农业物联网在马陆葡萄产业园中的应用

王素青，单涛，卢小露，张晋盼，房鹏霞，单文龙

（1.上海马陆葡萄公园有限公司，上海 201818；2.上海市嘉定区农业技术推广服务中心；上海 201818；3.上海市嘉定区马陆镇农业服务中心，上海 201818）

马陆葡萄产业拥有近40年的发展历史，自上世纪80年代至今，历经产量效益、质量效益和品牌效益三个阶段，成为沪郊品牌农业生产的一面旗帜。截止2019年底，马陆镇葡萄种植面积近380 hm2，产量6700 t，产值近1个亿，是上海经济作物中产值最高、效益最好的树种之一。

近年来随着经济下行压力和消费观念的变化，马陆葡萄面临前所未有的挑战。提高生产效率，降低劳动强度，推进绿色、生态生产制度的建立与执行，生产出优质葡萄，成为马陆葡萄产业持续发展不得不破解的难题。

上海农业正向精准化和智能化的都市现代农业发展，物联网技术在这些领域的应用日渐深入，对农业发展的促进作用逐步显现。以物联网技术助力“传统农业”向“现代农业”转变，对建设上海都市现代农业、提升农业综合生产能力、保障农产品有效供给和农产品质量安全等具有十分重要的意义[1]。目前，物联网技术在葡萄种植上的利用，多集中在葡萄生长环境的信息采集、智能灌溉、智能监控方面[2-3]。葡萄水肥一体化的应用，可以实时获取土壤水分、养分信息，通过单片机或者云端分析系统反馈给肥水控制系统，实现水肥一体化动态平衡[4]。将物联网引入葡萄种植过程，实现无线传感器与葡萄种植的结合，有利于更好的监测葡萄生长状态，对农业资源和生态环境进行及时预测，实现资源优化配置。同时，可以时时掌握葡萄生长的动态数据，进行科学管理，节约人力资源成本，提高葡萄的产量和质量，增加种植效益，促进葡萄种植业可持续发展[5-7]。

上海马陆葡萄公园作为马陆葡萄产业的核心示范园，担负着葡萄生产、科研、示范、休闲等多重任务。在此形势下，上海马陆葡萄公园应用物联网和互联网等现代信息技术，扩展物联网的应用领域，将该技术引入生产经营全过程，涵盖生产管理、旅游销售、品牌宣传、质量追溯等，建成集葡萄生产智能化管控、休闲体验、互联网品牌营销及生产过程可追溯等融为一体的智慧园区管理系统，打造国内一流的葡萄产业示范园，探索形成可复制、可推广的葡萄产业园智能化管理模式[8]，推动马陆葡萄产业转型升级和可持续发展。

通过几年的应用和实践，目前的上海马陆葡萄公园已经将葡萄生产管理、观光旅游、销售推广以及产品追溯等环节融合为一体，实现从产前、产中到产后的相互依存和协作，构建起马陆葡萄公园智慧园区平台，促进了马陆葡萄园区的现代产业品牌化发展，发挥马陆葡萄的示范优势，形成数字农业的推广效应。

1 智慧种植系统

1.1 环境信息采集监控子系统

在不同种植模式的大棚内安装环境信息采集监控子系统，实时在线监测葡萄种植信息（空气湿度、温度、光照、CO2含量）和土壤参数（土壤温湿度、pH值、EC值、养分值、重金属离子）[9]，提供葡萄生长环境信息。

在园区内实时监测生产区域的气象信息，包括风速、CO2、降雨量，并与园区中央监控管理系统连接。在灌溉的水源处设置一套灌溉水质智能信息采集系统，用于检测灌溉用水中的养分和重金属含量，从源头保证葡萄的生长环境[10]。

葡萄种植大棚内安装高清网络摄像机，对棚内葡萄生长环境情况进行全方位监控，使用网络传输实时图像，连接智慧云平台，在PC端、手机端进行远程观察[11]。

1.2 智能化控制系统和水肥一体化系统

系统实时将采集的环境信息存储至服务器，数据服务器对接预设的指标阈值，利用智能云终端控制设备实现生产自动化控制。本子系统的自动控制设备包括智能化“超早型”温室中心的空气加温、降温设备、灌溉设备、补光设备、CO2补给设备；设施连栋大棚的自动卷膜器和电磁阀。应用水肥一体技术，实现自动化灌溉与施肥，达到节省肥料、减少人工的目的。

