《Smart Agricultural Technology》：IoT-based fertigation management for enhancing Cilembu sweet potato productivity: an experimental study
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本研究针对传统施肥方法存在的养分淋失和效率低下问题，开发了一套物联网（IoT）滴灌施肥系统，通过实时监测环境参数并自动调控水肥供应，显著提高了Cilembu甘薯的产量和肥料利用率。实验结果表明，双周施肥6克/株的处理组合可实现最高产量（40吨/公顷），肥料利用效率较传统方法提升约50%，为精准农业提供了可持续的技术方案。
在印度尼西亚，有一种名为Cilembu的甘薯（Ipomoea batatas）因其独特的甜味和高营养价值而备受青睐。然而，这种具有巨大经济潜力的作物却一直面临产量瓶颈，其中养分供应不足或失衡是关键限制因素。传统的施肥方法往往粗放而低效，不仅导致肥料浪费，还可能引发地下水污染和土壤退化等环境问题。如何实现精准、高效的养分管理，成为提升Cilembu甘薯生产力的核心挑战。
近年来，滴灌施肥（fertigation）技术因其能够将养分直接输送至作物根区而受到关注。结合物联网（IoT）技术，更可实现对环境条件和土壤养分的实时监测与自动调控，为精准农业开辟了新路径。尽管已有研究探索了物联网在农业中的应用，但针对Cilembu甘薯的系统化田间试验仍属空白。为此，来自印尼万隆理工学院的研究团队开展了一项实验研究，旨在开发并评估一套物联网驱动的滴灌施肥系统，以期优化水肥管理，提升作物产量与资源利用效率。该研究发表于《Smart Agricultural Technology》，为高价值作物的可持续栽培提供了重要参考。
为达成研究目标，团队重点运用了几项关键技术：首先，设计了低功耗的物联网系统架构，包含传感节点、网关和云平台，支持远程监控与控制；其次，开发了专用传感器节点，用于监测空气温湿度、光照强度、土壤水分和养分（NPK）浓度；第三，构建了自动施肥控制节点，通过LoRa通信接收指令，驱动微型泵实现精准施肥；最后，采用随机区组设计安排田间试验，设置了4个施肥剂量（0、3、6、9、12克/株）和2种施肥频率（每周、双周）共9个处理，通过方差分析（ANOVA）评估处理效应。
3.1. 土壤养分与施肥控制节点的性能
土壤养分监测节点采用STM32L0系列微控制器，结合低功耗库编程，使节点在休眠模式下功耗降至33.0微瓦以下，显著延长了电池续航时间。施肥控制节点则通过升压电路将锂电池电压提升至6V，驱动微型泵，单次充电可连续运行56小时，满足了田间长期自治的需求。
3.2. 施肥系统的实施
系统在9个处理小区中部署了环境监测节点和施肥控制节点。每个小区配备土壤水分、养分传感器，以及独立的施肥装置。数据通过LoRa传输至本地服务器，并上传至云平台，实现远程实时监控与调控。
3.3. 施肥系统实施结果
实验结果显示，施肥剂量和频率对产量均有显著影响（p < 0.05）。最高产量出现在双周施肥、剂量为6克/株的处理中，达40.42吨/公顷。与传统方法（19吨/公顷，肥料用量0.2吨/公顷）相比，物联网施肥系统在肥料用量0.28吨/公顷时即实现产量翻倍，肥料利用效率提升约50%。进一步分析表明，过量施肥（如12克/株）可能引发盐胁迫，抑制根系生长；而施肥频率过高（每周）则增加养分淋失风险，降低利用效率。
综上所述，本研究成功开发并验证了一套物联网赋能的滴灌施肥系统，能够通过实时环境监测与精准调控，显著提高Cilembu甘薯的产量和肥料利用效率。最佳处理组合（双周施肥、6克/株）不仅实现了40吨/公顷的高产，更将肥料利用效率提升50%，充分展示了精准农业技术在资源节约与可持续生产方面的巨大潜力。该研究为类似根茎作物的智能化栽培提供了可靠的技术范式，未来有望在更广泛的土壤与气候条件下推广应用，推动农业向高效、绿色方向转型。
