)化灌溉、施肥策略，推動農業(yè)生產向智能化邁進。

2 精準農業(yè)技術在提升小麥產量中的具體應用

2.1 土壤信息采集與分析技術

在精準農業(yè)體系內，傳感器技術在獲取土壤信息過程中占據核心地位。像土壤酸堿度傳感器、養(yǎng)分傳感器等被科學部署于土壤中，以高靈敏度實時采集土壤酸堿度、氮磷鉀等養(yǎng)分的含量數據，對土壤環(huán)境的動態(tài)變化精準捕捉，并借助無線傳輸技術將數據快速回傳。同時，土壤采樣與實驗室分析相輔相成。依據網格布點法或隨機抽樣法采集土壤樣本后，在實驗室運用原子吸收光譜儀、pH 計等專業(yè)儀器，對土壤質地、養(yǎng)分含量及其他理化指標進行精細化測定，為精準農業(yè)的后續(xù)決策與實施提供全面、精準的依據[1]。

2.2 精準播種技術

精準播種機械依托前沿的傳感器及智能控制系統，實現播種深度、行距、株距和播種量的精準調控，達成精細化播種作業(yè)。作業(yè)過程中，機械依據預設算法，綜合土壤質地、肥力狀況及小麥品種的生物學特性等參數，實時優(yōu)化調整播種參數。精確的播種深度使種子能處于最佳土壤水熱環(huán)境，契合種子萌發(fā)需求；科學規(guī)劃的行距與株距，保障植株在生長過程中，光、熱、水、肥資源獲取均衡，避免種內競爭，為小麥高產奠定基礎。

精準播種技術對提升種子發(fā)芽率和出苗整齊度成效卓越。精準把控播種深度，使種子于適宜的土壤墑情與肥力環(huán)境中扎根，優(yōu)化種子萌發(fā)條件；合理設置行距和株距，保障植株光照、通風條件均一，為幼苗營造均衡生長環(huán)境，有效提升出苗整齊度，為小麥后續(xù)穩(wěn)健生長和實現高產筑牢根基。

2.3 智能灌溉技術

智能灌溉系統運用土壤濕度傳感器實時監(jiān)測土壤墑情，并整合降雨量、蒸發(fā)量等氣象數據，結合小麥各生育期的需水特性，達成精準灌溉。一旦土壤濕度低于預設閾值且氣象條件表明水分散失迅速，系統便自動觸發(fā)灌溉機制，按照作物實際需水量精準定量灌溉，有效規(guī)避水資源浪費與過度灌溉現象，提升水資源利用效率。

滴灌、噴灌等高效節(jié)水灌溉技術在小麥種植領域意義非凡。滴灌憑借精準滴灌技術，將水分緩慢輸送至小麥根系，極大減少輸水過程中的蒸發(fā)與滲漏損失，提升水資源利用效率。噴灌模擬自然降雨模式，均勻供水，不僅滿足小麥水分需求，還能調節(jié)田間微氣候，營造利于小麥生長的濕度條件，為提高小麥產量提供有力支撐。

2.4 精準施肥技術

精準施肥策略基于土壤檢測所獲的氮、磷、鉀等養(yǎng)分數據，綜合考量小麥不同生育期的養(yǎng)分需求，定制專屬施肥方案。變量施肥技術依據農田土壤肥力的空間變異性以及作物生長態(tài)勢，動態(tài)調控施肥量。實際操作中，借助GIS進行農田定位，利用傳感器采集數據，經智能施肥設備實現分區(qū)精準施肥，提升肥料利用效率，保障小麥養(yǎng)分供應均衡。

精準施肥摒棄傳統施肥的盲目性，依據土壤養(yǎng)分狀況與小麥生長需求精準供肥，極大提升肥料的吸收利用率，減少肥料在土壤中的殘留與流失，在提高肥料利用效率、降低生產成本的同時，減輕了對環(huán)境的污染，為實現小麥高產和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供了堅實保障。

3 精準農業(yè)技術提升小麥產量的機理分析

3.1 優(yōu)化生長環(huán)境

精準農業(yè)技術通過土壤檢測與改良技術，依據土壤養(yǎng)分豐缺狀況和酸堿度指標，科學補肥、調節(jié)土壤 pH 值，優(yōu)化土壤結構，為小麥根系生長營造良好環(huán)境。智能灌溉系統運用土壤濕度監(jiān)測數據，結合作物需水模型，精準灌溉，有效規(guī)避旱澇脅迫對小麥生長的危害。同時，借助智能溫室、遮陽網等設施，根據小麥各生育期光需求規(guī)律，調控光照強度和時長，促進小麥生長發(fā)育。

