席雪琴 崔玉萍

摘? ? 要：食用菌營(yíng)養(yǎng)豐富、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，具有廣闊的市場(chǎng)前景。我國(guó)的食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但存在設(shè)施簡(jiǎn)陋、管理粗放、專業(yè)技術(shù)人才缺乏等問題。國(guó)內(nèi)外日光溫室農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化管理等方面取得很大成果，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的食用菌栽培日光溫室終端控制技術(shù)，將推進(jìn)食用菌從種植到收獲的全過(guò)程信息化，有效解決食用菌栽培“光、溫、水、氣、肥”等精準(zhǔn)管理問題，提高食用菌的產(chǎn)量與質(zhì)量?；诖耍恼赂攀隽宋覈?guó)食用菌產(chǎn)業(yè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日光溫室栽培現(xiàn)狀，旨在為推動(dòng)食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)，以供參考。

關(guān)鍵詞：食用菌栽培；日光溫室；環(huán)境因子；物聯(lián)網(wǎng)

文章編號(hào)：1005-2690（2023）10-0136-03? ? ? ?中國(guó)圖書分類號(hào)：F326.13? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

基金項(xiàng)目：武威市科學(xué)技術(shù)局2022年度第二批市級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目“基于物聯(lián)網(wǎng)的食用菌日光溫室終端控制研究與應(yīng)用——以武威市為例”（WW2201RPZ023）。

作者簡(jiǎn)介：席雪琴（1988—），女，漢族，甘肅武威人，碩士，講師，研究方向?yàn)槭称房茖W(xué)。

我國(guó)是世界上最早栽培食用菌的國(guó)家，也是最大的食用菌生產(chǎn)國(guó)。食用菌栽培有著突出的優(yōu)勢(shì)，例如利用作物秸稈等農(nóng)林生產(chǎn)邊角料為主要原料，實(shí)現(xiàn)了廢物利用，既保護(hù)了環(huán)境又創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1]；食用菌種植不受氣候、季節(jié)和空間的限制，生長(zhǎng)周期短且產(chǎn)量高，只要栽培條件適合，根據(jù)市場(chǎng)的供求和生產(chǎn)周期就能隨時(shí)安排培育時(shí)間；食用菌富含高蛋白、低脂肪和人體所需多種氨基酸和微量元素，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與肉、蛋、奶不相上下。

食用菌產(chǎn)業(yè)對(duì)農(nóng)業(yè)物質(zhì)循環(huán)利用和生態(tài)平衡作用重大，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，市場(chǎng)前景廣闊。近年來(lái)，我國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，在當(dāng)前農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的背景下，食用菌在蔬菜供給方面發(fā)揮著重要的作用。由于氣候及資源等因素的影響，食用菌在我國(guó)發(fā)展?fàn)顩r極不平衡，且隨著政策的影響，食用菌產(chǎn)業(yè)重心總體呈由沿海地區(qū)、東部地區(qū)向內(nèi)地、中西部地區(qū)轉(zhuǎn)移的態(tài)勢(shì)[2]。目前，我國(guó)在食用菌栽培方面還存在以下問題。

專業(yè)技術(shù)人才缺乏，不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術(shù)支持需求；現(xiàn)有菌棚多為老棚改造，標(biāo)準(zhǔn)化栽培不能落實(shí)；種植戶、專業(yè)合作社等對(duì)食用菌栽培技術(shù)掌握不夠，管理比較粗放，使得食用菌質(zhì)量參差不齊，經(jīng)濟(jì)價(jià)值也不高[3]。

國(guó)內(nèi)外日光溫室農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，在環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和自動(dòng)化管理等方面取得很大成果[4]。科研人員已進(jìn)行了大量的實(shí)踐探索，將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與食用菌生產(chǎn)相結(jié)合，運(yùn)用先進(jìn)的日光溫室終端控制系統(tǒng)對(duì)食用菌栽培過(guò)程中的環(huán)境參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)和調(diào)節(jié)，以有效解決食用菌日光溫室培育過(guò)程中“光、溫、水、氣、肥”等精準(zhǔn)管理問題，不僅提升了食用菌的生產(chǎn)效率和品質(zhì)，還降低了人力及時(shí)間成本。

