陽泉市郊區設施農業中物聯網技術的應用與探討

梁建鴻，陳麗娟

（陽泉市郊區蔬菜中心，山西 陽泉 045011）

目前我國國內的農業物聯網發展迅速，特別是在農業智能監控、農業智能生產管理、水肥一體化、農產品溯源等方面得到了很好的發展。相較于傳統農業,智慧農業通過信息技術與傳統農業的深度融合，能夠幫助農業生產者提高作物產量，穩定產品品質、降低生產成本、節約自然資源。

陽泉市郊區依托城郊區位優勢，大力發展設施農業。截至2019 年底，陽泉市郊區設施蔬菜面積達到0.03×104hm2，占全區菜田面積的42%，設施蔬菜產業已成為全區農民增加收入的農業主導產業。為充分發揮城郊農業特色優勢，郊區積極引進物聯網技術，加快推進農業物聯網技術的應用，實現設施蔬菜產業的提檔升級。

1 陽泉市郊區設施農業物聯網應用現狀

1.1 設施農業物聯網技術應用背景進程

隨著全區設施農業在農業生產中的比例越來越大，農業信息化建設逐步完善，推動傳統農業向智慧農業轉型發展。農村寬帶信息網絡建設成效顯著，農業信息化基礎設施能力大幅提升，目前全區7 個鄉（鎮）所轄157 個行政村光纖入村率、數字電視信號覆蓋率、4G 網絡覆蓋率均達到100%，建成運營村級益農信息社136 個，實現了農業信息的進村入戶；農業信息化服務體系健全，全區建立起延伸和覆蓋區、鄉、村在內的農業信息服務網絡體系，使信息互聯網絡和農業社會化服務體系相互支撐，形成合力；農業信息化農民培訓精細精準，通過新型職業農民培育項目，運用信息化教育手段，利用云上智農app、中國農技推廣app 等手機應用平臺進行“移動互聯”在線學習培訓，培育了一批有技術、懂經營、會管理、講誠信的新型職業農民隊伍，提升了新型職業農民的信息化應用水平，農業信息化已成為智慧農業發展的助推器。

1.2 設施農業物聯網技術試點應用主要成效

近年來，陽泉市郊區在積極推進全區智慧農業發展進程中，圍繞信息化服務做文章，開展“小喇叭”大棚物聯網信息化管理系統、水肥一體化智能灌溉系統等設施農業物聯網技術應用試點推廣工作。

1.2.1 “小喇叭”大棚物聯網信息化管理系統

“小喇叭”大棚物聯網信息化管理系統由“小喇叭”（智能網絡溫濕度傳感器） 和手機客戶端兩部分組成，“小喇叭”是大棚內部環境感知終端，利用傳感器24 h 實時采集棚內溫濕度數據，通過互聯網傳輸至農戶的手機管理平臺。平臺根據農戶設置的告警溫度，實時檢測棚內環境，發現異常及時下發告警信息，使作物始終處于最優溫濕度環境；平臺結合作物生長周期，適時推送種植技術、每日菜價等信息，農戶可以通過手機隨時隨地準確的知道棚內溫濕度情況，結合大棚需求調整放棚時間和放風情況或及時對大棚內蔬菜可能因此情況引發的病蟲害加以預防，以此來提升管理、提高蔬菜產量和品質。

它的特點和優勢主要是：①安裝便捷。體積小，安裝方便，可懸掛在需要測量溫濕度的任何位置；可提供高、低溫告警服務，失聯告警服務；還可以遠程讀數，隨時隨地看溫濕度，查歷史溫、濕度走勢。②使用方式簡單，手機掃描小喇叭上的二維碼關注微信公眾號，綁定后一部手機就可以實時監測所有大棚的溫、濕度數據，真正達到了省工省時省力的目的。③建設成本低，日常使用費低，維護費用低，太陽能供電或USB 電源線供電隨意選擇，每棚298 元，可使用3 年。

陽泉市2019 年最低氣溫出現在12 月31 日，外界平均氣溫為- 16.8℃，選取東村（1 區）、山底（2 區）、北莊（3 區）、楊樹溝（4 區）、山頭（5 區）5 個重點設施蔬菜基地溫室的當天溫濕度數據進行具體應用對比分析：

