任旻瓊，殷華璨，陳建國

(1.常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 常德 415000；2.常德外國語學(xué)校，湖南 常德 415000；3.常德惠農(nóng)林業(yè)專業(yè)合作社，湖南 常德 415000)

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與當(dāng)前農(nóng)業(yè)的結(jié)合概況

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備變得越來越先進(jìn)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對農(nóng)業(yè)的幫助主要分為兩方面：增產(chǎn)和提質(zhì)。 增產(chǎn)主要是通過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備對農(nóng)產(chǎn)品種植環(huán)境的全方位監(jiān)控與調(diào)整，使植物始終處于最適宜的生長環(huán)境中，同時(shí)通過精確調(diào)整，減少水肥等資源的浪費(fèi)[1]。 提質(zhì)主要針對綠色農(nóng)業(yè)、有機(jī)農(nóng)業(yè)等高附加值產(chǎn)品的生產(chǎn)，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為農(nóng)產(chǎn)品生成的“數(shù)字身份證”，全方位記錄農(nóng)產(chǎn)品的種植、加工、流通過程，確保最終成品符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，獲得較高的市場定價(jià)，增加單位種植面積的收入。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與中藥材種植的結(jié)合

中藥材種植與普通作物不同，除了要考慮產(chǎn)量外，也要考慮藥材的藥用價(jià)值，即有效成分的含量，部分藥材還需檢測重金屬、農(nóng)藥殘留量。因此，中藥材種植更需要與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)和種植過程可溯源。

酸橙主要分布于四川、湖北、浙江、湖南、江西等地，源于酸橙的藥材主要有枳實(shí)和枳殼，枳實(shí)5—6月采收，枳殼7月果皮尚綠時(shí)采收。藥典規(guī)定枳實(shí)干燥后直徑為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%；枳殼干燥后直徑為3～5 cm，含柚皮柑不得少于4.0%，新橙皮柑不得少于3.0%。 “川枳實(shí)、川枳殼”品質(zhì)佳，行銷全國各地，是四川的道地藥材之一。 “湘枳實(shí)、湘枳殼”發(fā)展很快，產(chǎn)量大。江西枳實(shí)、枳殼以清江縣黃崗和新干縣三湖洲的最著名,為傳統(tǒng)道地藥材[2]。 通過查詢中藥材天地網(wǎng)數(shù)據(jù)，近一年枳實(shí)統(tǒng)貨行情在40～55 元/kg，枳殼統(tǒng)貨行情在16～30 元/kg。

以酸橙為例，本文以某品牌的“傳感器-云平臺(tái)”為例，研究酸橙種植與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合并實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增產(chǎn)的實(shí)施方案。

3 技術(shù)方案與選擇

考慮到全面推廣最新物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)一次性投入過大，會(huì)對種植企業(yè)（合作社）造成較高的成本壓力。 針對不同要素的調(diào)整頻率要求，為不同要素設(shè)計(jì)不同調(diào)整方案，由企業(yè)根據(jù)自身資金情況進(jìn)行選擇，具體分為2 種。

3.1 自動(dòng)測量，人工調(diào)整

通過預(yù)設(shè)好的傳感器測量相應(yīng)參數(shù)，然后人工調(diào)整相應(yīng)環(huán)境因素。對于調(diào)整精度和頻率要求都不高的參數(shù)，可以選擇用人工調(diào)整節(jié)約設(shè)備購置成本，人工調(diào)整的結(jié)果不影響種植期間數(shù)據(jù)的真實(shí)性[3]。

3.2 自動(dòng)測量，自動(dòng)調(diào)整

通過預(yù)設(shè)好的傳感器測量相應(yīng)參數(shù)，然后物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會(huì)根據(jù)程序設(shè)定自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)環(huán)境因素。自動(dòng)調(diào)整的設(shè)備在控制系統(tǒng)發(fā)出指令后，可將環(huán)境參數(shù)調(diào)節(jié)至指定的范圍，自動(dòng)調(diào)整具有全時(shí)段、響應(yīng)快、精度高、人力依賴低的特點(diǎn)，缺點(diǎn)是需要額外購置相應(yīng)的調(diào)整設(shè)備，短期成本相對較高。

4 種植數(shù)據(jù)收集

本地的土壤、氣候、海拔等環(huán)境不一定是枳殼的最佳種植環(huán)境，收集歷年本地的氣候信息和產(chǎn)量情況關(guān)系，對比各地科研成果，找出適合本地情況的枳殼種植環(huán)境數(shù)據(jù)。 若無詳細(xì)數(shù)據(jù)，也可在園區(qū)劃分若干個(gè)組進(jìn)行對比，在光照、土壤pH、溫濕度等方面調(diào)整相應(yīng)環(huán)境參數(shù)，記錄各組的產(chǎn)量、質(zhì)量情況，最終通過數(shù)據(jù)分析得出本地種植枳殼的最佳環(huán)境條件，指導(dǎo)后續(xù)生產(chǎn)[4]。