優(yōu)化后的土壤條件、精準的水分供給以及適宜的光照環(huán)境，共同構筑起小麥生長的理想生態(tài)。在此環(huán)境下，小麥根系得以深扎土壤，高效吸收養(yǎng)分與水分，根系發(fā)育更為茁壯。充足光照與合理水分協同作用，提升小麥光合作用效能，促進有機物質合成與干物質積累，為小麥高產奠定穩(wěn)固的物質基礎[2]。

3.2 提高資源利用效率

精準播種技術借助先進的傳感器與智能控制系統，對播種深度、行距、株距及播種量實施精細化調控，依據農田土壤條件與作物品種特性，為每粒種子營造適配的生長微環(huán)境，有效規(guī)避種子分布不均與播種失誤，大幅提升種子利用率。精準施肥技術基于土壤養(yǎng)分檢測數據與作物不同生長階段的養(yǎng)分需求，運用變量施肥技術，在養(yǎng)分虧缺區(qū)域精準定量施肥，減少肥料浪費與流失，顯著提高肥料利用效率。智能灌溉系統整合土壤濕度、氣象數據與作物需水模型，實現精準灌溉，降低水資源無效損耗，增強水資源利用效率。

在資源有限的情況下，精準播種、施肥和灌溉技術可發(fā)揮關鍵作用。它們利用智能系統和傳感器，精準匹配資源供給與小麥生長需求，減少資源的無效損耗。通過為小麥提供充足且科學配比的種子、肥料和水資源，維持小麥生長的養(yǎng)分、水分平衡，保障其正常生長，最終助力實現小麥高產。

3.3 促進作物生長發(fā)育

精準農業(yè)技術對小麥生長發(fā)育進程有重要調控作用，在小麥生長前期，精準的環(huán)境調控和營養(yǎng)供應，為植株提供了良好的生長條件，有利于促進分蘗，增加有效分蘗數，為后期產量形成奠定基礎。在穗分化階段，通過合理的光照、溫度和養(yǎng)分管理，滿足穗分化對各種條件的需求，使穗分化過程更加順利，提高穗的質量[3]。

到了籽粒灌漿期，精準的水肥管理保證了小麥有充足的養(yǎng)分供應，促進籽粒灌漿。這使得小麥的穗粒數增加，籽粒飽滿，千粒重提高，從而有效提高了小麥的產量，充分發(fā)揮出精準農業(yè)技術在小麥增產方面的優(yōu)勢。

4 精準農業(yè)技術在提升小麥病蟲害管理效率中的具體應用

4.1 病蟲害監(jiān)測技術

在小麥種植領域，傳感器技術、遙感技術以及圖像識別技術協同構建病蟲害監(jiān)測體系。傳感器憑借其高靈敏度，實時采集小麥生長環(huán)境中的溫濕度、光照強度等關鍵氣象因子，一旦環(huán)境指標偏離正常閾值，便可能預警病蟲害風險。遙感技術利用高空搭載的傳感器獲取麥田影像，通過多光譜、高分辨率圖像分析，依據小麥長勢和顏色特征，快速圈定病蟲害疑似區(qū)域。圖像識別技術借助深度學習算法對采集圖像進行智能處理，精準判別病蟲害的種類和危害程度。

基于這些技術建立的病蟲害預警系統，通過設定閾值和分析數據，能及時發(fā)現病蟲害跡象。預警系統根據監(jiān)測數據預測病蟲害的發(fā)展趨勢，提前通知農戶采取相應防治措施，減少病蟲害對小麥的損害，保障小麥產量和質量，對農業(yè)生產具有重要意義[4]。

4.2 精準施藥技術

在小麥病蟲害防治中，精準施藥技術依據病蟲害監(jiān)測結果開展工作。當監(jiān)測到小麥病蟲害發(fā)生時，精準確定施藥時間，在病蟲害初期，及時施藥能有效控制其蔓延。根據病蟲害的種類、嚴重程度以及小麥的生長階段，精確計算施藥劑量，避免用藥不足或過量。在施藥方式上，采用適合的噴霧設備和方法，確保藥劑均勻覆蓋小麥植株。

精準施藥技術能減少農藥使用量，避免不必要的用藥。通過精準控制，藥劑精準作用于病蟲害發(fā)生區(qū)域，減少對非病蟲害區(qū)域的影響，降低農藥對環(huán)境的污染，在有效防治小麥病蟲害的同時，保障了生態(tài)環(huán)境安全，實現農業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

