智慧農業在果園中的應用技術及展望分析

智慧農業是伴隨當前科學技術不斷發展，形成的一種用于農業生產種植的新模式，其以先進的種植管理技術為載體，能夠全面感知獲取作物的生長種植環境條件以及自身長勢信息，通過科學的計算方法探究其背后反映的問題，進而通過更科學的田間管理，為作物生長營造更良好的條件。將智慧農業理念貫徹到果園的種植發展中，有助于實現果園的精細化與智能化發展。

1 智慧農業在果園中的應用技術

1.1 信息技術

信息技術是智慧農業發展依賴的基本技術，將其應用到果園中，主要用于獲取果樹生長狀態以及田間環境信息，進而以信息為依據，實現果園管理、病蟲害防控以及產品貯運的現代化。

在果園的管理階段，應用移動信息獲取機器人、遙感無人機、多種類型的地面傳感器等信息獲取設備，對果樹生長期間涉及的多項參數進行分析，從而了解果樹的長勢以及現場各類因素對其長勢的影響。例如，在果園的合適位置布設監測點，在監測點安裝傳感器，獲取果園的環境濕度、溫度、王壤情、光照強度等信息，經由5G無線通信技術，將監測獲取的信息上傳至從業者的手機、電腦等終端設備后，由終端系統安裝的分析軟件，對這些信息進行分析，讓從業者能夠明確果園土壤、氣候、水肥以及果樹產量間的數據關系（圖1），將其作為后續對果樹進行管理與種植規劃的有效參考[]。

針對果樹生長中容易出現的病蟲害問題，可以利用信息技術來加強蟲情監測（圖2）。在果園合適位置布設高清攝像頭，依靠視頻監測系統，將獲取的監測視頻信息上傳至系統監控中心，在系統監控中心的可視化果樹信息沙盤中，自動呈現監測到的果樹生長情況、局部病蟲害發生情況。例如，可以選擇在果樹樹冠下方位置安裝低位監控探頭，用于監測果樹葉片背面病蟲害的發生情況。在獲取病蟲害發生信息的同時，也可以將信息技術應用于以殺蟲燈誘物技術為代表的病蟲害防控工作。由從業者的手機電腦等終端設備，實現對安裝于果園的物聯網殺蟲燈設備的遠程控制，控制殺蟲燈的開啟時間亮度以及頻率，利用信息技術獲取防治后的果樹生長以及病蟲害情況，判斷是否需要更換防治手段或加大防治力度，從而達到有效防治蟲害的自的。

圖1 果園氣象監測系統

信息技術也可以應用到果品的貯運過程中，將信息技術與物聯網技術結合起來，將從果園采收的果品打上電子標簽，進而通過對果品貯運車輛以及果品電子標簽的全程跟蹤，了解果品在貯運過程中的變化信息。

圖2蟲情監測系統

1.2 CAN總線控制技術

CAN總線控制技術在果園中的應用，需要以信息技術獲取到的監測信息為判斷依據，由總控制室負責下達施肥、澆水以及病蟲害防治等相關的控制命令，經由通訊網絡將其傳達給果園的農機設備后，實現對果園果樹的精確化管理與控制。

（1）在實際應用中，為保證控制指令的及時傳達，要求選擇能夠應對雷雨等惡劣天氣的通訊收發器，進而在果園內部布設CAN通訊線路，構成一個通訊網絡拓撲結構。

備為抽水過程增加壓力，有效克服果園地形地勢可能對灌溉用水造成的影響。在灌溉水量達到規定標準后，由電水閥實現對灌溉水源的控制與調節。為確保灌溉水源充足，還需要在水池安裝用于水位變化情況監測的傳感器，并設置水池水位的預警值。

（3）由于部分果園位于具有一定坡度的丘陵地形地勢環境中，在以農耕法進行果樹種植規劃時，可以在每一壟位置裝設檢測樁，用于監測該壟樹苗的生長情況。檢測樁是CAN總線控制技術中的檢測與執行裝置，是該控制技術獲取果樹生長信息的依據。檢測樁需要深埋在地底，其匯集了針對土壤中各類營養物質、溫濕度等參數進行檢測的裝置，同時也設置了用于農藥噴灑、灌溉、施肥的裝置構件，在經由通訊網絡將監測信息傳達至總控制室后，接收來自總控制室的控制指令并執行。