5 設(shè)備功能

5.1 監(jiān)測功能

傳感器能監(jiān)測空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強(qiáng)度、pH 值、鹽分、二氧化碳、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等數(shù)據(jù)，并上傳至云服務(wù)器[5]。 監(jiān)測功能是實(shí)現(xiàn)智慧農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，向上接通云平臺(tái)實(shí)時(shí)上傳數(shù)據(jù)，向下與操作人員或自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置聯(lián)系，傳達(dá)調(diào)節(jié)指令，該環(huán)節(jié)的設(shè)備出問題必須盡快安排維修調(diào)整[6]。

5.2 溯源功能

通過一定方式訪問產(chǎn)品生長過程形成的數(shù)據(jù)資料，收集產(chǎn)品種植、生產(chǎn)、銷售的全流程信息并進(jìn)行大數(shù)據(jù)管理。溯源功能主要針對國家鼓勵(lì)中藥建立可溯源體系，過去舊的溯源功能存在不精確、數(shù)據(jù)可修改等問題，采用云平臺(tái)后，本地生產(chǎn)者不能對溯源數(shù)據(jù)進(jìn)行人為修改，大大增加了溯源數(shù)據(jù)的可靠性，有利于提高產(chǎn)品的市場認(rèn)可度，實(shí)現(xiàn)來源可溯，去向可追，責(zé)任可究，信息可視，科學(xué)管理。

5.3 預(yù)警功能

云服務(wù)器會(huì)根據(jù)收集到的各地病蟲害信息和專家預(yù)報(bào)，對可能遭受病蟲害影響的用戶發(fā)出預(yù)警，并給出專家的防治建議。例如某公司植保信息化病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)由遠(yuǎn)程拍照式蟲情測報(bào)燈、無線遠(yuǎn)程拍照式孢子捕捉儀、無線遠(yuǎn)程自動(dòng)氣象站、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)等組成，該系統(tǒng)可自動(dòng)完成蟲情信息、病菌孢子、農(nóng)林氣象信息的圖像及數(shù)據(jù)采集，并自動(dòng)上傳至云服務(wù)器；通過圖像信息庫及技術(shù)分析功能，分析田間的病蟲害數(shù)量變化，預(yù)測病蟲害的發(fā)生時(shí)間和趨勢；用戶可通過云平臺(tái)或手機(jī)APP 實(shí)時(shí)查看數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程管理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信息化管理，達(dá)到省、市、縣、鄉(xiāng)各級(jí)信息采集站無線傳輸，運(yùn)程控制，信息數(shù)據(jù)共享，從而提高病蟲害監(jiān)測防控能力。

5.4 調(diào)節(jié)功能

每當(dāng)傳感器獲得的監(jiān)測數(shù)值到達(dá)指定范圍時(shí)，自動(dòng)調(diào)節(jié)的設(shè)備將依照系統(tǒng)指令對作物進(jìn)行補(bǔ)水肥、補(bǔ)光、噴藥等操作，使作物能在最適宜環(huán)境下順利生長，增產(chǎn)提質(zhì)。

6 人員培訓(xùn)

培訓(xùn)主要針對技術(shù)人員和普通員工 （合作社成員、農(nóng)戶），不同人員需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容不同。

6.1 技術(shù)人員需要掌握的技能

設(shè)備安裝調(diào)試、設(shè)備參數(shù)設(shè)置、簡單故障維修、故障報(bào)修、病蟲害預(yù)警處置。推廣前期，挑選本地專業(yè)農(nóng)技人員對設(shè)備操作調(diào)試的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后集中下發(fā)操作手冊，設(shè)備購進(jìn)后對農(nóng)技人員進(jìn)行實(shí)操測試，通過測試后，正式使用設(shè)備。

6.2 普通員工需要掌握的技能

參加設(shè)備操作和報(bào)障培訓(xùn)、依照系統(tǒng)提示進(jìn)行設(shè)備常規(guī)操作，在設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)向農(nóng)技人員報(bào)告，進(jìn)行設(shè)備故障上報(bào)，統(tǒng)一安排人員維修或請服務(wù)提供商派專人維修。

7 酸橙種植監(jiān)測重點(diǎn)和調(diào)控參數(shù)

根據(jù)江西中醫(yī)藥大學(xué)高萌等[7]的研究成果，酸橙產(chǎn)出之一枳殼的活性因子主要有2 種：黃酮類成分和香豆素類成分。 與黃酮類成分相關(guān)的生態(tài)因子是采摘期輻射，與香豆素類成分相關(guān)的是生長期降水量。另外，病蟲害、水肥因素影響了整體產(chǎn)量，也需要重點(diǎn)關(guān)注。

