基于IOT背景下中国粮食安全海洋方案的研究与推广

孙雅南 赵爽 赵孔嘉 张艳 屈文熙

摘要：经济发展和品质消费意识的提高，推动了消费者对食品安全的关注，同时也暴露了我国粮食安全方面存在的问题。本文基于物联网技术及对海藻产业现存问题的深入剖析，将物联网技术应用于海藻养殖业，采用“公司+合作社+农户”的模式，整合规范散户，进行精益生产，全面提高质量，打造中国粮食安全的海洋方案。以国家战略为依托，充分利用海洋资源，缓解土地种植压力，提高从业农民的综合素质，完善消费者餐桌上的食物结构，提升食品安全质量。

关键词：物联网技术;中国粮食安全;精益生产;海藻养殖

十九大报告提出，舌尖上的安全关系13亿多人的民生，关系中华民族的未来，国家要实施食品安全战略;但我国相关部门已制定了优先发展紧缺作物和特色作物的种植计划，说明我国陆地粮食板块已经构建完毕且处于饱和状态。而“蓝色产业”是推动 21 世纪经济发展的重要动力源。因此，我们应把战略目光瞄准广阔的海洋。国内众多学者以调整陆地粮食作物种植方案为切入点进行了广泛研究。包珊珊在研究供给侧改革背景下我国粮食种植结构调整时提出了减少水稻的种植面积，扩大大豆的种植面积，增加亩产，减少进口。鲍国良、姚蔚在研究我国粮食生产现状及面临的主要风险时提出只有更加科学化地分析区域粮食安全风险，因地制宜制定相关政策，才能切实做到维护农民利益，在发展中真正保障粮食安全。韩杨等在研究中国海藻产业发展形势与对策时提出是海藻产品结构相对单一， 初级产品较多，高附加值、深加工产品较少等问题。康慧宇等在我国海藻产业发展研究中提出建立海藻育种体系、重点研发精深加工产品、 加强技术交流与合作的产业发展意见。孙刚等在农业物联网在水产养殖中的应用方案中提出水产养殖智能物联网集在线采集、智能组网等功能于一体，主要由传感、遥测、传输、控制、终端、预警等子系统组成，可以有效提高水产养殖的生产效率、资源利用率和产品竞争力，符合绿色、集约、高效、安全的现代农业发展方向。现有研究均是针对粮食安全、海藻养殖、物联网技术的独立研究，忽视了学科融合所带来的益处，一定程度上限制了社会发展。随着智慧农业的快速发展，农业物联网正在向越来越多的领域扩展，在水产养殖中的应用方案可为科学管理和决策提供可靠支持。因此，本文选择海藻养殖这一细分市场，融合物联网技术，着力打造中国粮食安全的海洋方案。

1、中国粮食安全问题及海藻产业发展现状

1.1 中国粮食安全问题发展现状

粮食安全是国家安全的重要基础。靠中国的土地养活国民没问题，只是蛋白质供应略显不足，中国的粮食进口主要是为了改善国民的饮食结构和贸易平衡。从国内来看，我国工业化、城镇化快速推进，目前粮食安全有许多新情况、新问题、新挑战。

1.2 我国海藻产业发展现状

我国是世界重要的海藻生产国，随着海藻加工业的快速发展，海藻进出口贸易占比不断增加，尤以海带和紫菜为主。根据《中国水产品进出口贸易统计年鉴》，我国海藻进出口贸易品种主要包括“不适合供人类食用的海草及其他藻类”“干海带”“干江蓠”“干紫菜”“海带”“干裙带菜”等等;2014年我国海藻的出口量和出口额分别约为6.97万t和4.27亿美元。不仅如此，我国是人口大国和消费大国，将来随着海藻产业的多链式发展以及人们对海藻产品的源源不断的需求，我国海藻消费市场必将会有一个巨大的发展空间。但我国海藻食品多为简单初加工产品品，精加工和深加工产品比例严重不足，适合大众的即食食品比较缺乏，也同样存在产品单、加工技术低下的问题。海藻药物开发方面，海藻植物所蕴含的丰富的活性物質远没有得到充分开发，目前上市的海藻乃至海洋药物、保健品、化妆品的种类数量和效益仍无法与发达国家同类产品相提并论。

