物聯網技術在食用菌工廠化生產中應用效果研究

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

食用菌工廠化生產是用工業理念發展現代農業，是農業生物工程技術和工業先進生產手段相結合的產物。食用菌的工廠化生產正在我國快速發展，因其相比傳統的栽培方式具有諸多優勢，將成為未來食用菌的主流趨勢［1］。食用菌生長發育需要適宜的溫度、濕度、光照和CO2濃度等環境條件，當環境條件不適宜生長發育要求時，它們便發育不良、畸型、病害，甚至引起死菇、爛菇。要獲得食用菌生長所需的最佳環境，不能單獨靜態考慮某一因子，應從整體上綜合地研究環境控制問題［2］。隨著物聯網技術的發展與應用，為食用菌工廠化智能化生產創造了技術條件。連云港國盛生物科技有限公司應用物聯網技術建設智能化控制系統，進行工廠化生產杏鮑菇，實現了生產環境的自動傳感監測，數據自動處理、對比、判斷，自動指令控制環境調節系統運行狀態［3］。相比人工監測和控制，菇房環境得到更加精確的調節，更加適用杏鮑菇的生長，顯著節省了人工和生產能耗，提高了杏鮑菇的產量和質量，較好地解決了傳統栽培方式中食用菌生長環境控制不到位、勞動生產率和資源利用率不高等問題。

1 系統結構與功能

1.1 系統結構 基于物聯網的杏鮑菇工廠化生產智能化測控系統由菇房環境信息傳感采集系統、生產現場視頻監視系統、網絡數據傳輸系統、農業專家系統、中央控制系統和控制執行單元集成，如圖1所示。

1.2 系統功能 該系統根據杏鮑菇不同生長階段所需要的環境參數，按一定頻率采集菇房內溫度、濕度、CO2濃度和室外氣溫、風向、相對濕度等數據，通過網絡傳輸系統將數據傳送至中央控制系統，中央控制系統對信息進行處理、統計分析并通過農業專家系統進行識別、對比、判斷，輸出指令，控制環境調節系統運行狀態，實現對菇房環境的自動調節。

2 系統應用效果試驗

2.1 試驗方法

2.1.1 區域分組。連云港國盛生物科技有限公司擁有杏鮑菇工廠化生產用房9 408 m2，年產杏鮑菇2 520 t。杏鮑菇生產智能化控制系統應用區菇房總面積4 704 m2，共有獨立菇房56個，每個菇房配備一套環境控制系統，其中包括溫度、溫度、CO2濃度傳感器，視頻監視裝置1個及配套線路，作為應用區。對比區域為相同面積的菇房，沒有相應的智能控制系統，作為對照區。

2.1.2 試驗材料。試驗材料為同一批次的杏102品系杏鮑菇，試驗應用區和對照區均經歷裝瓶自動接種液體菌種到菌絲體生長階段再到子實體生長階段等過程。

2.1.3 試驗設計。對菇房內環境、雜菌感染率、病害發生率、育熟周期、育成率、管理用工量、生產能耗等方面進行數據統計，分析對比得出基于物聯網的杏鮑菇生產智能化測控系統應用效果［4－5］。

2.2 試驗結果

2.2.1 菇房內溫濕度的穩定性。杏鮑菇是開發栽培成功的集食用、藥用、食療于一體的珍稀食用菌新品種，很受人們喜愛，市場價值較高。但其生長發育對溫濕度、CO2濃度、光照強度均有一定的敏感性。根據已有的知識和經驗，溫度是決定杏鮑菇生長發育的最重要的環境因子，也是產量能否穩定的關鍵因素。菌絲生長的適宜溫度為25℃，菌蕾適宜的溫度范圍是12～15℃。子實體適宜的溫度范圍為10～21℃。菌絲生長階段培養料的含水量以60%～65%為好，這時的相對濕度也在60%。在出菇階段，空氣相對濕度一般保持85% ～95%。在子實體發生階段，空氣相對濕度高一些，在子實體生長階段也可以低一些。