（1）相同（東村）基地不同溫室溫濕度對比。將傳感器分別布置在兩個溫室的中間位置，受外界氣候影響是最小的，所以選擇其溫、濕度值作為室內溫、濕度進行對比。如圖1 所示：相同基地不同溫室條件下，1 號溫室溫度比2 號溫室溫度高，說明1 號溫室比2 號溫室保溫好性能好。從0 時—9 時，16 時—23 時，此期間溫室處于夜間覆蓋保溫時期，溫室內溫度低且變化緩慢，這是因為夜間沒有太陽光照射，且外界氣溫較低，溫室將白天儲蓄的熱量不斷向外擴散，所以夜間持續溫度降低，1 號溫室直到9 時04 分降到最低4.2℃，2 號溫室。此時掀開溫室保溫被，溫室溫度開始上升，且兩個溫室溫度上升幅度明顯，原因是太陽輻射的熱量加熱了溫室，且在塑料薄膜覆蓋的作用下，溫室熱量快速積累。1 號溫室在12時24 分升至最高溫27.2℃，2 號溫室11 時54 分升至最高溫19.2℃。

如圖2 所示：2 號夜間溫室內空氣濕度均在80%以上，白天空氣濕度也維持在60%以上，說明2 號溫室處于高濕狀態；1 號溫室空氣濕度較2 號溫室低，白天在30%～60%，晚上在55%～90%。1 號、2 號溫室在9 時30 分后，溫室內濕度開始降低，且與圖1 溫度變化曲線相比，兩條曲線呈對稱變化，即室內空氣濕度變化趨勢正好與室內空氣溫度變化趨勢相反，溫度增高，濕度降低。

（2）不同基地溫室相同時間溫濕度對比。將傳感器分別布置在5 個溫室的中間位置，選擇其溫、濕度值作為室內溫、濕度進行對比。由于4 區基地溫室正處于早春茬定值前準備，尚未進入生產狀態，1、2、3、5 區進行比較分析。如圖3 所示：不同基地溫室相同時間條件下，2 區基地溫室溫度高于其他3 個基地，說明2 區基地該溫室冬季生產棚室溫度條件較優于其他基地，日平均溫度13.9℃。2 區在8 時42 分出現最低溫度8.2℃，1 區在9 時41 分出現最低溫度7.5℃，3 區在9時10 分出現最低溫度7.4℃，5 區在8 時33 分出現最低溫度7.7℃。這表明冬季溫室生產棚室最低溫度出現在起被時，2區、5 區均在8 時30 分起被；而1 區和3 區基地起被在9 點以后，起被較2 區和5 區晚59 min、37 min，不利于棚室白天熱量的積累，夜間溫室保溫能力受到影響。

如圖4 所示：不同基地溫室相同時間條件下，2 區基地溫室濕度最高，平均濕度91. 2%；5 區其次，平均濕度88%；3 區平均濕度81%，1 區平均濕度74%。

（3）結果分析。通過對相同基地不同溫室和不同基地溫室相同時間溫濕度數據變化特征進行對比分析，可以看出溫室小氣候和一些環境要素變化規律。其結果有利于指導農戶根據溫室環境要素變化規律和作物生長需求合理調節溫室小氣候?；毓芾碚呋蜣r戶可依據溫濕度數據及時對每個具體的溫室進行精準管理，從以往的“靠經驗”轉換為以數據為科學指導進行種植，同時根據種植作物不同，生育期不同的情況對生產做出科學調整，節約管理成本，提升種植效能，以達到最大收益。

目前，“小喇叭” 物聯網服務技術在全區20 個設施蔬菜生產基地中得到應用，累計示范推廣應用面積87 hm2，每年平均節本增效在1 100 元/0.067 hm2。

1.2.2 水肥一體化智能灌溉系統

水肥一體化智能灌溉系統是將灌溉與施肥融為一體的農業新技術，主要包括膜下滴灌和膜下微噴灌兩種灌溉方式。通過利用水肥一體化自動灌溉機實現對灌溉、施肥的定時、定量控制，從而實現高效灌溉節水節肥。同時可根據不同蔬菜的需肥特點、土壤環境和養分含量狀況；蔬菜不同生長期需水、需肥規律情況進行不同生育期的需求設計，把水分、養分定時定量，按比例直接提供給作物，使養分利用率提高，實現了節水節肥，省力省工，增產增效。