2、IOT系统组成

2.1 传感器子系统由服务器、远程数据采集器（RTU）、PC终端、网关、传感器、基站、手机终端等组成，可以实时监测水质的各项信息 （ 光照、水温、PH值、溶解氧、氨氮含量、亚硝酸盐含量等）。RTU采集各监测站位的目标数据后，完成组网、暂存、传输、中转等一系列任务。

2.2 遥测子系统，软件平台具有展示实时数据的功能，以满足生产单位大屏幕信息显示的需求。分布式监控子系统通过5D 网络和监控中心软件进行连接和数据交互"在大型应用场景中，可以组建二级监控分中心，将现场微环境测控器与监控分中心连接，多个监控分中心再与总监控中心软件进行连接和交互"这种智能监控平台具有多路输入输出、以太网接口和通讯串口，便于与其他仪器设备集成使用。

2.3 传输子系统，提供有线（RS232/RS458）无线 （GPRS/GSM/ZIGBEE），北斗卫星传输等多种方式，支持web浏览和配置，同时支持TCP、SNMP接口方式，通过IP网络与中心软件交互通讯，方便使用和管理。

2.4 控制子系统，根据传感器采集的环境因子数据，设置相关的发生条件后，可以对增氧机、水泵、电磁阀、风机等设备进行联动开启和关闭，实现远程自动化控制。以增氧机控制器为例，用户能够根据水质参数和现场视频，通过手机APP进行远程启停。

2.5 终端子系统为用品提供多种选择，包括移动应用APP、标准电商平台、微商城、小程序、中小企业全渠道电子商务云平台区块链溯源及农业物联网综合解决方案等。

3、海藻养殖新模式探究

3.1 “公司+合作社+农户”

采用“公司+合作社+农户”的模式，以合作社为结合点，整合散户，通过公司进行海域统一规划、划分不同种类海藻的养殖区域、为农户提供育苗并为其提供IOT监测系统，使海藻养殖规范化、统一化，海藻产量最大化。农户收获的海藻，可自行售卖，也可由公司统一收购，进行深加工。

3.2 建立海藻育种体系

从自然育种和人工育种两个维度展开。自然育种主要是基于海藻的养殖基地的自然环境进行无干预育种。遗传育种是主要的研究方向，主要有以下几个方面：①引种驯化，引进国外优质海藻进行培育;②家系育种与自交;③利用突变体培育品种;④杂交育种;⑤利用无性繁殖进行遗传育种;⑥通过原生质体融合，利用体细胞杂交育种;⑦通过目的基因的转移、整合与表达，用于种质创新和品种改良;⑧分子标记辅助育种。

3.3 大数据管理

通过IOT监测系统，向农民实时传输相关数据，如光照强度、温度、氧含量、pH值等，改变传统的农业生产和经营模式，向以软件和信息为中心、大量运用自动化、远程化设备的方向发展。

3.4 海藻产业链延伸

紧跟中国食品安全的脚步，实现海藻资源的合理配置与利用，以海藻产业链产品填补中国食品的市场空缺。海藻中镁、钙、碘等微量元素含量较丰富，经加工处理可做成海藻面粉用以替代单一的小麦面粉，缓解粮食种植压力，解放一部分土地资源;利用鲜切蔬菜加工、干果蔬菜加工等食品加工技术，打造“多藻合一”的蔬菜组合果蔬脆;还可以将各类海藻推广为生鲜蔬菜走近寻常百姓家，将来海藻类食品将会成为主要食品走近大众视野。创新生产工具，利用海藻催化功能。打造兼具地膜、农药、化肥功能的海藻地膜，不仅安全环保，而且还可以极大地提升农作物的品质，减缓塑料地膜带来的“白色污染”。丰富高端化妆品，发挥海藻的美颜功能。海藻可以用来生产海藻面膜等高端化妆品，海藻温和不刺激，是非常好的护肤品，像敏感肌一类的敏感皮肤均可使用;改良生物制药，拓展海藻药用功效，海藻可以用来生产维生素补充物等各类保健品，从海藻中提取加工而成的海藻酸钠因其具有很好的稳定性、溶解性、粘性、安全性成为药物制剂辅料。开发新式能源，推广海藻环保优势。藻类生物燃料在提供能源的同时还可以改善环境，传统的海洋生物燃料会消耗淡水资源，但是海藻不会有此副作用，海藻转化为能源已然成为一种趋势，这也是海洋带给我们的一笔宝贵的财富。

