農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用與成效

張 炬 吳 斌

（1. 上海市寶山區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，上海 寶山 201901；2. 上海三家村蔬果專業(yè)合作社，上海 寶山 201901）

上海三家村蔬果專業(yè)合作社位于寶山區(qū)楊行鎮(zhèn)北宗村、楊北村、桂家木三村接合部，由市、區(qū)、鎮(zhèn)三級(jí)政府投資1 500萬(wàn)元于2009年7月成立，合作社占地面積21 hm2，為設(shè)施菜地。合作社于2015年成功創(chuàng)建上海市蔬菜標(biāo)準(zhǔn)園，2016年成功創(chuàng)建綠葉菜綠色防控基地，是寶山區(qū)農(nóng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營(yíng)的一張“名片”，代表了寶山區(qū)的農(nóng)業(yè)發(fā)展水平。合作社位于寶山區(qū)蔬菜生產(chǎn)集中帶，緊鄰上海外環(huán)高速公路，具有較強(qiáng)的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，通過(guò)多年的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，積累了良好的口碑和信譽(yù)。近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和居民生活水平的不斷提高，高端精品蔬菜的市場(chǎng)銷(xiāo)量逐漸上升。因合作社原有的大棚建造時(shí)間較早、構(gòu)造單一、部分材料老化，且大棚內(nèi)沒(méi)有環(huán)境監(jiān)測(cè)與調(diào)控、水肥一體化設(shè)備，不適合高端精品蔬菜的生長(zhǎng)，合作社對(duì)原有的連棟棚進(jìn)行了改造，并配套添置了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)軟硬件設(shè)施，以滿足高端精品蔬菜生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的要求，建立標(biāo)準(zhǔn)的高端精品蔬菜生產(chǎn)基地，同時(shí)實(shí)現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)節(jié)本、省工、高效的目的［1-2］。

1 改造內(nèi)容

為了將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)代溫室設(shè)施設(shè)備應(yīng)用于設(shè)施蔬菜生產(chǎn)，合作社以面積為1 hm2的連棟大棚作試點(diǎn)，根據(jù)上海市溫室建造推薦標(biāo)準(zhǔn)GSW 8430 型連棟塑料溫室的規(guī)格及技術(shù)要求（SGMA 2017.03）安裝了傳感器、視頻監(jiān)控設(shè)備（監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)），以便實(shí)時(shí)采集環(huán)境信息及監(jiān)測(cè)蔬菜生長(zhǎng)情況。環(huán)境信息經(jīng)數(shù)字化分析后，應(yīng)用無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)化控制系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制大棚卷膜器、電磁閥、水泵等設(shè)備的運(yùn)作，完成環(huán)境調(diào)控、灌溉施肥等操作。

2 主要功能

2.1 及時(shí)調(diào)控生產(chǎn)環(huán)境

利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、分析各類(lèi)數(shù)據(jù)，如連棟大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度，土壤的溫濕度、EC 值、pH 值以及音視頻等信息，以便管理人員及時(shí)了解、掌握與蔬菜生產(chǎn)相關(guān)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)。管理人員可通過(guò)手機(jī)或電腦獲取實(shí)時(shí)環(huán)境數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)變化調(diào)節(jié)灌溉系統(tǒng)、保溫系統(tǒng)及其他設(shè)備，確保蔬菜作物在適宜的環(huán)境條件下生長(zhǎng)。管理人員也可在系統(tǒng)上提前設(shè)定環(huán)境參數(shù)，當(dāng)大棚內(nèi)環(huán)境條件無(wú)法滿足蔬菜生長(zhǎng)需求時(shí)，系統(tǒng)服務(wù)器會(huì)通過(guò)無(wú)線信息傳輸節(jié)點(diǎn)向大棚集成控制柜發(fā)送數(shù)字信號(hào)，控制柜收到控制命令后，將控制信號(hào)經(jīng)控制線傳送到各個(gè)硬件設(shè)備，遮陽(yáng)膜、噴淋設(shè)施、濕簾、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備實(shí)時(shí)完成打開(kāi)或關(guān)閉操作，當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)范圍時(shí)各設(shè)備停止運(yùn)作。例如，棚內(nèi)氣溫高于室外溫度時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟大棚天窗或使用遮陽(yáng)膜；下雨時(shí)，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)雨量及氣溫采取不同措施，溫度較高（高于34 ℃）且雨量較小時(shí)開(kāi)啟天窗并使用外遮陽(yáng)膜，雨量大時(shí)不開(kāi)啟天窗。

