物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在柑桔種植過程中的應(yīng)用

文/ 何世平，李子強(qiáng)，葉愛華，羅朝玉，彭 賓

【導(dǎo)讀】 物聯(lián)網(wǎng)作為新一代信息技術(shù)的集成運(yùn)用，具有滲透性強(qiáng)、帶動(dòng)作用大、綜合效益好的特點(diǎn)，推動(dòng)了傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變，日益成為未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增長(zhǎng)點(diǎn)。因而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在今后我國(guó)柑桔產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，必將展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景和強(qiáng)大的生命力。

柑桔是我國(guó)的重要水果種類，深受人們喜愛。經(jīng)過多年發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)成為世界第一柑桔生產(chǎn)大國(guó)。我國(guó)柑桔生產(chǎn)遍及近20個(gè)?。▍^(qū)、直轄市），其中廣西、湖北、湖南、江西、廣東、四川、浙江、福建及重慶等主產(chǎn)區(qū)柑桔產(chǎn)量占全國(guó)柑桔總產(chǎn)量的9 成以上。從調(diào)研情況看，這些省份的柑桔生產(chǎn)數(shù)量巨大，生產(chǎn)過程中的各種技術(shù)要素需要人工監(jiān)測(cè)，投入大量的人力物力，卻難以獲得精準(zhǔn)和全面的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，難以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系下的精細(xì)掌控，不利于提高柑桔的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[1]。要改變這一狀況，必須強(qiáng)化農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，特別是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉和溫濕度監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取相關(guān)的環(huán)境信息和數(shù)據(jù)，并及時(shí)傳遞到管理者手中[2]，提高柑桔生產(chǎn)的自動(dòng)化水平，確保柑桔生產(chǎn)的高效性、綠色性和生態(tài)性。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)及柑桔種植中的應(yīng)用現(xiàn)狀

美國(guó)是信息技術(shù)的發(fā)源地，也是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的起源地，因此擁有相對(duì)成熟的技術(shù)和比較廣泛的應(yīng)用。西方發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用也進(jìn)行了廣泛而深入的探索，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也不例外。P.T.Kidd[3]從農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展視角，研究和探索了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值，并構(gòu)建了一套相對(duì)完善的果園農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，將生產(chǎn)過程中的各種要素納入系統(tǒng)化管理，實(shí)現(xiàn)了國(guó)家生產(chǎn)的精準(zhǔn)化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化，為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了重要的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。NanLin 等[4]深入探索了番茄園管理過程中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，該系統(tǒng)通過在番茄管理中農(nóng)業(yè)技術(shù)和信息技術(shù)的有效整合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)番茄生長(zhǎng)過程中的智能化監(jiān)控。Mohanraj 等[5]探索了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過在國(guó)家檢測(cè)方面的應(yīng)用，可以提升果園管理自動(dòng)化水平，降低果園管理成本投入，促進(jìn)增產(chǎn)增收。Maione 等[6]通過研究現(xiàn)代蘋果園管理過程中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用，將各種傳感器應(yīng)用到蘋果園日常管理中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)蘋果生產(chǎn)過程中各種環(huán)境要素的有效監(jiān)控，并通過監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)整合和管理，提高了蘋果園的管理質(zhì)量，提升了蘋果品質(zhì)。

進(jìn)入新世紀(jì)以來，我國(guó)信息技術(shù)得到長(zhǎng)足發(fā)展。以信息技術(shù)為支持，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也逐漸開始普及。特別是在中國(guó)制造2025 計(jì)劃背景下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，將為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入強(qiáng)大活力。物聯(lián)網(wǎng)管理平臺(tái)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，有了一定的探索和研究。李中良[7]綜合運(yùn)用各種網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，構(gòu)建起一套科學(xué)完善的柑桔土壤水分養(yǎng)分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)本地種植園的環(huán)境溫度和土壤的水分養(yǎng)分等情況的變化進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)測(cè)，使果農(nóng)能夠針對(duì)果園的實(shí)際情況進(jìn)行施肥和灌溉，在降低投入水平情況下，不斷提高柑桔生產(chǎn)質(zhì)量，提高果農(nóng)收入。姚強(qiáng)等[8]以NET 平臺(tái)為基礎(chǔ)，構(gòu)建起一套涵蓋柑桔栽培和生產(chǎn)全過程的信息管理平臺(tái)，從而為柑桔種植園的栽培管理提供科學(xué)有效的信息支持。馬偉等[9]結(jié)合果園日常管理實(shí)際需求，以Web 為基礎(chǔ)建立起一套科學(xué)完善的物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，所有的外部監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及時(shí)傳輸?shù)絎eb，可以為果園的管理者對(duì)果園進(jìn)行日常管理提供有效支持。曾祥久[10]針對(duì)果園環(huán)境信息監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求，以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)搭建了信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)果園中果樹生長(zhǎng)依賴的各種外部環(huán)境要素的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

