物联网技术与中药材种植融合方案研究——以酸橙为例

任旻琼，殷华璨，陈建国

(1.常德职业技术学院，湖南 常德 415000；2.常德外国语学校，湖南 常德 415000；3.常德惠农林业专业合作社，湖南 常德 415000)

1 物联网技术与当前农业的结合概况

随着互联网技术不断发展，农业物联网设备变得越来越先进。物联网技术对农业的帮助主要分为两方面：增产和提质。 增产主要是通过物联网设备对农产品种植环境的全方位监控与调整，使植物始终处于最适宜的生长环境中，同时通过精确调整，减少水肥等资源的浪费[1]。 提质主要针对绿色农业、有机农业等高附加值产品的生产，通过物联网技术为农产品生成的“数字身份证”，全方位记录农产品的种植、加工、流通过程，确保最终成品符合相应的标准，获得较高的市场定价，增加单位种植面积的收入。

2 物联网技术与中药材种植的结合

中药材种植与普通作物不同，除了要考虑产量外，也要考虑药材的药用价值，即有效成分的含量，部分药材还需检测重金属、农药残留量。因此，中药材种植更需要与物联网技术相结合，以实现标准化生产和种植过程可溯源。

酸橙主要分布于四川、湖北、浙江、湖南、江西等地，源于酸橙的药材主要有枳实和枳壳，枳实5—6月采收，枳壳7月果皮尚绿时采收。药典规定枳实干燥后直径为0.5～2.5 cm，醇溶性浸出物不得少于12%，含辛弗林不得少于0.3%；枳壳干燥后直径为3～5 cm，含柚皮柑不得少于4.0%，新橙皮柑不得少于3.0%。 “川枳实、川枳壳”品质佳，行销全国各地，是四川的道地药材之一。 “湘枳实、湘枳壳”发展很快，产量大。江西枳实、枳壳以清江县黄岗和新干县三湖洲的最著名,为传统道地药材[2]。 通过查询中药材天地网数据，近一年枳实统货行情在40～55 元/kg，枳壳统货行情在16～30 元/kg。

以酸橙为例，本文以某品牌的“传感器-云平台”为例，研究酸橙种植与物联网技术结合并实现提质增产的实施方案。

3 技术方案与选择

考虑到全面推广最新物联网技术一次性投入过大，会对种植企业（合作社）造成较高的成本压力。 针对不同要素的调整频率要求，为不同要素设计不同调整方案，由企业根据自身资金情况进行选择，具体分为2 种。

3.1 自动测量，人工调整

通过预设好的传感器测量相应参数，然后人工调整相应环境因素。对于调整精度和频率要求都不高的参数，可以选择用人工调整节约设备购置成本，人工调整的结果不影响种植期间数据的真实性[3]。

3.2 自动测量，自动调整

通过预设好的传感器测量相应参数，然后物联网设备会根据程序设定自动调整相应环境因素。自动调整的设备在控制系统发出指令后，可将环境参数调节至指定的范围，自动调整具有全时段、响应快、精度高、人力依赖低的特点，缺点是需要额外购置相应的调整设备，短期成本相对较高。

4 种植数据收集

本地的土壤、气候、海拔等环境不一定是枳壳的最佳种植环境，收集历年本地的气候信息和产量情况关系，对比各地科研成果，找出适合本地情况的枳壳种植环境数据。 若无详细数据，也可在园区划分若干个组进行对比，在光照、土壤pH、温湿度等方面调整相应环境参数，记录各组的产量、质量情况，最终通过数据分析得出本地种植枳壳的最佳环境条件，指导后续生产[4]。

5 设备功能

5.1 监测功能

传感器能监测空气温湿度、土壤温湿度、光照强度、pH 值、盐分、二氧化碳、风速、风向、雨量等数据，并上传至云服务器[5]。 监测功能是实现智慧农业的关键环节，向上接通云平台实时上传数据，向下与操作人员或自动调节装置联系，传达调节指令，该环节的设备出问题必须尽快安排维修调整[6]。

5.2 溯源功能

通过一定方式访问产品生长过程形成的数据资料，收集产品种植、生产、销售的全流程信息并进行大数据管理。溯源功能主要针对国家鼓励中药建立可溯源体系，过去旧的溯源功能存在不精确、数据可修改等问题，采用云平台后，本地生产者不能对溯源数据进行人为修改，大大增加了溯源数据的可靠性，有利于提高产品的市场认可度，实现来源可溯，去向可追，责任可究，信息可视，科学管理。

5.3 预警功能

云服务器会根据收集到的各地病虫害信息和专家预报，对可能遭受病虫害影响的用户发出预警，并给出专家的防治建议。例如某公司植保信息化病虫害监测预警系统由远程拍照式虫情测报灯、无线远程拍照式孢子捕捉仪、无线远程自动气象站、远程视频监控系统等组成，该系统可自动完成虫情信息、病菌孢子、农林气象信息的图像及数据采集，并自动上传至云服务器；通过图像信息库及技术分析功能，分析田间的病虫害数量变化，预测病虫害的发生时间和趋势；用户可通过云平台或手机APP 实时查看数据，远程管理设备，实现信息化管理，达到省、市、县、乡各级信息采集站无线传输，运程控制，信息数据共享，从而提高病虫害监测防控能力。

