IoT 在封闭车间蔬菜水肥一体化种植中的应用研究

李灿彬，植柯霖，禤东桦

（广州城建职业学院 信息工程学院，广州 510925）

书名：水肥一体化实用问答及技术模式、案例分析作者：梁飞ISBN：9787109235984出版社：中国农业出版社出版时间：2018-02定价：25 元

农业是中国社会经济发展的基础性产业，农作物是国民日常生活必需的重要基础性物资。在农作物培育与生长过程中，通常会采用水肥一体化的灌溉施肥措施来促进作物生长。水肥管理是农业生产中最为重要的一个环节，是保证农作物正常生长发育、粮食增收的主要手段之一。水肥一体化技术是当前农业生产中应用最为广泛的先进技术之一，能够实现高效灌溉与精准施肥。

由梁飞主编，中国农业出版社出版的《水肥一体化 实用问答及技术模式、案例分析》一书，对水肥一体化技术的理论基础与实践应用进行了详细说明，并深入探讨了水肥一体化技术与IoT 技术（Internet of Things，物联网技术）相结合对促进农业发展的潜力。

该书共分为8 章。第一章介绍了水肥一体化技术的基础知识，包括理论基础、技术优势，以及作物生长与水肥一体化之间的关系。第二章叙述了作物的水肥需求，对土壤性质、作物需水规律、养分需求、灌溉、施肥周期等方面进行了阐述。第三章介绍了土壤水肥监测与控制的相关知识。第四章则说明了水肥一体化中的肥料，详细介绍了水溶肥、液体肥和滴灌肥等肥料，并对磷肥、氮肥等肥料在水肥一体化技术中的具体应用进行了说明。第五章介绍了灌溉技术与设备。第六章则介绍了农机、农艺融合与水肥一体化的应用。第七章针对不同农作物介绍了相应的水肥一体化技术。第八章对水肥一体化的实际应用案例进行了分析。

一、水肥一体化技术与IoT 技术的基本概念

1）水肥一体化技术

水肥一体化技术是指利用管道灌溉系统，将肥料溶于水中，使得灌溉与施肥能够同步进行的一种农业种植技术，可提高农作物灌溉与施肥效率，实现农业生产当中的节水、节肥。对农作物来说，水分与养分是保证作物生长发育的关键要素，可通过人为调控的方式来进行控制。灌溉与施肥并不是相互独立的过程，二者相互影响。单一的灌溉或施肥会降低水分或养分的效果，导致灌溉施肥效率低下。因此，农业生产应考虑将水分与肥料的施用过程融合在一起，以实现灌溉与施肥同步进行，既能提高农作物种植效率，也能提高水肥利用率，避免出现水肥亏缺或浪费问题。

根据农作物性质的不同，水肥一体化技术的应用范围包括大田作物、设施蔬菜、果树等；而根据灌溉方式的不同，又可分为滴灌、喷灌、淋施、膜下喷灌、集雨补灌等。在实际灌溉过程中，人们通常根据农作物的生长阶段及农作物对水分、养分的需求来选择合适的水肥一体化灌溉方式。农业生产大多根据农作物类型来确定水肥一体化技术方式。例如，对于西瓜、苹果以及大枣等对水分需求较高的农作物，人们常采用滴灌的方式，将钾肥、磷肥、氮肥等肥料溶于管道灌溉系统，使水、肥能够顺着管道被准确滴注至农作物根部区域，这种施肥方式能够有效提高水资源利用效率，为农作物生长提供充足的水分和养分条件。对于紫花苜蓿等需水量较大但不耐涝的植物，可采取喷灌等方式进行水肥一体化种植，利用管道进行喷洒，使水肥均匀落在农作物叶面或根部土壤。根据不同植物的水肥需求，可选择合适的水肥灌溉方式。

2）IoT 技术

IoT 技术是指利用信息传感器、红外感应器及扫描仪等装置，以及射频识别技术、全球定位系统等技术，采集声、光、电、生物、化学及位置等诸多信息，并利用互联网、移动通信技术等将不同物质相连接，实现信息智能感知、识别及共享，使相对独立的物体形成互通的网络。IoT 技术是当前最为先进的计算机技术手段，可以帮助人类突破时间与地点的限制，实现人、机、物三者的互通。近年来，IoT 技术被广泛应用于各个行业及各类机械设备与智能产品，只要与互联网相连接，人们便可对机械设备进行智能控制，并自动采集物品信息，能够更加精准地识别物品。

