智慧農業(yè)在蔬菜栽培技術應用方向的研究

蘇百童

（許昌職業(yè)技術學院，河南 許昌 461000）

蔬菜種植在我國的農業(yè)發(fā)展中占據(jù)舉足輕重的地位，隨著我國人民的生活質量不斷提高，對綠色、健康的生活越來越重視，對優(yōu)質蔬菜的需求量也越來越大，常規(guī)的農業(yè)耕作模式已經不能適應當前的蔬菜產量和質量要求。隨著科技的發(fā)展，我國農業(yè)生產必須持續(xù)進行技術革新，并重視應用新型的栽培種植技術。

現(xiàn)代農業(yè)要求努力提高土地產能，變資源高耗型農業(yè)為資源高效型農業(yè)。突破水肥資源約束，以節(jié)水科技服務現(xiàn)代農業(yè)，是提高土地產能、實現(xiàn)農業(yè)轉型升級的關鍵一環(huán)。大力發(fā)展節(jié)水農業(yè)，控制農業(yè)用水總量，推動實施化肥施用量零增長行動，提高水肥資源利用效率，加快推進水肥一體化工作，促進農業(yè)可待續(xù)發(fā)展。在此戰(zhàn)略背景下，水肥一體化技術和智慧農業(yè)的探索，逐漸在蔬菜種植、無土栽培等領域得到推廣普及。

1 智慧農業(yè)在蔬菜栽培生產領域迅速發(fā)展的原因分析

農業(yè)歷經千年發(fā)展，造福人類的同時也帶來難題，比如破壞土層、污染環(huán)境、浪費水資源等。如何節(jié)約農業(yè)開發(fā)的人力、時間、環(huán)境成本，始終是現(xiàn)代農業(yè)企業(yè)攻克的難題。在農業(yè)節(jié)水領域，密集型的農業(yè)耕種模式無論是分配農田水資源，還是操作和控制灌溉系統(tǒng)，都仍依靠人工到田間勞作[1]。首先，費時費力。傳統(tǒng)漫灌、溝灌、畦灌等灌溉方式灌溉效率低下；其次，資源過度浪費；再次，生存環(huán)境惡化。過度灌水、施肥易導致土壤板結、土壤鹽堿化、地下水污染等環(huán)境問題。同時，種植戶憑借傳統(tǒng)經驗調整蔬菜的需水、需肥量，實際情況與蔬菜的生長期所需偏差較大，無數(shù)字化的依據(jù)作指導，無法保證蔬菜的產量和質量。

隨著新時期的科技發(fā)展，各種現(xiàn)代化農業(yè)生產技術應運而生，其中設施蔬菜生產采用溫室、塑料大棚等，可以有效降低外部環(huán)境因素對蔬菜栽培帶來的影響，設施內可調控適宜蔬菜生長的溫度、濕度、光照等。同時，設施蔬菜生產技術還可以實現(xiàn)蔬菜的逆向、多元化發(fā)展，增加了市場供給的多樣性，在一定程度上減少了種植費用。尤其在我國采用設施蔬菜生產技術，可以有效緩解夏季、冬季的室外生長條件，避免季節(jié)性蔬菜供應不足，在提高農民經濟收益的同時，進一步推動我國農業(yè)生產健康發(fā)展[2]。

智慧農業(yè)是將人工智能、移動互聯(lián)網、云計算和物聯(lián)網等現(xiàn)代技術綜合運用。在各類農業(yè)生產種植基地設置部署傳感節(jié)點，例如環(huán)境溫濕度、土壤水分、二氧化碳等，依托這些傳感節(jié)點和無線通信網絡，可以對農業(yè)種植生產環(huán)境進行智能感知、智能預警、智能決策、智能分析等[3]，可以實時監(jiān)控蔬菜生產設施內部或者田間溫濕度、二氧化碳含量等。

工作人員可以通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析環(huán)境，農業(yè)生產資料可以有針對性地投放，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結果智能控制溫度、光照、氣體調節(jié)等。此技術可實現(xiàn)精準化種植、可視化管理、智能化決策。尤其在蔬菜設施生產中，能及時監(jiān)測到可能對農作物造成的危害，為蔬菜生產提供科學指導，降低設施內的病蟲害發(fā)生概率。目前，河南省已有部分地區(qū)和園藝企業(yè)將智慧農業(yè)技術應用于蔬菜設施生產，均取得了較好的經濟效益。

2 智慧農業(yè)技術類型

2.1 環(huán)境監(jiān)測物聯(lián)網系統(tǒng)