1 食用菌生長(zhǎng)環(huán)境條件分析

環(huán)境條件對(duì)食用菌生長(zhǎng)至關(guān)重要，不同生長(zhǎng)階段的食用菌對(duì)環(huán)境需求各不相同。環(huán)境因素主要包括溫度、濕度、空氣成分、光照等，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)緊密聯(lián)合云計(jì)算技術(shù)，可嚴(yán)格把控食用菌生長(zhǎng)環(huán)境要素，改善人工調(diào)控費(fèi)時(shí)費(fèi)力、精度不高等問題。

1.1 溫度

在食用菌栽培過(guò)程中，溫度會(huì)直接影響食用菌各階段的生長(zhǎng)進(jìn)程。我國(guó)食用菌資源豐富，目前已有350多種，由于生長(zhǎng)在不同地區(qū)、不同生態(tài)環(huán)境，不同品種或同一品種的不同發(fā)育階段，適宜生長(zhǎng)的溫度也不同，例如羊肚菌菌絲生長(zhǎng)、子囊果分化、子囊果發(fā)育期的最適宜溫度分別為16～22 ℃、9～12 ℃、13～15 ℃[5]。因此，應(yīng)根據(jù)不同菌種、不同生長(zhǎng)階段，及時(shí)檢測(cè)菇房?jī)?nèi)外溫度并進(jìn)行調(diào)控，以便精準(zhǔn)管理。

1.2 濕度

食用菌生長(zhǎng)需要大量水，大多數(shù)水分來(lái)自培養(yǎng)料，菇房需要保持一定的相對(duì)濕度，一般以80％～95％為宜，能減少培養(yǎng)料中水分的蒸發(fā)。適宜的濕度可促進(jìn)子實(shí)體的分化和生長(zhǎng)，根據(jù)不同菌種的不同生長(zhǎng)階段采集和控制菇房?jī)?nèi)的空氣相對(duì)濕度，以有效實(shí)現(xiàn)提質(zhì)增產(chǎn)。

1.3 空氣成分

食用菌為好氧性異養(yǎng)生物，菌絲生長(zhǎng)需要充足的氧氣，同時(shí)對(duì)高濃度的二氧化碳反應(yīng)敏感。菇農(nóng)為培養(yǎng)特色品種，也會(huì)對(duì)空氣中氧氣和二氧化碳的比例進(jìn)行調(diào)節(jié)?？諝獬煞謧鞲衅鞑杉南嚓P(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳送反映給管理者，進(jìn)行適時(shí)通風(fēng)換氣，以獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)子實(shí)體。

1.4 光照

不同的菌種在不同生長(zhǎng)階段對(duì)光照強(qiáng)度的需求也不同，有些菌類可以在無(wú)光或微光環(huán)境下生長(zhǎng)，例如雙孢菇、大肥菇、茯苓；而大部分食用菌子實(shí)體的分化和生長(zhǎng)發(fā)育都需要一定的散射光，栽培人員要根據(jù)不同的出菇條件，對(duì)菇房?jī)?nèi)的光照強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，才能得到色澤優(yōu)、品質(zhì)好、產(chǎn)量高的食用菌。

2 物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)工作原理

物聯(lián)網(wǎng)由各種傳感器、數(shù)據(jù)采集器、傳輸器、計(jì)算機(jī)、用戶控制終端等構(gòu)成。傳感器結(jié)合云計(jì)算技術(shù)對(duì)食用菌生長(zhǎng)過(guò)程中每個(gè)階段的栽培環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等每隔數(shù)秒采集1次，然后將采集的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee技術(shù)、PCL進(jìn)行傳輸，計(jì)算器將數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和實(shí)時(shí)處理并上傳與存儲(chǔ)，并根據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)開展相應(yīng)的工作模式，系統(tǒng)調(diào)用子程序?qū)?zhí)行系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的指令[6]。

用戶通過(guò)APP客戶端、微信服務(wù)平臺(tái)、手機(jī)短信、WAP網(wǎng)站等實(shí)時(shí)掌握日光溫室內(nèi)小氣候環(huán)境的變化情況，并通過(guò)手機(jī)或者PC端對(duì)設(shè)備下發(fā)控制命令。用戶也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定適宜的環(huán)境參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的環(huán)境變量，會(huì)自動(dòng)控制新風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)、LED燈、加濕器等調(diào)節(jié)和控制食用菌生長(zhǎng)環(huán)境；還可根據(jù)特定菌種的生長(zhǎng)要求進(jìn)行食用菌生長(zhǎng)環(huán)境因子的自動(dòng)控制[7]?；谖锫?lián)網(wǎng)的日光溫室（終端）控制系統(tǒng)，根據(jù)食用菌栽培所需的性能指標(biāo)技術(shù)規(guī)范和生產(chǎn)建議，實(shí)現(xiàn)日光溫室的精細(xì)化管理，使食用菌在適宜的環(huán)境下生長(zhǎng)發(fā)育。同時(shí)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程終端控制可實(shí)現(xiàn)對(duì)食用菌日光溫室的管理，特別是大風(fēng)、極高溫、極低溫等突發(fā)災(zāi)害性天氣來(lái)臨時(shí)，可同時(shí)操控幾十座甚至上百座日光溫室的卷放簾，以實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