二、蔬菜种植的影响因素分析

当前的农业生产对水肥一体化技术的应用已十分广泛。在蔬菜作物的种植中，众多厂商广泛应用此技术来进行灌溉与施肥，实现农作物的水肥高效利用。在对蔬菜作物进行水肥一体化种植时，需要清楚作物生长各阶段对光照、温度、水分、营养成分的需求，从而对蔬菜作物成长空间进行人工改造，并制定科学合理的水肥灌溉方案，提高蔬菜作物的生长效率，为种植商创造更大的经济效益。

1）水分在蔬菜生长中的作用

水分是蔬菜生长所需的主要物质，能够影响植物的光合作用及根系吸收养分的能力。不同蔬菜种植所需要的水分条件不同，如绿色蔬菜的生长需要消耗大量水分，这是因为这类蔬菜根系较浅，水分吸收能力较弱，但其叶面较大，光合能力较强，因此在种植过程中，此类蔬菜的种植空间应保持较高的湿度与温度，确保蔬菜生长的水分需求易被满足。在大棚或封闭车间种植此类蔬菜时，要求空气中湿度保持在85%以上，并采取喷灌或滴灌的方式进行灌溉与施肥。茄果类、瓜类蔬菜对空气湿度要求相对较低，且在播种初期、开花等不同阶段对水分的需求也不同，蔬菜种植需根据作物生长状况来进行水肥调控。

2）肥料在蔬菜生长中的作用

蔬菜在生长发育阶段要通过外界补充肥料来获取生长动力。不同蔬菜所需要的肥料种类大不相同，同种蔬菜在不同生长阶段所需的肥料也不同。例如，白菜是一种对养分需求较高的蔬菜，平均每生产1 t 的白菜需要施加约2.5 kg 的氮肥、3.5 kg 的钾肥及1.0 kg 的磷肥。在不同生长阶段，白菜对肥料的吸收能力也不同，如苗期仅能吸收约6%的氮肥与5%的钾肥和磷肥；莲座期养分吸收能力大大增强；成球期对肥料的吸收能力也较强。因此，需根据特定作物的生长阶段来进行科学施肥，促进蔬菜更好地吸收肥料。

除了水分与肥料外，种植空间的温度、光照时间等也会影响蔬菜生长。蔬菜种植应根据蔬菜习性，设置最适宜的生长环境，提高蔬菜产量。

三、IoT 技术在封闭车间蔬菜水肥一体化种植中的应用

当前，中国对水肥一体化技术的应用并未大范围普及。对引入水肥一体化种植技术的蔬菜种植厂家进行调研发现，种植效果受多种因素影响。首先，肥料类型会对蔬菜生长造成影响。常见的肥料包括水溶性肥料、生物肥料及有机肥料等，这些肥料价格并不统一，对不同植物生长发育的影响程度也不同。其次，水肥一体化技术会影响蔬菜产量与品质，喷灌、滴灌及膜下滴灌等灌溉方式具有不同的优势，会直接影响蔬菜对水分、肥料的吸收，影响蔬菜产量。为此，中国农作物种植业应致力于研究提高水肥一体化种植效果的设备与技术，促进中国农业技术水平的进一步提高。针对封闭车间的蔬菜水肥一体化种植，中国引入了IoT 技术来提高蔬菜种植效率。

1）利用IoT 技术对封闭车间蔬菜水肥一体化种植进行智能控制

蔬菜种植厂家在进行大规模种植时，为提高水肥利用效率，会引入水肥一体化种植技术与设备，构建贯彻全车间的管道灌溉系统，并将IoT 技术引入封闭车间，利用计算机与互联网将水肥灌溉设备与蔬菜相连接，通过计算机系统对水肥施用模式进行智能控制。

2）利用IoT 技术对封闭车间蔬菜信息进行采集

在进行水肥一体化种植后，厂家可利用IoT 技术对封闭车间内蔬菜的生长情况进行实时监控。如车间内安装的智能监控设备与红外感应设备会对种植蔬菜的大小、形状以及植物的水分、营养元素等进行监测，并通过图像处理、化学分析等技术对植物的具体生长数据进行测定，技术人员根据此类数据即可判定蔬菜的生长状况，并针对后续水肥施用提出科学合理的方案与计划。另外，蔬菜种植厂家还可利用IoT 技术实现与其他农业专家的联系，专家或技术人员可根据采集的蔬菜信息对种植厂商的车间管理进行指导，确保蔬菜的生长发育处于正常状态。此外，IoT 技术在封闭车间蔬菜水肥一体化种植中，还可用于监测车间内用电、用水情况，为厂家提高水电利用效率。IoT 技术与水肥一体化种植的结合使中国农业生产水平更加智能化、现代化。未来，中国应进一步加强IoT 技术与水肥一体化种植综合应用的大范围普及。