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文档简介
新兴农业物联网智能种植解决方案TOC\o"1-2"\h\u11332第一章绪论 2141601.1研究背景 2287871.2研究意义 3127061.3研究内容与方法 330207第二章农业物联网技术概述 4266522.1农业物联网的定义与特点 439262.2农业物联网的技术体系 4121342.3农业物联网的关键技术 48876第三章智能种植系统设计 5205803.1智能种植系统架构 5273473.1.1系统概述 5169473.1.2系统架构 5214293.2系统硬件设计 5300083.2.1传感器模块 6306623.2.2控制器模块 6162013.2.3数据传输模块 6117553.3系统软件设计 6149693.3.1数据采集与处理模块 6214103.3.2决策支持模块 6130853.3.3用户界面模块 67543第四章数据采集与传输 7263584.1数据采集技术 7184374.2数据传输技术 798924.3数据处理与分析 75651第五章环境监测与控制 8132695.1环境监测技术 8114085.2环境控制技术 8188935.3环境监测与控制的集成应用 99082第六章智能灌溉与施肥 9274456.1智能灌溉技术 969016.1.1系统组成 9100646.1.2技术原理 9240926.1.3应用效果 10230576.2智能施肥技术 10105776.2.1系统组成 10178306.2.2技术原理 1061676.2.3应用效果 1065036.3智能灌溉与施肥的集成应用 1078696.3.1系统组成 11228726.3.2技术原理 11221156.3.3应用效果 1129338第七章病虫害智能监测与防治 11220477.1病虫害监测技术 11277737.1.1概述 11272127.1.2监测技术手段 11253667.1.3监测系统构建 12172237.2病虫害防治技术 1280627.2.1概述 12161667.2.2生物防治技术 128187.2.3化学防治技术 12200237.2.4物理防治技术 12263977.3病虫害监测与防治的集成应用 12123487.3.1集成应用概述 12215947.3.2集成应用实例 12309137.3.3集成应用优势 1327574第八章智能种植管理平台 13314978.1平台架构设计 13149578.2平台功能模块设计 136008.3平台应用案例分析 1428100第九章经济效益分析 1486199.1智能种植解决方案的成本分析 1493169.1.1投资成本 14322889.1.2运营成本 15214149.2智能种植解决方案的收益分析 15208849.2.1产量提高 15102939.2.2质量提升 1539119.2.3节约资源 15175729.3智能种植解决方案的效益评估 1688359.3.1经济效益 1656229.3.2社会效益 1616280第十章发展趋势与展望 162999710.1新兴农业物联网智能种植解决方案的发展趋势 161681810.2面临的挑战与机遇 171799010.3未来研究方向与建议 17第一章绪论1.1研究背景我国农业现代化进程的加速推进,农业物联网技术逐渐成为农业发展的重要支撑。农业物联网是指通过将物联网技术应用于农业生产、管理和服务的各个环节,实现农业生产自动化、信息化和智能化。新兴农业物联网智能种植解决方案在农业领域得到了广泛应用,为我国农业发展注入了新的活力。我国是农业大国,但农业现代化水平相对较低,农业生产过程中存在资源利用效率低、环境污染等问题。新兴农业物联网智能种植解决方案的引入,有助于提高农业生产效率,降低资源消耗,实现农业可持续发展。全球气候变化和人口增长对粮食安全提出了更高的要求,新兴农业物联网智能种植解决方案在保障我国粮食安全方面具有重要意义。