3 物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1 環(huán)境參數(shù)采集

食用菌栽培環(huán)境參數(shù)采集主要通過(guò)無(wú)線傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、光照等數(shù)據(jù)的無(wú)線監(jiān)測(cè)。無(wú)線傳感技術(shù)通過(guò)結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和通信技術(shù)進(jìn)行目標(biāo)區(qū)域數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸?；谖锫?lián)網(wǎng)的食用菌栽培環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)由多種智能傳感器構(gòu)成，并按系統(tǒng)控制要求將采集的信息轉(zhuǎn)換成能被識(shí)別的信號(hào)進(jìn)行上傳。已有專家學(xué)者通過(guò)相關(guān)技術(shù)使用相應(yīng)的傳感器對(duì)二氧化碳、光照強(qiáng)度和溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

顧金花（2018）[8]用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及無(wú)線傳感技術(shù)對(duì)智能溫室進(jìn)行深入研究，在基于IoT與WiFi的溫室智能控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)的感知層通過(guò)傳感器對(duì)溫室的環(huán)境變量進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)電路轉(zhuǎn)換成無(wú)線信號(hào)，通過(guò)ZigBee無(wú)線通信方式實(shí)現(xiàn)感知信息的傳輸與匯集，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)溫室系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。

于航等（2021）[9]選用高品質(zhì)的建大仁科品牌RS-GZ-N01型溫度、濕度以及光照度一體傳感器，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度較高。尹魁（2020）[10]選用美信公司的MAX6610型溫度傳感器檢測(cè)黑木耳室內(nèi)栽培環(huán)境溫度。韓旭等（2022）[11]在香菇栽培中運(yùn)用STM32（嵌入式單片機(jī)）處理器實(shí)現(xiàn)一個(gè)溫室中多點(diǎn)的氣體溫度、濕度、土壤濕度、光照強(qiáng)度等監(jiān)測(cè)。

3.2 環(huán)境參數(shù)傳輸

環(huán)境參數(shù)傳輸系統(tǒng)通過(guò)ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與匯集，在此基礎(chǔ)上由以太網(wǎng)模塊進(jìn)行自由通信協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸，工控機(jī)接收到對(duì)應(yīng)的環(huán)境變量后再通過(guò)WiFi將數(shù)據(jù)傳遞到遠(yuǎn)程服務(wù)器。云監(jiān)測(cè)信息服務(wù)平臺(tái)的主要任務(wù)是將傳感器采集的環(huán)境參數(shù)匯總后存儲(chǔ)起來(lái)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，利用ZigBee技術(shù)結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸[12]。利用ZigBee技術(shù)結(jié)合無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)能夠有效實(shí)現(xiàn)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，輔助系統(tǒng)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)監(jiān)控管理[13]，或?qū)鞲衅魃蠄?bào)消息輸送到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)接收并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)MQTT協(xié)議把環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到阿里IoT平臺(tái)進(jìn)行映射并存儲(chǔ)，再通過(guò)應(yīng)用界面呈現(xiàn)給用戶[14]。

