摘要：近年来，物联网技术在农业领域的应用不断深化，特别是在农田水肥管理中展现了显著潜力。本文探讨了基于物联网的水肥一体化智能管理系统，包括其系统架构和主要功能。系统架构由传感器层、通信层和数据处理层构成，依托传感器数据采集、无线通信技术和数据处理平台，实现了实时数据监测、智能决策支持和预警机制。通过在浙江省某农业示范区的应用案例分析，展示了该系统的应用效果。

关键词： 物联网；农田管理；水肥一体化；智能系统

引言

在现代农业生产中，水肥管理是影响作物生长和产量的关键因素。然而，传统的水肥管理方式由于缺乏实时监控和精准调控手段，导致水资源浪费、肥料利用率低下以及环境污染等问题。近年来，随着物联网（IoT）技术的快速发展，将其应用于农田水肥管理中，逐步成为实现精准农业的重要途径。

1、物联网技术在农田管理中的应用现状

近年来，物联网技术在农业领域的应用日益广泛，尤其是在农田水肥管理方面，物联网技术展现出了极大的潜力。通过在农田中部署各种传感器，如土壤湿度传感器、温度传感器、光照传感器和肥料浓度传感器，可以实时获取农田环境数据。这些数据通过无线通信网络传输至中央控制系统，经过数据分析与处理后，系统能够根据作物的具体需求，精准调节水肥供应量。例如，基于物联网的农田灌溉系统能够根据土壤湿度和天气预报信息，自动启动或停止灌溉，确保作物在不同生长阶段得到适量的水分。此外，结合肥料浓度传感器和作物营养模型，系统还可以实现肥料的精准施用，避免过度施肥造成的环境污染和资源浪费。

2、基于物联网的水肥一体化智能管理系统

2.1 系统架构

基于物联网的水肥一体化智能管理系统主要由三个层次构成：传感器层、通信层和数据处理层。

2.1.1传感器层

传感器层是系统的最底层，该层包括各种传感器设备，负责采集农田中的关键环境数据。主要传感器包括土壤湿度传感器、温度传感器、气象传感器和肥料浓度传感器。这些传感器能够实时获取和记录环境数据，并将数据传输到中央控制系统。

2.1.2通信层

通信层负责将传感器层采集到的数据进行高效的无线传输。该层采用先进的无线通信技术，如LoRa（长距离广域网络）和NB-IoT（窄带物联网），以确保数据的稳定和实时传输。LoRa技术以其长距离、低功耗的特点，适用于广阔农田的无线数据传输需求。而NB-IoT技术则在城市和乡村环境中提供了高连接密度和广泛的网络覆盖。

2.1.3数据处理层

数据处理层是系统的核心，负责对传输来的数据进行综合分析和处理。此层运用大数据分析技术和人工智能算法，对传感器提供的数据进行深入挖掘和处理。通过对大量历史数据和实时数据的分析，系统能够识别出农田中水分、温度及肥料浓度等变量之间的复杂关系。例如，系统可以基于天气预报和土壤湿度数据，智能调整灌溉计划；结合作物营养需求模型，精准施肥以满足作物生长的最佳条件。

2.2 系统功能

2.2.1实时数据监测

基于物联网的水肥一体化智能管理系统通过部署在农田中的各种传感器，持续监测土壤湿度、温度、光照强度等关键环境参数，并通过无线传输技术实时上传至数据处理平台，使得管理者能够随时获取农田的最新环境状态。例如，土壤湿度传感器能够实时提供土壤中的水分含量信息，而温度传感器则监测空气及土壤的温度变化，光照传感器记录日照强度。这些数据为农田管理者提供了精准的环境参考，能够支持科学的决策制定。此外，实时数据的获取还使得管理者能够迅速发现潜在的环境变化，如突然的温度升高或土壤湿度的急剧下降，从而采取及时的应对措施，确保作物在不同生长阶段得到适宜的环境条件。