1.2研究意义本研究旨在探讨新兴农业物联网智能种植解决方案在农业生产中的应用,具有以下研究意义:(1)提高农业生产效率:新兴农业物联网智能种植解决方案能够实现农业生产自动化,提高农业生产效率,降低劳动成本。(2)促进农业可持续发展:通过物联网技术,实现对农业生产资源的精确管理和高效利用,降低资源浪费,减轻环境压力。(3)保障粮食安全:新兴农业物联网智能种植解决方案有助于提高粮食产量,保障我国粮食安全。(4)推动农业现代化进程:新兴农业物联网智能种植解决方案的推广与应用,有助于推动我国农业现代化进程,提升农业国际竞争力。1.3研究内容与方法本研究主要从以下几个方面展开:(1)研究新兴农业物联网智能种植解决方案的原理与技术体系,分析其在农业生产中的应用现状。(2)探讨新兴农业物联网智能种植解决方案在提高农业生产效率、促进农业可持续发展、保障粮食安全等方面的作用。(3)分析新兴农业物联网智能种植解决方案在推广与应用过程中存在的问题与挑战。(4)以实际案例为依据,探讨新兴农业物联网智能种植解决方案在不同地区、不同作物中的应用效果。本研究采用文献综述、案例分析、实地调查等方法,对新兴农业物联网智能种植解决方案进行深入研究。通过对相关技术、政策、市场等方面的分析,为我国农业物联网智能种植解决方案的推广与应用提供理论支持。第二章农业物联网技术概述2.1农业物联网的定义与特点农业物联网,作为一种新兴的农业生产方式,是指利用先进的物联网技术,将农业生产过程中的各种信息进行感知、传输、处理和应用的一种智能化系统。它以农业信息获取、传输、处理和利用为核心,旨在实现农业生产自动化、智能化和精准化。农业物联网具有以下特点:(1)信息感知全面:通过传感器、摄像头等设备,对农业生产环境、作物生长状态等信息进行全面感知。(2)信息传输高效:利用无线通信技术,实现信息的快速传输,保证数据的实时性和准确性。(3)数据处理智能:通过大数据、云计算等技术,对收集到的信息进行智能处理,为农业生产提供决策支持。(4)应用场景丰富:农业物联网可应用于作物种植、畜牧养殖、农产品加工等多个领域,满足不同农业生产需求。2.2农业物联网的技术体系农业物联网的技术体系主要包括以下四个方面:(1)信息感知技术:包括传感器技术、遥感技术、视频监控技术等,用于获取农业生产过程中的各种信息。(2)信息传输技术:包括无线通信技术、有线通信技术等,用于实现信息的快速传输。(3)数据处理技术:包括大数据、云计算、人工智能等技术,用于对收集到的信息进行智能处理。(4)应用技术:包括智能控制系统、农业信息化管理系统等,用于实现农业生产的自动化、智能化和精准化。2.3农业物联网的关键技术农业物联网的关键技术主要包括以下五个方面:(1)传感器技术:传感器是农业物联网的基础,其精度和稳定性对整个系统的功能具有重要影响。当前,传感器技术正向微型化、智能化、多功能化方向发展。(2)无线通信技术:无线通信技术在农业物联网中起到关键作用,包括WiFi、蓝牙、LoRa等,以满足不同距离、不同环境下的信息传输需求。(3)大数据技术:大数据技术可对海量农业数据进行高效处理和分析,为农业生产提供决策支持。当前,大数据技术在农业领域的应用逐渐深入。(4)云计算技术:云计算技术为农业物联网提供强大的计算能力,实现信息的实时处理和分析。通过云计算,农业生产者可以随时获取到所需的农业信息。(5)人工智能技术:人工智能技术在农业物联网中的应用日益广泛,包括作物生长预测、病虫害诊断等。通过人工智能技术,农业生产可以实现自动化、智能化和精准化。第三章智能种植系统设计3.1智能种植系统架构3.1.1系统概述智能种植系统是一种基于新兴农业物联网技术的种植管理平台,通过集成各类传感器、控制器及数据处理模块,实现对种植环境的实时监测、智能决策和自动化控制。本节主要介绍智能种植系统的整体架构,包括硬件和软件两部分。3.1.2系统架构智能种植系统架构主要包括以下几个部分:(1)数据采集层:通过各类传感器(如温度、湿度、光照、土壤等)实时采集种植环境数据。(2)数据传输层:将采集到的数据通过有线或无线方式传输至数据处理层。