物联网技术在食用菌工厂化生产中应用效果研究

范郁尔，许文玲(.连云港市农业信息中心，江苏连云港000;.连云港国盛生物科技有限公司，江苏连云港000)

食用菌工厂化生产是用工业理念发展现代农业，是农业生物工程技术和工业先进生产手段相结合的产物。食用菌的工厂化生产正在我国快速发展，因其相比传统的栽培方式具有诸多优势，将成为未来食用菌的主流趋势［1］。食用菌生长发育需要适宜的温度、湿度、光照和CO2浓度等环境条件，当环境条件不适宜生长发育要求时，它们便发育不良、畸型、病害，甚至引起死菇、烂菇。要获得食用菌生长所需的最佳环境，不能单独静态考虑某一因子，应从整体上综合地研究环境控制问题［2］。随着物联网技术的发展与应用，为食用菌工厂化智能化生产创造了技术条件。连云港国盛生物科技有限公司应用物联网技术建设智能化控制系统，进行工厂化生产杏鲍菇，实现了生产环境的自动传感监测，数据自动处理、对比、判断，自动指令控制环境调节系统运行状态［3］。相比人工监测和控制，菇房环境得到更加精确的调节，更加适用杏鲍菇的生长，显著节省了人工和生产能耗，提高了杏鲍菇的产量和质量，较好地解决了传统栽培方式中食用菌生长环境控制不到位、劳动生产率和资源利用率不高等问题。

1 系统结构与功能

1.1 系统结构 基于物联网的杏鲍菇工厂化生产智能化测控系统由菇房环境信息传感采集系统、生产现场视频监视系统、网络数据传输系统、农业专家系统、中央控制系统和控制执行单元集成，如图1所示。

1.2 系统功能 该系统根据杏鲍菇不同生长阶段所需要的环境参数，按一定频率采集菇房内温度、湿度、CO2浓度和室外气温、风向、相对湿度等数据，通过网络传输系统将数据传送至中央控制系统，中央控制系统对信息进行处理、统计分析并通过农业专家系统进行识别、对比、判断，输出指令，控制环境调节系统运行状态，实现对菇房环境的自动调节。

2 系统应用效果试验

2.1 试验方法

2.1.1 区域分组。连云港国盛生物科技有限公司拥有杏鲍菇工厂化生产用房9 408 m2，年产杏鲍菇2 520 t。杏鲍菇生产智能化控制系统应用区菇房总面积4 704 m2，共有独立菇房56个，每个菇房配备一套环境控制系统，其中包括温度、温度、CO2浓度传感器，视频监视装置1个及配套线路，作为应用区。对比区域为相同面积的菇房，没有相应的智能控制系统，作为对照区。

2.1.2 试验材料。试验材料为同一批次的杏102品系杏鲍菇，试验应用区和对照区均经历装瓶自动接种液体菌种到菌丝体生长阶段再到子实体生长阶段等过程。

2.1.3 试验设计。对菇房内环境、杂菌感染率、病害发生率、育熟周期、育成率、管理用工量、生产能耗等方面进行数据统计，分析对比得出基于物联网的杏鲍菇生产智能化测控系统应用效果［4－5］。

2.2 试验结果

2.2.1 菇房内温湿度的稳定性。杏鲍菇是开发栽培成功的集食用、药用、食疗于一体的珍稀食用菌新品种，很受人们喜爱，市场价值较高。但其生长发育对温湿度、CO2浓度、光照强度均有一定的敏感性。根据已有的知识和经验，温度是决定杏鲍菇生长发育的最重要的环境因子，也是产量能否稳定的关键因素。菌丝生长的适宜温度为25℃，菌蕾适宜的温度范围是12～15℃。子实体适宜的温度范围为10～21℃。菌丝生长阶段培养料的含水量以60%～65%为好，这时的相对湿度也在60%。在出菇阶段，空气相对湿度一般保持85% ～95%。在子实体发生阶段，空气相对湿度高一些，在子实体生长阶段也可以低一些。

