44 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2023年 基于作物生境與生理大數(shù)據(jù)應(yīng)用的水肥 一體化決策系統(tǒng)設(shè)計 譚劍鋒 1 張麗慧 1 劉海峰 1 2 謝秋波 1 2 陳萬云 1 1 廣州市健坤網(wǎng)絡(luò)科技發(fā)展有限公司 廣東 廣州 510630 2 廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所 廣東 廣州 510630 摘 要 水肥一體化是設(shè)施農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵應(yīng)用 是實現(xiàn)作物栽培管理的水肥供給精準(zhǔn)化 少人化 甚至無人化的重 要措施 決策型水肥一體化應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā)及應(yīng)用較少 本研究以作物的產(chǎn)量為導(dǎo)向 闡述了一種利用大數(shù)據(jù)分 析技術(shù) 以采集作物生境與生理大數(shù)據(jù)為關(guān)鍵途徑 融合農(nóng)藝?yán)碚摂?shù)據(jù) 綜合多元數(shù)據(jù)耦合分析利用的水肥一體 化決策系統(tǒng)設(shè)計 該系統(tǒng)通過部署大數(shù)據(jù)算法技術(shù) 構(gòu)建作物栽培模型 驅(qū)動栽培管理調(diào)控決策形成 最終通過 在線式水肥一體化施肥設(shè)備實施調(diào)控操作的綜合應(yīng)用 旨在推動水肥一體化技術(shù)提升 把決策機(jī)制從 理論導(dǎo) 向 經(jīng)驗指導(dǎo) 定值調(diào)控 升級為以大數(shù)據(jù)分析研判為基準(zhǔn) 實現(xiàn)水肥一體化的實時精準(zhǔn)調(diào)控 關(guān)鍵詞 大數(shù)據(jù)技術(shù) 水肥一體化 作物生境與生理 多元數(shù)據(jù)耦合 中圖分類號 S224 2 TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1673 2154 2023 02 0044 07 收稿日期 2023 02 24 作者簡介 譚劍鋒 1989 男 碩士 農(nóng)藝師 主要從事智慧農(nóng)業(yè)技術(shù)應(yīng)用研究 E mail 195542339 通訊作者 陳萬云 1974 男 本科 工程師 主要從事農(nóng)業(yè)信息化研究 E mail 113174615 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備第44卷 第2期 2023年4月 Vol 44 No 2 Apr 2023Modern Agricultural Equipment 0 引言 作物生境 即作物生長所依賴的環(huán)境 作物生 理 即作物生長時因環(huán)境影響或自身代謝活動發(fā)生 的生理變化 兩者是作物生長 外在與內(nèi)在 的重 要參數(shù) 也是對作物產(chǎn)量有直接影響的重要因子 隨著物聯(lián)網(wǎng) IOT 技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的應(yīng)用和 發(fā)展 針對作物生境與生理的信息數(shù)據(jù)采集手段已 日漸成熟 其中包括溫度 濕度 光照 營養(yǎng)元素 光合作用情況等數(shù)據(jù)采集 1 3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的水 肥一體化應(yīng)用系統(tǒng)在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)種植上應(yīng)用已初 具規(guī)模 但大部分系統(tǒng)的設(shè)計思路是部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè) 備 進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集 通過開發(fā)賦值 與采集數(shù)據(jù) 進(jìn)行簡單比對后 通過系統(tǒng)控制實現(xiàn)水肥一體化化 灌溉的自動化 4 該模式下 只實現(xiàn)作物生境與生理 數(shù)據(jù)的表層應(yīng)用 在一定程度上實現(xiàn)了廣義的精準(zhǔn) 水肥供給 但未實現(xiàn)作物大數(shù)據(jù)對作物產(chǎn)量提質(zhì)增 產(chǎn)的價值挖掘 大數(shù)據(jù)是涵蓋規(guī)模 類型 價值 速度 精度 和復(fù)雜度等基本特征的數(shù)據(jù)集及其相關(guān)的一系列技 