数字化赋能设施农业种植托管服务

刘超超 金健飞

|摘要|数字化赋能设施农业种植托管服务基于一系列农作物生长监测、智能环境控制等农业物联网智能软硬件产品及服务平台，在国家农业结构调整优化的大背景下，针对现阶段农产品种植和管理水平低、技术落后的痛点、难点，为从事农产品生产及管理的人员提供农作物定植、农事指导、病虫害防治、自动灌溉、远程管理等数字化服务，致力于解决设施农业生产种植效率低、人员及技术缺乏、产品质量不稳定的问题，实现农产品标准化种植、数字化管理。

前言

在市场经济条件下，农业的分散经营和生产模式，使得市场竞争参与者对信息的依赖比任何时候都更为迫切。在国家农业结构调整优化的大背景下，农业生产已经从增产转向了提高质量。2016年，智慧农业被写入了中央一号文件，被纳入到国家顶层设计里，上升到国家经济战略发展的高度。近年来，国家更是推出若干政策支持智慧农业发展，并且政策支持所涵盖的智慧农业领域更广，农业利好频传，将进一步推动数字农业、智慧农业等新产业的发展。

设施农业生产与管理数字化主要通过综合应用云计算、物联网、大数据等新一代信息技术，让农业数据得到规模化、多样化、高效率运用，依托农业大数据为农业生产的整个流程提供服务与信息支持。在产前，可根据农业历史需求进行预测，指导科学排产;产中，通过智能环控和动态监测，实现棚室负载智能控制、自动化灌溉、病虫害预警，提升生产效率及产品质量;产后，提供价格行情信息及市场趋势预测、产品溯源等，从而实现农业生产全程管理决策的智能化、信息化和数据化，达到高品质、低成本、高产量的目标。

数字化赋能设施

农业生产全过程

数字化赋能设施农业种植托管服务可以将农产品的全生命周期数据共享，从播种、灌溉、施肥、病虫害防治到收获预期的全生产流程一直处于智能决策的状态中，成为打通农场到餐桌全产业链数字化的基础。

农作物科学安排生产

科学安排农作物的茬口，对农作物的稳产高产有着很重要的意义，能有效避免病虫害加重、产品品质下降、土壤肥力下降等现象。数字化赋能设施农业，可以实现随时查看各温室的作物种植信息，并对不同的农作物品种进行分析，例如易发生的病虫害、对养分的吸收情况及对土壤酸碱度的不同需求等，还可以让种植者更直观地了解作物所处的生长阶段、温室的种植情况，从而让种植者科学地安排种植茬口，提前为采收做好准备。

水肥管理精准化

水肥灌溉是设施农业生产中十分重要的环节，智能化灌溉、施肥不仅可以促進农作物的生长，还能节约用水、用肥。数字化赋能农场水肥智能灌溉系统（图1）是多个子系统相互协同的结果，包括环境参数采集、温湿度控制、灌溉控制等，可以对农作物生长过程中的环境条件，如温度、湿度、光照等信息进行采集，结合农作物不同时期的灌溉需求，制定科学合理的水肥灌溉方案，对灌溉进行智能化控制，实现农作物的智能化灌溉。该系统提高了水肥灌溉的精准度和有效性，最大限度地促进农作物的生长，提升农产品质量，促进农业的绿色安全可持续发展。

温室环境控制智能化

数字化赋能的温室智能环境控制系统（图2）主要适用于各种类型的日光温室、连栋温室。该系统包括温室智能控制器、温室传感器、园区小气候系统、多种环控负载和软件服务平台。温室智能控制器可通过建立的AI模型控制策略，远程实时获取温室大棚内部的空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度、光照强度及视频图像，并通过模型分析，远程或自动控制湿帘风机、喷淋滴灌、内外遮阳、顶窗侧窗、加温补光等设备，完成温室的增降温、通风、除湿、补光、灌溉和CO2补充等操作，保证温室大棚内的环境适宜作物生长，形成最佳的生产环境，为作物高产、优质、高效、生态、安全生产创造条件。

病虫害有效预警及防控

影响温室病虫害发生的因素非常多，如土壤温湿度、空气温湿度、作物类型、作物品种、作物生育期、病虫基数、历史发生情况等。也正因如此，较准确地预测病虫害危害时间、危害程度是一项非常复杂的工程。目前，数字化赋能设施农业结合人工智能识别、5G、大数据分析、图片识别技术，智能识别农作物主要病虫害，实时查看作物基本信息、种植环境信息，通过分析作物的长势、虫害、病害及环境条件，对病虫害进行预警，作为种植者自诊、专家诊断的依据，并提供科学的治疗方案，进一步结合涉农大数据平台和物联网诊断设备，提升诊断准确率和智能化，实现早发现、早预防，及时切断传播途径。