试验应用区环境传感器自动监测、网络传输，控制系统根据专家系统自动控制开启或关闭调节系统。对照区温湿度由人工记录、处理，人工开启或关闭调节系统。分别对2014年4月和10月份数据进行统计处理并绘制日平均温湿度变化图(图2)。

由图2可知，对照区普通设施栽培杏鲍菇温湿度变化幅度大，不稳定;应用区智能化栽培杏鲍菇温湿度变化比较稳定。温湿稳定性的提高能够为杏鲍菇生长提供更加适宜的环境条件。

2.2.2 杏鲍菇菌丝体生长情况对比。从杏鲍菇菌丝体阶段杂菌感染率比较对照区和应用区生长情况，结果见表1。

表1 菌丝体阶段应用效果对比%

由表1可知，对照区普通设施栽培杏鲍菇杂菌感染率高，应用区杂菌感染率降低0.176%。

2.2.3 杏鲍菇子实体生长情况对比。从杏鲍菇子实体阶段病害发生率、畸菇率、育熟周期、育成率等方面比较对照区和应用区生长情况，结果见表2。

由表2可知，应用区病害发生率降低0.02个百分点，畸菇率降低0.14个百分点，育熟周期缩短2 d，育成率提高3.5%，提高了杏鲍菇的产量和质量。同时应用智能控制系统降低了能耗，减少了用工。

表2 子实体阶段应用效果对比

2.2.4 管理用工和能耗节省情况对比。从杏鲍菇生产全过程用工管理和能耗等方面比较对照区和应用区生长情况。对照区每天用工45人，应用区每天用工27人;对照区平均每天电费1 780元，应用区平均每天电费1 520元。

试验结果表明:应用区4 704 m2的菇房面积用工量较对照区减少了18人，按照每人100元的日工资计算，每天可节省人工成本1 800元，一年节省人工成本65.7万元。应用区4 704 m2的菇房面积平均每天的电费较对照区降低了260元，一年节省能耗成本9.49万元。

3 结论与分析

基于物联网的智能化测控系统实现了对杏鲍菇生产环境进行高频自动监测、传输和处理，自动对比、判断、控制环境调节设备运行状态，可以有效实现生长环境条件自动精准调节，为杏鲍菇生产提供更加稳定的生长境，提高劳动生率和资源利用率，减少管理用工和降低能耗。

3.1 环境调节精准 连云港国盛生物科技有限公司4 704 m2菇房配备智能化调控设备主要有用于调节菇房环境的加热设备、制冷设备、加湿设备、通风设备、CO2发生器、人工光源等。相比智能化测控系统，在杏鲍菇生产过程中，人工监控菇房内环境，工作人员每隔8 h用干湿球温度计测量、记录一次温湿度，并根据记录数据变化情况人工控制调节系统，凭借人工经验控制通风系统和光源。由于测量数据误差大，不能准备反映菇房内实时、各角落环境变化，环控设备利用不合理，环境管理粗放，是导致杂菌感染率高、病害发生率高、畸菇率高、育熟周期长、育成率低的原因。试验对比结果表明，通过物联网技术的应用可以降低杂菌感染率、病害发生率和畸菇率，提高杏鲍菇的品质。

3.2 用工量减少 在对照区工作人员主要工作内容为菇房环境管控，挑拣生长异常的菌瓶，并进行相关数据记录和统计，工作量较大，4 704 m2菇房用工量为45人。应用区由系统实现智能控制，有效节省了人员用工，4 704 m2菇房用工量减少为27人。该4 704 m2菇房一年节省人工成本65.7万元。

3.3 节省能源消耗 国内工厂化生产食用菌起步晚，大多仍属于劳动密集型、高能耗产业。在人工监控下，环境调节设施运行安排不合理，设备不必要的运行时间延长，提高设备能耗。通过试验比较表明，通过物联网技术的应用可以减少电费支出，4 704 m2菇房每天节省电费260元，一年节省能耗成本9.49万元，提高了企业的市场竞争力。

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