（2）以控制室的主機設備為核心，在控制室附近建設水池，或做好與供水灌溉管道之間的連接，確保能夠在控制指令下達后將水源及時輸送至果樹周圍。若果園有建設水池，可以將部分肥料融入水池中，直接在灌溉時完成施肥。

（4）為實現以CAN總線控制技術為基礎的果園自動化種植管理，要求在控制室的主機系統中進行智慧果園的控制程序設計。由控制程序實現果園種植中各環節與技術模塊的協調配合，自動完成對果樹的灌溉、施肥等管理工作。同時，也需要搭配簡潔的可視化用戶界面，便于從業者更好地觀察果樹生長以及管理的相關信息。

以水池灌水為例，控制室主要負責抽水機、加壓設備、電水閥等裝置設備的精確控制。這三種設備需要配合應用，選擇合適量程與吸塵的抽水機設備，將果園附近的地表河流水抽到水池中，再以加壓設

1.3 近紅外及光譜成像技術

近紅外以及光譜成像技術通常用于果樹的栽培管理。光譜成像技術能夠監測葉片，判斷苗株營養狀況及水分含量。對果樹葉片的葉綠素含量、生物量以及產量等參數進行研究分析。近紅外光譜則能夠以更精準地分析結果，滿足對葉片以及冠層光譜特征的研究[4]。

在對果樹的生理生化特性進行監測時，可以利用高光譜儀采集葉片信息并分析果園的冠層光譜信息，估算果樹葉片的葉綠素含量、類胡蘿卜素含量、植株含水量。在冠層光譜信息中，依據光譜反射率在紅邊區域的響應強度變化情況，采用線性外推的方法，建立針對果樹葉片生理生化指標的估算模型。在估算模型中不斷添加新樣本，建立具有代表性和魯棒性的校準。同時搭配葉面積指數、生物量等生理指標的檢測結果，實現對果樹群體情況以及果樹產量的研究。

近紅外及光譜成像技術也可以用于對果樹養分的評估分析。在明確果樹養分需求規律的基礎上，以影響果樹生長和果實品質的營養元素含量為例，在應用光譜成像技術時，可以選取最適當的光反射率及其變化形式，建立針對果樹總氮、總磷含量的回歸方程，計算回歸系數后，估算其中鐵、錳、銅、鋅等微量元素的含量。通過對一階微分光譜中各類元素的相關性分析，構建針對元素含量進行估測的模型，驗證果樹營養需求與物候期以及不同生長階段之間的相關性。結合果園的實際情況，經由光譜分析獲得的結果，能夠實現對果樹生長情況的有效監測，為果樹的生產管理提供更為科學的指導，也能夠用于估算果樹的產量。

近紅外光譜成像技術也可以用于果樹的病蟲害識別。相較于信息技術直接依靠高清攝像機來獲取果樹的生長情況，近紅外光譜成像技術的應用，不會受到果園現場各類遮蔽的影響，能獲得更準確的病蟲害識別信息。例如，以果園種植蘋果樹為例，其生長中對蘋果果實危害較大的病害，以腐爛病為主。這種病害主要由于絲狀真菌引起，通過光譜儀的掃描，獲得蘋果樹干以及枝條的高光譜圖像，可以依據近紅外反射率來識別人體視覺上難以區分的病變區域，在計算高光譜圖像的歸一化光譜指數后，則可以區分果園中健康和染病蘋果樹的閾值，將其作為構建腐爛病病害診斷模型的參考。

近紅外光譜成像技術也可以滿足對果園產量的估算需求，從對果樹掃描后獲得的光譜圖像中，提取果樹冠層結構以及植被指數等指標信息，實現對果實產量的估算與變化預測。在這一過程中，也可以結合果園所在地的物候信息，依據光譜圖像中的信息，推導得出時間序列植被指數，進而以構建隨機森林模型的方式，預測果樹的實際產量。這種方法能夠有效反映出果樹后期的變化特征。

2 智慧果園技術展望

在明確當前用于果園種植發展的智慧農業應用技術類型后，考慮到不同技術的應用條件和功能優勢有所差異，而果園的種植品種較多，果園所在當地的地形地質環境以及氣候條件較為復雜，各類技術的應用仍面臨一定挑戰，需要在今后的發展中加大研發與優化的力度。