3.3 智能終端控制

食用菌生長(zhǎng)對(duì)栽培環(huán)境要求較高，例如在食用菌生產(chǎn)階段，溫度要保持在8～30 ℃。冬季需做好保暖，夏季高溫可以通過(guò)遮蔽、通風(fēng)、噴水等方式降溫，通風(fēng)過(guò)程中風(fēng)速不宜過(guò)高，也不能直吹向食用菌體。基于此，已有專家學(xué)者成功研發(fā)食用菌日光溫室專用的PLC可編程控制器，支持參數(shù)變更，既能控制大棚卷簾，也能控制氣窗，并且預(yù)留富裕接口用來(lái)控制光照及灌溉等。智能手機(jī)以及平板電腦等智能可移動(dòng)終端與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合的技術(shù)發(fā)展迅速，日光溫室遠(yuǎn)程監(jiān)控APP不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)日光溫室環(huán)境信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，及時(shí)發(fā)布?xì)庀鬄?zāi)害預(yù)警信息及各類氣象信息，還可以根據(jù)溫室中種植的不同作物及其生長(zhǎng)階段及時(shí)為用戶提供溫室管理方案。用戶可以根據(jù)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)食用菌栽培環(huán)境的溫度、濕度、光照強(qiáng)度、空氣成分進(jìn)行定義，系統(tǒng)程序?qū)⒆詣?dòng)根據(jù)用戶設(shè)定的環(huán)境變量讀取數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)控制LED燈、空調(diào)、加濕器、新風(fēng)機(jī)等對(duì)環(huán)境條件進(jìn)行控制。

3.4 遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控

食用菌栽培中具體的生長(zhǎng)狀況需要實(shí)時(shí)觀察，遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控可以對(duì)食用菌栽培過(guò)程中的生長(zhǎng)情況進(jìn)行全天視頻監(jiān)控，用戶通過(guò)手機(jī)、電腦等移動(dòng)終端可遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看食用菌生長(zhǎng)狀況，并根據(jù)權(quán)限實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)監(jiān)控，該功能是基于網(wǎng)絡(luò)和視頻信號(hào)傳輸技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)型視頻服務(wù)器、高分辨率攝像頭[15]。用戶還可通過(guò)圖像識(shí)別發(fā)出采摘或管理措施調(diào)控指令，對(duì)食用菌生長(zhǎng)過(guò)程中的環(huán)境因子進(jìn)行檢測(cè)和調(diào)控，實(shí)現(xiàn)智能化管理。

3.5 智能預(yù)警

基于云計(jì)算的日光溫室智能預(yù)警系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境因素和食用菌生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，智能預(yù)警多種警情，例如高溫、低溫、濕度、空氣中二氧化碳濃度等。管理人員根據(jù)實(shí)際情況結(jié)合監(jiān)測(cè)器監(jiān)測(cè)到的相關(guān)溫度、濕度等參數(shù)變化對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，得出不同菌種在不同生長(zhǎng)階段所需要的環(huán)境參數(shù)，而在食用菌栽培過(guò)程中，當(dāng)傳感器檢測(cè)到的參數(shù)超過(guò)設(shè)置的參數(shù)范圍時(shí)，警報(bào)主機(jī)將檢測(cè)到的數(shù)據(jù)上傳，通過(guò)手機(jī)客戶端反映給管理人員，避免發(fā)生安全事故[16]。

4 結(jié)束語(yǔ)

食用菌產(chǎn)業(yè)未來(lái)如何實(shí)現(xiàn)更高層次的發(fā)展，關(guān)鍵在于正視新發(fā)展理念給食用菌產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的發(fā)展機(jī)遇，緊抓鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略政策，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量創(chuàng)新發(fā)展目標(biāo)。目前，我國(guó)食用菌產(chǎn)業(yè)總體存在專業(yè)技術(shù)人才缺乏、設(shè)備簡(jiǎn)陋、管理比較粗放、出菇質(zhì)量不理想等問題。運(yùn)用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)和知識(shí)進(jìn)行日光溫室食用菌栽培，與傳統(tǒng)的大棚種植、人工栽培相比，能夠有效解決食用菌日光溫室培育過(guò)程中“光、溫、水、氣、肥”等精準(zhǔn)管理問題。通過(guò)APP客戶端、微信服務(wù)平臺(tái)、手機(jī)短信、WAP網(wǎng)站等實(shí)時(shí)掌握日光溫室內(nèi)小氣候環(huán)境的變化情況，并根據(jù)日光溫室（終端）控制系統(tǒng)性能指標(biāo)技術(shù)規(guī)范和生產(chǎn)建議，實(shí)現(xiàn)日光溫室的精細(xì)化管理。農(nóng)戶與專家通過(guò)移動(dòng)設(shè)備可隨時(shí)掌握食用菌生長(zhǎng)的環(huán)境信息，及時(shí)管控，最大限度優(yōu)化食用菌生長(zhǎng)的環(huán)境條件。同時(shí)，由于食用菌種類多樣，急需結(jié)合專家及有經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)戶收集更多農(nóng)技信息，以便給普通種植戶提供針對(duì)不同品種的不同決策方案。

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