(3)数据处理层:对接收到的数据进行处理,包括数据清洗、数据分析、决策支持等。(4)控制执行层:根据数据处理层的决策结果,通过控制器实现对种植设备的自动化控制。(5)用户界面层:为用户提供可视化的操作界面,方便用户实时了解种植环境状况和调整种植策略。3.2系统硬件设计3.2.1传感器模块传感器模块主要包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、土壤湿度传感器等,用于实时监测种植环境。传感器应具备高精度、高可靠性、低功耗等特点,以满足长时间运行的需求。3.2.2控制器模块控制器模块负责接收数据处理层的决策指令,实现对种植设备的自动化控制。控制器应具备较强的处理能力、稳定性和可扩展性,以满足不同种植场景的需求。3.2.3数据传输模块数据传输模块包括有线和无线两种传输方式。有线传输方式如以太网、串口等,适用于固定场景;无线传输方式如WiFi、蓝牙、LoRa等,适用于移动场景。数据传输模块应具备高速、稳定、抗干扰等特点。3.3系统软件设计3.3.1数据采集与处理模块数据采集与处理模块主要包括以下几个功能:(1)数据采集:实时采集传感器数据,并进行预处理,如数据清洗、滤波等。(2)数据存储:将处理后的数据存储至数据库,以便后续分析。(3)数据分析:对历史数据进行统计分析,各类报表,为决策提供依据。3.3.2决策支持模块决策支持模块主要包括以下几个功能:(1)环境监测:根据实时采集的数据,判断种植环境是否满足作物生长需求。(2)策略制定:根据作物生长需求,制定相应的种植策略,如浇水、施肥等。(3)控制指令:根据策略制定结果,控制指令,实现对种植设备的自动化控制。3.3.3用户界面模块用户界面模块主要包括以下几个功能:(1)数据展示:以图表、文字等形式展示实时监测数据和决策结果。(2)参数设置:允许用户调整种植策略和设备参数。(3)报警提示:当种植环境异常时,及时提醒用户采取相应措施。第四章数据采集与传输4.1数据采集技术在新兴农业物联网智能种植解决方案中,数据采集技术是的一环。数据采集技术主要包括传感器技术、图像识别技术和无人机技术等。传感器技术是农业物联网数据采集的核心,它通过温度传感器、湿度传感器、光照传感器等设备,实时监测作物生长环境中的各种参数,为智能种植提供数据支持。传感器还可以实时监测土壤肥力、作物生长状况等,为农业生产提供科学依据。图像识别技术在农业物联网中的应用日益广泛。通过高清摄像头和图像处理算法,可以实现对作物生长状况、病虫害等信息的实时监测。图像识别技术具有识别准确、速度快、易于操作等优点,为农业生产提供了便捷、高效的数据采集手段。无人机技术在农业物联网中的应用也逐渐成熟。无人机可以搭载多种传感器,对农田进行全方位、多角度的监测,快速获取大量数据。无人机在数据采集方面具有速度快、覆盖面广、受地形限制小等优点,为智能种植提供了有力支持。4.2数据传输技术数据传输技术是农业物联网数据采集与处理的关键环节。数据传输技术主要包括无线传输技术和有线传输技术。无线传输技术具有安装简便、维护成本低、传输速度快等优点。在农业物联网中,常用的无线传输技术有WiFi、蓝牙、LoRa等。这些技术能够实现数据在农田、温室等环境中的快速传输,为智能种植提供实时数据支持。有线传输技术主要包括光纤通信和电缆通信。光纤通信具有传输速度快、抗干扰能力强、安全性高等优点,适用于长距离、高速率的数据传输。电缆通信则在短距离、低成本的数据传输中具有优势。4.3数据处理与分析数据处理与分析是农业物联网智能种植解决方案的核心环节。数据处理主要包括数据清洗、数据整合和数据挖掘等。数据清洗是对收集到的数据进行预处理,去除冗余、错误和异常数据,保证数据的准确性和可靠性。数据整合是将不同来源、格式和结构的数据进行统一处理,形成完整的数据集,为后续分析提供基础。数据挖掘是从大量数据中提取有价值的信息和知识。在农业物联网中,数据挖掘技术可以用于分析作物生长规律、预测病虫害、优化农业生产管理等。通过数据挖掘,可以为农业生产提供科学依据,实现智能种植。