農業(yè)物聯(lián)網是利用傳感器收集農作物的生長、土壤以及氣象等數(shù)據(jù)，將收集到的數(shù)據(jù)傳輸至基站后傳輸至云端，運用大數(shù)據(jù)、人工智能等技術構建農業(yè)數(shù)字模型，包括農作物生長、灌溉、病蟲害模型、溫室控制模型等。還可以實時控制滴灌和水肥一體化設備，監(jiān)測設施生產中各項設備的運行狀態(tài)，通過手機APP、PC 電腦等實時查看農作物長勢，實現(xiàn)農業(yè)生產數(shù)字化[4]。

2.2 農業(yè)大數(shù)據(jù)

農業(yè)大數(shù)據(jù)是指將大數(shù)據(jù)理念、技術和方法應用在農業(yè)方面的實踐。涉及農業(yè)生產全過程，通過衛(wèi)星遙感技術采集農作物生長環(huán)境中的各項指標數(shù)據(jù)，再將其上傳至本地或云端數(shù)據(jù)庫，分析農業(yè)生產的歷史數(shù)據(jù)和實時監(jiān)控數(shù)據(jù)，提高對農作物種植面積、進度、產量、環(huán)境條件、災害強度的關聯(lián)監(jiān)測能力。種植戶能有效規(guī)避作物生長過程中的氣候災害，合理選取正確科學的防治措施及種植方法，從基礎上提高農業(yè)生產的效率和產量。

2.3 人工智能技術

人工智能技術主要應用智能控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)預測氣候以及農作物產量、防治病蟲害等，以利用計算機視覺、圖像識別等為主。目前，人工智能各項技術在智慧農業(yè)生產的各階段均有應用，主要包括智能灌溉控制系統(tǒng)、實時監(jiān)測土壤墑情、智能分析土壤成分及肥力、鑒定種子品質、防治病蟲害、調節(jié)智能溫室系統(tǒng)等，還有人工智能技術開發(fā)的瓜果采摘機器人、自動識別農產品品質系統(tǒng)等[5]。

2.4 3S 技術簡介

地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）統(tǒng)稱為3S 技術。GIS 用于空間數(shù)據(jù)可視化的查詢、分析和綜合處理，RS 可大范圍獲取地物信息的特征和變化，GPS 可以快速定位并獲取準確的位置信息。三者緊密結合為智慧農業(yè)的發(fā)展提供了重要技術手段。3S 技術在農作物估產、動植物長勢檢測、病蟲害預報、定量施肥與灌溉、農業(yè)自然災害監(jiān)測、農業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測、土地資源退化監(jiān)測、土壤適宜性評價等方面有著廣闊的發(fā)展前景。

3 智慧農業(yè)在河南省蔬菜栽培生產領域中的應用

在溫室或塑料大棚蔬菜栽培生產中采用先進的監(jiān)測技術，可以實時監(jiān)測蔬菜，特別是可以實時了解蔬菜生長所需溫度和濕度，便于種植戶及時調整，保證具有適宜各類蔬菜健康生長的溫度與濕度條件。而且，還可以實時監(jiān)測設施內蔬菜生長狀況和營養(yǎng)狀況，便于管理人員根據(jù)蔬菜生長的需要，適時地進行營養(yǎng)補給，以保證蔬菜的健康生長，并解決蔬菜在生產中遇到的問題。

利用現(xiàn)代化監(jiān)測技術可以讓蔬菜始終處于良好的生長狀態(tài)。在蔬菜銷售領域利用現(xiàn)代化的智能技術，能實現(xiàn)企業(yè)利用條形碼向顧客傳達各類蔬菜的信息，可進行農產品溯源。高質量的蔬菜能得到消費者的認同，在一定程度上樹立品牌形象，增加種植戶的經濟收入。以河南省匯智農業(yè)科技有限公司在智慧農業(yè)領域開發(fā)的項目產品為例，目前河南省蔬菜栽培中智慧農業(yè)的應用主要包括以下幾方面。

3.1 智慧農業(yè)物聯(lián)網系統(tǒng)的應用

3.1.1 蔬菜生長全過程的智慧感知

感知系統(tǒng)主要由物聯(lián)網監(jiān)測終端和物聯(lián)網傳輸終端組成。物聯(lián)網監(jiān)測終端負責采集蔬菜種植區(qū)域的空氣溫濕度、光照度等環(huán)境信息，采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送至物聯(lián)網傳輸終端，傳輸終端匯總多個無線傳感器網絡系統(tǒng)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)后再打包上傳到云服務器。無線傳感器網絡系統(tǒng)可以在長期無人值守的狀態(tài)下工作，種植者通過手機、平板電腦、PC 或其他移動互聯(lián)網設備就可以隨時隨地進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，釋放了大量勞動力，同時確保蔬菜生長環(huán)境正常。

