疫情常态背景下温室物联网技术在蔬菜生产中的应用

褚军　张静　刘萍　王奎萍　赵大球　佟思纯

摘 要：新冠疫情的暴发对传统蔬菜生产造成极大的冲击。该文以温室番茄生产为例，重点探讨疫情常态化背景下利用物联网技术实现番茄的栽培生产管理，从番茄生长发育周期的确定、温室环境条件的调控以及病虫害防治3个方面对物联网技术在番茄生产中的应用进行探讨，以期为疫情常态化背景下蔬菜生产发展提供参考。

关键词：物联网技术;蔬菜生产;番茄;新冠疫情

中图分类号 S127;S641.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）07-0108-03

2020年初突如其来的新冠肺炎（COVID-19）疫情对我国社会生产造成了不可忽视的负面影响[1-2]。中央及地方政府为了防止疫情蔓延，相继出台了严控人员流动、停工停产等防疫措施，这些措施的实施在有效控制疫情扩大传播的同时，也严重影响了正常的社会经济发展。农业是我国第一产业，2020年1—3月，全国农业增加值下降3.2%[3]。以蔬菜生产为例，由于蔬菜生长快、产量高，又要求产品鲜嫩，这就需要对蔬菜生产进行精耕细作和较高的栽培管理水平[4]。而疫情的暴发使得农业人员不能到达生产现场，对于生产中出现的问题不能及时发现和处理，从而导致蔬菜产量和品质得不到保证，严重影响了蔬菜生产和农民的增收。

近年来，随着信息化和现代化的发展，物联网技术已被广泛应用于农业生产的各个环节[5-7]。信息采集系统利用传感器对温室中的各类环境信息，如空气温湿度、土壤温湿度、土壤pH等进行实时远程采集和监控;智能控制系统对温室内环境条件进行远程控制，保证植物的生长环境;摄像监控系统能够立体、鲜活、形象、直观地反映植物的生长状态、生产过程以及病虫害的预防。对于超出系统设定阈值范围的环境信息，预警系统会向用户PC或手机终端发出预警信息，并给出相应的解决措施。物联网技术将温室内智能装备信息、作物信息、环境信息三要素通过数据传輸技术实现共享，从而使植物在无人状态下保质保量生产变成可能[8]。笔者以茄果类蔬菜番茄生产为例，就疫情常态化背景下如何利用物联网技术实现番茄的生产进行探讨，以期为疫情期间蔬菜的智能化生产提供参考。

1 物联网系统构架

该物联网系统位于扬州市职业大学园林园艺学院玻璃温室蔬菜生产区，分为设备层、网络层、平台层及应用层4部分，如图1所示。设备层为智能主机、各类传感器、高清摄像头、智能控制器以及智能设备等，通过Zigbee网进行通信;网络层由4G通信网络、数据专线组成，为数据传输通道;平台层作为系统的核心，负责数据计算和交互，为远程控制提供决策;应用层主要面向用户，将接收到的数据信息通过图表和曲线的方式展示给用户，方便用户实时查看和调控。

2 物联网技术在番茄生产中的应用

2.1 生长发育周期的确定 番茄的生长发育周期主要分为发芽期、幼苗期、开花坐果期和结果期4个阶段，各生长期番茄植株的形态特征存在差异。疫情期间生长发育周期的确定主要利用物联网的监控系统，用户在PC端或手机端App远程缩放温室内高清红外球机（500万像素，32倍变焦）焦距、调整摄像头角度来全方位立体观察植株的形态特征，确定番茄所处的生长发育期，从而对相应阶段的栽培管理措施进行调整。如当高清摄像头远程观测到番茄植株出现第1片真叶时，可以确定番茄已处于发芽期，在适宜条件下7～9d。发芽期能否完成发芽取决于温度、湿度、通气状况等环境条件。当摄像头中番茄植株出现第1片真叶时，番茄幼株即进入幼苗期，此阶段的主要任务是保证幼苗的健壮生长及花芽的正常分化及发育，同时实时监测苗期病害的发生。当植株第一花序出现大蕾时就进入了开花坐果期，该阶段对水肥要求较高，可通过智能控制器远程调节水肥一体化系统，保证水肥的供应。当摄像头观测到植株第1花序果实坐稳，即番茄进入结果期，该阶段需要实时监测果实坠秧现象，保证结果与长秧的平衡[4]。

2.2 温室环境条件的调控

2.2.1 温度 番茄属于喜温作物，不同生育期对温度的要求存在差异。种子发芽适温为25～30℃;幼苗期白天20～25℃，夜间10～15℃;开花期对温度要求比较严格，昼温控制在20～30℃，夜温15～20℃;结果期昼温控制在25～28℃，夜温15～20℃[4]。温度的调控主要依靠空气温湿度传感器，土壤温湿度传感器采集到的实时数据上传至云平台，用户通过PC端或手机端App远程随时查看相关数据图及曲线图。当温度超出相应的阈值时，用户通过移动端远程开启或关闭风机、天窗、湿帘、外遮阳、内遮荫等智能控制设备，满足温室内植株生长所需的温度条件。

