物聯網技術在蘋果無袋化生產中的應用

宋成秀，張志強，董緒，褚德峰，李廣陣

(山東鋒士信息技術有限公司，山東濟南 250100)

中國蘋果栽培從20世紀末開始引入套袋技術并推廣，不到10年時間在蘋果主產區普及。套袋對提高蘋果商品率、果農增收起到了很大的作用，目前絕大部分果區仍以套袋栽培為主，并且還推廣到梨、葡萄、桃等其他果樹生產中。果實套袋用工量大，也造成果實品質的下降，很多國家經歷了蘋果生產由套袋到無袋化生產的轉變，例如日本20世紀末富士蘋果套袋栽培面積占蘋果栽培總面積50%以上，目前套袋率不足10%；韓國蘋果套袋發展早于中國，目前套袋蘋果面積也僅占5%左右[1]。中國套袋果園占80%以上，優果率卻不足40%，在國際市場上處于中低檔水平。套袋、摘袋的成本也不斷上漲，種植戶越來越難以承受。面臨成本和品質的雙重壓力，無袋化栽培將是中國蘋果生產技術發展的必然趨勢[2]。

1 蘋果無袋栽培的前景

1.1 市場需求

商品進入消費市場兩個重要條件：一是需求，二是價格。近年來，套袋技術的發源地日本的消費群體更傾向于不套袋蘋果，許多蘋果銷售時專門標明是無袋栽培以獲得高售價。中國蘋果消費者也逐漸認識到果品內在品質的重要性，套袋蘋果的外觀品質有優勢，而不套袋蘋果內在品質占優勢會逐漸被消費者認可。由此促使生產者進行無袋化栽培。

1.2 節本增效需求

目前，中國蘋果栽培面積200多萬hm2，年產蘋果4 000多萬t，但以分散經營為主，設施條件差，80%的果園機械化水平低，生產成本平均每666.7m25 000元，其中80%是果袋及套袋摘袋的投入，每年在套袋方面支出達400億元。受產量大、品種單一等因素影響，蘋果價格持續下滑，加上受勞動力成本高等因素的影響，果農收入顯著減少。節本增效[3]成為果農持續增收的必然考慮。

1.3 提升果品品質需求

套袋改善了蘋果的外觀品質，但也存在著果面生理變化造成貯藏性能變差、品質變差的問題。套袋蘋果的可溶性固形物含量比不套袋蘋果低1.0～1.5個百分點，果實硬度低0.80～1.00 kg/cm2，芳香物質、特有風味物質減少。由于袋內溫度高，造成果實的呼吸強度增大，碳水化合物的消耗增加，果實含糖量下降，一般低于不套袋蘋果1%以上[4-6]。果實中類胡蘿卜素、葉綠素和酚類物質對人體具有抗氧化、抗腫瘤、預防心腦血管疾病等作用，營養保健價值高[7,8]。有研究表明，果實套袋透光率越高，則果實的綠色和黃色飽和度越高[9]，含有的類胡蘿卜素、葉綠素等含量越高。由此推斷不套袋果實色素飽和度會更高，食用不套袋蘋果攝入更多的有益色素，對人體健康益處更大。

1.4 低毒藥物及生物防治提供植保技術支持

隨著農藥工業的不斷發展，低毒、低殘留、環境友好型的農藥占據主流市場，為蘋果無袋栽培提供了植保技術支持。李海飛等對生產中允許使用以及國家在果樹上禁限用的31種農藥和總砷含量的分析表明，果實檢出的農藥殘留量及總砷含量不套袋果稍高于套袋果。但無論套袋與否，果實內殘留的農藥和總砷含量均遠低于國家標準規定值[10]。因此，在常規管理模式下，不套袋對蘋果食用安全沒有影響。

翟浩等發現，在山東煙臺、威海、泰安三地梨小食心蟲成蟲發生高峰期和持續時間在套袋和不套袋蘋果園中的發生動態差異不明顯[11]。張瑞芳對套袋、不套袋、噴施生物膜3種處理的長富2號果實農藥殘留量進行檢測表明，所有處理的果實殘留量均在標準值之下，全部符合果實安全標準[6]。

2 無袋栽培面臨的問題

無袋栽培并不是簡單的不套袋，而是一項栽培制度變革，涉及多項配套技術的改革，包括易著色蘋果品種的培育、現代栽培模式創建、優美生產環境篩選等，保證無袋生產條件下蘋果的果面光潔度、著色等方面可以達到優質商品果的要求[12]。

