物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在食用菌工廠化生產(chǎn)中應(yīng)用效果研究

范郁爾，許文玲(.連云港市農(nóng)業(yè)信息中心，江蘇連云港000;.連云港國(guó)盛生物科技有限公司，江蘇連云港000)

食用菌工廠化生產(chǎn)是用工業(yè)理念發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，是農(nóng)業(yè)生物工程技術(shù)和工業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)手段相結(jié)合的產(chǎn)物。食用菌的工廠化生產(chǎn)正在我國(guó)快速發(fā)展，因其相比傳統(tǒng)的栽培方式具有諸多優(yōu)勢(shì)，將成為未來(lái)食用菌的主流趨勢(shì)［1］。食用菌生長(zhǎng)發(fā)育需要適宜的溫度、濕度、光照和CO2濃度等環(huán)境條件，當(dāng)環(huán)境條件不適宜生長(zhǎng)發(fā)育要求時(shí)，它們便發(fā)育不良、畸型、病害，甚至引起死菇、爛菇。要獲得食用菌生長(zhǎng)所需的最佳環(huán)境，不能單獨(dú)靜態(tài)考慮某一因子，應(yīng)從整體上綜合地研究環(huán)境控制問(wèn)題［2］。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，為食用菌工廠化智能化生產(chǎn)創(chuàng)造了技術(shù)條件。連云港國(guó)盛生物科技有限公司應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)智能化控制系統(tǒng)，進(jìn)行工廠化生產(chǎn)杏鮑菇，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)環(huán)境的自動(dòng)傳感監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)自動(dòng)處理、對(duì)比、判斷，自動(dòng)指令控制環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)［3］。相比人工監(jiān)測(cè)和控制，菇房環(huán)境得到更加精確的調(diào)節(jié)，更加適用杏鮑菇的生長(zhǎng)，顯著節(jié)省了人工和生產(chǎn)能耗，提高了杏鮑菇的產(chǎn)量和質(zhì)量，較好地解決了傳統(tǒng)栽培方式中食用菌生長(zhǎng)環(huán)境控制不到位、勞動(dòng)生產(chǎn)率和資源利用率不高等問(wèn)題。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 基于物聯(lián)網(wǎng)的杏鮑菇工廠化生產(chǎn)智能化測(cè)控系統(tǒng)由菇房環(huán)境信息傳感采集系統(tǒng)、生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)視系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、中央控制系統(tǒng)和控制執(zhí)行單元集成，如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)功能 該系統(tǒng)根據(jù)杏鮑菇不同生長(zhǎng)階段所需要的環(huán)境參數(shù)，按一定頻率采集菇房?jī)?nèi)溫度、濕度、CO2濃度和室外氣溫、風(fēng)向、相對(duì)濕度等數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳送至中央控制系統(tǒng)，中央控制系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理、統(tǒng)計(jì)分析并通過(guò)農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別、對(duì)比、判斷，輸出指令，控制環(huán)境調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)菇房環(huán)境的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

2 系統(tǒng)應(yīng)用效果試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方法

2.1.1 區(qū)域分組。連云港國(guó)盛生物科技有限公司擁有杏鮑菇工廠化生產(chǎn)用房9 408 m2，年產(chǎn)杏鮑菇2 520 t。杏鮑菇生產(chǎn)智能化控制系統(tǒng)應(yīng)用區(qū)菇房總面積4 704 m2，共有獨(dú)立菇房56個(gè)，每個(gè)菇房配備一套環(huán)境控制系統(tǒng)，其中包括溫度、溫度、CO2濃度傳感器，視頻監(jiān)視裝置1個(gè)及配套線路，作為應(yīng)用區(qū)。對(duì)比區(qū)域?yàn)橄嗤娣e的菇房，沒(méi)有相應(yīng)的智能控制系統(tǒng)，作為對(duì)照區(qū)。

