疫情常態背景下溫室物聯網技術在蔬菜生產中的應用

褚軍　張靜　劉萍　王奎萍　趙大球　佟思純

摘 要：新冠疫情的暴發對傳統蔬菜生產造成極大的沖擊。該文以溫室番茄生產為例，重點探討疫情常態化背景下利用物聯網技術實現番茄的栽培生產管理，從番茄生長發育周期的確定、溫室環境條件的調控以及病蟲害防治3個方面對物聯網技術在番茄生產中的應用進行探討，以期為疫情常態化背景下蔬菜生產發展提供參考。

關鍵詞：物聯網技術;蔬菜生產;番茄;新冠疫情

中圖分類號 S127;S641.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2022）07-0108-03

2020年初突如其來的新冠肺炎（COVID-19）疫情對我國社會生產造成了不可忽視的負面影響[1-2]。中央及地方政府為了防止疫情蔓延，相繼出臺了嚴控人員流動、停工停產等防疫措施，這些措施的實施在有效控制疫情擴大傳播的同時，也嚴重影響了正常的社會經濟發展。農業是我國第一產業，2020年1—3月，全國農業增加值下降3.2%[3]。以蔬菜生產為例，由于蔬菜生長快、產量高，又要求產品鮮嫩，這就需要對蔬菜生產進行精耕細作和較高的栽培管理水平[4]。而疫情的暴發使得農業人員不能到達生產現場，對于生產中出現的問題不能及時發現和處理，從而導致蔬菜產量和品質得不到保證，嚴重影響了蔬菜生產和農民的增收。

近年來，隨著信息化和現代化的發展，物聯網技術已被廣泛應用于農業生產的各個環節[5-7]。信息采集系統利用傳感器對溫室中的各類環境信息，如空氣溫濕度、土壤溫濕度、土壤pH等進行實時遠程采集和監控;智能控制系統對溫室內環境條件進行遠程控制，保證植物的生長環境;攝像監控系統能夠立體、鮮活、形象、直觀地反映植物的生長狀態、生產過程以及病蟲害的預防。對于超出系統設定閾值范圍的環境信息，預警系統會向用戶PC或手機終端發出預警信息，并給出相應的解決措施。物聯網技術將溫室內智能裝備信息、作物信息、環境信息三要素通過數據傳輸技術實現共享，從而使植物在無人狀態下保質保量生產變成可能[8]。筆者以茄果類蔬菜番茄生產為例，就疫情常態化背景下如何利用物聯網技術實現番茄的生產進行探討，以期為疫情期間蔬菜的智能化生產提供參考。

1 物聯網系統構架

該物聯網系統位于揚州市職業大學園林園藝學院玻璃溫室蔬菜生產區，分為設備層、網絡層、平臺層及應用層4部分，如圖1所示。設備層為智能主機、各類傳感器、高清攝像頭、智能控制器以及智能設備等，通過Zigbee網進行通信;網絡層由4G通信網絡、數據專線組成，為數據傳輸通道;平臺層作為系統的核心，負責數據計算和交互，為遠程控制提供決策;應用層主要面向用戶，將接收到的數據信息通過圖表和曲線的方式展示給用戶，方便用戶實時查看和調控。

2 物聯網技術在番茄生產中的應用

2.1 生長發育周期的確定 番茄的生長發育周期主要分為發芽期、幼苗期、開花坐果期和結果期4個階段，各生長期番茄植株的形態特征存在差異。疫情期間生長發育周期的確定主要利用物聯網的監控系統，用戶在PC端或手機端App遠程縮放溫室內高清紅外球機（500萬像素，32倍變焦）焦距、調整攝像頭角度來全方位立體觀察植株的形態特征，確定番茄所處的生長發育期，從而對相應階段的栽培管理措施進行調整。如當高清攝像頭遠程觀測到番茄植株出現第1片真葉時，可以確定番茄已處于發芽期，在適宜條件下7～9d。發芽期能否完成發芽取決于溫度、濕度、通氣狀況等環境條件。當攝像頭中番茄植株出現第1片真葉時，番茄幼株即進入幼苗期，此階段的主要任務是保證幼苗的健壯生長及花芽的正常分化及發育，同時實時監測苗期病害的發生。當植株第一花序出現大蕾時就進入了開花坐果期，該階段對水肥要求較高，可通過智能控制器遠程調節水肥一體化系統，保證水肥的供應。當攝像頭觀測到植株第1花序果實坐穩，即番茄進入結果期，該階段需要實時監測果實墜秧現象，保證結果與長秧的平衡[4]。

2.2 溫室環境條件的調控

2.2.1 溫度 番茄屬于喜溫作物，不同生育期對溫度的要求存在差異。種子發芽適溫為25～30℃;幼苗期白天20～25℃，夜間10～15℃;開花期對溫度要求比較嚴格，晝溫控制在20～30℃，夜溫15～20℃;結果期晝溫控制在25～28℃，夜溫15～20℃[4]。溫度的調控主要依靠空氣溫濕度傳感器，土壤溫濕度傳感器采集到的實時數據上傳至云平臺，用戶通過PC端或手機端App遠程隨時查看相關數據圖及曲線圖。當溫度超出相應的閾值時，用戶通過移動端遠程開啟或關閉風機、天窗、濕簾、外遮陽、內遮蔭等智能控制設備，滿足溫室內植株生長所需的溫度條件。