術(shù)體系 5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù) 精確計算最 優(yōu)化配置模式 幫助作物水肥管理 實現(xiàn)生產(chǎn)需求變 化與資源變化的深度耦合 做到作物生產(chǎn)的 全要素 全過程 全系統(tǒng) 綜合分析應(yīng)用 依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動是水 肥一體化的精準(zhǔn)調(diào)控機(jī)制升級的必然趨勢 6 本系統(tǒng)聚焦作物產(chǎn)量 通過建立作物生境與關(guān) 鍵生理態(tài)勢感知體系 構(gòu)建作物實時數(shù)據(jù)與農(nóng)藝?yán)?論數(shù)據(jù)結(jié)合的數(shù)據(jù)資源池 并配備可實現(xiàn)高精度調(diào) 控的在線式水肥一體化施肥設(shè)備等硬件設(shè)備 融合 硬 軟件同步開發(fā) 設(shè)計一套新型的水肥一體化決 策系統(tǒng)應(yīng)用 為水肥一體化技術(shù)應(yīng)用的數(shù)字化 信 息化提升提供借鑒 1 作物生境與生理的關(guān)鍵參數(shù) 作物生長環(huán)境關(guān)鍵因素有環(huán)境溫度 濕度 光 照 根際環(huán)境等 其中 根際環(huán)境 root zone RZ 是指作物生長 吸收 分泌過程中形成的物理 化 學(xué) 生物學(xué)性質(zhì)不同于土體的 復(fù)雜的 動態(tài)的微 45 譚劍鋒 等 基于作物生境與生理大數(shù)據(jù)應(yīng)用的水肥一體化決策系統(tǒng)設(shè)計第2期 型生態(tài)系統(tǒng) 光合作用活動是影響作物產(chǎn)量的最為 關(guān)鍵生理活動 同時生境的變化也時刻影響著作物 生理代謝的進(jìn)程變化 1 1 作物生境的關(guān)鍵參數(shù) 作物生長環(huán)境因素主要包括環(huán)境溫度 濕度 根際環(huán)境 其中 根際環(huán)境涵蓋基質(zhì)含水量 pH 電導(dǎo)率 EC N P K Ca 元素含量等重要參數(shù) 1 1 1 溫度 濕度 溫度是影響植物生長發(fā)育 作物產(chǎn)量和品質(zhì)的 主要環(huán)境因素之一 高溫直接影響光合作用的進(jìn)行 主要表現(xiàn)為氣孔限制和非氣孔限制 氣孔限制主要 表現(xiàn)在由于高溫脅迫條件下 作物氣孔導(dǎo)度受限 從而導(dǎo)致 CO 2 供應(yīng)不足 光合速率降低 非氣孔限制 則是在高溫脅迫下 參與光合作用的關(guān)鍵酶活性受 到抑制 葉肉細(xì)胞的氣體吸收擴(kuò)散受阻 CO 2 溶解量 下降 光合作用場所穩(wěn)定性下降 最終導(dǎo)致光合作 用活動減緩 7 空氣濕度對作物在逆境環(huán)境下的適應(yīng)性調(diào)節(jié)尤 為重要 在高溫脅迫下 提高空氣濕度可明顯提高 番茄葉片的氣孔導(dǎo)度 從而提高番茄的耐熱性 因 為隨著濕度的升高 SOD 活性增強(qiáng) 從而可緩解高 溫脅迫對番茄植株的傷害 8 1 1 2 光照 作物的生物量積累主要依靠光合作用產(chǎn)生 通 過固定 CO 2 實現(xiàn)碳的積累 光照的強(qiáng)弱直接影響作 物對 CO 2 固定及營養(yǎng)元素吸收利用 從而影響作物 的產(chǎn)量和品質(zhì) 持續(xù)的弱光環(huán)境會導(dǎo)致果蔬類作物 初花期推遲 開花高峰期延遲 開花指數(shù)下降 最 終出現(xiàn)減產(chǎn)降質(zhì)等現(xiàn)象 9 過強(qiáng)的光照會導(dǎo)致植株葉 片光合速率下降 是非氣孔限制因素導(dǎo)致的結(jié)果 10 1 1 3 根際環(huán)境 根系是作物進(jìn)行營養(yǎng)吸收的重要器官 根際環(huán) 境是根系進(jìn)行營養(yǎng)吸收 轉(zhuǎn)運輸送的主要場所 根 際環(huán)境中含水量高 直接影響作物器官的組成細(xì)胞 滲透壓以及呼吸作用的進(jìn)行 從而影響作物生長的 異化與同化的發(fā)生過程 pH EC 的失衡 影響根系 對營養(yǎng)元素吸收 N P K Ca 等元素的含量變化 引起根際環(huán)境的 EC pH 發(fā)生變化 根際環(huán)境的改 變也同步導(dǎo)致作物各器官的酶活性發(fā)展變化 從而 引起作物生理活動的變化 1 2 作物生理的關(guān)鍵參數(shù) 光合作用所產(chǎn)生的有機(jī)物 即作物積累的生物 量 通過不同的同化反應(yīng) 最終成為作物產(chǎn)量積累 蒸騰作用影響著光合作用的進(jìn)行 其中關(guān)鍵因素是 葉片蒸騰速率 氣孔導(dǎo)度 葉綠素含量等 其作用 機(jī)理為 葉片蒸騰作用 