7.1 生長期降水量監(jiān)測與調(diào)控方案

生長期降水對香豆素類成分含量影響最大。考慮枳殼生長期主要是4—5月，所以需要使用土壤濕度傳感器對這一階段的土壤水量進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測和記錄。一方面，傳感器感應(yīng)到濕度低于一定數(shù)值時(shí)，可以啟動(dòng)設(shè)備補(bǔ)水或提醒工作人員人工補(bǔ)水，另一方面，積累一定年份的數(shù)據(jù)后，也可根據(jù)本地歷年產(chǎn)量和質(zhì)量結(jié)果反推在本地適宜的生長期水量，供后續(xù)種植中工作人員設(shè)置更適宜的參數(shù)范圍。

7.2 采摘期輻射監(jiān)測與調(diào)控方案

采摘期輻射影響黃酮類成分的含量。在園區(qū)內(nèi)不同區(qū)域設(shè)置若干太陽輻射傳感器，利用云平臺(tái)記錄該區(qū)域的太陽輻射情況。當(dāng)某日的太陽輻射強(qiáng)度低于設(shè)定數(shù)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)光或提醒工作人員補(bǔ)光。 積累一定年份數(shù)據(jù)后，可以利用數(shù)據(jù)分析出本地枳殼采摘期最適宜的采摘期輻射量范圍，便于工作人員設(shè)置更精確的參數(shù)范圍。

7.3 病蟲害監(jiān)測與調(diào)控方案

病蟲害主要依靠物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備（病蟲害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)）進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控，該系統(tǒng)不僅可以向云平臺(tái)實(shí)時(shí)傳輸病蟲害信息，還可以接收由云平臺(tái)提供的周邊病蟲害預(yù)報(bào)，對于可能危及本區(qū)域枳殼的病蟲害，由平臺(tái)專家給出防治建議，技術(shù)人員根據(jù)相關(guān)指示采購藥品和設(shè)備進(jìn)行人工防治。

7.4 水肥監(jiān)控與調(diào)控方案

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能自動(dòng)記錄植物生長全程的土壤含水量、各種離子濃度等數(shù)據(jù)，當(dāng)相應(yīng)數(shù)據(jù)低于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)可以控制施肥系統(tǒng)或發(fā)出提示讓工作人員施用相應(yīng)肥料。物聯(lián)網(wǎng)傳感器能精確把握需要施肥的時(shí)間和用量，相比傳統(tǒng)的盲目大量大范圍施肥，大大降低肥料成本，提高了肥料利用率。另外，精確的調(diào)控在日常灌溉中也可以減少水資源的浪費(fèi)[8]。

8 智能采摘系統(tǒng)

智能采摘系統(tǒng)目前在一些果蔬種植基地應(yīng)用已較成熟。該系統(tǒng)可利用機(jī)器人在果樹的果實(shí)成熟時(shí)通過系統(tǒng)識(shí)別后自動(dòng)采摘, 相比人力采摘有以下優(yōu)點(diǎn)：可全天候操作；可精確識(shí)別設(shè)定的成熟果實(shí)，根據(jù)設(shè)定的成熟度（色彩、尺寸等）選擇摘果；采摘中不損傷果實(shí)和果樹，有效避免人工采摘某些果實(shí)時(shí)因用力過大造成的果實(shí)損壞。

傳統(tǒng)枳實(shí)采收主要是撿落果，容易出現(xiàn)大小不一、壞果的情況，枳殼采收是人工采摘，因枳殼要綠色時(shí)采收，與葉子顏色相近，容易漏摘。 目前為了產(chǎn)品質(zhì)量，枳實(shí)和枳殼均采用人工采摘，效率低成本高，采摘時(shí)因顏色是深綠色與葉子顏色相近，很容易漏摘。 因產(chǎn)品特異性原因，目前廠家沒有專門針對枳實(shí)、枳殼的智能采摘設(shè)備。 技術(shù)人員可以通過對適合采摘的果實(shí)進(jìn)行形狀、尺寸、顏色等方面記錄，將數(shù)據(jù)提供給相應(yīng)設(shè)備的開發(fā)者，由開發(fā)者進(jìn)行個(gè)性化定制，實(shí)現(xiàn)對枳實(shí)、枳殼的精準(zhǔn)識(shí)別，提高采摘效率，降低人工成本。

9 展望

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與枳殼種植產(chǎn)業(yè)結(jié)合，一方面能提高枳殼的產(chǎn)量和質(zhì)量，另一方面可以將數(shù)據(jù)用于農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)研究。 工作人員在實(shí)踐中對設(shè)備的操作和調(diào)節(jié)，能提高他們的信息設(shè)備使用水平，這些工作人員可以成為企業(yè)中對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最熟悉的群體，他們可以在其他農(nóng)業(yè)項(xiàng)目與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合中成為中堅(jiān)力量。 待枳殼種植與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)廣泛融合后，也可將這樣的案例搬到其他高附加值農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)中，大大降低推廣難度，提高推廣效率，讓物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)更快服務(wù)中藥材種植業(yè)，實(shí)現(xiàn)藥材種植的溯源和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。