机器学习助力洋葱智能水培栽培与生长监测：可持续农业新突破

《Scientific Reports》：Machine learning insights for sustainable hydroponic cultivation and growth monitoring of allium cepa using smart hydro kit

为解决传统农业问题，研究人员开展洋葱水培与土培对比研究，发现水培优势显著，推动农业可持续发展。

　　在当今农业领域，传统种植方式正面临诸多挑战。随着城市化进程加速，土地资源愈发紧张，土壤侵蚀、污染以及气候变化等问题也给传统农业带来了巨大冲击。同时，人们对农产品的需求不断增加，不仅要求产量高，还希望品质优、更健康。在这样的大背景下，寻找更加高效、可持续的种植方法成为了农业发展的关键。洋葱，作为一种在全球广泛种植且兼具经济、药用和烹饪价值的作物，其种植方式的优化尤为重要。印度是洋葱生产大国，然而传统种植模式下，洋葱产量受季节影响大，6 - 10 月市场上新鲜洋葱供应不足，价格波动较大。而且，传统种植易受病虫害侵袭，农药使用不仅增加成本，还可能对环境和人体健康造成危害。

为了应对这些问题，来自印度的 Chitkara University 的 Institute of Engineering and Technology 等研究机构的研究人员开展了一项关于洋葱种植的研究。该研究旨在探索更适合洋葱生长的种植方式，提高洋葱产量和品质，实现可持续种植。研究成果发表在《Scientific Reports》上。

在这项研究中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，利用水培（Hydroponics）技术，其中深水栽培（DWC）是主要的水培方式，为洋葱生长创造无土环境。其次，借助物联网（IoT）技术，通过 “Smart Hydro Kit” 智能套件实现对水培环境的实时监测，该套件集成了 pH、电导率（EC）、总溶解固体（TDS）、温度和湿度等传感器，能自动连接 Wi-Fi 并每 30 秒收集一次数据，数据在 ThingSpeak IoT 平台可视化展示并上传至云端分析。此外，运用 “AquaCrop” 模拟器，输入相同种植条件参数模拟洋葱生长，与实际种植结果进行对比验证。

研究结果如下：

1. 实际种植结果：对比土壤栽培和 DWC 水培洋葱的生长响应，发现水培洋葱发芽更快，从鳞茎发芽只需 3 - 4 天，而土培需要 15 天；水培洋葱鳞茎形成也更快，28 天左右开始形成，土培则至少需要一个月。水培洋葱的茎和根生长更优，茎比土培长 5 ± 2cm，根长 8 ± 2cm，且整个生长周期更短。利用 “Smart Hydro Kit” 收集的数据显示，水培环境可实时监测和调控，能为洋葱生长提供更适宜的条件。
2. AquaCrop 模拟器结果：模拟结果表明，DWC 水培洋葱在多项指标上优于土培洋葱。水培洋葱的蒸腾水生产率（ET water productivity）比土培高0.06kg/m3，生物量（Biomass）多 0.373 吨 / 公顷，干产量（Dry yield）多 0.097 吨 / 公顷。而且，水培可避免杂草侵扰，土培洋葱杂草侵扰率达 16 - 25%，而水培为 0%，这使得水培洋葱冠层覆盖率虽略低于土培（分别为 85% 和 91%），但生长质量更好。

研究结论和讨论部分指出，水培种植洋葱优势明显，不仅生长周期短、产量高、品质好，还能避免杂草危害，提高水资源利用效率。“Smart Hydro Kit” 的应用实现了对水培环境的智能监测和调控，进一步提升了水培种植的可持续性。该研究成果为洋葱种植提供了新的思路和方法，有助于推动农业向智能化、可持续化方向发展。在未来，研究人员计划扩大实验规模，将该技术应用于更多草本药用植物的种植，同时利用机器学习（ML）技术对收集的数据进行深度分析，为农民提供更精准的种植建议，助力农业生产实现质的飞跃。