農業物聯網技術在設施蔬菜生產中的應用與成效

張 炬 吳 斌

（1. 上海市寶山區農業技術推廣中心，上海 寶山 201901；2. 上海三家村蔬果專業合作社，上海 寶山 201901）

上海三家村蔬果專業合作社位于寶山區楊行鎮北宗村、楊北村、桂家木三村接合部，由市、區、鎮三級政府投資1 500萬元于2009年7月成立，合作社占地面積21 hm2，為設施菜地。合作社于2015年成功創建上海市蔬菜標準園，2016年成功創建綠葉菜綠色防控基地，是寶山區農業規模化經營的一張“名片”，代表了寶山區的農業發展水平。合作社位于寶山區蔬菜生產集中帶，緊鄰上海外環高速公路，具有較強的區位優勢，通過多年的生產經營，積累了良好的口碑和信譽。近年來，隨著社會經濟的快速發展和居民生活水平的不斷提高，高端精品蔬菜的市場銷量逐漸上升。因合作社原有的大棚建造時間較早、構造單一、部分材料老化，且大棚內沒有環境監測與調控、水肥一體化設備，不適合高端精品蔬菜的生長，合作社對原有的連棟棚進行了改造，并配套添置了農業物聯網軟硬件設施，以滿足高端精品蔬菜生產對環境的要求，建立標準的高端精品蔬菜生產基地，同時實現蔬菜生產節本、省工、高效的目的［1-2］。

1 改造內容

為了將農業物聯網技術和現代溫室設施設備應用于設施蔬菜生產，合作社以面積為1 hm2的連棟大棚作試點，根據上海市溫室建造推薦標準GSW 8430 型連棟塑料溫室的規格及技術要求（SGMA 2017.03）安裝了傳感器、視頻監控設備（監測網絡），以便實時采集環境信息及監測蔬菜生長情況。環境信息經數字化分析后，應用無線通信網絡和自動化控制系統遠程控制大棚卷膜器、電磁閥、水泵等設備的運作，完成環境調控、灌溉施肥等操作。

2 主要功能

2.1 及時調控生產環境

利用物聯網技術可實時監測、采集、分析各類數據，如連棟大棚內的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度，土壤的溫濕度、EC 值、pH 值以及音視頻等信息，以便管理人員及時了解、掌握與蔬菜生產相關的各項環境參數。管理人員可通過手機或電腦獲取實時環境數據，并根據數據變化調節灌溉系統、保溫系統及其他設備，確保蔬菜作物在適宜的環境條件下生長。管理人員也可在系統上提前設定環境參數，當大棚內環境條件無法滿足蔬菜生長需求時，系統服務器會通過無線信息傳輸節點向大棚集成控制柜發送數字信號，控制柜收到控制命令后，將控制信號經控制線傳送到各個硬件設備，遮陽膜、噴淋設施、濕簾、鼓風機等設備實時完成打開或關閉操作，當環境數據達到系統預設的數據范圍時各設備停止運作。例如，棚內氣溫高于室外溫度時，控制系統會自動開啟大棚天窗或使用遮陽膜；下雨時，控制系統會根據實時雨量及氣溫采取不同措施，溫度較高（高于34 ℃）且雨量較小時開啟天窗并使用外遮陽膜，雨量大時不開啟天窗。

2.2 水肥有效管理

大棚內配備了噴滴灌設施，采用比例式施肥泵和移動式施肥機進行水肥管理。將有機肥和水按一定比例混合后，經灌溉系統均勻施于田間，可減少肥料對環境的污染。水肥一體化技術和農業物聯網技術結合應用具有以下優點。（1）肥水通過管道系統被精確輸送到蔬菜根部，可實現定時、定量供應，有效提高肥料利用率，同時有利于提高蔬菜的產量和品質，實現穩產增收。（2）系統可根據蔬菜種類、生長期及生長狀態，準確調控灌溉量和施肥量，從而滿足不同蔬菜對水肥的需求。合作社應用水肥一體化技術過程中，使用市級、區級相關部門推薦的優質水溶肥，并積極試用有機水溶肥和含腐殖酸水溶肥，每年應用面積超過20 hm2次，實現節肥省工10%以上，增產效果明顯。

2.3 農產品質量安全管理可追溯

物聯網技術可利用電子標簽、條形碼以及傳感器監控等方式，對農業生產、銷售流通等環節進行信息采集和分析，將采集的信息接入寶山區農產品質量安全監管系統，可實現農產品各個生產環節的質量安全可追溯，最大限度地降低了食品安全隱患。質量安全追溯內容涉及農事操作管理、化肥農藥使用、加工及銷售等各個環節。消費者只需在相關電子觸摸屏輸入關鍵詞，即可查詢到相關信息，也可用手機掃描二維碼查詢農產品的相關信息，實現從田頭到餐桌的安全質量可追溯。

2.4 蔬菜長勢可監控

農業物聯網系統集成了視頻監控設備，采用網絡攝像頭遠程監控大棚內蔬菜的長勢，攝像頭可360°旋轉，實現監控無死角。農業專家可利用視頻圖像察看棚內蔬菜的生長情況，判斷大棚內的溫濕度是否合適、蔬菜是否發生病蟲害。智能控制系統集成了自動化控制系統及遠程數字監控系統，用戶可利用手機移動端智能控制APP隨時隨地操控系統。通過對大棚內環境數據的收集和分析，物聯網系統可及時預警病蟲害發生種類和發生程度、災害性天氣等，提醒農民及時采取有效的防控措施，以保證設施大棚的安全。通過遠程監控技術，管理人員還能清晰觀察農作物的生長過程，并通過數據挖掘和分析技術得出農作物的生長規律和趨勢，為科學生產提供依據，進而提高了設施作物的經濟效益。

3 主要成效

大棚蔬菜生產應用遠程控制系統和自動控制系統后，整個生產過程的環境控制精確、水肥施用精確，操作數據自動存儲，田間管理相對簡單。按照項目規劃，合作社生產基地完成改造，并將物聯網技術應用于生產，上海三家村蔬果專業合作社成為寶山區首家應用農業物聯網技術的規模化蔬菜生產基地，給寶山區的現代農業發展起到了示范帶動作用，具體體現在以下幾個方面。（1）展示和示范了農業物聯網技術在蔬菜生產中節本、省工、高效的獨特優勢，向廣大生產者普及了農業物聯網和智慧農業的知識。（2）上海三家村蔬果專業合作社作為農業物聯網技術應用的示范點，承擔相關設施設備使用和推廣的培訓工作。（3）結合寶山區的農業經濟結構和農產品消費特色，探索出一條適合寶山區農業合作社發展的智慧農業生產運營管理之路。

物聯網技術將農民從繁重的體力勞動中解放出來，有效提高了生產效率。例如，合作社應用物聯網技術生產耐熱青菜，8 月上旬播種，9 月下旬采收，高溫時二層遮陽的效果可達35.55%，青菜每667 m2產量約1 000 kg，且較常規栽培減少使用農藥2次。綜合比較下來，利用物聯網技術生產青菜，每茬每667 m2可節省成本約400元。