農業物聯網在馬陸葡萄產業園中的應用

王素青，單濤，盧小露，張晉盼，房鵬霞，單文龍

（1.上海馬陸葡萄公園有限公司，上海 201818；2.上海市嘉定區農業技術推廣服務中心；上海 201818；3.上海市嘉定區馬陸鎮農業服務中心，上海 201818）

馬陸葡萄產業擁有近40年的發展歷史，自上世紀80年代至今，歷經產量效益、質量效益和品牌效益三個階段，成為滬郊品牌農業生產的一面旗幟。截止2019年底，馬陸鎮葡萄種植面積近380 hm2，產量6700 t，產值近1個億，是上海經濟作物中產值最高、效益最好的樹種之一。

近年來隨著經濟下行壓力和消費觀念的變化，馬陸葡萄面臨前所未有的挑戰。提高生產效率，降低勞動強度，推進綠色、生態生產制度的建立與執行，生產出優質葡萄，成為馬陸葡萄產業持續發展不得不破解的難題。

上海農業正向精準化和智能化的都市現代農業發展，物聯網技術在這些領域的應用日漸深入，對農業發展的促進作用逐步顯現。以物聯網技術助力“傳統農業”向“現代農業”轉變，對建設上海都市現代農業、提升農業綜合生產能力、保障農產品有效供給和農產品質量安全等具有十分重要的意義[1]。目前，物聯網技術在葡萄種植上的利用，多集中在葡萄生長環境的信息采集、智能灌溉、智能監控方面[2-3]。葡萄水肥一體化的應用，可以實時獲取土壤水分、養分信息，通過單片機或者云端分析系統反饋給肥水控制系統，實現水肥一體化動態平衡[4]。將物聯網引入葡萄種植過程，實現無線傳感器與葡萄種植的結合，有利于更好的監測葡萄生長狀態，對農業資源和生態環境進行及時預測，實現資源優化配置。同時，可以時時掌握葡萄生長的動態數據，進行科學管理，節約人力資源成本，提高葡萄的產量和質量，增加種植效益，促進葡萄種植業可持續發展[5-7]。

上海馬陸葡萄公園作為馬陸葡萄產業的核心示范園，擔負著葡萄生產、科研、示范、休閑等多重任務。在此形勢下，上海馬陸葡萄公園應用物聯網和互聯網等現代信息技術，擴展物聯網的應用領域，將該技術引入生產經營全過程，涵蓋生產管理、旅游銷售、品牌宣傳、質量追溯等，建成集葡萄生產智能化管控、休閑體驗、互聯網品牌營銷及生產過程可追溯等融為一體的智慧園區管理系統，打造國內一流的葡萄產業示范園，探索形成可復制、可推廣的葡萄產業園智能化管理模式[8]，推動馬陸葡萄產業轉型升級和可持續發展。

通過幾年的應用和實踐，目前的上海馬陸葡萄公園已經將葡萄生產管理、觀光旅游、銷售推廣以及產品追溯等環節融合為一體，實現從產前、產中到產后的相互依存和協作，構建起馬陸葡萄公園智慧園區平臺，促進了馬陸葡萄園區的現代產業品牌化發展，發揮馬陸葡萄的示范優勢，形成數字農業的推廣效應。

1 智慧種植系統

1.1 環境信息采集監控子系統

在不同種植模式的大棚內安裝環境信息采集監控子系統，實時在線監測葡萄種植信息（空氣濕度、溫度、光照、CO2含量）和土壤參數（土壤溫濕度、pH值、EC值、養分值、重金屬離子）[9]，提供葡萄生長環境信息。

在園區內實時監測生產區域的氣象信息，包括風速、CO2、降雨量，并與園區中央監控管理系統連接。在灌溉的水源處設置一套灌溉水質智能信息采集系統，用于檢測灌溉用水中的養分和重金屬含量，從源頭保證葡萄的生長環境[10]。

葡萄種植大棚內安裝高清網絡攝像機，對棚內葡萄生長環境情況進行全方位監控，使用網絡傳輸實時圖像，連接智慧云平臺，在PC端、手機端進行遠程觀察[11]。

1.2 智能化控制系統和水肥一體化系統

系統實時將采集的環境信息存儲至服務器，數據服務器對接預設的指標閾值，利用智能云終端控制設備實現生產自動化控制。本子系統的自動控制設備包括智能化“超早型”溫室中心的空氣加溫、降溫設備、灌溉設備、補光設備、CO2補給設備；設施連棟大棚的自動卷膜器和電磁閥。應用水肥一體技術，實現自動化灌溉與施肥，達到節省肥料、減少人工的目的。