2.2 水肥有效管理

大棚內(nèi)配備了噴滴灌設(shè)施，采用比例式施肥泵和移動(dòng)式施肥機(jī)進(jìn)行水肥管理。將有機(jī)肥和水按一定比例混合后，經(jīng)灌溉系統(tǒng)均勻施于田間，可減少肥料對(duì)環(huán)境的污染。水肥一體化技術(shù)和農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用具有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）肥水通過(guò)管道系統(tǒng)被精確輸送到蔬菜根部，可實(shí)現(xiàn)定時(shí)、定量供應(yīng)，有效提高肥料利用率，同時(shí)有利于提高蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增收。（2）系統(tǒng)可根據(jù)蔬菜種類(lèi)、生長(zhǎng)期及生長(zhǎng)狀態(tài)，準(zhǔn)確調(diào)控灌溉量和施肥量，從而滿足不同蔬菜對(duì)水肥的需求。合作社應(yīng)用水肥一體化技術(shù)過(guò)程中，使用市級(jí)、區(qū)級(jí)相關(guān)部門(mén)推薦的優(yōu)質(zhì)水溶肥，并積極試用有機(jī)水溶肥和含腐殖酸水溶肥，每年應(yīng)用面積超過(guò)20 hm2次，實(shí)現(xiàn)節(jié)肥省工10%以上，增產(chǎn)效果明顯。

2.3 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全管理可追溯

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可利用電子標(biāo)簽、條形碼以及傳感器監(jiān)控等方式，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、銷(xiāo)售流通等環(huán)節(jié)進(jìn)行信息采集和分析，將采集的信息接入寶山區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)管系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量安全可追溯，最大限度地降低了食品安全隱患。質(zhì)量安全追溯內(nèi)容涉及農(nóng)事操作管理、化肥農(nóng)藥使用、加工及銷(xiāo)售等各個(gè)環(huán)節(jié)。消費(fèi)者只需在相關(guān)電子觸摸屏輸入關(guān)鍵詞，即可查詢到相關(guān)信息，也可用手機(jī)掃描二維碼查詢農(nóng)產(chǎn)品的相關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)從田頭到餐桌的安全質(zhì)量可追溯。

2.4 蔬菜長(zhǎng)勢(shì)可監(jiān)控

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成了視頻監(jiān)控設(shè)備，采用網(wǎng)絡(luò)攝像頭遠(yuǎn)程監(jiān)控大棚內(nèi)蔬菜的長(zhǎng)勢(shì)，攝像頭可360°旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控?zé)o死角。農(nóng)業(yè)專家可利用視頻圖像察看棚內(nèi)蔬菜的生長(zhǎng)情況，判斷大棚內(nèi)的溫濕度是否合適、蔬菜是否發(fā)生病蟲(chóng)害。智能控制系統(tǒng)集成了自動(dòng)化控制系統(tǒng)及遠(yuǎn)程數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)，用戶可利用手機(jī)移動(dòng)端智能控制APP隨時(shí)隨地操控系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)大棚內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的收集和分析，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可及時(shí)預(yù)警病蟲(chóng)害發(fā)生種類(lèi)和發(fā)生程度、災(zāi)害性天氣等，提醒農(nóng)民及時(shí)采取有效的防控措施，以保證設(shè)施大棚的安全。通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，管理人員還能清晰觀察農(nóng)作物的生長(zhǎng)過(guò)程，并通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘和分析技術(shù)得出農(nóng)作物的生長(zhǎng)規(guī)律和趨勢(shì)，為科學(xué)生產(chǎn)提供依據(jù)，進(jìn)而提高了設(shè)施作物的經(jīng)濟(jì)效益。

3 主要成效

大棚蔬菜生產(chǎn)應(yīng)用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)后，整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的環(huán)境控制精確、水肥施用精確，操作數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)，田間管理相對(duì)簡(jiǎn)單。按照項(xiàng)目規(guī)劃，合作社生產(chǎn)基地完成改造，并將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)，上海三家村蔬果專業(yè)合作社成為寶山區(qū)首家應(yīng)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的規(guī)?；卟松a(chǎn)基地，給寶山區(qū)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展起到了示范帶動(dòng)作用，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。（1）展示和示范了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在蔬菜生產(chǎn)中節(jié)本、省工、高效的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，向廣大生產(chǎn)者普及了農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和智慧農(nóng)業(yè)的知識(shí)。（2）上海三家村蔬果專業(yè)合作社作為農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的示范點(diǎn)，承擔(dān)相關(guān)設(shè)施設(shè)備使用和推廣的培訓(xùn)工作。（3）結(jié)合寶山區(qū)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)特色，探索出一條適合寶山區(qū)農(nóng)業(yè)合作社發(fā)展的智慧農(nóng)業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理之路。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將農(nóng)民從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，有效提高了生產(chǎn)效率。例如，合作社應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)生產(chǎn)耐熱青菜，8 月上旬播種，9 月下旬采收，高溫時(shí)二層遮陽(yáng)的效果可達(dá)35.55%，青菜每667 m2產(chǎn)量約1 000 kg，且較常規(guī)栽培減少使用農(nóng)藥2次。綜合比較下來(lái)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)生產(chǎn)青菜，每茬每667 m2可節(jié)省成本約400元。