人工智能、大数据和云计算等技术在数据处理与分析中的应用,也为农业物联网智能种植解决方案提供了强大的支持。利用这些技术,可以实现作物生长环境的实时监测、病虫害的智能识别和农业生产的自动化管理,推动农业现代化进程。第五章环境监测与控制5.1环境监测技术环境监测技术是新兴农业物联网智能种植解决方案的核心技术之一。该技术主要利用传感器对农田环境进行实时监测,包括土壤湿度、温度、光照、二氧化碳浓度等关键参数。目前常用的环境监测技术有:(1)土壤湿度监测:通过土壤湿度传感器实时监测土壤湿度,为灌溉决策提供依据。(2)温度监测:利用温度传感器监测农田环境温度,为作物生长提供适宜的温度条件。(3)光照监测:采用光照传感器实时监测光照强度,为作物光合作用提供保障。(4)二氧化碳浓度监测:通过二氧化碳传感器监测农田环境二氧化碳浓度,为作物生长提供充足的碳源。5.2环境控制技术环境控制技术是实现农业物联网智能种植的关键环节。该技术主要通过以下几种方式实现:(1)自动灌溉:根据土壤湿度监测数据,自动调节灌溉系统,实现节水灌溉。(2)温度调控:通过调节温室大棚的通风、遮阳系统,使作物生长环境温度保持在适宜范围内。(3)光照调控:利用补光灯、遮阳网等设备,调节光照强度,满足作物生长需求。(4)二氧化碳调控:通过二氧化碳发生器、通风系统等设备,调整农田环境二氧化碳浓度,提高作物光合作用效率。5.3环境监测与控制的集成应用环境监测与控制的集成应用是将环境监测技术与环境控制技术相结合,实现农业生产自动化、智能化的一种方式。具体应用如下:(1)智能灌溉系统:通过环境监测技术获取土壤湿度数据,结合灌溉控制系统,实现自动灌溉。(2)智能温室大棚:将温度、光照、二氧化碳等环境监测数据与调控系统相结合,实现温室大棚内环境的智能化管理。(3)智能农业生产管理系统:将环境监测与控制技术与农业生产管理系统相结合,实现对农业生产全过程的智能化管理。(4)农业物联网平台:将环境监测与控制技术集成到农业物联网平台,实现农业生产数据的实时监测、分析与处理。通过环境监测与控制的集成应用,新兴农业物联网智能种植解决方案为农业生产提供了高效、节能、环保的新途径。第六章智能灌溉与施肥6.1智能灌溉技术科技的快速发展,智能灌溉技术逐渐成为新兴农业物联网解决方案的重要组成部分。智能灌溉技术通过实时监测土壤湿度、气象条件和作物需水量,自动控制灌溉系统,实现精确灌溉,提高水资源利用效率。6.1.1系统组成智能灌溉系统主要由传感器、控制器、执行器、传输模块和监控中心组成。传感器用于监测土壤湿度、温度、光照等环境参数;控制器根据传感器数据自动调节灌溉策略;执行器负责执行灌溉操作;传输模块将数据实时传输至监控中心,便于管理人员及时了解灌溉情况。6.1.2技术原理智能灌溉技术采用模糊控制、PID控制、神经网络等算法,对灌溉系统进行优化。通过分析土壤湿度、气象条件等数据,确定灌溉时机、灌溉量和灌溉方式,实现精确灌溉。6.1.3应用效果智能灌溉技术具有以下应用效果:(1)节水:智能灌溉可根据作物需水量进行精确灌溉,降低水资源浪费。(2)节能:减少泵房运行时间,降低能源消耗。(3)提高作物产量和品质:通过合理灌溉,保障作物生长所需水分,提高产量和品质。6.2智能施肥技术智能施肥技术是新兴农业物联网解决方案的另一个关键环节。通过实时监测土壤养分、作物生长状况等数据,智能施肥系统能够实现精准施肥,提高肥料利用率。6.2.1系统组成智能施肥系统主要由传感器、控制器、执行器、传输模块和监控中心组成。传感器用于监测土壤养分、pH值、EC值等参数;控制器根据传感器数据自动调节施肥策略;执行器负责执行施肥操作;传输模块将数据实时传输至监控中心。6.2.2技术原理智能施肥技术采用数据挖掘、机器学习等算法,对土壤养分数据进行处理和分析。根据作物生长需求,制定合理的施肥方案,实现精准施肥。6.2.3应用效果智能施肥技术具有以下应用效果:(1)节肥:智能施肥可根据土壤养分状况和作物生长需求进行精确施肥,降低肥料浪费。(2)提高作物产量和品质:通过合理施肥,保障作物生长所需养分,提高产量和品质。