是水分從活的植物體表面 主要是葉片 以水蒸汽狀態(tài)散失到大氣中的過程 水分經(jīng)歷過程一般為根際環(huán)境中水分經(jīng)過根器官中 的根毛吸收并經(jīng)根內(nèi)導(dǎo)管運輸?shù)角o器官 再由莖內(nèi) 導(dǎo)管運輸?shù)饺~內(nèi)導(dǎo)管 最后通過葉片中氣孔散發(fā)到 大氣中 其中蒸騰作用帶動水分的運輸 從而帶動 部分離子態(tài)礦質(zhì)元素吸收與運輸 11 如香紫蘇在生 長過程中 光照強(qiáng)度和葉溫與蒸騰速率之間均呈 現(xiàn)明顯的正相關(guān) 12 蒸騰速率直接反映作物蒸騰 作用的強(qiáng)弱 氣孔是植物葉片與外界進(jìn)行氣體 交換的主要通道 它在控制水分損失和獲得碳素 即生物量產(chǎn)生之間的平衡中起著關(guān)鍵的作用 氣 孔導(dǎo)度反映氣孔的開度 直接與蒸騰作用成正比 葉綠素是光合作用的重要場所 葉綠素的含量 高低 可以反映作物光合作用的進(jìn)程速度 量級 變化 在作物栽培管理上 葉綠素的含量直接反 映植物的健康狀況 葉綠素含量非生理性整體降 低一般認(rèn)為代表植物發(fā)生病變 葉綠素解體導(dǎo)致 出現(xiàn)黃化現(xiàn)象 2 系統(tǒng)設(shè)計 綜合作物生境與生理對作物產(chǎn)量的影響 系統(tǒng) 充分考慮多元信息采集 操作執(zhí)行設(shè)備等硬件 大 數(shù)據(jù)分析技術(shù)等軟件技術(shù) 進(jìn)行一體化通盤考慮 對系統(tǒng)進(jìn)行整體部署 分部細(xì)化的設(shè)計工作 基于作物生境與生理大數(shù)據(jù)應(yīng)用的水肥一體化 決策系統(tǒng)組成如圖 1 所示 由硬件設(shè)備和應(yīng)用軟 件系統(tǒng)組成 硬件設(shè)備主要由物聯(lián)網(wǎng)傳感器 作 物生理感知設(shè)備 在線式水肥一體化設(shè)備組成 物 聯(lián)網(wǎng)傳感器與作物生理感知設(shè)備完成作物生境與 生理參數(shù)的信息數(shù)據(jù)采集 在線式水肥一體化設(shè) 備構(gòu)成大數(shù)據(jù)決策的執(zhí)行硬件機(jī)構(gòu) 精準(zhǔn)調(diào)控水 肥供應(yīng)的頻次和量級 應(yīng)用軟件主要包括 3 大核 心組件 數(shù)據(jù)資源庫 大數(shù)據(jù)分析運算 可視化操 作前端 46 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2023年 圖 1 基于作物生境與生理大數(shù)據(jù)應(yīng)用的水肥 一體化決策系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 2 1 物聯(lián)網(wǎng)感知 針對基質(zhì)栽培 其需重點部署的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備包 括但不限于 可采集環(huán)境的溫度 濕度 風(fēng)速 光照 強(qiáng)度 降雨量等多參數(shù)的氣象站 基質(zhì)含水量傳感 器 光合有效輻射傳感器 可采集根際環(huán)境的溫度 含水量 EC pH 有效鉀 有效磷 有效氮等參數(shù) 的根際綜合傳感器 可實現(xiàn)作物所需營養(yǎng)液元素含 量檢測 并可自動上存數(shù)據(jù)的監(jiān)測裝置等 2 1 1 多參數(shù)氣象站 氣象站是一種集氣象數(shù)據(jù)采集 存儲 傳輸和 管理于一體的無人值守的氣象數(shù)據(jù)采集設(shè)備 它可 根據(jù)監(jiān)測類別的需求進(jìn)行選型配置 以同時監(jiān)測大 氣溫度 風(fēng)向 風(fēng)速 大氣壓 雨量 光照 日照 時數(shù) 太陽總輻射 紫外線輻射等諸多外部大環(huán)境 氣象要素 是一種多應(yīng)用集成終端 同時 氣象站 中集成物聯(lián)網(wǎng)傳輸網(wǎng)絡(luò)中繼器模塊 提供無線物聯(lián) 網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)接入支撐 2 1 2 基質(zhì)含水量傳感器 基質(zhì)栽培有別于土壤栽培 其含水量與土壤有 較大差異 常用于無土栽種的泥炭土 是一種由大 量分解不充分的植物殘體積累并形成泥炭層的土壤 常作為栽培用介質(zhì)使用 具備吸水保水的特性 含 水率 質(zhì)量比 可高達(dá) 700 13 常規(guī)應(yīng)用于土壤的 墑情傳感器無法正確測量基質(zhì)含水量 基質(zhì)含水量 傳感器一般采用電容檢測法 即將電容接入電路中 電容變化引起頻率變化 通過測定頻率的變化值得 到基質(zhì)含水量 14 傳感器在使用起始時必須依據(jù)栽 