林業智能化施肥設備的精準度控制研究

林業在資源利用與環境保護中發揮著不可替代的作用，施肥對樹木的生長和林地的生態平衡有直接影響。傳統施肥方式效率低下、浪費資源，無法滿足現代林業高效、精準的管理需求。隨著信息技術與機械化的發展，智能化施肥設備通過集成傳感器、導航系統和智能控制技術，提升了施肥作業的精準度。

一、智能化施肥設備精準度控制概述

（一）智能化施肥設備的基本構成與工作原理

智能化施肥設備由傳感器系統、控制系統、執行機構和通信模塊四部分組成。傳感器實時采集土壤濕度、養分濃度及氣候條件，確保數據準確；控制系統基于數據分析，利用精準控制算法計算施肥方案；執行機構按指令完成肥料的定量輸送與均勻分布；通信模塊保證數據實時傳輸與協調，確保設備與遠程終端的連接[1]。精準度控制包括數據采集、分析決策和執行反饋。設備通過傳感器采集土壤與環境數據，傳輸至控制系統，控制系統根據算法計算施肥量與位置，執行機構按指令操作后，系統反饋施肥效果并進行調整，形成閉環控制。這一過程提高了施肥精準度，減少人工干預，實現高效自動化作業。

(二)精準度控制的影響因素

精準度控制受土壤特性、地形復雜度、傳感器精度、設備運行速度和外部環境等因素的影響。土攘質地、含水量和養分分布直接決定施肥量與位置，復雜地形增加精準度控制難度。傳感器精度影響數據的可靠性，誤差或延遲將影響施肥方案的準確性。設備運行速度過快可能導致施肥不均勻，過慢則影響效率。外部環境如風速、氣溫和降水也會影響施肥效果，特別是高風速可能導致肥料偏移。

精準度控制需要考慮這些因素，動態調整運行參數以確保施肥精準與作業效率。

二、智能化施肥設備精準度控制的關鍵技術

（一）數據采集與環境監測技術

數據采集與環境監測技術是智能化施肥設備精準度控制的核心，土攘傳感器通過電化學原理和電容式測量，實時獲取土壤中的氮、磷、鉀含量及濕度等信息，確保數據的高精度和穩定性[2]。環境監測設備記錄氣溫、光照、降水量和風速等參數，為施肥時機和施肥量的調整提供依據。通過分析土攘含水量的變化，設備能夠在雨季前后調整施肥量，避免資源浪費和環境污染。傳感器校準技術可提高數據的準確性，解決環境變化導致的傳感器漂移問題。多傳感器協同技術通過交叉驗證減少誤差，提升數據質量，提高施肥精準度。

（二）智能化施肥設備的定位與導航技術

精準施肥依賴高精度定位與導航技術，北斗導航系統為設備提供厘米級定位精度，確保施肥路徑的規劃和執行[3。復雜地形下衛星信號可能受到遮擋，慣性導航系統與地面基站差分技術的結合彌補了不足，確保設備的軌跡穩定性。基于柵格圖的動態路徑規劃算法能夠根據實時地形生成最優施肥路線，提升施肥效率并減少作業時間。多機協同導航技術可以使多臺設備協同工作，通過無線通信協調路徑分配，避免重復施肥或遺漏區域，增強設備在復雜環境中的適應能力。

(三)施肥量精準控制算法

施肥量精準控制算法是智能化施肥設備的核心，直接影響施肥效果和資源利用效率。基于深度學習的動態施肥需求預測模型分析歷史數據、土攘養分與作物生長情況，動態預測土攘肥力需求，針對不同作物和區域進行精準施肥。實時調控算法將傳感器數據與控制模型對比，動態調整施肥量。例如，當氮元素低于標準值時，系統自動增加氮肥投放量，保持土攘養分平衡。閉環控制系統通過實時監測施肥效果，根據反饋數據優化施肥策略，降低施肥誤差。誤差修正模型可根據外界干擾因素優化施肥量，提升施肥精準度。

（四)智能控制系統的集成與優化

智能控制系統通過硬件和軟件的集成與優化，實現施肥設備的精準控制。硬件部分通過精密設計與高性能執行器保證施肥的穩定性；軟件部分通過嵌入式系統和人機交互界面實現實時參數設置和監控[4]。分布式控制架構和實時操作系統確保設備能夠快速響應環境變化，避免延遲和誤差。通過容錯機制和冗余設計，設備能在復雜環境下保持穩定運行，即使部分模塊故障也能確保持續作業。人機交互界面的設計提升了設備易用性，操作人員能通過直觀的界面設置施肥參數、查看作業狀態和調整模式。數據可視化技術將施肥數據圖形化呈現，便于實時分析和決策。

三、智能化施肥設備精準度控制的具體應用

（一）經濟林高效施肥的精準化控制

經濟林的施肥需要提高肥料利用率，降低成本和環境影響。智能化施肥設備通過實時監測土攘養分，根據植物生長周期動態調整施肥策略，提高作物的產量和質量[5]。例如，柑橘種植中智能設備根據不同生長期精確計算所需肥料量，避免過量施肥或養分不足。智能施肥設備的優勢還體現在對不同土壤環境的適應性上，浙江某有機茶園的應用案例中，智能設備通過實時調控施肥量和路徑，減少氮肥的浪費，氮肥施用量減少了 20% ，茶葉產量提高了15% 。設備還能夠減少對環境的負面影響，浙江茶園的設備配備了雨水傳感器，在降雨后自動調整施肥計劃，避免肥料流失。

（二)生態林養護中的精準施肥技術應用

智能化施肥設備在生態林養護中的應用有助于提升森林生態服務功能，尤其是荒漠化地區。例如，內蒙古的沙漠治理項目，智能施肥設備結合滴灌系統，對土壤和環境數據進行實時采集精準施肥，提高樹木成活率并減少肥料浪費。設備確保肥料直接送到植物根系，提高養分吸收效率，避免土壤污染。濕地生態林養護中，設備實時監測土壤鹽分和水分含量，調整施肥量，避免鹽分積累對植物生長的影響。某沿海濕地修復項目中，設備根據濕地植物的生長階段智能調整施肥時機，幫助恢復水土保持功能，增強生態系統的穩定性。

（三）森林恢復與重建中的精準施肥

智能化施肥設備在森林恢復與重建中應用廣泛，可提高植被恢復速度和改善土壤質量。例如，云南某熱帶雨林恢復項目中，設備根據不同樹種的營養需求和區域土壤條件調整施肥策略，避免施肥過量或不足，優化施肥效果，促進植物生長，恢復生態平衡。礦山復墾項目中智能施肥設備幫助快速補充礦區土攘的基本養分，提升植被覆蓋速度。山西某礦區的復墾項目中，設備結合無人機進行大范圍精準施肥，縮短了生態恢復時間。高寒地區的生態修復項目中，設備調整施肥時間和量，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，有效改善高寒地區的生態環境。

參考文獻：

[1]耿院霞.我國智能化農業機械應用探析[J]現代農業科技，2020(11）：188.

[2]胡顯威，毛偉.施肥機械的研究現狀及發展趨勢[J].現代農業裝備，2023，44(02):25-29+50.

[3]江昊.蔬果生產全程機械化精準施肥解決方案的制訂與實施[J].南方農機，2019，50(20)：24.

[4]楊旭超，酉育紅，李建軍，等.寬行距作物施肥設備研究現狀及展望[J].數字農業與智能農機，2021(20):76-78.

[5]黨宇輝.智能化農業技術在精準施肥與施藥中的應用與效果評估.數字農業與智能農機，2023(12):45-47.

（作者單位：聊城市自然資源和規劃局）