3.1.2 智慧農業(yè)云平臺

現(xiàn)代智慧農業(yè)物聯(lián)網平臺根據(jù)實時數(shù)據(jù)檢測分析，整個生產現(xiàn)場能實現(xiàn)可視化。通過分布在蔬菜種植各區(qū)域的傳感節(jié)點不斷采集數(shù)據(jù)，主動上傳給生產者提供精準數(shù)據(jù)參考，按照各時間段繪制蔬菜生長過程中各項參數(shù)分析圖表，使用者可實時掌控蔬菜生長環(huán)境中的數(shù)據(jù)變化，及時制訂生產計劃。在此過程中還可以智能預警，通過物聯(lián)網技術分析智能傳感器所收集的蔬菜生產現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)，按照預設的閾值范圍主動上報提醒，可以有效調節(jié)蔬菜生產現(xiàn)場環(huán)境數(shù)據(jù)以及控制現(xiàn)場智能裝備。

同時，農產品溯源、專家系統(tǒng)等為蔬菜栽培生產銷售全過程保駕護航。蔬菜產品追溯可實現(xiàn)蔬菜生產過程中信息的采集、匯總、存儲和處理，實現(xiàn)覆蓋蔬菜種植、初加工、預包裝、流通、零售等各環(huán)節(jié)的重要功能設計。提供企業(yè)追溯項目靈活配置和定制化系統(tǒng)開發(fā)，為企業(yè)提供追溯標準規(guī)范體系建設和業(yè)務流程再造服務，最終達到蔬菜產品品牌化，從田間到餐桌全程追溯、一碼追溯到底的目標。農業(yè)專家系統(tǒng)可以實現(xiàn)農業(yè)專家遠程解決農業(yè)生產者的各種問題，是模擬人類專家解決農業(yè)領域問題的計算機程序系統(tǒng)，通過專家系統(tǒng)分析環(huán)境因素和蔬菜的生長狀況，為生產者提供各種建議和指導，可以執(zhí)行常規(guī)性的日常任務，并縮短解決農業(yè)生產領域中問題的時間[6]。

3.2 智慧灌溉水肥一體化

水肥一體化技術是集灌溉、施肥為一體，通過遠程控制技術，借助管道壓力系統(tǒng)，在灌溉的同時將肥料按照蔬菜所需與灌溉水均勻混合，一起輸送到農作物根部或葉面，把水分和養(yǎng)分均勻、精準地提供給農作物，實現(xiàn)水肥一體，肥隨水走。

對不同作物的生長期需水、需肥量，應根據(jù)不同生育期的需求設計，按比例直接提供給農作物。智能化的水肥一體能通過物聯(lián)網技術將智能傳感器所收集的蔬菜生產環(huán)境氣象數(shù)據(jù)進行分析，計算蔬菜所處的狀態(tài)或各生長期的需求，決定灌溉時間、用水量和用肥量。可滿足不同蔬菜不同生長階段的需求，在蔬菜栽培生產過程中，節(jié)水節(jié)肥、省工省時、高效便捷。

3.3 智慧溫室設施蔬菜生產

由于河南省四季氣溫變化大，在冬天難以適應蔬菜生產需要。利用現(xiàn)代化的溫室、大棚蔬菜種植技術，可以為種植戶提供適宜的種植環(huán)境，讓其在一定程度上維持正常的生長狀況，提高農民的生產效益和質量。通過控制溫室大棚的溫度、空氣、光照、二氧化碳、水分、養(yǎng)分等調控設施內小氣候，滿足蔬菜對生長環(huán)境中溫、光、水、肥、氣的需求，實現(xiàn)溫室種植生產的高效自動化和精準化管理，顯著提升設施蔬菜的均一性和商品性，真正實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、提質增效的目標。在設施蔬菜種植中采用無土栽培技術，根據(jù)各類蔬菜在不同生長期的需求配制營養(yǎng)液，能有效調控植物養(yǎng)分的攝取量，有效增加植物的資源利用，減少病害的發(fā)生。

