基于物联网技术的农业精准化管控系统试验

王嘉伟

摘要：为确定物联网技术在农业精准化管控中的作用，以设施黄瓜为试验作物，通过对比分析生长环境、土壤养分和病虫害预警等数据，讨论管控系统的管控准确性。试验结果表明，物联网技术在环境调控、土壤墒情监测、水肥一体化监测、病虫害预警方面，能有效发挥监测和调控作用，为农业生产提供数据支持。

关键词：物联网技术;试验;精准监控;环境;土壤;病虫害

中图分类号：S216    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2020）04-0053-02

在现代农业生产中，利用精准化管控监测系统实时、准确地了解农作物生长过程中各项指标，能够提高生产效率和资源利用率，推动现代智慧农业快速发展。物联网技术的发展和应用，为农业精准化监控提供有力的技术支持，使精准化管控的技术水平得到进一步优化。为进一步促进物联网技术在农业生产中的应用，唐山市农业信息中心设计一套农业精准化管控监测系统。该系统自动调整设施温室温湿度，有效控制病虫害发生，并通过水肥一体化技术促进农作物生长，对现代农业发展具有重要推动作用。

1 農业精准化管控监测系统

设计的农业精准化管控监测系统主要包括环境调控、土壤墒情、水肥一体化、病虫害防治等监测系统，具体组成如图1所示。

为测试农业精准化管控监测系统的精准度和实际应用效果，以设施黄瓜“唐秋209”为试验作物，采集其生长环境、土壤墒情、土壤养分和病虫害预警等基础数据，并应用计算机软件进行分析，根据相关数据确定合理的肥水药配比。将配比指令发送到配比系统后，通过滴灌的方式输送到田间。此后，测定环境、土壤墒情和病虫害发生情况，判断农业精准化管控系统的管控精准性。

2 农业精准化管控监测系统应用试验

2.1 环境调控系统

环境调控部分共设置6个传感器，其中，2个温湿度传感器安装于黄瓜冠层下部和中上部;2个太阳辐射度传感器安装于黄瓜冠层;2个土壤水分传感器安装于滴灌下土层5 cm处。为获取秋黄瓜生产种植的全面有效数据，在综合考虑秋黄瓜的生长环境后，传感器均采用交叉布置。获得监测数据后，计算其平均绝对误差MAE、标准差SD、变异系数CV、极差，用来评价秋黄瓜的生长环境。

监测计算结果显示：温度、土壤水分和太阳辐射度的不均衡性差异不显著;湿度极差达18.32，表明不同点的湿度不均衡性存在显著差异，但变异系数小于标准值15，在可接受范围之内，不必采取相应措施。总的来说，“唐秋209”生长环境的各项参数指标稳定。

2.2 土壤墒情监测系统

土壤墒情监测试验共设置5个监测点，呈“X”型布点。监测点分别位于土壤的0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～100 cm，分4个层次监测土壤水分含量。每个层次设置一个传感器，设定深度分别为A1（10 cm），A2（30 cm），A3（50 cm），A4（80 cm），采用无线通讯方式将监测数据实时上传到“土壤墒情监测系统”，数据结果取平均值。

根据黄瓜种植的生长特性，其全生长期要求土壤的相对水量平均在80%以上，其中苗期为80%～90%，定植期为80%～90%，初瓜期为80%～90%，盛瓜期为90%～100%，生长后期为70%～80%。以此作为土壤墒情的判定标准，并进行灌溉调整。

测定计算结果表明：0～20 cm的土壤墒情为96.6%，20～40 cm的土壤墒情为91.8%，40～60 cm的土壤墒情为85.6%，60～100 cm的土壤墒情为81.6%，符合苗期墒情评价判定标准。这说明苗期土壤墒情适合“唐秋209”生长。监测数据结果在标准数据范围内，说明物联网技术应用于黄瓜生产是完全可行的。

2.3 水肥一体化监测系统

利用土壤肥料速测仪测定土壤的全氮、有效磷、速效钾和有机质含量。取点深度0～20 cm，每个观测值取5个点。筛选监测项目的最大值、最小值、平均值及变异系数，通过分析值变异系数确定土壤养分调整方案。

测定计算结果表明：全氮平均含量75.31 mg/kg，有效磷平均含量 58.95 mg/kg，速效钾平均含量76.22 mg/kg，有机质平均含量13.62 g/kg，属于适宜“唐秋209”生长的地力;全氮变异系数为8.11%，有效磷变异系数2.02%，速效钾变异系数是4.34%，有机质变异系数7.52%，均在变异系数判定值15.00%以下，说明试验点的土壤养分差异不显著，土壤中的全氮、有效磷、速效钾、有机质等养分含量相差不大，即土壤中的N，P，K含量差异较小。地力测试结果表明，用肥水一体化施肥技术追施肥料，可促进“唐秋209”正常生长。

2.4 病虫害预警监测系统

“唐秋209”是细菌性角斑病高抗品种，抗霜霉病、角斑病、轻感白粉病。以白粉病为例建立模块，设定发生条件及参数。在菌源满足条件的基础上，采用周平均相对湿度和周均温作为白粉病发生判断依据：当70%≤RH≤80%时，T<10或T>35，发生概率为低;10≤T<20或2580%，发生概率为低。

采用物联网监测“唐秋209”生长过程中的日均温度和日均相对湿度，并对白粉病的实际发生情况进行统计分析，温度、湿度与白粉病发病概率的关系见表1。

由表1可见，经测定计算，在相对湿度75%时不发病;在温度小于16 ℃或大于24 ℃、相对湿度75%以下时，发病概率在40%以下;在相对温度16～24 ℃、相对湿度40%以下时，发病概率为40%～60%;在相对温度16～24 ℃，相对湿度40～60%时，发病概率为60%～80%;在相对温度在16 ℃～24%，相对湿度在60%～75%之间时，发病概率高达80%～100%。综合来看，白粉病的实际发生情况（日均温度和日均相对湿度）与系统预设参数（周均温度℃、周均相对湿度）相符合，说明病虫害预警监测系统科学合理。

3 结论

以设施黄瓜“唐秋209”为试验作物，通过对生长环境、土壤墒情、土壤养分和病虫害预警等数据进行对比分析，确定基于物联网的农业精准化管控系统能够对农作物生长环境精准管控，具有优化农业生产管理水平的作用。物联网技术在环境调控、土壤墒情监测、水肥一体化监测、病虫害预警方面，都能有效发挥监测和调控作用，可有效提高监控水平，为农业生产提供数据支持。

参考文献

[1] 张烨.基于物联网技术的现代农业病虫害监控系统设计[J].南方农机，2019，50（22）：4.

[2] 周杰，刘宝，徐梦颖，等.物联网算法分析设计与精准农业大数据技术[J].科技与创新，2019（22）：106-107.

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