农业物联网技术在设施蔬菜生产中的应用与成效

张 炬 吴 斌

（1. 上海市宝山区农业技术推广中心，上海 宝山 201901；2. 上海三家村蔬果专业合作社，上海 宝山 201901）

上海三家村蔬果专业合作社位于宝山区杨行镇北宗村、杨北村、桂家木三村接合部，由市、区、镇三级政府投资1 500万元于2009年7月成立，合作社占地面积21 hm2，为设施菜地。合作社于2015年成功创建上海市蔬菜标准园，2016年成功创建绿叶菜绿色防控基地，是宝山区农业规模化经营的一张“名片”，代表了宝山区的农业发展水平。合作社位于宝山区蔬菜生产集中带，紧邻上海外环高速公路，具有较强的区位优势，通过多年的生产经营，积累了良好的口碑和信誉。近年来，随着社会经济的快速发展和居民生活水平的不断提高，高端精品蔬菜的市场销量逐渐上升。因合作社原有的大棚建造时间较早、构造单一、部分材料老化，且大棚内没有环境监测与调控、水肥一体化设备，不适合高端精品蔬菜的生长，合作社对原有的连栋棚进行了改造，并配套添置了农业物联网软硬件设施，以满足高端精品蔬菜生产对环境的要求，建立标准的高端精品蔬菜生产基地，同时实现蔬菜生产节本、省工、高效的目的［1-2］。

1 改造内容

为了将农业物联网技术和现代温室设施设备应用于设施蔬菜生产，合作社以面积为1 hm2的连栋大棚作试点，根据上海市温室建造推荐标准GSW 8430 型连栋塑料温室的规格及技术要求（SGMA 2017.03）安装了传感器、视频监控设备（监测网络），以便实时采集环境信息及监测蔬菜生长情况。环境信息经数字化分析后，应用无线通信网络和自动化控制系统远程控制大棚卷膜器、电磁阀、水泵等设备的运作，完成环境调控、灌溉施肥等操作。

2 主要功能

2.1 及时调控生产环境

利用物联网技术可实时监测、采集、分析各类数据，如连栋大棚内的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度，土壤的温湿度、EC 值、pH 值以及音视频等信息，以便管理人员及时了解、掌握与蔬菜生产相关的各项环境参数。管理人员可通过手机或电脑获取实时环境数据，并根据数据变化调节灌溉系统、保温系统及其他设备，确保蔬菜作物在适宜的环境条件下生长。管理人员也可在系统上提前设定环境参数，当大棚内环境条件无法满足蔬菜生长需求时，系统服务器会通过无线信息传输节点向大棚集成控制柜发送数字信号，控制柜收到控制命令后，将控制信号经控制线传送到各个硬件设备，遮阳膜、喷淋设施、湿帘、鼓风机等设备实时完成打开或关闭操作，当环境数据达到系统预设的数据范围时各设备停止运作。例如，棚内气温高于室外温度时，控制系统会自动开启大棚天窗或使用遮阳膜；下雨时，控制系统会根据实时雨量及气温采取不同措施，温度较高（高于34 ℃）且雨量较小时开启天窗并使用外遮阳膜，雨量大时不开启天窗。

2.2 水肥有效管理

大棚内配备了喷滴灌设施，采用比例式施肥泵和移动式施肥机进行水肥管理。将有机肥和水按一定比例混合后，经灌溉系统均匀施于田间，可减少肥料对环境的污染。水肥一体化技术和农业物联网技术结合应用具有以下优点。（1）肥水通过管道系统被精确输送到蔬菜根部，可实现定时、定量供应，有效提高肥料利用率，同时有利于提高蔬菜的产量和品质，实现稳产增收。（2）系统可根据蔬菜种类、生长期及生长状态，准确调控灌溉量和施肥量，从而满足不同蔬菜对水肥的需求。合作社应用水肥一体化技术过程中，使用市级、区级相关部门推荐的优质水溶肥，并积极试用有机水溶肥和含腐殖酸水溶肥，每年应用面积超过20 hm2次，实现节肥省工10%以上，增产效果明显。

2.3 农产品质量安全管理可追溯

物联网技术可利用电子标签、条形码以及传感器监控等方式，对农业生产、销售流通等环节进行信息采集和分析，将采集的信息接入宝山区农产品质量安全监管系统，可实现农产品各个生产环节的质量安全可追溯，最大限度地降低了食品安全隐患。质量安全追溯内容涉及农事操作管理、化肥农药使用、加工及销售等各个环节。消费者只需在相关电子触摸屏输入关键词，即可查询到相关信息，也可用手机扫描二维码查询农产品的相关信息，实现从田头到餐桌的安全质量可追溯。

2.4 蔬菜长势可监控

农业物联网系统集成了视频监控设备，采用网络摄像头远程监控大棚内蔬菜的长势，摄像头可360°旋转，实现监控无死角。农业专家可利用视频图像察看棚内蔬菜的生长情况，判断大棚内的温湿度是否合适、蔬菜是否发生病虫害。智能控制系统集成了自动化控制系统及远程数字监控系统，用户可利用手机移动端智能控制APP随时随地操控系统。通过对大棚内环境数据的收集和分析，物联网系统可及时预警病虫害发生种类和发生程度、灾害性天气等，提醒农民及时采取有效的防控措施，以保证设施大棚的安全。通过远程监控技术，管理人员还能清晰观察农作物的生长过程，并通过数据挖掘和分析技术得出农作物的生长规律和趋势，为科学生产提供依据，进而提高了设施作物的经济效益。

3 主要成效

大棚蔬菜生产应用远程控制系统和自动控制系统后，整个生产过程的环境控制精确、水肥施用精确，操作数据自动存储，田间管理相对简单。按照项目规划，合作社生产基地完成改造，并将物联网技术应用于生产，上海三家村蔬果专业合作社成为宝山区首家应用农业物联网技术的规模化蔬菜生产基地，给宝山区的现代农业发展起到了示范带动作用，具体体现在以下几个方面。（1）展示和示范了农业物联网技术在蔬菜生产中节本、省工、高效的独特优势，向广大生产者普及了农业物联网和智慧农业的知识。（2）上海三家村蔬果专业合作社作为农业物联网技术应用的示范点，承担相关设施设备使用和推广的培训工作。（3）结合宝山区的农业经济结构和农产品消费特色，探索出一条适合宝山区农业合作社发展的智慧农业生产运营管理之路。

物联网技术将农民从繁重的体力劳动中解放出来，有效提高了生产效率。例如，合作社应用物联网技术生产耐热青菜，8 月上旬播种，9 月下旬采收，高温时二层遮阳的效果可达35.55%，青菜每667 m2产量约1 000 kg，且较常规栽培减少使用农药2次。综合比较下来，利用物联网技术生产青菜，每茬每667 m2可节省成本约400元。