1.3 臭氧水消毒系統和施藥高壓微噴霧系統

在4000 m2智能化“超早型”溫室中心安裝臭氧水消毒設備和施藥高壓微噴霧系統。臭氧水消毒系統利用臭氧的強氧化性進行殺菌除蟲，降解葡萄表面附著的殘留農藥，提高果品安全性。施藥高壓微噴霧系統，利用高壓和管道上的微孔形成5～15 μm的霧粒，使得藥液均勻噴灑，起到節省農藥的作用。

2 智慧管理系統

智慧管理系統以數字化農業生產管理系統為核心，貫通園區觀光旅游、銷售推廣以及產品追溯等業務模塊信息和數據流，實現園區生產和管理的信息化和規范化。系統包括電商導覽管理子系統、數字農業生產管理子系統和農產品質量追溯系統。

2.1 電商導覽管理子系統

為方便游客游園和便捷的了解園區相關信息，游客可點擊進入區域場景，查看該區域的品種介紹、環境參數、生產狀況、實時視頻等信息。同時，開拓消費渠道，以微信公眾號為載體，建立電子商務平臺，支持會員管理、商品分類、上下架、線上支付和物流跟蹤等功能。在葡萄采摘季節，上海炎熱的天氣會降低消費者現場采摘體驗感，因此開發出虛擬采摘模塊，消費者足不出戶可體會到采摘的樂趣。并且該模塊還具有下單形成實體訂單的功能，也增加了電商的互動環節。

此外，自助導覽、信息推送和品牌宣傳在該系統中均能實現，真正實現了農業園區的智能化。

2.2 數字化生產管理子系統

支持PC端、移動端的云辦公模式，滿足園區日常行政事務處理的需求。可處理新聞公告、公文文檔、日常考勤和審批流程等行政業務。數字化生產管理考慮從業者的文化程度及田間作業的特性，開發語音識別、隨手記和批處理等簡化操作技術，貫穿生產各個環節的數據和信息流，包含區域管理、生產計劃、田間管理和采收管理等。

2.3 農產品質量追溯系統

以葡萄生產全過程的協同管理為核心的實時系統，以時間為軸，計劃為主線，關聯品種、地塊、投入品和農事行為，建立葡萄作業流程、規范和標準。管理員和消費者通過掃描二維碼，上傳或獲取產品的溯源信息[11-12]。

3 演示監控中心

采用云服務和云計算架構技術，整合智慧園區管理平臺，實現園區管理的信息化監控和智慧農業的集中展示，同時也為對外宣傳提供展示平臺。

4 綜合效益

4.1 經濟效益

項目實施前園區人均管理土地面積約為4330 m2；項目實施后很大程度上節約溫度、施肥等田間管理的人工投入，人均管理土地面積提高至5670 m2，節約30%左右的勞動力投入，為企業節約勞用工成本50～60萬元。

應用物聯網技術可根據葡萄不同生長期的溫度閾值進行自動化控制，減少人工操作的誤差和極端天氣的影響；水肥一體化的使用及精準施肥，提高水肥利用率。同時，商品果率得到大幅度提高，由75%提升至85%。據計算，商品果率每提高一個百分點，產值約增加1500～2000元/667m2，園區總產值可提高40～50萬元。

4.2 社會效益

都市農業在保證產品品質的基礎上，提倡輕簡化栽培，推廣物聯網技術，是解決產業發展中普遍存在的“招工難、招工貴”問題的有效途徑，為產業的良性發展提供參考依據。覆蓋產前、產中、產后全過程的追溯系統，規范種植者的檔案記錄習慣，重塑消費者的信心，有利于政府和監督部門的監管。

物聯網技術的應用，完善了園區的基礎設施，打造出了一個物聯網+農業的示范樣板，為葡萄產業的創新和智慧農業的發展起到示范和推廣的作用，有利于擴大馬陸葡萄地域品牌的影響力和知名度。

4.3 生態效益

通過物聯網的應用，從源頭監測生長環境，園區種植者可根據葡萄生長形式進行科學的用藥用肥。水肥一體化設備提高肥料的利用率，高壓微噴霧系統增加農藥的黏著率和利用率，可減少農藥的使用；臭氧水消毒系統替代農藥，且臭氧氧化產生的水可重復利用，大大提高葡萄的食用安全，也保護了生態環境。

物聯網技術通過實時監控葡萄生長環境，通過閾值實現時時操作或在災害天氣到來時將預警信息發送至種植者智能手機，可將不良天氣影響降至最低，以減少經驗不足帶來的不利影響。這樣，專家的種植技術和先進經驗不再停留在大企業或科研單位，可通過數據共享，提高整個行業的種植水平，推動效益的整體提升。但由于物聯網設備投入較大，企業或單個合作社通過自身完成建設，相對比較困難，需要政府的大力支持。物聯網設備的操作要求從業者有一定的電腦或智能化知識儲備，因此加強技術培訓也是推廣物聯網技術的關鍵。

本文得到馬陸葡萄產業創始人、上海市葡萄研究所所長單傳倫的悉心指導，表示衷心的感謝。