2.1.2 試驗(yàn)材料。試驗(yàn)材料為同一批次的杏102品系杏鮑菇，試驗(yàn)應(yīng)用區(qū)和對(duì)照區(qū)均經(jīng)歷裝瓶自動(dòng)接種液體菌種到菌絲體生長(zhǎng)階段再到子實(shí)體生長(zhǎng)階段等過(guò)程。

2.1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)。對(duì)菇房?jī)?nèi)環(huán)境、雜菌感染率、病害發(fā)生率、育熟周期、育成率、管理用工量、生產(chǎn)能耗等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，分析對(duì)比得出基于物聯(lián)網(wǎng)的杏鮑菇生產(chǎn)智能化測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用效果［4－5］。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 菇房?jī)?nèi)溫濕度的穩(wěn)定性。杏鮑菇是開(kāi)發(fā)栽培成功的集食用、藥用、食療于一體的珍稀食用菌新品種，很受人們喜愛(ài)，市場(chǎng)價(jià)值較高。但其生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)溫濕度、CO2濃度、光照強(qiáng)度均有一定的敏感性。根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，溫度是決定杏鮑菇生長(zhǎng)發(fā)育的最重要的環(huán)境因子，也是產(chǎn)量能否穩(wěn)定的關(guān)鍵因素。菌絲生長(zhǎng)的適宜溫度為25℃，菌蕾適宜的溫度范圍是12～15℃。子實(shí)體適宜的溫度范圍為10～21℃。菌絲生長(zhǎng)階段培養(yǎng)料的含水量以60%～65%為好，這時(shí)的相對(duì)濕度也在60%。在出菇階段，空氣相對(duì)濕度一般保持85% ～95%。在子實(shí)體發(fā)生階段，空氣相對(duì)濕度高一些，在子實(shí)體生長(zhǎng)階段也可以低一些。

試驗(yàn)應(yīng)用區(qū)環(huán)境傳感器自動(dòng)監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)傳輸，控制系統(tǒng)根據(jù)專家系統(tǒng)自動(dòng)控制開(kāi)啟或關(guān)閉調(diào)節(jié)系統(tǒng)。對(duì)照區(qū)溫濕度由人工記錄、處理，人工開(kāi)啟或關(guān)閉調(diào)節(jié)系統(tǒng)。分別對(duì)2014年4月和10月份數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理并繪制日平均溫濕度變化圖(圖2)。

由圖2可知，對(duì)照區(qū)普通設(shè)施栽培杏鮑菇溫濕度變化幅度大，不穩(wěn)定;應(yīng)用區(qū)智能化栽培杏鮑菇溫濕度變化比較穩(wěn)定。溫濕穩(wěn)定性的提高能夠?yàn)樾吁U菇生長(zhǎng)提供更加適宜的環(huán)境條件。

2.2.2 杏鮑菇菌絲體生長(zhǎng)情況對(duì)比。從杏鮑菇菌絲體階段雜菌感染率比較對(duì)照區(qū)和應(yīng)用區(qū)生長(zhǎng)情況，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 菌絲體階段應(yīng)用效果對(duì)比%

由表1可知，對(duì)照區(qū)普通設(shè)施栽培杏鮑菇雜菌感染率高，應(yīng)用區(qū)雜菌感染率降低0.176%。

2.2.3 杏鮑菇子實(shí)體生長(zhǎng)情況對(duì)比。從杏鮑菇子實(shí)體階段病害發(fā)生率、畸菇率、育熟周期、育成率等方面比較對(duì)照區(qū)和應(yīng)用區(qū)生長(zhǎng)情況，結(jié)果見(jiàn)表2。

由表2可知，應(yīng)用區(qū)病害發(fā)生率降低0.02個(gè)百分點(diǎn)，畸菇率降低0.14個(gè)百分點(diǎn)，育熟周期縮短2 d，育成率提高3.5%，提高了杏鮑菇的產(chǎn)量和質(zhì)量。同時(shí)應(yīng)用智能控制系統(tǒng)降低了能耗，減少了用工。