目前，河南省的設施蔬菜栽培采用無土栽培技術、水培技術生產的葉菜類產品表現(xiàn)出優(yōu)產、高產、低人工成本、節(jié)肥節(jié)水等特點。蔬菜溫室種植技術已在河南省部分地區(qū)代替了傳統(tǒng)種植模式，不再受地域、溫度和時間的限制[7]。

近年來，智能耕種技術正在逐步取代傳統(tǒng)耕種技術。自動化點種機械從基質裝盤到精準播種、覆土壓實全程自動化，提高了育苗效率；自動化蔬菜移栽機實現(xiàn)苗盤輸送、取苗、投苗、栽植、覆土、壓實、苗盤回收全過程。蔬菜設施種植過程中，智慧農業(yè)系統(tǒng)不僅可以自動采集蔬菜大棚中的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等各項環(huán)境參數(shù)，還能實時獲取作物生長信息數(shù)據(jù)，根據(jù)各類信息數(shù)據(jù)的反饋，實現(xiàn)對生產園區(qū)自動化灌溉、溫度管理、施肥等一系列的自動化控制。

4 河南省蔬菜栽培技術的發(fā)展與問題探討

4.1 蔬菜生產技術的革新力度不夠

部分地區(qū)對現(xiàn)代蔬菜種植技術的模仿和借鑒泛濫，缺乏適應本地蔬菜栽培的技術革新，致使技術推廣的成效很難實現(xiàn)。需特別指出的是，在種植技術上要根據(jù)各地氣候、環(huán)境條件，進行有目的改良，避免出現(xiàn)栽培技術使用不合理與不適應的情況。

目前，由于科學技術水平的不斷提高，在蔬菜種植和經營中出現(xiàn)了許多新的技術和裝備，而新技術的普及推廣較難做到大面積應用。在蔬菜生產中，農業(yè)自動化機械新技術、新裝備等的推廣難度較大，在一定程度上制約了我國無公害蔬菜、綠色蔬菜等高品質蔬菜的發(fā)展。

4.2 強化智慧農業(yè)下的蔬菜種植技術發(fā)展策略

4.2.1 拓寬現(xiàn)代蔬菜種植技術的推廣范圍

隨著我國農村經濟的快速發(fā)展和人民對生活質量的要求越來越高，為了滿足當前的市場需要，必須進一步充實和改進蔬菜種植技術。在推廣蔬菜技術的過程中，除了要大力推行技術外，還必須加大宣傳力度，適應市場變化，為種植戶提供相應的技術支持。

4.2.2 促進蔬菜栽培生產的機械化

蔬菜生產的機械化發(fā)展是大勢所趨，農業(yè)技術工作者可以針對植物的生理節(jié)律和外部條件，開發(fā)各種功能齊全的農藝裝備，提高蔬菜產量，進一步改善和優(yōu)化河南省的蔬菜產量。但是仍有一些地方采用傳統(tǒng)的種植模式，存在很大的危險且收益較低。應加大對農機的研究力度，開發(fā)出更容易推廣和更簡便的農機，推動河南省蔬菜種植的傳統(tǒng)模式逐漸朝著現(xiàn)代化、智慧化方向發(fā)展[8]。

4.2.3 推動蔬菜種植技術發(fā)展的設想

將傳統(tǒng)農業(yè)的種植管理技術和智慧農業(yè)的理念相融合，以創(chuàng)新的方法融入蔬菜生產中。專業(yè)技術人員給種植戶講解種植方法及要點，并長期提供免費的技術支持，讓蔬菜種植戶直觀感受、體驗新型栽培技術的益處。同時，加強對種植戶的支持和技術的培養(yǎng)，通過產業(yè)協(xié)會和專業(yè)合作社，組織技術骨干，定期向農民傳授先進的技術。

5 結束語

蔬菜生產具有地域性、季節(jié)性、專業(yè)性、復雜性等特點，不同種類的蔬菜具有不同的生產管理流程。為了實現(xiàn)蔬菜生產管理專業(yè)化、標準化、智能化，提高生產管理的效率，應打造符合蔬菜栽培生產自身特點的生產管理系統(tǒng)。智慧農業(yè)的發(fā)展，可對蔬菜全生產流程的每個環(huán)節(jié)進行信息化、智能化管理，包括規(guī)劃生產流程、自動化任務管理、即時溝通交流、巡園監(jiān)督管理、病蟲害圖像識別、農資投入品管理等全方位管理，提升蔬菜生產的專業(yè)化與標準化水平。隨著技術的不斷發(fā)展和融合的不斷深入，智能技術一定會助推河南省蔬菜產業(yè)實現(xiàn)高質量快速發(fā)展。