試驗應用區環境傳感器自動監測、網絡傳輸，控制系統根據專家系統自動控制開啟或關閉調節系統。對照區溫濕度由人工記錄、處理，人工開啟或關閉調節系統。分別對2014年4月和10月份數據進行統計處理并繪制日平均溫濕度變化圖(圖2)。

由圖2可知，對照區普通設施栽培杏鮑菇溫濕度變化幅度大，不穩定;應用區智能化栽培杏鮑菇溫濕度變化比較穩定。溫濕穩定性的提高能夠為杏鮑菇生長提供更加適宜的環境條件。

2.2.2 杏鮑菇菌絲體生長情況對比。從杏鮑菇菌絲體階段雜菌感染率比較對照區和應用區生長情況，結果見表1。

表1 菌絲體階段應用效果對比%

由表1可知，對照區普通設施栽培杏鮑菇雜菌感染率高，應用區雜菌感染率降低0.176%。

2.2.3 杏鮑菇子實體生長情況對比。從杏鮑菇子實體階段病害發生率、畸菇率、育熟周期、育成率等方面比較對照區和應用區生長情況，結果見表2。

由表2可知，應用區病害發生率降低0.02個百分點，畸菇率降低0.14個百分點，育熟周期縮短2 d，育成率提高3.5%，提高了杏鮑菇的產量和質量。同時應用智能控制系統降低了能耗，減少了用工。

表2 子實體階段應用效果對比

2.2.4 管理用工和能耗節省情況對比。從杏鮑菇生產全過程用工管理和能耗等方面比較對照區和應用區生長情況。對照區每天用工45人，應用區每天用工27人;對照區平均每天電費1 780元，應用區平均每天電費1 520元。

試驗結果表明:應用區4 704 m2的菇房面積用工量較對照區減少了18人，按照每人100元的日工資計算，每天可節省人工成本1 800元，一年節省人工成本65.7萬元。應用區4 704 m2的菇房面積平均每天的電費較對照區降低了260元，一年節省能耗成本9.49萬元。

3 結論與分析

基于物聯網的智能化測控系統實現了對杏鮑菇生產環境進行高頻自動監測、傳輸和處理，自動對比、判斷、控制環境調節設備運行狀態，可以有效實現生長環境條件自動精準調節，為杏鮑菇生產提供更加穩定的生長境，提高勞動生率和資源利用率，減少管理用工和降低能耗。

3.1 環境調節精準 連云港國盛生物科技有限公司4 704 m2菇房配備智能化調控設備主要有用于調節菇房環境的加熱設備、制冷設備、加濕設備、通風設備、CO2發生器、人工光源等。相比智能化測控系統，在杏鮑菇生產過程中，人工監控菇房內環境，工作人員每隔8 h用干濕球溫度計測量、記錄一次溫濕度，并根據記錄數據變化情況人工控制調節系統，憑借人工經驗控制通風系統和光源。由于測量數據誤差大，不能準備反映菇房內實時、各角落環境變化，環控設備利用不合理，環境管理粗放，是導致雜菌感染率高、病害發生率高、畸菇率高、育熟周期長、育成率低的原因。試驗對比結果表明，通過物聯網技術的應用可以降低雜菌感染率、病害發生率和畸菇率，提高杏鮑菇的品質。

3.2 用工量減少 在對照區工作人員主要工作內容為菇房環境管控，挑揀生長異常的菌瓶，并進行相關數據記錄和統計，工作量較大，4 704 m2菇房用工量為45人。應用區由系統實現智能控制，有效節省了人員用工，4 704 m2菇房用工量減少為27人。該4 704 m2菇房一年節省人工成本65.7萬元。

3.3 節省能源消耗 國內工廠化生產食用菌起步晚，大多仍屬于勞動密集型、高能耗產業。在人工監控下，環境調節設施運行安排不合理，設備不必要的運行時間延長，提高設備能耗。通過試驗比較表明，通過物聯網技術的應用可以減少電費支出，4 704 m2菇房每天節省電費260元，一年節省能耗成本9.49萬元，提高了企業的市場競爭力。

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