針對(duì)我國(guó)柑桔產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際情況，特別是在種植技術(shù)相對(duì)落后背景下，如何規(guī)避柑桔生產(chǎn)過程中的化肥、農(nóng)藥濫用，降低勞務(wù)成本，構(gòu)建起現(xiàn)代化的管理理念，促進(jìn)柑桔產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，就必須探索以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的新型柑桔種植果園建設(shè)。通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)柑桔種植園的各種環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)化管理[11]。因此，要進(jìn)一步提高柑桔產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化水平和農(nóng)民收入水平，必須應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，結(jié)合種植技術(shù)，構(gòu)建起科學(xué)完善的種植生產(chǎn)服務(wù)和質(zhì)量管理系統(tǒng)，提高柑桔生產(chǎn)管理的智能化水平。

二、柑桔產(chǎn)業(yè)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的意義與難點(diǎn)

農(nóng)業(yè)是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)，同時(shí)也是受自然環(huán)境因素影響最大的產(chǎn)業(yè)門類。我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直受到較為嚴(yán)重的自然災(zāi)害影響，同時(shí)我國(guó)農(nóng)業(yè)科技水平相對(duì)比較落后。因此，要促進(jìn)新時(shí)期農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展，必須強(qiáng)化農(nóng)業(yè)科技的研發(fā)和投入力度，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的信息化和智能化。柑桔產(chǎn)業(yè)從傳統(tǒng)生產(chǎn)形式向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的過程中，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用具有重要意義。

以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的柑桔園自動(dòng)管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程各種環(huán)境因素的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過傳感器和網(wǎng)絡(luò)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，使果農(nóng)可以根據(jù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行精準(zhǔn)化的種植管理。比如，可以保證節(jié)水灌溉的穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥化肥的按時(shí)按量使用。通過對(duì)柑桔生產(chǎn)過程的數(shù)據(jù)記錄，實(shí)現(xiàn)柑桔產(chǎn)品質(zhì)量安全溯源，保證柑桔生產(chǎn)的綠色化和生態(tài)化。和傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式相比，以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的柑桔生產(chǎn)更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，雖然打破了原有的管理格局，顯示出強(qiáng)大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但在推廣和應(yīng)用方面也存在著諸多制約因素。在柑桔生產(chǎn)領(lǐng)域推廣農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還存在的諸多難點(diǎn)。首先，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用需要較高的成本投入，比如需要在果園中設(shè)置大量的傳感器和監(jiān)測(cè)器。其次，核心技術(shù)的穩(wěn)定性和有效性還有待驗(yàn)證，這必然會(huì)影響到企業(yè)和農(nóng)戶的投入意愿。其三，農(nóng)技人員是否能夠根據(jù)獲得的信息，及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)整種植和管理技術(shù)，從而充分發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。此外，受到傳統(tǒng)觀念影響，農(nóng)戶對(duì)新興技術(shù)的應(yīng)用也持觀望態(tài)度，這必然會(huì)影響到企業(yè)研發(fā)和投入的積極性。這就需要政府發(fā)揮引導(dǎo)作用，制定科學(xué)合理的區(qū)域發(fā)展政策，促進(jìn)農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的未來發(fā)展。

