智慧農業技術體系在設施蔬菜生產中的多源技術融合框架構建與應用

隨著智慧農業的不斷發展，在設施蔬菜生產過程中，推進智慧農業技術的合理應用，可以為市場提供更為優質的蔬菜產品，以此推動蔬菜種植與生產的可持續發展。因此，本文闡述智慧農業技術與設施蔬菜生產的相關概念和發展模式，探究智慧農業技術在設施蔬菜生產中的具體應用路徑，涉及物聯網技術、智能監測系統、傳感器技術、物理農業技術、設施蔬菜生產機器人等多方面。通過智慧農業技術，打造設施蔬菜生產自動化與智能化發展的新路徑，以此來推動設施蔬菜生產質量的不斷提升。

一、智慧農業技術與設施蔬菜生產模式概述

1、智慧農業技術

智慧農業是新型的農業生產模式。強化智能技術的應用，對整個農業生產流程進行優化，實施精準感知與智能化管控，通過這種智能化模式，使得農業生產更符合市場需求。而智慧農業技術是智慧農業模式下的常用技術，涉及物聯網、人工智能、大數據等信息化技術，這些先進的技術被應用到農業生產的過程中，可以及時的獲取信息，對信息進行處理傳輸，以此在農業生產過程中增加技術支持性。此外，這些數字技術可以借助智能化的手段，對農業產品生產的環境進行合理的控制，提供農業生產的具體生長需求條件，在操作和管理方面可以更好地提高效率，擴大生產規模，推動農業的可持續性發展。在設施蔬菜生產過程中，利用智慧農業技術具有較多的優勢，有利于提高蔬菜產品的安全性。

① 通過智能化的技術操作手段，對于各類要素進行按需補充與投入，能夠降低資源浪費，減少農業污染。根據精準測量的數據，進行全過程生產流程的優化，可以使得蔬菜生產更加清潔安全，保證蔬菜產品的品質和質量。

② 對資源進行高效利用，可以改變原有的蔬菜生產作業方式，對施肥、噴藥等相關活動進行精準控制，利用智能化的技術對資源的潛力進行釋放，可以降低成本，不斷提高資源的優化效率。

③ 對生態農業模式進行發展，通過各農業產業體系與智能技術之間的協同形成優化的農業產業鏈，可對蔬菜產品進行深加工，使其真正打造成生態的良性循環，以此形成設施蔬菜生產經營發展的新模式，推動蔬菜生產的可持續性發展。

2、設施蔬菜生產模式

所謂設施農業是利用專用的設施來進行生產的經營方式，這種設施農業模式可以對環境要素進行合理的控制，使農作物生產具有優良的環境，以此來對產量和品質進行不斷的提升，推動農業經營模式的持續發展。設施蔬菜生產模式主要是利用溫室大型的塑料薄膜、覆蓋罩等相關專用設施，進行集約化的蔬菜生產活動。在設施蔬菜生產過程中，常見的模式有4種：

① 溫室的種植模式。主要對蔬菜進行溫室栽培，對蔬菜生長的環境要素，如氣溫、含水量、日照等，通過對強度進行精準的調控，可以使得蔬菜農作物能夠在優良的生長環境內獲得品質和產量的全面提升。

② 垂直農業模式。主要是利用立體式的種植結構，對土地的利用效率進行不斷提高，這種多層次的種植結構，可以使蔬菜品種更加豐富，對土地資源進行高效利用，結出更為新鮮優質的農業產品。

③ 水培種植模式。主要在水源環境下對蔬菜生長發育的環境進行打造，蔬菜根系在液體介質內通過補充必需的營養元素，可以實現品質和質量的提升。

④ 光合作用模式。主要借助人造光源為蔬菜輸送光能，使蔬菜能夠高效利用能源，同時實現蔬菜作物的合理生長，提升種植效率。

3、設施蔬菜生產現狀

目前我國在設施蔬菜生產方面仍然存在一系列的問題，主要呈現粗放式管理的狀態，整體生產的效率不高，問題集中在以下幾個方面：

① 智能化生產水平有待提升。當前農戶在設施蔬菜生產運用機械化方面，整體的機械化率較低，在蔬菜產品栽培過程中，主要依賴人工進行栽培、灌溉、施肥等多方面作業，缺乏對專用機械設備的合理運用。

② 人工成本持續升高。在設施農產品生產的過程中，由于單產的增幅小于生產成本的增幅，導致整體成本較高，難以進行數字化和智能化的轉型。

③ 以半自動化操控為主。在當前的智慧農業生產模式下，需運用智能技術對生產環境實施智能化調控。但是，目前對設施蔬菜生產仍以手動或半自動化操控為主，對生產環境中所涉及的光、溫度、濕度、土壤的酸堿值等各項數據沒有進行精準的測量與利用，導致綠色生產水平有待提升。

