在全球人口持續(xù)增長(zhǎng)、糧食需求不斷攀升的背景下，提升作物單產(chǎn)能力成為保障國(guó)家糧食安全、推動(dòng)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備作為現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度融合的產(chǎn)物，正通過(guò)精準(zhǔn)感知、智能決策與自動(dòng)化執(zhí)行，為作物單產(chǎn)能力提升構(gòu)建起堅(jiān)實(shí)的解決方案底座。本文圍繞農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在作物單產(chǎn)提升中的應(yīng)用，從技術(shù)原理、實(shí)踐案例、經(jīng)濟(jì)效益、政策支持等多個(gè)維度展開(kāi)探討，旨在為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展提供參考。

作物單產(chǎn)能力提升解決方案

一、引言

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)方法已難以滿(mǎn)足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)食品的需求，需要采用新技術(shù)來(lái)增強(qiáng)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)性和生產(chǎn)力。農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過(guò)在農(nóng)田中部署傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度、溫度、養(yǎng)分含量等參數(shù)，以及作物的生長(zhǎng)狀況，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供數(shù)據(jù)支持，從而提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量。

二、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)原理

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)采集“溫、光、氣、水、肥”等環(huán)境參數(shù)，以及作物的生長(zhǎng)狀態(tài)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)傳輸?shù)皆贫朔?wù)器，經(jīng)過(guò)大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法處理后，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)決策支持。

（一）傳感器網(wǎng)絡(luò)

傳感器網(wǎng)絡(luò)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的核心組成部分，包括土壤濕度傳感器、氣象站、作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備等。土壤濕度傳感器可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分含量，為灌溉決策提供依據(jù)；氣象站可以提供溫度、降水、光照等實(shí)時(shí)氣象信息，幫助農(nóng)民合理安排農(nóng)事活動(dòng)；作物生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備可以監(jiān)測(cè)作物的生長(zhǎng)狀態(tài)，如葉綠素含量、冠層覆蓋度等，為精準(zhǔn)施肥和病蟲(chóng)害防控提供支持。

（二）無(wú)線通信技術(shù)

無(wú)線通信技術(shù)是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。目前，常用的無(wú)線通信技術(shù)包括 ZigBee、LoRa、NB-IoT 等。這些技術(shù)具有低功耗、長(zhǎng)距離、低成本等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿(mǎn)足農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸需求。

（三）大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法

大數(shù)據(jù)分析和人工智能算法是農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能決策的核心。通過(guò)對(duì)海量農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)的分析和挖掘，可以構(gòu)建土壤肥力模型、作物生長(zhǎng)預(yù)測(cè)模型、病蟲(chóng)害預(yù)警模型等，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供精準(zhǔn)決策支持。

三、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備在作物單產(chǎn)提升中的實(shí)踐案例

（一）智能溫室

荷蘭的一家農(nóng)業(yè)公司構(gòu)建了一個(gè)智能溫室，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)測(cè)和控制溫度、濕度、光照等環(huán)境因素。通過(guò)精準(zhǔn)管理，該溫室實(shí)現(xiàn)了全年種植草莓，并且產(chǎn)量比傳統(tǒng)方法提高了數(shù)倍。該智能溫室通過(guò)傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)，結(jié)合邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)自動(dòng)決策，為草莓生長(zhǎng)創(chuàng)造了最佳環(huán)境條件。

（二）精準(zhǔn)灌溉

美國(guó)加利福尼亞州的農(nóng)場(chǎng)使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)灌溉。安裝在田間的傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤濕度，只有當(dāng)土壤干燥到一定程度時(shí)，才會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟灌溉系統(tǒng)。這種方法顯著減少了用水量，同時(shí)提高了作物產(chǎn)量。該農(nóng)場(chǎng)通過(guò)土壤濕度傳感器和氣象數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉策略，實(shí)現(xiàn)了節(jié)水30%的同時(shí)增產(chǎn)12%。

（三）病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)與預(yù)警

中國(guó)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用傳感器和圖像識(shí)別技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)作物狀況，并在檢測(cè)到病蟲(chóng)害時(shí)發(fā)出警報(bào)，幫助農(nóng)民及時(shí)采取措施。例如，南京智慧稻作項(xiàng)目通過(guò)訓(xùn)練YOLOv7算法，構(gòu)建水稻病蟲(chóng)害知識(shí)圖譜，稻瘟病識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)91.4%，并成功預(yù)測(cè)施藥窗口期至±3小時(shí)精度，將農(nóng)藥使用量降低23%，挽回產(chǎn)量損失3800萬(wàn)元。