通過北莊、東村等設施蔬菜基地實際應用，實施水肥一體化技術，一般平均每茬作物可節水節肥30%，節省人工10%，增產12%，目前全區已有0.01×104hm2溫室大棚推廣使用，效果良好。

1.2.3 農產品安全溯源系統

2019 年，陽泉市郊區成為省級農產品質量安全縣創建試點單位，建立了農產品質量安全追溯應用平臺。全區90%以上“菜籃子”產品、“三品一標”的規模生產經營主體納入系統平臺追溯管理，實施農產品合格證制度，實現農產品源頭可追溯、流向可跟蹤、信息可查詢、責任可追究，生產經營主體的質量安全意識明顯增強，農產品質量安全水平穩步提升，提高了農產品質量安全水平和市場競爭力。

2 存在問題及分析

陽泉市郊區設施農業物聯網技術應用剛剛起步，面臨著諸多困難和挑戰。主要包括：農民認知度不高，生產條件可控性差，農業生產經營主要以單農戶家庭為單位，分散經營，農業從業者目前受教育程度普遍較低，應用和接受現代信息化技術能力較弱；目前現使用傳感器主要集中在溫濕度的監測，對其他環境因子關注較少，或者傳感器穩定性不好，數據傳輸不穩定，因而采集數據發生改變；農業物聯網專業技術人才缺乏，制約了物聯網技術的大面積推廣應用；農業物聯網技術還處于試驗示范階段，欠缺相配套的農業物聯網發展技術、標準、機制、政策。

3 經驗及發展建議

3.1 經驗與做法

3.1.1 以信息化手段，促進蔬菜產業提質增效

郊區立足當地蔬菜產業發展，厚植網絡優勢，以信息化的手段，深化農業供給側結構性改革，以農戶需求為導向，抓住當地蔬菜產業鏈中農戶棚內生產的實際需要，瞄準大棚管理這一關鍵環節，因地制宜將物聯網服務引入到蔬菜種植產業中的大棚里，把信息優勢轉化為助農生產、增收的服務驅動力，積極推動蔬菜產業的發展，促進蔬菜產業提質增效。

3.1.2 開展典型示范，引領帶動農戶增產增收

“小喇叭”大棚物聯網信息化管理系統、水肥一體化智能灌溉系統等物聯網技術在陽泉市冬春蔬菜專業合作社、陽泉市山農種植專業合作社、陽泉市億源種植專業合作社、陽泉市山頭種植有限公司、陽泉市郝志峰農業開發有限公司、陽泉市北莊鑫海種植專業合作社6 個部、市級蔬菜標準園進行先行先試，同時，集中示范、推廣普及應用集約化育苗、測土配方施肥、病蟲害綠色防控等新技術和各種高效種植模式，通過觀摩交流、現場演示、實地講解等直觀方式，幫助菜農轉變觀念、樹立信心、掌握技術，依靠科技輻射帶動，助農增產增收。

3.1.3 項目拉動推進，加大農業物聯網應用力度

通過實施設施蔬菜標準化基地建設項目、設施蔬菜提升項目、設施蔬菜穩產項目等項目，整合資金，在全區各設施蔬菜基地配套應用“小喇叭”大棚物聯網信息化管理系統、水肥一體化智能灌溉系統等物聯網技術，整體推進農業物聯網在全區的大面積應用。

3.2 發展建議

3.2.1 強化政府導向

構建產業應用環境，系統梳理農業物聯網應用示范實踐成果，篩選適合大范圍推廣的農業物聯網技術和產品目錄，切實加強農業物聯網新技術、新產品、新模式的宣傳和推廣應用，促進設施蔬菜產業的發展。

3.2.2 加快人才培養

制定農業物聯網人才培養與培訓計劃，開展校企合作，加快對農業物聯網專業技術人才的培養，提高農業物聯網技術應用能力和創新能力。

3.2.3 加大示范推廣

農業物聯網須以點帶面，示范推廣，選擇設施農業物聯網技術應用的成熟領域和關鍵技術作為示范點，以典型的設施農業物聯網技術應用示范工程引領帶動設施蔬菜產業的持續健康發展。

3.2.4 完善扶持政策

加大資金投入力度，加快制定農業物聯網應用發展的配套政策，研究建立農業物聯網應用專項發展資金，積極鼓勵引導各類社會資本向農業物聯網集聚，不斷增強農業物聯網發展的內生動力，提高農業經濟效益，保障農戶增產增收。