基于物聯網的甜瓜遠程控制簡約化高效栽培技術

馬二磊　黃蕓萍　臧全宇　宋革聯　陳獻丁　丁偉紅　朱紹軍　徐富華　王毓洪　唐子立

“物聯網”的英文名稱為“The Internet of Things”，簡稱：IOT。顧名思義，物聯網就是“物物相連的互聯網”。物聯網是互聯網和通信網的拓展應用和網絡延伸，它通過感知識別、網絡傳輸、計算處理等3層架構，實現了人們任何時間、任何地點及任何物體的連接[1-2]。物聯網被稱為繼計算機、互聯網之后，世界信息產業的第3次浪潮。物聯網使人類可以以更加精細和動態的方式管理生產和生活，提升人對物理世界實時控制和精確管理的能力，從而實現資源優化配置和科學智能決策，在設施農業和智慧型農業發展中有著十分廣闊的應用前景[3-4]。

甜瓜種植是勞動密集型產業，人力投入大，勞務成本高。隨著社會飛速發展，我國出現了較大范圍的用工荒。勞動力價格的大幅提升增加了種植戶的成本負擔，降低了農業種植的效益。鑒于此，寧波市農業科學研究院與浙江省公眾信息產業有限公司開展合作，探索將物聯網技術應用于農業生產，實現甜瓜設施栽培部分田間管理功能的遠程控制，同時應用蜜蜂授粉等簡約化栽培技術，以達到降低田間勞動強度、減少人工成本、提高種植效益的目的。

1 智慧農業物聯網服務平臺

智慧農業物聯網服務平臺（以下簡稱智慧農業平臺）由浙江省公眾信息產業有限公司開發。主要由前端接入設備、智慧農業綜合云平臺、應用展現（電腦、智能手機等移動終端）組成，其中接入設備包含數據采集設備、物聯網控制和視頻監控設備（圖1）。該平臺不間斷采集田間光照強度、空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度等環境參數數據，讓操作人員可以通過電腦、手機終端實現對設施環境數據的采集監控，遠程控制農業現場的天窗、水簾、排風扇、滴灌、補光燈和遮陽網，設置物聯網設備控制指令，建立作物生長環境參數數據庫，設施內環境參數和設備發生異常情況時通過短信實時預警。

2 甜瓜遠程控制簡約化高效栽培技術

2014年初浙江省公眾信息產業有限公司對寧波高新農業技術試驗園區的960 m2玻璃溫室進行智能化改造，安裝環境數據采集傳感器和物聯網控制設備，接入智慧農業平臺。應用智慧農業平臺后，將數據采集、設備控制、視頻監控、數據處理、智能遠程控制融為一體，實現操作人員實時對管理區域進行查看和控制，不受時間和空間限制，具有節工省本、經濟高效、實用性強的優勢。

本試驗以春季立架栽培為例。春季栽培的氣候特點是甜瓜生長前期光照弱、溫度低、低溫陰雨時間長；生長后期光照強、溫度高。在實際栽培過程中，需要根據春季氣候特點合理安排田間管理。甜瓜生長前期著重保溫，讓幼苗盡快緩苗，完成營養生長；生長后期著重調節晝夜空氣溫度差，利于果實糖分積累、品質提高，控制設施內溫度上限，防止植株葉片灼傷。

2.1 整地施肥

基肥一般每667 m2施有機肥300 kg，硫酸鉀型復合肥20 kg，過磷酸鈣15 kg。其中3/4有機肥翻地時撒施，1/4有機肥與復合肥、過磷酸鈣混合后開溝施入。做畦后澆透底水，然后整細耙平，及時覆膜。登錄智慧農業平臺關閉設施全部門窗，以提高設施內氣溫和土溫，利于定植活棵。

2.2 定植

登錄智慧農業平臺，查看日最低溫度曲線圖，在日最低溫度連續10 d穩定在15 ℃以上時，選擇晴天上午定植。立架栽培采用單蔓整枝，每蔓留1果，667 m2栽培1 200株。定植后澆定根水1次，將70%甲基硫菌靈可濕性粉劑1 000倍液和0.2%硫酸鉀型復合肥混合的溶液加入到肥料桶，登錄智慧農業平臺打開滴灌閥門，將滴灌時間設置為15 min，以每株滴灌溶液250 g為準。

2.3 定植后田間管理

2.3.1 整枝 整枝應在晴天進行，同時配合用藥防病。選擇第9～第11節位坐瓜，抹去8節以下和12節以上的側蔓，結瓜蔓于授粉前留l～2葉摘心。幼果長至雞蛋大小時疏果，留1個健康果實。主蔓長到25～30節打頂。若采用多批采收，第2個瓜坐果節位為19～21節，多批采收適當延遲打頂。