（四）智能溫室控制

云南花卉種植基地采用PID算法自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度，實(shí)現(xiàn)全年溫度波動(dòng)±1℃，能耗降低38%。通過(guò)養(yǎng)分傳感器與作物生長(zhǎng)模型建立動(dòng)態(tài)施肥方程，實(shí)現(xiàn)肥料浪費(fèi)減少60%，品質(zhì)提升2個(gè)等級(jí)。

作物單產(chǎn)能力提升解決方案

四、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備提升作物單產(chǎn)能力的經(jīng)濟(jì)效益分析

（一）成本投入

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的成本投入主要包括硬件設(shè)備采購(gòu)、安裝調(diào)試、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等方面。硬件設(shè)備成本因設(shè)備類(lèi)型和性能不同而有所差異，例如土壤傳感器成本區(qū)間在80-300元/畝，智能網(wǎng)關(guān)成本區(qū)間在500-1200元/畝，無(wú)人機(jī)成本區(qū)間在8000-25000元/畝。為了降低硬件投資成本，可以采用NB-IoT低功耗網(wǎng)絡(luò)，年通信成本可降至8元/畝；采用云端+邊緣混合存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成本可降低75%。

（二）增產(chǎn)效益

通過(guò)應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，可以顯著提高作物產(chǎn)量和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。例如，陜西某蘋(píng)果基地投入320萬(wàn)元建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水肥成本降低42%，優(yōu)質(zhì)果率提升18%，年增收480萬(wàn)元，2.7年收回投資。

五、政策支持與產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建

（一）政策支持

政府出臺(tái)了一系列政策支持農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的發(fā)展和應(yīng)用。補(bǔ)貼方向重點(diǎn)支持環(huán)境監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)灌溉、病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)三類(lèi)設(shè)備，補(bǔ)貼比例最高達(dá)50%；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部每年遴選100個(gè)智慧農(nóng)業(yè)示范區(qū)，入選項(xiàng)目可獲專(zhuān)項(xiàng)扶持資金；物聯(lián)網(wǎng)農(nóng)業(yè)設(shè)備納入農(nóng)機(jī)購(gòu)置補(bǔ)貼范圍，最高抵扣30%稅額。

（二）產(chǎn)業(yè)生態(tài)構(gòu)建

建立區(qū)域性農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)中心，整合氣象、土壤、市場(chǎng)數(shù)據(jù)；推廣“硬件 + 數(shù)據(jù) + 金融”服務(wù)模式，如先使用后付費(fèi)的灌溉設(shè)備租賃；探索碳匯交易，通過(guò)精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)減少碳排放，參與碳交易市場(chǎng)獲取額外收益。

作物單產(chǎn)能力提升解決方案

六、農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備構(gòu)建作物單產(chǎn)能力提升解決方案底座的未來(lái)展望

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將在作物單產(chǎn)提升中發(fā)揮更加重要的作用。未來(lái)，隨著5G、AI、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無(wú)人機(jī)植保深度融合，新一代解決方案將不斷涌現(xiàn)，如智能決策系統(tǒng)、多機(jī)協(xié)同作業(yè)、全生育周期管理等，將進(jìn)一步推動(dòng)作物單產(chǎn)能力的提升。

同時(shí)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將與金融、保險(xiǎn)、物流等行業(yè)深度融合，形成多領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)。例如，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量溯源數(shù)據(jù)可與電商平臺(tái)合作，農(nóng)業(yè)保險(xiǎn)可基于大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定價(jià)。

作物單產(chǎn)能力提升解決方案

七、結(jié)論

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備作為現(xiàn)代信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)深度融合的產(chǎn)物，正通過(guò)精準(zhǔn)感知、智能決策與自動(dòng)化執(zhí)行，為作物單產(chǎn)能力提升構(gòu)建起堅(jiān)實(shí)的解決方案底座。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能調(diào)控，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造了最佳環(huán)境條件，顯著提升了單產(chǎn)能力。同時(shí)，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的應(yīng)用還帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)效益的提升和產(chǎn)業(yè)生態(tài)的構(gòu)建。未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的不斷深化，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將為保障糧食安全與農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展注入持久動(dòng)能。