(3)减少环境污染:智能施肥可降低过量施肥导致的土壤污染和水体富营养化。6.3智能灌溉与施肥的集成应用智能灌溉与施肥的集成应用是将智能灌溉和智能施肥技术有机结合,形成一个完整的农业物联网解决方案。该系统通过实时监测土壤湿度、气象条件、土壤养分等数据,自动调节灌溉和施肥策略,实现精确灌溉和施肥。6.3.1系统组成集成系统主要由传感器、控制器、执行器、传输模块和监控中心组成。传感器用于监测土壤湿度、气象条件、土壤养分等参数;控制器根据传感器数据自动调节灌溉和施肥策略;执行器负责执行灌溉和施肥操作;传输模块将数据实时传输至监控中心。6.3.2技术原理集成系统采用多参数融合、智能决策等算法,对灌溉和施肥进行优化。通过分析土壤湿度、气象条件、土壤养分等数据,确定灌溉时机、灌溉量、施肥量和施肥方式,实现精确灌溉和施肥。6.3.3应用效果集成应用具有以下效果:(1)节水节肥:集成系统可精确控制灌溉和施肥,降低水资源和肥料的浪费。(2)提高作物产量和品质:通过合理灌溉和施肥,保障作物生长所需水分和养分,提高产量和品质。(3)减少环境污染:集成应用可降低过量灌溉和施肥导致的土壤污染和水体富营养化。第七章病虫害智能监测与防治7.1病虫害监测技术7.1.1概述新兴农业物联网技术的快速发展,病虫害监测技术逐渐由传统的人工调查向智能化、信息化转变。病虫害监测技术旨在实时掌握病虫害的发生、发展动态,为防治工作提供科学依据。7.1.2监测技术手段(1)图像识别技术:通过安装在农田的摄像头,实时捕捉病虫害图像,利用计算机视觉技术进行识别和分析,实现对病虫害的实时监测。(2)光谱分析技术:利用光谱仪器对农田土壤、植物及病虫害进行检测,分析其光谱特征,从而实现对病虫害的监测。(3)传感器技术:通过布置在农田的各类传感器,实时监测环境因素,如温度、湿度、光照等,为病虫害的发生、发展提供数据支持。7.1.3监测系统构建病虫害监测系统包括数据采集、数据处理、数据传输和数据分析四个部分。通过构建病虫害监测系统,实现对农田病虫害的实时监测、预警和分析。7.2病虫害防治技术7.2.1概述病虫害防治技术是新兴农业物联网智能种植解决方案的重要组成部分,主要包括生物防治、化学防治和物理防治等手段。7.2.2生物防治技术(1)利用天敌昆虫:通过引入天敌昆虫,对病虫害进行生物防治,减少农药使用。(2)微生物防治:利用有益微生物对病虫害进行防治,如施用生物农药、菌肥等。7.2.3化学防治技术化学防治技术主要包括农药防治和植物生长调节剂防治。在防治过程中,应遵循科学用药、合理用药原则,降低农药残留,保障农产品安全。7.2.4物理防治技术物理防治技术包括光诱杀、热处理、隔离防护等,通过物理手段减少病虫害的发生和传播。7.3病虫害监测与防治的集成应用7.3.1集成应用概述病虫害监测与防治的集成应用是将监测技术、防治技术和物联网技术相结合,实现对农田病虫害的实时监测、预警和防治。7.3.2集成应用实例(1)病虫害监测与防治系统:将病虫害监测技术、防治技术及物联网技术集成应用于农田,实现对病虫害的实时监测、预警和防治。(2)病虫害防治无人机:利用无人机搭载病虫害监测设备和防治设备,实现对农田病虫害的快速监测和防治。7.3.3集成应用优势(1)提高防治效果:通过实时监测和预警,有针对性地进行防治,提高防治效果。(2)降低防治成本:集成应用病虫害监测与防治技术,减少农药使用,降低防治成本。(3)保障农产品安全:通过科学防治,降低农产品中农药残留,保障农产品安全。(4)促进农业可持续发展:集成应用病虫害监测与防治技术,有利于农业生态环境的保护,促进农业可持续发展。第八章智能种植管理平台8.1平台架构设计智能种植管理平台的设计旨在实现农业生产的自动化、信息化和智能化。平台架构主要包括以下几个层次:(1)数据采集层:通过各类传感器、摄像头等设备,实时采集作物生长环境数据、土壤状况、气象信息等。(2)数据传输层:将采集到的数据通过无线或有线方式传输至数据处理中心。(3)数据处理层:对采集到的数据进行清洗、整理、分析和挖掘,为后续决策提供支持。