三、柑桔產(chǎn)業(yè)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的前景

實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)智能化的精準(zhǔn)高效田間管理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，構(gòu)建和配置全套的智慧農(nóng)業(yè)裝備，實(shí)現(xiàn)對(duì)柑桔種植園的環(huán)境信息的動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，確保對(duì)柑桔生產(chǎn)過程中各項(xiàng)參數(shù)的精確記錄，并建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，使果農(nóng)能夠及時(shí)掌握生產(chǎn)過程中的實(shí)際情況。依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字農(nóng)場(chǎng)的構(gòu)建，從而為廣大果農(nóng)營(yíng)造全新的種植和管理體驗(yàn)。在柑桔種植到采摘環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)全天候、無(wú)死角攝像頭跟蹤，實(shí)現(xiàn)對(duì)柑桔掛果和開花的“零距離”管控。特別是利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，果農(nóng)可以通過手機(jī)實(shí)時(shí)掌握種植農(nóng)場(chǎng)的各種數(shù)據(jù)，并通過手機(jī)發(fā)出各種操作指令。這不僅僅限于柑桔種植的生產(chǎn)管理，還可以應(yīng)用到種植園日常管理和檔案建設(shè)，實(shí)現(xiàn)從柑桔的種植到采摘的全過程跟蹤，生成相應(yīng)的追溯檔案。當(dāng)柑桔產(chǎn)品到達(dá)消費(fèi)者手中時(shí)，消費(fèi)者可以通過掃描專屬二維碼的方式，了解產(chǎn)品本身的生長(zhǎng)周期和詳細(xì)情況。

精準(zhǔn)分析，為農(nóng)民的增產(chǎn)增收提供決策建議。為了有效解決傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式的諸多問題，必須以現(xiàn)代科技為基礎(chǔ)，構(gòu)建以農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)為技術(shù)核心的解決方案，實(shí)現(xiàn)柑桔種植和生產(chǎn)的智能化。隨著大數(shù)據(jù)和云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，為農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸和處理提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。在未來的智慧化農(nóng)業(yè)發(fā)展過程中，互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將得到更為廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)可以根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)適合當(dāng)?shù)胤N植的柑桔品種進(jìn)行分析，特別是針對(duì)區(qū)域氣候和土壤特征，選擇合適的種植品種和種植模式，主動(dòng)選擇適合自己果園的智能化管理系統(tǒng)，使廣大果農(nóng)能夠以最少的成本投入，獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，提高柑桔產(chǎn)品質(zhì)量，從而獲得更高的經(jīng)濟(jì)收益。通過柑桔產(chǎn)業(yè)的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展，使當(dāng)?shù)剞r(nóng)民能夠脫貧致富。

視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)基地的環(huán)境和病蟲害情況。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，消費(fèi)者對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)有了更高的要求，綠色、有機(jī)柑桔將成為未來柑桔產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。對(duì)此，一方面，必須充分利用以現(xiàn)代科技為基礎(chǔ)的農(nóng)業(yè)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境和土壤特征的采集和分析，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)管理，保障柑桔生產(chǎn)的綠色化和智能化，滿足廣大消費(fèi)者對(duì)食品安全的需求。另一方面，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的深度整合和有效應(yīng)用，不僅可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的精準(zhǔn)管理，還可以有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量追溯。對(duì)生產(chǎn)者而言，依靠移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以在任何時(shí)間和區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田的精準(zhǔn)控制和管理，查看農(nóng)作物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。對(duì)消費(fèi)者而言，可以通過以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的質(zhì)量追蹤系統(tǒng)，查看所購(gòu)買的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)情況，為農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全提供必要的保障。

田間智能滴灌系統(tǒng)，助力柑桔產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。通過新技術(shù)的應(yīng)用，可以讓每一株桔樹都獲得充足的光照和水分供應(yīng)，從而結(jié)出優(yōu)質(zhì)的果實(shí)。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下，可以通過建立滴灌系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水肥的嚴(yán)格控制。比如，可以在柑桔園內(nèi)遍布滴灌管網(wǎng)，在管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部位裝上傳感器，實(shí)現(xiàn)果樹生長(zhǎng)季節(jié)的水肥需求的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，指導(dǎo)合理灌溉和施肥，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的管理。在保證農(nóng)作物需求的前提下，盡量保護(hù)好土壤和水資源，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。