種基質(zhì)的類別進(jìn)行標(biāo)定 2 1 3 光合有效輻射傳感器 太陽輻射中對植物光合作用有效的光譜成分稱 為光合有效輻射 波長范圍 380 710 nm 光合有 效輻射平均約占太陽總輻射的 50 15 光合有效輻 射是影響光合作用的關(guān)鍵因子 光合有效輻射傳感 器能直接測量作物對光照的利用情況 同時傳感器集 可集成物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸模塊 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的連續(xù)在線監(jiān) 測 為后續(xù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析提供數(shù)據(jù)源采集保障 2 1 4 根際環(huán)境傳感器 光譜檢測技術(shù)應(yīng)用在檢測領(lǐng)域已經(jīng)較為成熟 檢測樣品基本在某一光譜段中有一個吸收峰或者反 射峰 且斜率較大 光譜采集設(shè)備具有高靈敏探測 能力 通過系統(tǒng)的分析比對 能準(zhǔn)確檢測出樣品中 相關(guān)成分的含量 3 根際環(huán)境傳感器是多項關(guān)鍵因素檢測術(shù)的集成 其集成了特殊發(fā)光特性 OLED 材料 實現(xiàn)全光譜激 發(fā) 高精度光譜感知元件可采集被測對象在全光譜 照射下的反射特性 并利用微電腦控制器進(jìn)行電信 號的去雜 借助機(jī)器學(xué)習(xí)等算法工具自校正 最終 完成數(shù)據(jù)的測量 同時 為確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 針 對同一被測數(shù)據(jù)需要做理化試驗來標(biāo)定曲線圖 目 的是分析某些物質(zhì)是否只在某個波段下有光反應(yīng)或 者在多個波段下均有光反應(yīng) 通過機(jī)器學(xué)習(xí)的方法 擬合出此物質(zhì)含量和光譜圖的線性關(guān)系 由此構(gòu)建 出一個可預(yù)測物質(zhì)含量的模型 最終可通過光譜圖 無損探測出樣品中物質(zhì)的 含量 應(yīng)用于根際環(huán)境的 光譜應(yīng)用傳感器可對根際 環(huán)境中的溫度 EC pH 含水量 有效鉀 有效磷 有效氮等進(jìn)行連續(xù)在線式 監(jiān)測 多光譜技術(shù) 根際 環(huán)境傳感器設(shè)備實物如圖 2 所示 2 2 作物生理感知 作物的生理活動是一個持續(xù)發(fā)展的過程 通過 檢測儀器進(jìn)行定時檢測 獲取可靠的生理進(jìn)程關(guān)鍵 參數(shù)指標(biāo) 并通過設(shè)備集成的無線數(shù)據(jù)通訊模塊 圖 2 多光譜技術(shù) 根際環(huán)境傳感器 47 譚劍鋒 等 基于作物生境與生理大數(shù)據(jù)應(yīng)用的水肥一體化決策系統(tǒng)設(shè)計第2期 實現(xiàn)數(shù)據(jù)的匯集 2 2 1 植物營養(yǎng)元素檢測儀 植物營養(yǎng)元素檢測儀可實現(xiàn)土壤 基質(zhì) 營養(yǎng) 液中礦質(zhì)元素含量 其主要利用基于Android 系統(tǒng) 的便攜式分光光度檢測設(shè)備 通過生物化學(xué)方式方 法進(jìn)行礦質(zhì)元素的測定 其中包括銨態(tài)氮 速效磷 有效鉀 有機(jī)質(zhì) pH 等含量測定 同時支持測試數(shù) 據(jù)的記錄 并可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動上存到系統(tǒng) 2 2 2 植物蒸騰速率測定儀 植物蒸騰速率可用于測量作物葉片中不同時間段 的葉片蒸騰速率 空氣溫度 空氣濕度 光合有效輻射 葉片溫度等相關(guān)數(shù)據(jù) 其中光合有效輻射測量范圍應(yīng)滿 足0 3 000 nullmol mm 2 s 精度 5 nullmol m 2 s 通過 連續(xù)測量樣品葉片蒸騰速率并計算出平均值 最終 輸出可靠的檢測結(jié)果 2 2 3 葉綠度檢測儀 常規(guī)的葉綠素含量測量方法是采用化學(xué) 物理 綜合方法進(jìn)行測定 其測量步驟繁瑣 且屬于有損 檢測方式 本系統(tǒng)應(yīng)用葉綠度檢測儀進(jìn)行評估葉片 葉綠素含量 葉綠度 SPAD 檢測儀是利用葉片中 葉綠素對紅光 峰波長為 650 nm 紅外線 峰波 長為 940 nm 2 種不同波長光線吸收不相同的原理 通過 2 種波長范圍內(nèi)的透光系數(shù)來確定葉片當(dāng)前葉綠 素的相對數(shù)量 從而評估當(dāng)前葉片中葉綠素的相對含 量 該傳感器的優(yōu)點是無損檢測 快速高效 2 3 在線式水肥一體施肥設(shè)備 