农产品质量安全可追溯

在农产品的生产过程中，数字化赋能设施农业需要为大棚地块、种植农产品、传感器实体设计相应的物联网标识编码，通过农产品标识编码实现对该产品生长状态（生长过程中温度、湿度、CO2浓度等感知数据）、种植操作（播种、施肥、灌溉）、批次、种植园区等数据进行追溯。对农作物种植环节中的传感器、摄像头进行标识化管理，对农产品进行单品级溯源管理，既包括人工录入的生产、流通或销售信息，又包括感知设备自动采集的感知数据信息。数字化赋能设施农业，主要是利用标识技术通过对农产品生产、流通、销售过程的全程信息进行感知、传输、融合和处理，实现农产品“从农田到餐桌”的全程追溯，提高农产品附加值，营造优质优价、信息透明的良性市场氛围。

数字化赋能设施

农业管理各环节

数字化赋能设施农业种植托管服务可以实现对园区信息、人员和地块等资源的管理以及应用于设施农业的生产管理，从而帮助农业生产节约人力投入，提高生产效率，打通农场到餐桌全产业链业务流，实现采购、库存、生产、销售等诸多业务单元的精细化管控。

设施农业基础信息数字化管理

数字化赋能设施农业把农场地块、温室、设施、人员和种植过程都数字化，让地面上的园区完整地展现在平台上，通过平台可随时查看农场地图（图3）、人员、地块种植情况等基本信息，可以对园区的各种物资、人员、设备和生产过程数据进行精确地记录，实现园区实时、全面的远程管理。同时，应用图像识别技术，可将工人日常的出勤情况、农事操作等工序进行记录，并抓拍照片附加“标签”，为劳动力管理提供数据支撑。

投入品的有效管理

投入品的管理是设施农业生产中的重要环节。涉及到农药、种子和肥料的采购、储存管理，包括杀虫灯、防虫网、喷灌设备等。以及在采购时如何选择供应商、辨别商品包装和索要凭证等工作都是保证商品质量的重要环节。考虑到设施农业生产的常年性与分散性，所以需要一定量的储存，如化肥的冬储，农药的储备等，数字化赋能设施农业投入品管理可对投入品的入库、出库、流水、损耗等进行管理，库管人员与技术人员可及时了解库存情况，便于设施农业管理人员及时补充库存，并对供应商进行管理，实现设施农业投入品的科学管理。

设施温室能源成本管理

中国现代温室发展较快，温室规模越来越大，配套设备也越来越先进，实时监测温室能耗，精确统计温室用水、用电、用气量也显得尤为重要。数字化赋能设施农业可根据时间和地块筛选能源种类，分析不同地块特定时段内的用水量、用电量、CO2用量的图表信息，便于设施农业管理人员进行成本核算，高效利用能源。

大数据指导农事操作

数字化赋能设施农业终端采集的数据包括光照数据、土壤温湿度、环境温湿度等。这些基础数据都通过传感器储存到云端数据库，通过云端的数据分析和管理系统，最终形成可视化的数据展示界面，从而对作物的生长情况做出判断和预测，根据农作物的不同生长时期，及时提供移栽定植、水肥管理、病害防治、采收包装等的相应的农事指导。普及了农事操作知识，提升了种植者的技术水平。

应用前景

设施农业种植的内外界气候环境复杂多变，设施种植是常年性集约化的种植模式，数字化赋能设施农业在优化环境因素的同时，减少了人为因素对农作物的影响，让种植技术得到更准确的应用。数字化赋能设施农业的前提是配备了一批“高大上”的物联网設备，对种植环境数据进行采集和分析，准确了解作物的生长状况，并及时采取相应的措施。如通过对环境湿度与温度数据的综合分析，可以较好地进行病虫害预警;根据土壤温度和环境温度的温差变化时间分析，可以判断出土壤的透气性，从而知道是否需要进行松土等农事操作;通过对土壤湿度的综合分析，可对果蔬农产品进行防裂果预警;通过对棚室负载的智能化和自动化控制，可以实现农业生产的智能化和自动化，进而提高农业生产的效率和农产品的质量。

数字化赋能设施农业的特点主要是节约人力，提升工作效率以及农产品质量安全性。数字化赋能设施农业的最大优势就是实现了农作物的标准化种植，这种模式是可复制、可推广的。因此，随着土地流转的趋势，土地托管、半托管的模式会越来越普遍，将智能化与自动化技术结合，打造数字化农场，实现标准化生产，让广大设施农业从业者受益，是未来设施农业发展的必然趋势。

作者简介：刘超超（1988-），女，山东潍坊人，中级工程师，研究方向：智慧农业。

*通信作者：金健飞（1964-），男，黑龙江齐齐哈尔人，高级工程师，研究方向：智慧农业。

[引用信息]刘超超，金健飞.数字化赋能设施农业种植托管服务[J].农业工程技术，2020，40（07）：18-21.