5.4 调节功能

每当传感器获得的监测数值到达指定范围时，自动调节的设备将依照系统指令对作物进行补水肥、补光、喷药等操作，使作物能在最适宜环境下顺利生长，增产提质。

6 人员培训

培训主要针对技术人员和普通员工 （合作社成员、农户），不同人员需要学习的内容不同。

6.1 技术人员需要掌握的技能

设备安装调试、设备参数设置、简单故障维修、故障报修、病虫害预警处置。推广前期，挑选本地专业农技人员对设备操作调试的方法进行学习，然后集中下发操作手册，设备购进后对农技人员进行实操测试，通过测试后，正式使用设备。

6.2 普通员工需要掌握的技能

参加设备操作和报障培训、依照系统提示进行设备常规操作，在设备出现异常时及时向农技人员报告，进行设备故障上报，统一安排人员维修或请服务提供商派专人维修。

7 酸橙种植监测重点和调控参数

根据江西中医药大学高萌等[7]的研究成果，酸橙产出之一枳壳的活性因子主要有2 种：黄酮类成分和香豆素类成分。 与黄酮类成分相关的生态因子是采摘期辐射，与香豆素类成分相关的是生长期降水量。另外，病虫害、水肥因素影响了整体产量，也需要重点关注。

7.1 生长期降水量监测与调控方案

生长期降水对香豆素类成分含量影响最大。考虑枳壳生长期主要是4—5月，所以需要使用土壤湿度传感器对这一阶段的土壤水量进行重点监测和记录。一方面，传感器感应到湿度低于一定数值时，可以启动设备补水或提醒工作人员人工补水，另一方面，积累一定年份的数据后，也可根据本地历年产量和质量结果反推在本地适宜的生长期水量，供后续种植中工作人员设置更适宜的参数范围。

7.2 采摘期辐射监测与调控方案

采摘期辐射影响黄酮类成分的含量。在园区内不同区域设置若干太阳辐射传感器，利用云平台记录该区域的太阳辐射情况。当某日的太阳辐射强度低于设定数值时，系统会进行自动补光或提醒工作人员补光。 积累一定年份数据后，可以利用数据分析出本地枳壳采摘期最适宜的采摘期辐射量范围，便于工作人员设置更精确的参数范围。

7.3 病虫害监测与调控方案

病虫害主要依靠物联网设备（病虫害监测预警系统）进行自动监控，该系统不仅可以向云平台实时传输病虫害信息，还可以接收由云平台提供的周边病虫害预报，对于可能危及本区域枳壳的病虫害，由平台专家给出防治建议，技术人员根据相关指示采购药品和设备进行人工防治。

7.4 水肥监控与调控方案

物联网设备能自动记录植物生长全程的土壤含水量、各种离子浓度等数据，当相应数据低于某个设定值时，系统可以控制施肥系统或发出提示让工作人员施用相应肥料。物联网传感器能精确把握需要施肥的时间和用量，相比传统的盲目大量大范围施肥，大大降低肥料成本，提高了肥料利用率。另外，精确的调控在日常灌溉中也可以减少水资源的浪费[8]。

8 智能采摘系统

智能采摘系统目前在一些果蔬种植基地应用已较成熟。该系统可利用机器人在果树的果实成熟时通过系统识别后自动采摘, 相比人力采摘有以下优点：可全天候操作；可精确识别设定的成熟果实，根据设定的成熟度（色彩、尺寸等）选择摘果；采摘中不损伤果实和果树，有效避免人工采摘某些果实时因用力过大造成的果实损坏。

传统枳实采收主要是捡落果，容易出现大小不一、坏果的情况，枳壳采收是人工采摘，因枳壳要绿色时采收，与叶子颜色相近，容易漏摘。 目前为了产品质量，枳实和枳壳均采用人工采摘，效率低成本高，采摘时因颜色是深绿色与叶子颜色相近，很容易漏摘。 因产品特异性原因，目前厂家没有专门针对枳实、枳壳的智能采摘设备。 技术人员可以通过对适合采摘的果实进行形状、尺寸、颜色等方面记录，将数据提供给相应设备的开发者，由开发者进行个性化定制，实现对枳实、枳壳的精准识别，提高采摘效率，降低人工成本。

9 展望

物联网技术与枳壳种植产业结合，一方面能提高枳壳的产量和质量，另一方面可以将数据用于农业科学技术研究。 工作人员在实践中对设备的操作和调节，能提高他们的信息设备使用水平，这些工作人员可以成为企业中对物联网技术最熟悉的群体，他们可以在其他农业项目与物联网技术结合中成为中坚力量。 待枳壳种植与物联网技术广泛融合后，也可将这样的案例搬到其他高附加值农产品的生产中，大大降低推广难度，提高推广效率，让物联网技术更快服务中药材种植业，实现药材种植的溯源和标准化生产。