在線式水肥一體化施肥設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)包括注 肥系統(tǒng) 混肥系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 檢測系統(tǒng)和其他配 件等 設(shè)備基于大數(shù)據(jù)技術(shù) 為滿足作物生境與生 理的實時數(shù)據(jù)采集和運算分析 以及對肥料濃度調(diào) 節(jié)的精準(zhǔn)化執(zhí)行要求 采用通用智能模塊化設(shè)計及 邏輯化關(guān)聯(lián)處理 組件間可相互兼容 即插即用 且對施肥設(shè)備中的文丘里管合適的流量和壓力 吸 肥效率和穩(wěn)定性 靈敏度 控制精度等方面進(jìn)行了 優(yōu)化 最終設(shè)備如圖 3 所示 同時 系統(tǒng)集成了各 類傳感器 包括閥門狀態(tài)傳感器 水泵狀態(tài)傳感器 控制器狀態(tài)傳感器等元件 可對整體運行狀態(tài)進(jìn)行 感知 設(shè)備運行是通過文丘里吸肥器作為吸肥動力 聯(lián)通多個營養(yǎng)液原液通道 通過其高精度控制閥門 高靈敏度傳感器 實現(xiàn)水肥施用控制的快速響應(yīng) 并可通過應(yīng)用軟件模塊實現(xiàn)設(shè)備的可視化操作 圖 3 在線式水肥一體化施肥設(shè)備 2 4 大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用 基于溫度 濕度 光照等關(guān)鍵因素開展水肥一 體化調(diào)控的相關(guān)研究及應(yīng)用的報道較多 但主要集 中在 1 個或 2 個因素對作物生長的影響 缺乏綜合 考慮多因素及其耦合作用 多項試驗結(jié)果表明作物 生境與生理的各項因素之間存在兩兩交互 多方交 互 拮抗作用等影響關(guān)系 16 作物的產(chǎn)量受到環(huán)境 生理變化的多方共同影響 利用大數(shù)據(jù)運輸技術(shù) 對作物生長關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行分析 是對作物生長規(guī)律 及其后續(xù)發(fā)展預(yù)測的關(guān)鍵 本系統(tǒng)設(shè)計主要包括 3 部分 即數(shù)字資源庫 大數(shù)據(jù)分析運算及可視化操 作前端應(yīng)用 2 4 1 數(shù)據(jù)資源庫 本系統(tǒng)大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用的數(shù)據(jù)資源庫包括 2 大 核心組成 作物生境與生理參數(shù)數(shù)據(jù)資源和農(nóng)藝?yán)碚?數(shù)據(jù)資源 作物生境與生理參數(shù)數(shù)據(jù)資源主要包括以下作 物關(guān)鍵參數(shù) 作物生境關(guān)鍵因素 環(huán)境溫度 相對濕度 光照有效輻射量 W m 2 營養(yǎng) 液 有效氮含量 mg L 有效磷含量 mg L 有效 鉀含量 mg L EC ms cm pH 根際環(huán)境 有 效氮含量 mg L 有效磷含量 mg L 有效鉀含 量 mg L EC ms cm pH 生理參數(shù) 葉綠度 蒸騰速率 g m h 同時 基于作物基質(zhì)栽培的研究及應(yīng)用已達(dá)到一 定的水平 整合前期理論研究數(shù)據(jù) 構(gòu)建作物農(nóng)藝數(shù)據(jù) 資源庫 可為大數(shù)據(jù)分析運算提供重要的數(shù)據(jù)支撐 48 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2023年 2 4 2 大數(shù)據(jù)分析運算 利用建設(shè)的物聯(lián)網(wǎng)感知和作物生理感知硬件設(shè) 備采集樣本龐大的生境與生理數(shù)據(jù) 通過大數(shù)據(jù)分 析技術(shù) 建立多因素耦合模型 全面考慮因素間交 叉相互影響等 同時結(jié)合農(nóng)藝?yán)碚摂?shù)據(jù) 綜合研判 輸出具備相對實體性的水肥一體化精準(zhǔn)調(diào)控決策 基于以上的思路 系統(tǒng)的設(shè)計核心要點是對作物感 知 大數(shù)據(jù)運算 決策輸出以及水肥供給需求的快 速響應(yīng) 系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用邏輯體系見圖 4 系統(tǒng)設(shè)計特 點如下 物聯(lián)網(wǎng)感知應(yīng)由物聯(lián)傳感器 生理或生 境檢測儀器的數(shù)據(jù)采集 能實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的自動化 