1.3 臭氧水消毒系统和施药高压微喷雾系统

在4000 m2智能化“超早型”温室中心安装臭氧水消毒设备和施药高压微喷雾系统。臭氧水消毒系统利用臭氧的强氧化性进行杀菌除虫，降解葡萄表面附着的残留农药，提高果品安全性。施药高压微喷雾系统，利用高压和管道上的微孔形成5～15 µm的雾粒，使得药液均匀喷洒，起到节省农药的作用。

2 智慧管理系统

智慧管理系统以数字化农业生产管理系统为核心，贯通园区观光旅游、销售推广以及产品追溯等业务模块信息和数据流，实现园区生产和管理的信息化和规范化。系统包括电商导览管理子系统、数字农业生产管理子系统和农产品质量追溯系统。

2.1 电商导览管理子系统

为方便游客游园和便捷的了解园区相关信息，游客可点击进入区域场景，查看该区域的品种介绍、环境参数、生产状况、实时视频等信息。同时，开拓消费渠道，以微信公众号为载体，建立电子商务平台，支持会员管理、商品分类、上下架、线上支付和物流跟踪等功能。在葡萄采摘季节，上海炎热的天气会降低消费者现场采摘体验感，因此开发出虚拟采摘模块，消费者足不出户可体会到采摘的乐趣。并且该模块还具有下单形成实体订单的功能，也增加了电商的互动环节。

此外，自助导览、信息推送和品牌宣传在该系统中均能实现，真正实现了农业园区的智能化。

2.2 数字化生产管理子系统

支持PC端、移动端的云办公模式，满足园区日常行政事务处理的需求。可处理新闻公告、公文文档、日常考勤和审批流程等行政业务。数字化生产管理考虑从业者的文化程度及田间作业的特性，开发语音识别、随手记和批处理等简化操作技术，贯穿生产各个环节的数据和信息流，包含区域管理、生产计划、田间管理和采收管理等。

2.3 农产品质量追溯系统

以葡萄生产全过程的协同管理为核心的实时系统，以时间为轴，计划为主线，关联品种、地块、投入品和农事行为，建立葡萄作业流程、规范和标准。管理员和消费者通过扫描二维码，上传或获取产品的溯源信息[11-12]。

3 演示监控中心

采用云服务和云计算架构技术，整合智慧园区管理平台，实现园区管理的信息化监控和智慧农业的集中展示，同时也为对外宣传提供展示平台。

4 综合效益

4.1 经济效益

项目实施前园区人均管理土地面积约为4330 m2；项目实施后很大程度上节约温度、施肥等田间管理的人工投入，人均管理土地面积提高至5670 m2，节约30%左右的劳动力投入，为企业节约劳用工成本50～60万元。

应用物联网技术可根据葡萄不同生长期的温度阈值进行自动化控制，减少人工操作的误差和极端天气的影响；水肥一体化的使用及精准施肥，提高水肥利用率。同时，商品果率得到大幅度提高，由75%提升至85%。据计算，商品果率每提高一个百分点，产值约增加1500～2000元/667m2，园区总产值可提高40～50万元。

4.2 社会效益

都市农业在保证产品品质的基础上，提倡轻简化栽培，推广物联网技术，是解决产业发展中普遍存在的“招工难、招工贵”问题的有效途径，为产业的良性发展提供参考依据。覆盖产前、产中、产后全过程的追溯系统，规范种植者的档案记录习惯，重塑消费者的信心，有利于政府和监督部门的监管。

物联网技术的应用，完善了园区的基础设施，打造出了一个物联网+农业的示范样板，为葡萄产业的创新和智慧农业的发展起到示范和推广的作用，有利于扩大马陆葡萄地域品牌的影响力和知名度。

4.3 生态效益

通过物联网的应用，从源头监测生长环境，园区种植者可根据葡萄生长形式进行科学的用药用肥。水肥一体化设备提高肥料的利用率，高压微喷雾系统增加农药的黏着率和利用率，可减少农药的使用；臭氧水消毒系统替代农药，且臭氧氧化产生的水可重复利用，大大提高葡萄的食用安全，也保护了生态环境。

物联网技术通过实时监控葡萄生长环境，通过阈值实现时时操作或在灾害天气到来时将预警信息发送至种植者智能手机，可将不良天气影响降至最低，以减少经验不足带来的不利影响。这样，专家的种植技术和先进经验不再停留在大企业或科研单位，可通过数据共享，提高整个行业的种植水平，推动效益的整体提升。但由于物联网设备投入较大，企业或单个合作社通过自身完成建设，相对比较困难，需要政府的大力支持。物联网设备的操作要求从业者有一定的电脑或智能化知识储备，因此加强技术培训也是推广物联网技术的关键。

本文得到马陆葡萄产业创始人、上海市葡萄研究所所长单传伦的悉心指导，表示衷心的感谢。