二、智慧農業技術在設施蔬菜生產中的應用策略

1、物聯網技術在設施蔬菜生產中的應用

① 識別預防病蟲害。在設施蔬菜生產過程中，應加強物聯網技術的應用，要合理利用物聯網的感知層對設施蔬菜進行感知與識別，這種技術通常由設備終端、傳感器網絡以及通信設備等各部分組成，通過對設施蔬菜大棚內的溫度、濕度等環境要素進行收集，根據數據信息判斷大棚內環境，是否有利于產生蟲害繁殖，再根據即將暴發的蟲害進行提前的預防，這樣可以降低對蔬菜的不利影響。比如，利用光學的傳感器，對土壤的酸堿值等要素進行合理的測量，對農業生產的環境因素進行調節；利用位置的傳感器來捕捉地面情況進行田間的測繪，精準地進行農藥和化肥的噴灑；利用聲學的傳感器對設施蔬菜大棚內的噪聲進行監測，可以判斷其所存在的昆蟲種類和具體的數量。

② 進行遠程控制。在設施蔬菜生產過程中，合理應用物聯網技術時，其網絡層主要負責數據的有效傳輸以及決策的精準傳達。因此，可以利用該項技術的網絡層，來進行遠程的控制和監控設施，蔬菜生產人員通過利用傳感器所獲取的數據來進行遠程的控制，這樣能夠實時掌握蔬菜大棚內的空氣溫度、濕度以及土壤的具體狀況，并通過數字大棚進行顯示。通過這種遠程操控，具備溫控功能的智能化設備能夠進行實時調節，也可以采取云端的控制，不斷提高生產的效率。開展種植管理工作，通過遠程控制的方式尋求專業人員的協助，進行綜合性的數據分析與預警，從而更有效地提升農業生產的效率與質量。

③ 加強監控與預警。運用物聯網技術，可以對應用層加以利用，對采集到的海量數據進行分析。在設施蔬菜農業生產過程中，為其環境、生產流程以及病害防治決策提供支持，并實施合理的智能化管控。應用層主要是借助服務器來對數據進行處理，并借助系統來對植物生長的環境進行動態的監測，根據監測的數據分析結果來進行智能化的施加水肥、降溫補光等各項措施同時，也可以根據蔬菜產品市場的行情，對農產品的質量安全進行保障，滿足種植人員對個性化蔬菜產品的定制需求。同時，其所蘊含的智能控制技術，如涉及的模糊邏輯、神經網絡、遺傳算法等，也可以與設施大棚內的管理系統相結合。比如，針對病蟲害的控制，可以將物聯網技術與設施大棚的智能控制系統進行結合，及時判斷雜草情況與病蟲害狀況，對蔬菜產量進行合理計算，對作物健康狀況進行動態監測并及時預警，也有利于推動設施蔬菜生產質量的提升。

2、智能監測系統在設施蔬菜生產中的應用

① 水肥營養的智能監測。智能監測系統在設施蔬菜生產過程中，要對其水肥的具體應用狀況進行智能化的監測。傳統的灌水或施肥均是在固定時間進行，往往無法依據大棚蔬菜作物的具體生長需求操作，從而導致效果不均勻的問題。而智能化的監測系統則可以通過對蔬菜作物的需求和土壤的狀況，進行數據的分析，監測其養分含量，獲取參數，根據數據來打造生長模型，根據智能化的分析來進行灌溉與施肥，如此一來，能夠減少養分的浪費，還能為蔬菜產品的生長提供智能化控制，進而提升其生產品質。

② 對實時環境進行合理監測。在設施蔬菜生產過程中，強化智能監測系統的合理運用，主要將其應用于環境參數的檢測與預警過程，涵蓋溫度、濕度、光照等方面，獲取數據后對數據進行智能算法分析，可以及時發現環境的異常，比如濕度過高、過低，溫度出現較大的波動等，這些異常會及時地通知設施蔬菜種植人員，以便其采取措施，降低環境變化所造成的影響，這樣可以提高蔬菜生產的穩定性，使得農業生產環境更加優化。

③ 產品產量與品質監測。在設施蔬菜生產過程中，開展智能化監測系統，需對蔬菜的產量與品質進行監測，借助數據分析與智能算法技術搭建生產模型，能夠合理預測蔬菜產品及其產量，以及所能達到的品質等級。如此一來，有助于蔬菜生產人員合理調整種植計劃，積極對接市場，確保供應鏈的穩定。此外，智能預測系統能夠依據本輪設施蔬菜品質的評估結果，對接市場需求，引導農戶調整種植方案，推動農業生產的可持續發展，使所生產的設施蔬菜產品更符合市場需求。

④ 病蟲害精準化監測。在設施蔬菜生產過程中，可以利用智能監測系統對病蟲害進行智能防治。要提前進行識別判斷蔬菜是否感染病害，借助人工智能技術來對識別系統進行優化，通過進行病蟲害圖像對比，能夠及時發現不同類型的病蟲害，并及時采取相應措施。同時，可以依據系統的智能建議來使用藥劑，如此一來，能持續提升病蟲害的整體防治效果。此外，還可以進行定期的自動化檢查。

3、物理農業技術在設施蔬菜生產中的應用物理農業技術應用于設施蔬菜生產，可以保證產品的質量。

① 運用種子磁化技術，激發種子活力，提升其發芽率，進而提高設施蔬菜的整體品質與產量。

② 利用空間電場防病促生技術，建立空間電場可以對蔬菜生長環境中的有害氣體進行有效的去除，能夠降低細菌對于蔬菜所造成的影響。同時，對于蔬菜生長過程中所存在的氣傳病害進行有效的預防，也可以推動蔬菜的生長。