5 精準農業(yè)技術提升小麥病蟲害管理效率的作用機制

5.1 早期預警與及時防控

在小麥種植過程中，精準監(jiān)測技術通過多方面實現病蟲害的早期發(fā)現和預警。傳感器實時采集小麥生長環(huán)境的溫濕度、光照等數據，當環(huán)境參數異常變化，可能預示病蟲害即將發(fā)生。遙感技術獲取大面積麥田影像，分析小麥顏色、紋理變化，能快速識別潛在病蟲害區(qū)域。圖像識別技術對麥田圖像精準分析，判斷病蟲害種類和程度。

基于這些精準監(jiān)測結果，系統設定閾值進行預警。一旦監(jiān)測數據觸及閾值，立即發(fā)出警報，農戶收到預警后，能及時采取相應防控措施，如精準施藥、釋放害蟲天敵等，在病蟲害初期進行有效控制，降低對小麥的危害程度，保障小麥正常生長。

5.2 精準干預與減少化學藥劑使用

在小麥病蟲害防治中，精準施藥技術依靠對病蟲害的全面監(jiān)測信息開展工作。利用傳感器、遙感及圖像識別技術，詳細掌握病蟲害的種類、嚴重程度和在麥田中的分布情況。依據這些精準信息，精準規(guī)劃施藥范圍，只針對病蟲害發(fā)生區(qū)域施藥，避免對無病蟲害區(qū)域的藥劑噴灑。

依據病蟲害的嚴重程度，運用專業(yè)的計量模型精確計算用藥劑量，堅決杜絕過量施藥情況。通過這種精準化的干預策略，顯著削減了化學藥劑的使用量。不僅減少施藥頻次與劑量，還降低了農藥在小麥植株和土壤中的殘留量，有效減輕對周邊水體、大氣等環(huán)境的污染，在保障病蟲害防治效果的同時，維護了生態(tài)系統的健康穩(wěn)定。

5.3 增強作物自身抗性

精準農業(yè)技術從多維度優(yōu)化小麥生長環(huán)境、完善營養(yǎng)供給，進而強化小麥的病蟲害抵御能力。在環(huán)境調控上，借助智能設備精準調節(jié)光照、溫度、濕度參數，例如在小麥幼苗期，將溫度精準維持在適宜區(qū)間，規(guī)避環(huán)境脅迫對小麥生長的干擾。在營養(yǎng)管理方面，依靠土壤檢測與精準施肥技術，按照小麥不同生育期的養(yǎng)分需求，科學補充氮、磷、鉀及各類微量元素，提升小麥植株的健康度與抗性。

適宜的環(huán)境和充足且均衡的營養(yǎng)，使小麥生長健壯，細胞壁加厚，生理代謝增強，從而提高自身對病蟲害的抵抗力。例如，充足的鉀元素有助于增強小麥莖稈的韌性，使其更能抵御害蟲侵害和病菌感染，在面對病蟲害威脅時，能夠更好地保護自身，減少病蟲害造成的損害[5]。

6 結語

綜上所述，精準農業(yè)技術在提升小麥產量與病蟲害管理效率方面優(yōu)勢明顯，通過采取精準的土壤信息采集、播種、灌溉以及施肥登記技術，有助于優(yōu)化小麥生長環(huán)境，提高資源利用效率，促進小麥生長發(fā)育，進而提升產量。在病蟲害管理上，精準監(jiān)測、精準施藥以及生物和物理防治技術的應用，能夠實現早期預警、精準干預，減少化學藥劑使用，保護了生態(tài)平衡。未來應持續(xù)研發(fā)成本更低、操作更簡便的精準農業(yè)技術，加強技術在不同區(qū)域的適應性研究，提高技術普及程度，以推動小麥產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻

[1] 蘭合順.小麥玉米種植中精準農業(yè)技術應用與效益評估[J].數字農業(yè)與智能農機，2024（12）：93-95.

[2] 王艷菊.基于精準農業(yè)技術的玉米種植管理與病蟲害綠色防控策略[J].農業(yè)開發(fā)與裝備，2024（9）：172-174.

[3] 尹會堂.精準農業(yè)技術在小麥種植中的應用研究[J].糧油與飼料科技，2024（7）：53-55.

[4] 王瀟敏.基于精準農業(yè)綠色小麥栽培技術推廣與田間管理方法[J].農業(yè)開發(fā)與裝備，2024（2）：136-138.

[5] 郭玉珍.基于精準農業(yè)綠色小麥栽培技術推廣與田間管理方法探析[J].農業(yè)工程技術，2020，40（15）：55-56.