在农业生产中，提高产量主要依靠农药化肥的大量投入，但是其中有大部分化肥和水资源没有被有效利用而随地弃置，导致大量养分损失并造成环境污染，对环境保护与水土保持构成严重威胁，对农业可持续性发展带来严峻挑战，直到智慧农业时代到临。智慧农业是农业生产的高级阶段，是基于物联网、云平台的现代农业新业态与新模式。智慧农业通过生产领域的智能化、经营领域的差异性以及服务领域的全方位信息服务，推动农业产业链改造升级;实现农业精细化、高效化与绿色化，保障农产品安全、农业竞争力提升和农业可持续发展。因此，智慧农业是我国农业现代化发展的必然趋势。

以下为基于土壤墒情监测的智能水肥一体化灌溉系统技术方案，整合精准调控、资源优化与物联网管理功能：

 

一、系统核心目标‌

资源效率‌：节水20%-35% | 节肥15%-25%

增产效果‌：粮食作物增产10%-18%，经济作物达15%-60%

生态保护‌：降低土壤盐碱化风险（EC值下降0.8ms/cm）

二、系统架构与组件‌

 

感知层‌

 

土壤墒情传感器‌：

监测参数：含水量（±2%精度）、EC值（0-20ms/cm）、温度（-30℃~80℃）

安装规范：埋深15-20cm，避开施肥点，网格化布设（每5亩1节点）

气象站‌：补充光照、温湿度、蒸发量数据

 

控制层‌

 

边缘网关‌：LoRa/4G多模传输，支持Modbus RTU协议，数据秒级上报

云平台‌：

动态计算需水量（结合作物生长模型与实时墒情）

生成灌溉热力图，标记干旱/过湿区域

 

执行层‌

 

滴灌系统‌：电磁阀控制流量（误差<5%），压力补偿滴头防堵塞

肥液调配‌：智能配肥机按NPK需求自动调节浓度（±0.1%精度）

三、智能调控逻辑‌

触发条件‌ ‌执行动作‌ ‌优化效果‌

土壤含水量<60%田间持水量 启动滴灌，时长=需水量/流量×1.2系数 避免无效灌溉，节水30%

EC值>1.5ms/cm 增加冲洗灌溉，降低土壤盐分 盐碱地作物存活率提升至90%

光照>50klx且温度>30℃ 夜间灌溉，减少蒸发损失 水分利用率提高25%

四、部署案例与效益‌

新疆棉田应用‌

 

节水32%，尿素利用率从40%提升至55%

亩产皮棉增加18%，节水成本节省120元/亩

 

山东蔬菜大棚‌

 

黄瓜产量达3.2万斤/亩，增产60%

通过手机APP远程调控，人工成本降低70%

六、扩展功能‌

移动端管理‌：支持APP查看实时数据、手动超控设备

污染预警‌：氮磷流失量超限时触发环保部门联动报警

 

系统符合智慧农业标准化要求（GB/T 36648-2018），如需具体设备参数（如LoRa网关配置）可进一步细化 。