根據(jù)對樣本密度的要求 甚至可以按秒級別進(jìn)行數(shù) 據(jù)采集 并采用無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸 提高部署 的便捷性 建立數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn) 其中包括統(tǒng)一的數(shù)據(jù) 采集規(guī)范 表結(jié)構(gòu) 加快全量數(shù)據(jù)處理速度 運 用 R 語言 Python 語言等建立數(shù)據(jù)分析模塊 具有 較高實用性 通過大數(shù)據(jù)分析法 對龐大的數(shù)據(jù) 進(jìn)行綜合運算 模擬出基于作物生境與生理的栽培 管理模型 并通過新型在線式水肥一體化施肥設(shè)備 實現(xiàn)水肥變量的可控可調(diào) 圖 4 作物生境與生理大數(shù)據(jù)應(yīng)用的水肥一體化決策系統(tǒng) 大數(shù)據(jù)分析運算應(yīng)用圖 49 譚劍鋒 等 基于作物生境與生理大數(shù)據(jù)應(yīng)用的水肥一體化決策系統(tǒng)設(shè)計第2期 2 4 3 可視化操作前端 為 了提高應(yīng)用的普遍適用性和使用的便捷性 本 系統(tǒng)同步設(shè)計可直觀操作 查看運行狀態(tài)的可視化 前端應(yīng)用 如圖 5 所示 通過簡潔的大屏顯示 實現(xiàn) 一屏感知與調(diào)控 其特點包括 把物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù) 的數(shù)值與變化趨勢進(jìn)行展示 通過建立 3D 模型實現(xiàn)設(shè) 備部署的可視化 在 3D 模型的基礎(chǔ)上集成設(shè)備的遠(yuǎn)程 調(diào)控 極大提高了操作的便捷性 圖 5 作物生境與生理大數(shù)據(jù)應(yīng)用的水肥一體化決策 系統(tǒng) 可視化操作前端 本系統(tǒng)針對在線式水肥一體化施肥設(shè)備的操作 開發(fā)可視化操作界面 如圖 6 所示 可視化操作前 端應(yīng)用具有較高便捷性 可對水肥一體化系統(tǒng)的各 個部件的運行情況實時掌握 可通過界面對在線式 水肥一體化施肥設(shè)備進(jìn)行控制 操作 對綜合大數(shù) 據(jù)分析下形成的灌溉策略 可進(jìn)行快速響應(yīng) 圖 6 作物生境與生理多因子耦合的水肥一體化灌溉 調(diào)控應(yīng)用平臺可視化圖 3 結(jié)語 水 肥一體化技術(shù)應(yīng)用是設(shè)施農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵應(yīng)用 是作物栽培管理中解決灌溉 營養(yǎng)供給 同時實現(xiàn) 精準(zhǔn)化 少人化甚至無人化的關(guān)鍵技術(shù) 隨著大數(shù) 據(jù)對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展影響的逐步加深 建立物聯(lián)網(wǎng)感 知 作物生理感知 農(nóng)藝?yán)碚摂?shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)的匯 集 依靠數(shù)據(jù)驅(qū)動 利用大數(shù)據(jù)技術(shù) 深挖數(shù)據(jù)的 價值 構(gòu)建作物栽培模型 驅(qū)動栽培管理調(diào)控決策 形成是水肥一體化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行數(shù)字化 信息化革 新的關(guān)鍵途徑 不斷深化大數(shù)據(jù)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上 的應(yīng)用及推廣 強(qiáng)化數(shù)據(jù)驅(qū)動決策的作用 才能推 動現(xiàn)代農(nóng)業(yè)往 數(shù)量 質(zhì)量 效益 并重的集約化 發(fā)展方向 才能走上高效 安全 資源節(jié)約 環(huán)境友 好的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展道路 參考文獻(xiàn) 1 董怡青 趙芷嵐 范偉 等 基于便攜式近紅外光 譜技術(shù)的茯苓粉真實性無損檢測研究 J 食品安全 質(zhì)量檢測學(xué)報 2022 13 22 7210 7217 2 李玉霖 崔建垣 蘇永中 不同沙丘生境主要植 物比葉面積和葉干物質(zhì)含量的比較 J 生態(tài)學(xué)報 2005 2 304 311 3 蒲高斌 劉世琦 劉磊 等 不同光質(zhì)對番茄幼苗 生長和生理特性的影響 