3.5 精益生产

与传统的大生产方式不同，精益生产的特色是"多品种"，"小批量"。

3.5.1准时生产

通过IoT监测系统，农户可根据海域环境对应市场需求，调整海藻收获时间。

3.5.2全面质量管理

采用“5M1E”的质量管理方式，极大提高产品质量：

Men：对生产海藻产品过程中技术人员、种植人员、原材料配送人员的素质、技能、组织管理能力进行管理;

Material：对生产海藻产品原材料的质量进行管理，不定期检查原材料质量。

Machine：对海藻产品的生产设备和生产工具的质量进行管理，每台生产设备，定期排查潜在危险，定期维护、更新。

Method：对工艺方法、试验分析方法和组织管理方法进行管理，在保证质量的基础上寻找更加高效率的生产方式，或者更加先进的生产技术。

Measurement：对检测手段、检测工具进行管理，根据生产阶段的不同，选择合适的生产检测手段、检测工具。

Environment：对海洋水质、温度、天气等进行实时监控，实行网络化科学管理。

4、中国粮食安全海洋方案的制定与推广

4.1 基础海藻食品

4.1.1海藻面粉，以小麦粉为基料添加海藻粉制成的一种面粉，精选海藻、小麦原料，浸泡并清洗小麦脱皮，按比例混合原料、碾磨成粉状并烘干。海藻面粉，含小麦粉，还有海藻粉，它们的用量按百分比重量，海藻粉15%～25%，小麦粉75%～85%。海藻面粉中还含有油脂成份，这种油和有益健康的橄榄油有些相似，用它做出的食品不仅美味，而且低热量、高蛋白，较符合减肥减脂人群。

4.1.2海藻果蔬脆零食

在各海域养殖不同藻类，验收分拣后运往加工厂。为了达到蔬菜水果的均衡营养、根据科学的蔬菜水果配比形成什锦果蔬脆。打造“多藻合一”的海藻蔬菜组合产品，果蔬脆严格区别于薯片等膨化食品，在不久的将来将是薯片等膨化食品的替代品。

4.1.3食用藻鲜品

利用海藻专用清洗机，在网带连续不断向前行走的过程中，机械手臂对海藻进行抓洗作业，对其进行彻底的清洗。清洗完毕后，采用巴氏杀菌机对产品进行杀菌消毒，后包装入袋。将海茸，海笋，海竹荪（海茸芯），南极冰藻，绿色风尾藻，石花菜，金茸条，金茸片，裙带菜，海发菜等海藻，制作成真空保鲜的袋装食品，分为海藻鲜品和海藻半成品两大类。

4.2 海洋生物制药

来自海洋的海藻酸、甲壳胺等生物材料具有良好的生物相容性、很高的吸湿性和生物可降解性，是制备面膜、医用敷料、手术缝合线、成年人失禁用品妇幼吸湿用品、等医用卫生材料的优質原料。

4.3 方案推广

通过建设海上粮仓，解放土地资源，缓解粮食种植压力，其中海藻面粉、海藻果蔬脆零食、食用藻鲜品等基础产品，使海藻产品步入消费者视野，丰富消费者餐桌上食物结构，并使消费者餐桌上的食物来自海洋的高达25%。另外，通过“公司+合作社+农户”的模式，实现低投入、高产出的目标，为从业者提供创富机会，助力乡村振兴。

对于中国粮食安全的海洋方案，应大力采用公共关系营销的方式进行推广;积极进行对政府的公关活动，争取有关部门支持并协助推广产品，真正发挥其社会效益、环保效益和经济效益。另外，要进行精准的客户定位，随着社会物质生活的进一步提升，以及供给侧改革的进一步落实，基于用户定位的商品销售会成为商业运作的主流形态。文化现象有其滋生性和影响力，在“互联网+”的数据库大时代下，需要找到合适的文化平台，来推广海藻养殖的大好前景，海藻相关产品营养价值和药用价值。

参考文献：

[1]包珊珊.供给侧改革背景下我国粮食种植结构调整现状及建议[J].农村经济与科技，2019，303（14）：207-208.

[2]鲍国良，姚蔚.我国粮食生产现状及面临的主要风险[J].华南农业大学学报（社会科学版），2019，18（06）：111-120.