2.3.2 蜜蜂授粉 蜜蜂授粉具有節工省本、綠色無污染的優點。選擇易管理、耐高溫的平湖意蜂，在雌花開花前3～5 d放置蜂箱。將蜂箱墊高10 cm平放在設施偏北1/3位置，巢門向南，避開天窗開口位置，以防設施進水浸濕蜂箱。在蜂箱旁放置盛一半清潔水的淺碟，淺碟里放幾根細稻草，供蜜蜂飲水，每3 d更換1次。高溫天氣時，在蜂箱上方覆蓋稻草或遮陽網。授粉期間加強蜜蜂飼喂管理，控制設施內溫度。授粉期間，登錄智慧農業平臺設置為在設施內氣溫達到36 ℃時半打開天窗，40 ℃時完全打開天窗。一般5～7 d即可完成授粉。蜜蜂對農藥非常敏感，授粉期間不能噴施殺蟲劑，需在放置蜂箱前做好病蟲害防治工作，如用藥，需將蜂箱移出，待藥味散盡后移回。

2.3.3 溫度管理 甜瓜定植后光照較弱、氣溫較低，需做好保溫工作。在甜瓜幼苗期和伸蔓期，登錄智慧農業平臺關閉所有天窗，設定控制條件為在氣溫達到30 ℃時打開天窗通風，在氣溫低于26 ℃時關閉天窗保溫不通風。若遇寒潮，氣溫大幅下降，在寒潮前搭建小拱棚保溫。在果實膨大期，適當加大晝夜溫差，利于提高甜瓜品質。在甜瓜坐果后，打開天窗、側窗，設定控制條件為在21：30—2：30期間打開排風扇，在9：00—15：30期間氣溫達到40 ℃時打開水簾。遇雷雨、臺風等災害性天氣，及時查看天窗閉合情況，收起遮陽網、關閉天窗。

2.3.4 肥水管理 甜瓜不同發育階段對水分的需求量差異較大，在栽培中需要根據甜瓜需水情況進行合理調節。登錄智慧農業平臺，根據土壤溫濕度傳感器采集數據情況來確定滴灌時間和滴灌量。在甜瓜幼苗期，溫度低、光照弱，宜少澆水，缺水時一次性澆透，在土壤含水量低于35%時滴灌1次，土壤含水量高于75%時關閉滴灌；伸蔓期視土壤干濕情況澆1次水，在土壤含水量低于35%時打開滴灌補充水分，在土壤含水量高于70%時關閉滴灌；在甜瓜坐果后追施1次膨果肥，用2%硫酸鉀復合肥水溶液滴灌，將滴灌時間設置為20 min，以每株滴灌330 g溶液為準；在甜瓜果實發育期，嚴格控制澆水量和次數，在土壤含水量低于35%時滴灌1次，土壤含水量高于55%時關閉滴灌。在甜瓜采收前10～15 d停止滴灌。基肥施足后，整個生長期一般不再追肥，尤其是氮肥。如生長后期肥料嚴重不足，葉片變黃，可根外噴施0.3%的尿素液補充。甜瓜坐果后每7 d噴施0.3%的磷酸二氫鉀和0.1%的錳、鋅、鎂微量元素1次。

2.3.5 采收 甜瓜應適時采收，一般于9成熟時采收，兩頭帶葉剪下，以利于在銷售和暫時貯存過程中促進成熟，提高果實品質。采收時宜選擇清晨露水干后或傍晚。

3 病蟲害防治

堅持預防為主、綜合防治的植保方針，推廣應用低毒低殘留農藥，嚴格執行安全間隔期，在甜瓜采收前15 d禁止用藥。甜瓜病害主要有猝倒病、立枯病、蔓枯病、白粉病、霜霉病、黃化褪綠病毒病、枯萎病、細菌性角斑病；蟲害主要有蚜蟲、煙粉虱、薊馬、瓜葉螨、斑潛蠅、黃守瓜。

4 預警信息處理

設置環境參數上下限閾值，當環境參數超出閾值范圍，智慧農業平臺系統會自動向用戶發送預警信息。用戶收到預警信息后應及時根據信息內容查看設施設備關閉情況，對控制設備進行調整，土壤溫度過低時及時覆蓋小拱棚保溫，水分不足時及時開啟滴灌閥門灌水。設置空氣溫度上限閾值為42 ℃、下限閾值為14 ℃；設置土壤溫度上限閾值為38 ℃、下限閾值為14 ℃；設置土壤含水量上限閾值為80%、下限閾值為30%。

5 經濟效益分析

以667 m2設施為例，人工授粉約需6 d人工，1箱蜜蜂成本360元，按人工費100元·d-1計，采用蜜蜂授粉可節省240元，節約40%成本；常規栽培方法中設施設備管理、灌溉、施肥約需30 d人工，采用基于物聯網的簡約化栽培需16 d人工即可，可節省人工費1 400元，節約47%成本。

參考文獻

[1] 何勇，聶鵬程，劉飛. 農業物聯網與傳感儀器研究進展[J]. 農業機械學報，2013，44（10）： 216-226.

[2] 管繼剛. 物聯網技術在智能農業中的應用[J]. 通信管理與技術，2010（3）： 24-27.

[3] 葛文杰，趙春江. 農業物聯網研究與應用現狀及發展對策研究[J]. 農業機械學報，2014，45（7）： 222-230.

[4] 劉家玉，周林杰，荀廣連等. 基于物聯網的智能農業管理系統研究與設計[J]. 江蘇農業科學，2013，41（5）： 377-379.