J 園藝學(xué)報 2005 3 420 425 4 胡萱萱 基于 PLC 的農(nóng)業(yè)種植水肥一體化自動控 制系統(tǒng) J 現(xiàn)代農(nóng)機(jī) 2023 1 73 75 5 許世衛(wèi) 王東杰 李哲敏 大數(shù)據(jù)推動農(nóng)業(yè)現(xiàn)代 化應(yīng)用研究 J 中國農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015 48 17 3429 3438 6 牛寅 設(shè)施農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)水肥管理系統(tǒng)及其智能裝備技 術(shù)的研究 D 上海 上海大學(xué) 2016 7 李佳佳 楊再強(qiáng) 韋婷婷 等 高溫與空氣濕度交 互對番茄葉片氣孔特性的影響 J 北方園藝 2020 6 23 31 8 王姍姍 干熱脅迫下增加空氣濕度對緩解溫室番茄 高溫危害的效果 D 太古 山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 2015 9 王克磊 基質(zhì)含水量和光照強(qiáng)度對番茄植株生長發(fā) 育及生理特性的影響 D 南京 南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 2009 10 路濤 亞高溫強(qiáng)光脅迫下番茄幼苗光抑制及光保護(hù) 機(jī)制研究 D 沈陽 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 2016 11 施衛(wèi)明 李光杰 艾超 等 中國植物營養(yǎng)生物 學(xué)研究重要進(jìn)展和展望 J 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報 2022 12 2310 2323 12 栗茂騰 劉建民 余龍江 等 香紫蘇在不同發(fā)育 階段的蒸騰作用與環(huán)境因子之間關(guān)系的研究 J 農(nóng) 業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報 2006 2022 S1 290 294 13 孫壯 王榮 林立宏 等 超高含水率泥炭土力 學(xué)特性的試驗研究 J 科技與創(chuàng)新 2022 10 119 121 14 高照陽 張紅梅 常明勛 等 國內(nèi)外土壤水分監(jiān) 測技術(shù) J 節(jié)水灌溉 2004 2 28 29 15 張璟 謝亞楠 汪鳴泉 等 基于遙感數(shù)據(jù)的植 被吸收光合有效輻射估算研究 J 遼寧林業(yè)科技 2020 2 1 7 16 CHENG Z CHEN X LAI L et al Relationship between tomato fruit growth and environmental factors under protected facility cultivation J Acta Ecologica Sinica 2011 31 3 742 748 50 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備 2023年 Design of Integrated Decision System of Irrigation and Fertilization for Based on the Application of Big Data of Environments and Physiology Tan Jiangfeng 1 Zhang Lihui 1 Liu Haifeng 1 2 Xie qiubo 1 2 Chen Wanyun 1 1 Guangzhou Joinken Network Technology Development Co Ltd Guangzhou 510630 China 2 Guangdong Institute of Modern Agricultural Equipment Guangzhou 510630 China Abstract Irrigation and fertilization was the important application of agriculture The research and application of decision making integrated irrigation and fertilization system are few This study was oriented to the yield of crops and expounds a system which used big data analysis technology to analysis data of