(4)应用服务层:根据数据处理结果,为用户提供智能决策、远程监控、预警通知等服务。(5)用户界面层:为用户提供操作便捷、界面友好的应用界面,实现与平台的交互。8.2平台功能模块设计智能种植管理平台主要包括以下功能模块:(1)数据采集模块:负责实时采集作物生长环境数据、土壤状况、气象信息等。(2)数据传输模块:将采集到的数据传输至数据处理中心。(3)数据处理模块:对采集到的数据进行清洗、整理、分析和挖掘。(4)智能决策模块:根据数据处理结果,为用户提供智能决策支持。(5)远程监控模块:实现用户对作物生长环境的远程监控,及时发觉异常情况。(6)预警通知模块:根据数据分析结果,为用户提供预警通知,指导用户采取相应措施。(7)用户管理模块:实现用户的注册、登录、权限管理等。8.3平台应用案例分析以下为智能种植管理平台在实际应用中的案例分析:案例一:某农场智能种植管理系统该农场采用智能种植管理平台,实现了以下功能:(1)实时监测作物生长环境,如温度、湿度、光照等。(2)根据土壤状况和作物需求,自动调节灌溉、施肥等。(3)实现远程监控,农场主可通过手机或电脑随时查看作物生长情况。(4)预警通知,当作物生长环境出现异常时,系统及时发送预警信息,指导农场主采取措施。案例二:某果园智能种植管理系统该果园采用智能种植管理平台,实现了以下功能:(1)实时监测果树生长环境,如温度、湿度、光照等。(2)根据土壤状况和果树需求,自动调节灌溉、施肥等。(3)实现远程监控,果农可通过手机或电脑随时查看果树生长情况。(4)预警通知,当果树生长环境出现异常时,系统及时发送预警信息,指导果农采取措施。通过以上案例分析,可以看出智能种植管理平台在实际应用中具有显著的优势,有助于提高农业生产效率,降低生产成本。第九章经济效益分析9.1智能种植解决方案的成本分析9.1.1投资成本智能种植解决方案的投资成本主要包括硬件设备投入、软件系统开发、基础设施建设及人员培训等方面。硬件设备投入包括传感器、控制器、执行器等,软件系统开发涉及数据采集、处理、分析等功能。以下为具体投资成本分析:(1)硬件设备投入:根据种植规模、作物种类及智能化程度的不同,硬件设备投入约为每亩地20005000元。(2)软件系统开发:软件系统开发费用取决于功能需求、开发周期等因素,预计在10万30万元。(3)基础设施建设:包括网络通信、数据中心等,预计投入50万100万元。(4)人员培训:对种植人员进行智能种植技术培训,费用约为每人500010000元。9.1.2运营成本智能种植解决方案的运营成本主要包括设备维护、软件升级、网络通信、人工管理等。以下为具体运营成本分析:(1)设备维护:设备维护费用约为硬件设备投入的5%10%。(2)软件升级:软件升级费用取决于升级周期及功能需求,预计每年5万10万元。(3)网络通信:网络通信费用约为每年1万3万元。(4)人工管理:人工管理费用包括人员工资、培训等,预计每人每年5万10万元。9.2智能种植解决方案的收益分析9.2.1产量提高智能种植解决方案通过精确控制作物生长环境、优化种植管理,可提高作物产量。以小麦为例,采用智能种植解决方案后,预计亩产量可提高10%20%。9.2.2质量提升智能种植解决方案有助于提高作物品质,降低农药、化肥使用量,减少病虫害发生。以水果为例,采用智能种植解决方案后,果实品质可提升15%30%。9.2.3节约资源智能种植解决方案通过精确控制水资源、化肥、农药等使用,可降低资源消耗。以水资源为例,采用智能种植解决方案后,预计可节约水资源30%50%。9.3智能种植解决方案的效益评估9.3.1经济效益智能种植解决方案在提高产量、提升品质、节约资源等方面的优势,可直接带来经济效益。以下为具体经济效益评估:(1)产量提高:以小麦为例,亩产量提高10%20%,预计每亩地可增加收入200400元。(2)质量提升:以水果为例,果实品质提升15%30%,预计每亩地可增加收入5001000元。(3)节约
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