表2 子實(shí)體階段應(yīng)用效果對(duì)比

2.2.4 管理用工和能耗節(jié)省情況對(duì)比。從杏鮑菇生產(chǎn)全過(guò)程用工管理和能耗等方面比較對(duì)照區(qū)和應(yīng)用區(qū)生長(zhǎng)情況。對(duì)照區(qū)每天用工45人，應(yīng)用區(qū)每天用工27人;對(duì)照區(qū)平均每天電費(fèi)1 780元，應(yīng)用區(qū)平均每天電費(fèi)1 520元。

試驗(yàn)結(jié)果表明:應(yīng)用區(qū)4 704 m2的菇房面積用工量較對(duì)照區(qū)減少了18人，按照每人100元的日工資計(jì)算，每天可節(jié)省人工成本1 800元，一年節(jié)省人工成本65.7萬(wàn)元。應(yīng)用區(qū)4 704 m2的菇房面積平均每天的電費(fèi)較對(duì)照區(qū)降低了260元，一年節(jié)省能耗成本9.49萬(wàn)元。

3 結(jié)論與分析

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能化測(cè)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)杏鮑菇生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)、傳輸和處理，自動(dòng)對(duì)比、判斷、控制環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，可以有效實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)環(huán)境條件自動(dòng)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，為杏鮑菇生產(chǎn)提供更加穩(wěn)定的生長(zhǎng)境，提高勞動(dòng)生率和資源利用率，減少管理用工和降低能耗。

3.1 環(huán)境調(diào)節(jié)精準(zhǔn) 連云港國(guó)盛生物科技有限公司4 704 m2菇房配備智能化調(diào)控設(shè)備主要有用于調(diào)節(jié)菇房環(huán)境的加熱設(shè)備、制冷設(shè)備、加濕設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、CO2發(fā)生器、人工光源等。相比智能化測(cè)控系統(tǒng)，在杏鮑菇生產(chǎn)過(guò)程中，人工監(jiān)控菇房?jī)?nèi)環(huán)境，工作人員每隔8 h用干濕球溫度計(jì)測(cè)量、記錄一次溫濕度，并根據(jù)記錄數(shù)據(jù)變化情況人工控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)，憑借人工經(jīng)驗(yàn)控制通風(fēng)系統(tǒng)和光源。由于測(cè)量數(shù)據(jù)誤差大，不能準(zhǔn)備反映菇房?jī)?nèi)實(shí)時(shí)、各角落環(huán)境變化，環(huán)控設(shè)備利用不合理，環(huán)境管理粗放，是導(dǎo)致雜菌感染率高、病害發(fā)生率高、畸菇率高、育熟周期長(zhǎng)、育成率低的原因。試驗(yàn)對(duì)比結(jié)果表明，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以降低雜菌感染率、病害發(fā)生率和畸菇率，提高杏鮑菇的品質(zhì)。

3.2 用工量減少 在對(duì)照區(qū)工作人員主要工作內(nèi)容為菇房環(huán)境管控，挑揀生長(zhǎng)異常的菌瓶，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計(jì)，工作量較大，4 704 m2菇房用工量為45人。應(yīng)用區(qū)由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制，有效節(jié)省了人員用工，4 704 m2菇房用工量減少為27人。該4 704 m2菇房一年節(jié)省人工成本65.7萬(wàn)元。

3.3 節(jié)省能源消耗 國(guó)內(nèi)工廠化生產(chǎn)食用菌起步晚，大多仍屬于勞動(dòng)密集型、高能耗產(chǎn)業(yè)。在人工監(jiān)控下，環(huán)境調(diào)節(jié)設(shè)施運(yùn)行安排不合理，設(shè)備不必要的運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，提高設(shè)備能耗。通過(guò)試驗(yàn)比較表明，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用可以減少電費(fèi)支出，4 704 m2菇房每天節(jié)省電費(fèi)260元，一年節(jié)省能耗成本9.49萬(wàn)元，提高了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

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