2.2.2 光照 番茄属于喜光作物，番茄的光饱和点为70klx，最低光照强度需30～35klx，属于中日性植物。番茄在13～16h光照条件下生长最好[4]。用户可以通过移动端远程开启或关闭补光灯、外遮阳、内遮荫等光照调节设施，保证番茄的光照条件。

2.2.3 水分 番茄吸水能力较强，一般土壤湿度要求在土壤最大持水量的60%～80%，空气湿度保证在45%～50%为宜[4]。通过物联网系统，用户可以远程查看温室空气、土壤中的湿度状况。当实时数据偏低或偏高时，通过PC端或手机端App操作智能无线控制器开启或关闭航喷系统、通风系统，及时补充或降低空气和土壤中的湿度，保证番茄各生长阶段的水分需求。

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。植株肥料的供给主要通过水肥一体化系统实现[4]。用户根据土壤pH值传感器、土壤EC值传感器采集到的营养土的pH值和EC值制定相应的施肥策略，定时定量供给。

2.3 病虫害防治 温室中番茄病害主要包括灰霉病、早疫病、晚疫病、叶霉病、病毒病等，害虫主要有蚜虫、白粉虱、棉铃虫、红蜘蛛等[9]。一方面通过高清监控系统实时在线监测番茄植株的生长状态及病虫害信息，结合相关书籍或专家系统，对病虫害信息进行诊断和预警;另一方面，病虫害的发生与环境条件相关。物联网各传感器实时监测番茄的生长环境，当环境条件超出相应的阈值时，就需要进行相应的调整，坚持预防为主、综合防治的植保方针。物联网信息的采集不仅在数量上实现了突破，在维度上亦实现了飞跃，提高了病虫害预测的精准度。

3 问题与展望

目前，我国农村农业的生产仍以农户式小规模种植为主，农民在安装使用物联网设备方面存在基础设施薄弱、资金不足、缺乏指导等问题，物联网技术的使用范围受到很大程度的限制，农业生产精细化、机械化以及自动化水平不高。同时，农民整体文化水平偏低，应用物联网技术的能力不强，影响了物联网技术的推广及农业信息化的发展。基础设施的建设和应用是物联网技术推广的根本，通过系统关键技术的创新提升，构建物联网实时监控、自动控制、智能决策、精准作业及科学管理于一体的现代农业化体系。

虽然近年来物联网技术广泛应用于农业生产环境监控、动植物生命信息监控、智能农机以及农产品质量安全与追溯等各个领域，但仅局限于对农业生产的监控及环境条件的控制，对于传统的植株绑蔓、摘枝、采收等重要农业活动还需依赖人工作业，缺乏智能化精准作业装备。因此，需加强科技研发的投入，实现无人育苗、无人监测、无人调控、无人分拣、无人收获的高效生态农业[10]。

参考文献

[1]褚庆宜，赵晓峰.疫情影响下的农业安全与乡村振兴——“第四届农业社会学论坛”观点综述[J].西北农林科技大学学报（社会科学版），2021，21（1）：155-160.

[2]叶兴庆，程郁，周群力.新冠肺炎疫情对2020年农业农村发展的影响评估与应对建议[J].农业经济问题，2020，（3）：6-12.

[3]魏后凯，芦千文.新冠肺炎疫情对“三农”的影响及对策研究[J].经济纵横，2020（5）：36-45.

[4]刘峻蓉.蔬菜生产技术（南方本）[M].北京：中国农业大学出版社2017.

[5]聂鹏程，张慧，耿洪良，等.农业物联网技术现状与发展趋势[J].浙江大学学报（农业与生命科学版），2021，47（2）：135-146.

[6]王萍，赵宏亮，李佩林.农业物联网技术在大豆生产中的应用[J].大豆科学，2018，37（5）：809-813.

[7]吳建伟.中国农业物联网发展模式研究[J].中国农业科技导报，2017，19（7）：10-16.

[8]李瑾，郭美荣，高亮亮.农业物联网技术应用及创新发展策略[J].农业工程学报，2015，31（S2）：200-209.

[9]焦子伟，孙清花，张娜.新疆伊犁温室有机番茄病虫害发生及综合防治[J].江苏农业科学，2017，45（10）：77-80.

[10]兰玉彬，赵德楠，张彦斐，等.生态无人农场模式探索及发展展望[J].农业工程学报，2021，37（9）：312-327.

（责编：徐世红）

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

基金项目：江苏省现代教育技术研究2019年度重点课题（课题编号：2019-R-69658）;扬州市职业大学教改重点课题（课题编号：2018JGZD04）;扬州大学教改课题（课题编号：YZUJX2018-41C）研究成果。

作者简介：褚军（1984—），男，江苏江都人，博士，讲师，研究方向：园艺栽培学。  收稿日期：2021-12-23