③ 聲波助長技術依托聲學特性，針對蔬菜植物的特定頻率聲波展開研究，通過實現共振效應，加速細胞內電子流的運動速度，從而提高蔬菜內部營養運輸的效率。在光合作用的配合下，促使蔬菜的生長發育達到理想狀態。

④ 運用二氧化碳氣肥與電子殺蟲燈技術，能夠有效殺滅蔬菜中的害蟲。其主要是利用特定的光譜光源來對其進行吸引，降低化學肥料的使用，以達到蔬菜的綠色生態化種植。

4、設施蔬菜生產機器人的具體應用

在設施蔬菜生產過程中，應用設施蔬菜生產農業機器人，能夠更有效地改進設施蔬菜生產技術，強化生產管理，實現對生長作物的動態監測。設施蔬菜機器人主要是在設施大棚的生產環境下，對復雜的場景進行智能化的操作，涉及育苗、移栽、嫁接、采收等多個方面，主要利用設施蔬菜生產農業機器人作為支撐，通過無人化的作業新模式，對設施蔬菜生產全流程進行不斷的優化。結合設施蔬菜生產機器人的發展特點，目前所采取的核心技術主要包括以下幾個方面：

① 對于近色莖稈目標的合理識別。主要是借助不同組織波段光譜特征的差異來進行操作。如此一來，在移栽、嫁接和采收過程中，能夠對不同蔬菜果實和果莖的顏色、形狀等特性進行精準定位與識別，進而對目標果實進行準確定位和判別，設定合理的摘取路徑以及躲避障礙的作業模式。

② 通過人機之間的技能傳遞對復雜的任務進行合理的設定，構建數據庫，并對數據庫內的數據進行分析。農業機器人能夠進行人機技能的傳授與相關技能訓練，構建動態的操作軌跡，也可以形成強化的模型，對采摘、移栽、嫁接等相關技能的參數進行學習，形成操作模式，以此更好地提高其應用的效果。

③ 設施蔬菜農業機器人通過對自動化裝備應用程序的設定，進行自動化的操作，可以提高作業的整體質量。比如，利用智能施肥機器人可以根據蔬菜作物生長的具體需求，對土壤的養分數據進行綜合性的分析，進行精準施肥，確定施肥的具體位置和用量，使得大棚蔬菜生長的需求能夠得到及時的滿足。再如，針對采摘機器人，利用機器人的程序設定來對成熟果實進行采摘與識別，這樣可以不斷提高工作效率，降低人工的成本。在嫁接方面，機器人手臂可以提高嫁接的準確性，這些農業機器人通過智能化的操作，可以推動農業生產和蔬菜生產更加高效。

三、智慧農業技術在設施蔬菜種植中的應用案例及前景

1、應用案例

智慧農業技術在設施蔬菜生產過程中，已有具體的應用案例。如江州區利用光照系統和智能自動控制系統，對蔬菜進行種植，可以打破季節的限制，對于蔬菜生長所需要的光照、氣候等條件進行精準的控制，使蔬菜產量和品質能夠得到一定的躍升。再如，利用“農業互聯網”項目，可以借助傳感器和通信技術，對農作物實施遠程控制與實時監測。種植戶可以通過移動終端設備，可以對蔬菜種植的情況進行動態的了解，獲取數據后進行綜合的分析，以進行精準的灌溉施肥等具體的操作，使得蔬菜種植更符合作物生長需求。

2、發展前景

在蔬菜種植過程中應用智慧農業技術，打造智慧大棚開展蔬菜種植，具有廣闊的發展前景。智慧大棚能夠對資源進行集約化利用，減少能源與資源的浪費，使蔬菜種植實現可持續發展，在智慧大棚的打造下，蔬菜種植過程中能夠根據作物的需求進行精準的營養供給和病蟲害防治，減少對化學農藥的依賴，提升產品的安全性和綠色化水平。尤其在當前的大數據與人工智能技術不斷發展的狀況下，對設施蔬菜進行智慧農業技術的應用，可以利用系統進行綜合的分析和預測，進行自主的決策，形成更加智能化的生產系統，對生產流程進行優化，由此推動設施蔬菜種植技術的智能化發展。

綜上所述，在設施蔬菜生產過程中，強化智慧農業技術的合理運用，可以明確當前智慧農業的發展方向與主要舉措，推動農業生產與技術實現深度融合，進而對蔬菜生產環境進行智能化感知與精準化管理。在進行生產過程中，蔬菜種植人員利用智能技術，能夠不斷提高生產效率和生產質量。此外，智慧農業具備推動技術革新的變革能力，在設施蔬菜生產過程中，可以推動其智能化路徑的合理構建，加強對環境的監測，實現對蔬菜產品營養的精準管控以及對病蟲害的合理防治。借助智能化的操作手段，更好地引導蔬菜生產朝著可持續的方向發展。

（作者單位：532200廣西崇左市水產畜牧技術服務中心）