3 物聯網技術概念與應用中存在的問題

物聯網是基于互聯網的、“物”與“物”之間連接形成的“網”，比如生活中電腦無線鼠標、藍牙耳機、電視遙控器等都是物聯網的應用。物聯網的核心和基礎仍然是互聯網，是在互聯網基礎上的延伸和擴展。而農業物聯網則是將用戶端延伸擴展到了農業相關的物品之間，進行信息交換和通訊。中國的傳統農業正在向現代農業轉型，而以互聯網為基礎，實現農業物物相聯的農業物聯網技術將助推農業走向信息化、智能化[13]。中國農業物聯網技術正進入快速發展階段，智能感知、無線傳感器、云計算與云服務等技術正在向農業各個領域滲透[14]，為農業發展中存在的問題和瓶頸提供新的解決方案。物聯網技術必將推動蘋果產業完成由套袋栽培到無袋栽培的轉變進程。

農業物聯網發展存在的問題。農業的生產環境相比工業更復雜，農業傳感器的精度、穩定性要求高，然而農產品單位價值低，物聯網設備的投入成本相對高，農業物聯網技術發展存在著成本與技術要求的矛盾；農業物聯網相關的標準、指南還不完善，存在各家經營單位自成一體問題，在一定程度上阻礙技術的更新；因此農業物聯網的發展，需要技術的更新，弱化成本與技術的矛盾；同時政府、行業的政策支持、應用示范是目前階段支撐農業物聯網發展的主力；農業物聯網的發展也將得益于農業從業者對新興科技事物的信心。

4 物聯網技術的應用

4.1 水肥精準施用

中國蘋果產業亟待提升果實品質，合理科學地水肥管理可以保證樹體正常的生長發育，在提高蘋果品質的同時，節約生產成本[15]。蘋果園的施肥效果報告顯示，當前果園的施肥時期不合理、單次施肥量占比不合理，特別是不能依據果樹的實際營養狀況針對性地施用肥料[16]，不僅破壞樹體營養平衡，而且影響果樹健康生長發育。不合理的灌溉量及灌溉時機對產量品質也有很多影響。因此，引入物聯網技術，采集果園土壤的實際養分數據，結合樹齡、目標產量、專家經驗等數據，建立科學的水肥模型，指導合理水肥管理，對提高無袋化栽培樹體的抗逆性、調節生長狀態都會起到至關重要的作用。

4.2 病蟲害監測

現代農業提倡綠色植保，病蟲害堅持預防為主、綜合防治，最大限度地降低生產成本提高防治效果。引入物聯網等現代技術，建立病蟲害系統監測點及果實生長狀態監測點，持續不斷地監測果樹生長狀況及果園生態變化，準確掌握病蟲的發生種類、發生程度、病葉率、蟲口密度和害蟲生育期等情況。根據病蟲害發生的具體情況，明確防控目標，結合病蟲防治指標、天敵數量、氣象條件等，確定是否用藥防治、要采取的具體防治技術組合、對癥藥劑組合及其最佳施藥時期、施藥次數。

4.3 極端天氣預警

中國地域廣闊，自然條件復雜，氣候類型多樣，農業氣象災害如旱災、洪澇、凍害、雹災等多發，對農業影響巨大[17]。中國是果品生產大國，北方的林果業年產值超過1 000億元，而僅霜凍造成的損失每年達1%以上。霜凍的發生主要與氣象條件、地理位置、作物種類、作物物候期等有關[18]，利用物聯網技術可全方位監測果園環境狀況，更準確地預報當地的自然災害，根據災害可能發生的程度制定應對技術方案，以減輕災害的損失。

4.4 空氣質量監測

果實套袋，避免了果面與藥劑、病菌、害蟲等的直接接觸，蘋果無袋化栽培無屏障保護，空氣中的有害氣體會直接接觸果實造成病態，如空氣中的煙塵、粉塵可造成果面粗糙、霉污、果梗結垢，嚴重影響果實外觀品質。因此，優美的生態環境是蘋果無袋栽培的根本保障[19]。采用物聯網技術監控空氣質量，當空氣有害氣體指標高于果實承受范圍、且短時間內無有效降雨的情況下，啟動噴淋設備或者提示管理者進行全園噴水，清洗葉面和果面粉塵，為果品創造優美的自然生長環境。