environments and physiology also the agronomic theory By the system constructs crop cultivation model drives the formation of cultivation management regulation decision and finally implements comprehensive application technology of regulation operation through fertilizer applicator This system purpose was to promote the regulation strategy mechanism of irrigation and fertilization from theoretical guidance experience guidance and fixed value regulation to the technical improvement based on comprehensive analysis and judgment of big data and real time accurate regulation Key words big data technology integration of water and fertilizer crop physiology and crop hobitat multifactorial coupling algorithm Development Status and Expectation of the Fertilizer Machinery Hu Xianwei Mao Wei College of Mechanical and Electronic Engineering Xinjiang Vocational University Urumqi 830013 China Abstract Fertilization is an important link in the production process of agricultural products which needs to be completed by fertilization machinery Aiming at domestic and foreign solid fertilizer machinery liquid fertilizer machinery and variable rate fertilizer machinery this paper summarizes and analyzes the principles advantages and disadvantages of disc centrifugal blade hammer and chain finger fertilizer machinery and based on the market production limitations of China s fertilizer machinery the lack of organic integration of agricultural machinery and agronomy and the slow development of supporting institutions provides three suggestions for the development of China s fertilizer machinery That is the government should introduce relevant policies to guarantee enterprise production and encourage universities and enterprises to jointly research and develop high tech Secondly it is suggested to concentrate small scale land and promote the formation of large scale fertilization operation mode Finally in combination with the actual operating conditions gradually improve and optimize the relevant parts of machines and tools to improve the guarantee for achieving variable precision fertilization Key words fertilization machinery centrifugal agronomy precision fertilization 上接第29頁