2.1 智慧果園技術面臨挑戰

結合當前我國果園的種植發展情況，分析智慧果園技術應用面臨的挑戰，主要涉及以下幾方面：

一是智慧果園技術的應用，需要以獲取到的果園現場信息為依據，而信息的獲取，當前仍主要依靠傳感器、檢測裝置等設備實現。這些傳感器設備的購買、安裝以及運行維護成本，往往超出果園種植本身的成本，再加上需要購買用于管理的系統軟件，小規模的果園難以承擔較大的成本壓力。因而當前智慧果園技術仍主要應用在大規模的果園，難以進行大面積推廣。

二是依靠智慧果園技術獲取到的果園現場信息，雖然能夠直接由管理軟件對其進行分析，但也需要以人工輔助來規避技術應用中可能存在的風險問題。從業者不僅需要了解果園果樹生長過程中各類檢測信息的變化范圍，以便及時察覺果樹生長中的異常，也需要對智慧果園技術原理有所掌握，才能夠針對發現的異常情況采取有效的技術措施，維護果樹健康的生長態勢。這就對從業者的技術能力與素質提出了更高的要求。但當前我國果園的從業者能力素質參差不齊，普遍缺乏高素質技術型人才，即便引入智慧農業應用技術，也往往難以發揮相應技術的全部功能，因而也阻礙著智慧農業技術的應用推廣。

三是對一些以水果種植為主要經濟收入來源的地區而言，由于其果園建設發展的歷史較長，在不斷的探索發展中，已經形成了較為固定的果園種植模式和方法，在引入智慧農業技術前，需要對這類果園現場的溝渠、道路等進行重新規劃與建設，也會額外增加技術改造與應用的成本。受到果園當地種植地形地勢條件的限制，對果樹進行監測與灌溉、施肥的現代化設備，會受到土地坡度、土壤含水率等因素的影響，難以發揮其作用，也會阻礙智慧農業技術的推廣與應用（圖3）。

2.2 智慧果園技術發展建議

現階段，我國科學技術仍處于高速發展的時期，以更先進的科學技術助力果樹的健康成長，是當前以及未來果樹發展的主要方向和趨勢。為發揮智慧農業技術在助力果園發展中的作用，應加強對現有技術方法的優化設計，綜合考慮當前果園種植環境的共性與個性特征，重點研發能夠適應多種環境情況且成本較低的檢測設備與裝置。

同時，積極探索遠程控制技術在助力果園種植管理方面的作用，以構建系統控制管理中心的方式，匯集區域內所有果園的監測種植信息，構建更專業的智慧農業技術應用人才隊伍，由這些專業人才對監測數據進行分析，配合控制管理中心對設備發出指令，幫助從業者進行技術指導。從業者僅需要負責核實監測信息中的異常部分以及各類設備的運行狀態，從而減輕智慧農業技術應用對專業人才的依賴。

圖3智能精量施肥系統

在科學技術不斷發展的情況下，檢測裝置與應用技術的不斷發展，促進檢測裝置數量提升，擴大技術應用范圍，推動技術應用成本的下降，但也需要對現有技術存在的問題進行研究，探索將自動化、智能化技術與監測、管理技術有機結合，兼顧智慧農業技術應用的經濟效益與社會效益，促進果園種植管理水平的提升，推動果業朝著現代化的方向發展。

3結論

綜上所述，智慧農業技術在果樹種植中發揮著重要的作用。智慧農業應用技術以智慧的農機為載體，能夠實現對水肥的精準管理與控制，及時識別果樹生長中發現的病蟲害問題，并以科學的技術手段加以防治。由于現階段智慧農業技術的應用成本仍較高，對從業者的技術要求也較高，仍需要對現有的技術方法進行優化，加強成本管控，不斷拓展智慧農業應用技術的適用范圍。

參考文獻

[1]原文剛.淺談智慧農業在果園中的應用技術及展望[J].煙臺果樹，2024（3）：50.

[2] 王文明，王志強，韓明明，等.我國智慧果園關鍵技術裝備研究應用現狀與展望[J].中國果樹，2024（7）：143-149.

[3] 趙巍，黃少雄，鄧鎰，等.基于5G工業通信技術的智慧果園灌溉系統設計[J].工業控制計算機，2024，37（5）：34-36.

[4] 郭濤，李宗南，何澤濤，等.智慧果園移動管理服務平臺設計與實現[J].智慧農業導刊，2023，3（11）：5-8.