2.2.2 光照 番茄屬于喜光作物，番茄的光飽和點為70klx，最低光照強度需30～35klx，屬于中日性植物。番茄在13～16h光照條件下生長最好[4]。用戶可以通過移動端遠程開啟或關閉補光燈、外遮陽、內遮蔭等光照調節設施，保證番茄的光照條件。

2.2.3 水分 番茄吸水能力較強，一般土壤濕度要求在土壤最大持水量的60%～80%，空氣濕度保證在45%～50%為宜[4]。通過物聯網系統，用戶可以遠程查看溫室空氣、土壤中的濕度狀況。當實時數據偏低或偏高時，通過PC端或手機端App操作智能無線控制器開啟或關閉航噴系統、通風系統，及時補充或降低空氣和土壤中的濕度，保證番茄各生長階段的水分需求。

2.2.4 肥料 盛果期是番茄需肥的高峰期，需集中追肥2～3次。植株肥料的供給主要通過水肥一體化系統實現[4]。用戶根據土壤pH值傳感器、土壤EC值傳感器采集到的營養土的pH值和EC值制定相應的施肥策略，定時定量供給。

2.3 病蟲害防治 溫室中番茄病害主要包括灰霉病、早疫病、晚疫病、葉霉病、病毒病等，害蟲主要有蚜蟲、白粉虱、棉鈴蟲、紅蜘蛛等[9]。一方面通過高清監控系統實時在線監測番茄植株的生長狀態及病蟲害信息，結合相關書籍或專家系統，對病蟲害信息進行診斷和預警;另一方面，病蟲害的發生與環境條件相關。物聯網各傳感器實時監測番茄的生長環境，當環境條件超出相應的閾值時，就需要進行相應的調整，堅持預防為主、綜合防治的植保方針。物聯網信息的采集不僅在數量上實現了突破，在維度上亦實現了飛躍，提高了病蟲害預測的精準度。

3 問題與展望

目前，我國農村農業的生產仍以農戶式小規模種植為主，農民在安裝使用物聯網設備方面存在基礎設施薄弱、資金不足、缺乏指導等問題，物聯網技術的使用范圍受到很大程度的限制，農業生產精細化、機械化以及自動化水平不高。同時，農民整體文化水平偏低，應用物聯網技術的能力不強，影響了物聯網技術的推廣及農業信息化的發展。基礎設施的建設和應用是物聯網技術推廣的根本，通過系統關鍵技術的創新提升，構建物聯網實時監控、自動控制、智能決策、精準作業及科學管理于一體的現代農業化體系。

雖然近年來物聯網技術廣泛應用于農業生產環境監控、動植物生命信息監控、智能農機以及農產品質量安全與追溯等各個領域，但僅局限于對農業生產的監控及環境條件的控制，對于傳統的植株綁蔓、摘枝、采收等重要農業活動還需依賴人工作業，缺乏智能化精準作業裝備。因此，需加強科技研發的投入，實現無人育苗、無人監測、無人調控、無人分揀、無人收獲的高效生態農業[10]。

參考文獻

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[3]魏后凱，蘆千文.新冠肺炎疫情對“三農”的影響及對策研究[J].經濟縱橫，2020（5）：36-45.

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[9]焦子偉，孫清花，張娜.新疆伊犁溫室有機番茄病蟲害發生及綜合防治[J].江蘇農業科學，2017，45（10）：77-80.

[10]蘭玉彬，趙德楠，張彥斐，等.生態無人農場模式探索及發展展望[J].農業工程學報，2021，37（9）：312-327.

（責編：徐世紅）

Application of Greenhouse Internet of Things Technology in Vegetable Production under the Background of Epidemic Normality

——Taking Tomato Production as an Example

CHU Jun1? ?ZHANG Jing1? ?LIU Ping1? ?WANG Kuiping1? ?ZHAO Daqiu2? ?TONG Sichun3

（1Engineering Research Center for Agricultural Security and Environmental Protection of Jiangsu Province， Yangzhou Polytechnic College， Yangzhou 225009， China; 2College of Horticulture and Plant Protected， Yangzhou University， Yangzhou 225009， China; 3College of Biology and the Environment， Nanjing Forestry University， Nanjing 210037，China）

Abstract： The outbreak of COVID-19 has a great impact on traditional vegetable production. Taking tomato production in greenhouse as an example， this paper focuses on the use of Internet of things technology to realize tomato cultivation and production management under the background of epidemic normalization. This paper discusses the application of Internet of things technology in tomato production from three aspects： the determination of tomato growth and development cycle， the regulation of greenhouse environmental conditions and pest control， in order to provide reference for the development of vegetable production under the background of epidemic normalization.

Key words： Internet of things technology; Vegetable production; Tomato; COVID-19

基金項目：江蘇省現代教育技術研究2019年度重點課題（課題編號：2019-R-69658）;揚州市職業大學教改重點課題（課題編號：2018JGZD04）;揚州大學教改課題（課題編號：YZUJX2018-41C）研究成果。

作者簡介：褚軍（1984—），男，江蘇江都人，博士，講師，研究方向：園藝栽培學。? 收稿日期：2021-12-23