2.2.2智能决策支持

智能决策支持功能依托于对实时监测数据的深入分析，能够自动化调整水肥供应，优化资源配置。系统通过集成先进的数据分析技术和人工智能算法，对传感器收集的数据进行处理。例如，根据土壤湿度传感器的数据，系统可以自动控制灌溉系统的开关，在土壤湿度低于设定阈值时启动灌溉，而在湿度达到目标值时停止灌溉。同样，肥料浓度数据的分析帮助系统优化施肥策略，通过调整施肥量来满足作物的营养需求，避免了肥料的过度施用。系统能够根据作物的生长阶段和营养需求，智能调整施肥计划，确保肥料的有效利用，提高作物的生产效率。

2.2.3预警机制

预警机制是系统确保农田管理顺利进行的重要功能。通过实时监测环境数据，系统能够及时识别潜在的异常情况，如土壤干旱、肥料不足或传感器故障等。当监测数据超出设定的正常范围时，系统会自动生成预警信息，并通过短信、邮件或APP推送等方式通知管理人员。这种即时的预警机制使得管理人员能够迅速采取措施，避免问题的进一步恶化。例如，当土壤湿度传感器检测到土壤干旱的程度达到危机水平时，系统会立即发出警报，提示管理人员采取补水措施。类似地，当肥料浓度低于作物的最低需求水平时，系统会发出肥料不足的预警，提醒施肥。预警机制的实施显著提高了农田管理的响应速度和干预能力，有效防止了因延误处理导致的生产损失。

3、应用案例研究与分析

在浙江省某农业示范区，农田水肥一体化智能管理系统的应用已取得显著成效。该示范区主要种植水稻和小麦，传统的水肥管理方式存在灌溉不均、肥料使用不合理等问题，导致资源浪费和作物生长不均。为了解决这些问题，该示范区引入了基于物联网的水肥一体化智能管理系统，以提高水肥利用效率和作物产量。

在实施初期，技术团队在示范区内布置了多种传感器，包括土壤湿度传感器、温度传感器、气象传感器和肥料浓度传感器。传感器被均匀分布于不同地块，以全面监测农田的环境条件。无线通信模块（如LoRa技术）则确保了传感器数据能够实时传输至中央控制平台。数据采集后，通过中央控制系统的数据处理层进行分析。系统应用大数据分析和人工智能算法处理实时数据，以生成精准的水肥管理决策。例如，系统根据土壤湿度和气象数据自动控制灌溉系统的开关，确保水分供应恰到好处。在施肥方面，系统根据肥料浓度传感器的数据，自动调整施肥量，避免肥料过量或不足。系统设有预警机制，用于实时监测异常情况。当土壤湿度低于设定阈值或肥料浓度不足时，系统会发出预警，通知管理人员进行相应的调整。例如，如果检测到某一地块的土壤过于干燥，系统会立即发出干旱警报，提醒管理人员增加灌溉；如果肥料浓度低于标准，系统会警示施肥不足，指导施肥操作。通过实施基于物联网的水肥一体化管理系统，示范区的水肥利用效率显著提高，水稻和小麦的水肥利用率提高了约20%，显著降低了资源浪费。作物生长的均匀性得到改善，产量有所提升。根据收获季节的统计数据，水稻和小麦的产量分别提高了15%和10%。通过减少过量施肥和优化灌溉，系统对环境的负面影响得到有效控制。肥料使用的减少减少了对土壤和水体的污染，而精准的灌溉减少了水资源的过度使用，有助于保护当地的水资源和土壤环境。

结语

基于物联网的农田水肥一体化智能管理系统通过整合传感器、通信网络和智能分析技术，实现了对农田水肥的精准调控，具有广泛的应用前景和推广价值。随着物联网技术的不断进步和应用成本的降低，基于物联网的智能农业管理系统将在未来得到更加广泛的应用，为实现农业的可持续发展提供强有力的技术支撑。

参考文献：

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作者简介：刘雪玉（1997.08-），女，河南省周口市，本科，汉族，助理工程师，研究方向：乡村振兴