【目的】鉴于我国西北地区气候干旱、可耕面积有限、水肥利用效率低等一系列问题一直以来是干旱农业领域研究的难点与热点,且近年来设施栽培作物在新疆地区广泛推广种植,开发与利用智能节水、节肥设备已成为解决这一问题的关键技术。我国政府与企业日益重视与关注物联网云技术、人工智能、大数据等高科技的应用,各行各业逐步融合与使用现代科学技术,推动传统农业向现代农业的转变。兵团农场已开始使用水肥一体化设备,以降低农业成本投入并提高水肥利用效率;但普遍存在不精准、应用窄、造价高、难推广等问题,因此,针对上述现象本课题开发设计了一种基于物联网的智能水肥一体化系统,用于提高水肥利用效率、减少农业成本浪费、远程实时监控植株的生长状况,同时以基于黄沙基质的番茄水肥一体化种植实践检验,践行了钱学森提出的“沙产业”构想,为新疆地区发展沙漠农业提供了技术支持与经验借鉴。【方法】国外水肥一体化技术已十分娴熟,而我国水肥一体化技术不一而同,针对性与功能效果参差不齐,因此,本课题基于国内外研究与应用现状研发设计一种基于物联网的智能水肥一体化系统,本系统主要由上位机(物联网远程监管系统)与下位机(全自动水肥一体化系统)两大系统组成,其中全自动水肥一体化系统由控制中心系统、灌溉施肥系统、环境信息采集系统3部分组成。控制中心系统融合了PLC(可编程逻辑控制器)技术、触摸屏技术、无线模块等技术,共同构成智能化自动水肥一体化系统的枢纽,根据人为需要设定手/自动模式、灌溉与施肥参数等,实时接收与传输水肥指令;灌溉施肥系统由文丘里施肥器A和B、吸肥电动球阀、灌溉电动球阀、灌溉通道、离心泵、潜水泵等共同组成实现根据指令实现精确定量灌溉与施肥;环境信息采集系统由SMET三参数复合传感器等硬件构成,多位一体实时采集土壤的EC值,含水量、温度参数并传输于中心枢纽与系统远程终端。物联网远程监管系统主要由云平台、远程端微信小程序/PC端、4G模块搭建组合而成,远程终端设置水肥一键启动/关闭模式,各参数数值记录与曲线,报警提醒等功能,实时传输根系环境参数于云平台并记录作为历史数据储存,同时可远程监控植株长势与控制水肥一体化系统设备的运行。为验证与检验该系统工作的可行性,试验选择3个世佳番茄品系作为供试材料,以本系统设备应用管理番茄一个完整生育期,利用收获番茄果实产量与品质说明系统设备的运行效果。【结果】一种基于物联网的智能化水肥一体化系统经过多次升级改进与调试硬件结构和软件系统使设备正常良好运行。本研究开发设计的一种基于物联网的智能水肥一体化系统根据植株各生育时期需水、需肥特点,设定水肥参数与运行模式,结合番茄植株对N、P、K及微量元素吸收的特征,采用沙漠中的黄沙作为种植基质,远程监管水肥一体化系统与植株长势,简单方便,适用于多种作物,易于获得高产优质的生物输出,经济效益有保证。通过物联网技术远程监控棚内情况与植株长势,可根据需要在服务终端查看根系环境情况以及历史记录,可更改水肥设定阙值参数或一键启动/关闭水肥供应。试验显示:本试验番茄生育期内控制黄沙基质含水量区间为14.0-17.5%之间,随生育时期进程先高后低;正常的EC值范围在1.0-2.5mS/cm之间。3个世佳番茄品系实收产量介于134.0-146.3吨/公顷之间,均已达到温室番茄高产水平。果实营养品质处于中高等水平,糖酸比均在7.71以上,很适合做水果番茄,经模糊数学算得世佳1812综合品质最高。黄沙基质作为番茄种植的替代基质,可降低土壤环境病虫害及次生盐渍化发生的几率,经3个世佳番茄品系栽培种植,说明基于物联网技术的黄沙基质与水肥一体化番茄栽培技术组配合宜,产量与品质有保证,且具有很好的实用与推广价值。