阳泉市郊区设施农业中物联网技术的应用与探讨

梁建鸿，陈丽娟

（阳泉市郊区蔬菜中心，山西 阳泉 045011）

目前我国国内的农业物联网发展迅速，特别是在农业智能监控、农业智能生产管理、水肥一体化、农产品溯源等方面得到了很好的发展。相较于传统农业,智慧农业通过信息技术与传统农业的深度融合，能够帮助农业生产者提高作物产量，稳定产品品质、降低生产成本、节约自然资源。

阳泉市郊区依托城郊区位优势，大力发展设施农业。截至2019 年底，阳泉市郊区设施蔬菜面积达到0.03×104hm2，占全区菜田面积的42%，设施蔬菜产业已成为全区农民增加收入的农业主导产业。为充分发挥城郊农业特色优势，郊区积极引进物联网技术，加快推进农业物联网技术的应用，实现设施蔬菜产业的提档升级。

1 阳泉市郊区设施农业物联网应用现状

1.1 设施农业物联网技术应用背景进程

随着全区设施农业在农业生产中的比例越来越大，农业信息化建设逐步完善，推动传统农业向智慧农业转型发展。农村宽带信息网络建设成效显著，农业信息化基础设施能力大幅提升，目前全区7 个乡（镇）所辖157 个行政村光纤入村率、数字电视信号覆盖率、4G 网络覆盖率均达到100%，建成运营村级益农信息社136 个，实现了农业信息的进村入户；农业信息化服务体系健全，全区建立起延伸和覆盖区、乡、村在内的农业信息服务网络体系，使信息互联网络和农业社会化服务体系相互支撑，形成合力；农业信息化农民培训精细精准，通过新型职业农民培育项目，运用信息化教育手段，利用云上智农app、中国农技推广app 等手机应用平台进行“移动互联”在线学习培训，培育了一批有技术、懂经营、会管理、讲诚信的新型职业农民队伍，提升了新型职业农民的信息化应用水平，农业信息化已成为智慧农业发展的助推器。

1.2 设施农业物联网技术试点应用主要成效

近年来，阳泉市郊区在积极推进全区智慧农业发展进程中，围绕信息化服务做文章，开展“小喇叭”大棚物联网信息化管理系统、水肥一体化智能灌溉系统等设施农业物联网技术应用试点推广工作。

1.2.1 “小喇叭”大棚物联网信息化管理系统

“小喇叭”大棚物联网信息化管理系统由“小喇叭”（智能网络温湿度传感器） 和手机客户端两部分组成，“小喇叭”是大棚内部环境感知终端，利用传感器24 h 实时采集棚内温湿度数据，通过互联网传输至农户的手机管理平台。平台根据农户设置的告警温度，实时检测棚内环境，发现异常及时下发告警信息，使作物始终处于最优温湿度环境；平台结合作物生长周期，适时推送种植技术、每日菜价等信息，农户可以通过手机随时随地准确的知道棚内温湿度情况，结合大棚需求调整放棚时间和放风情况或及时对大棚内蔬菜可能因此情况引发的病虫害加以预防，以此来提升管理、提高蔬菜产量和品质。

它的特点和优势主要是：①安装便捷。体积小，安装方便，可悬挂在需要测量温湿度的任何位置；可提供高、低温告警服务，失联告警服务；还可以远程读数，随时随地看温湿度，查历史温、湿度走势。②使用方式简单，手机扫描小喇叭上的二维码关注微信公众号，绑定后一部手机就可以实时监测所有大棚的温、湿度数据，真正达到了省工省时省力的目的。③建设成本低，日常使用费低，维护费用低，太阳能供电或USB 电源线供电随意选择，每棚298 元，可使用3 年。

阳泉市2019 年最低气温出现在12 月31 日，外界平均气温为- 16.8℃，选取东村（1 区）、山底（2 区）、北庄（3 区）、杨树沟（4 区）、山头（5 区）5 个重点设施蔬菜基地温室的当天温湿度数据进行具体应用对比分析：

（1）相同（东村）基地不同温室温湿度对比。将传感器分别布置在两个温室的中间位置，受外界气候影响是最小的，所以选择其温、湿度值作为室内温、湿度进行对比。如图1 所示：相同基地不同温室条件下，1 号温室温度比2 号温室温度高，说明1 号温室比2 号温室保温好性能好。从0 时—9 时，16 时—23 时，此期间温室处于夜间覆盖保温时期，温室内温度低且变化缓慢，这是因为夜间没有太阳光照射，且外界气温较低，温室将白天储蓄的热量不断向外扩散，所以夜间持续温度降低，1 号温室直到9 时04 分降到最低4.2℃，2 号温室。此时掀开温室保温被，温室温度开始上升，且两个温室温度上升幅度明显，原因是太阳辐射的热量加热了温室，且在塑料薄膜覆盖的作用下，温室热量快速积累。1 号温室在12时24 分升至最高温27.2℃，2 号温室11 时54 分升至最高温19.2℃。

如图2 所示：2 号夜间温室内空气湿度均在80%以上，白天空气湿度也维持在60%以上，说明2 号温室处于高湿状态；1 号温室空气湿度较2 号温室低，白天在30%～60%，晚上在55%～90%。1 号、2 号温室在9 时30 分后，温室内湿度开始降低，且与图1 温度变化曲线相比，两条曲线呈对称变化，即室内空气湿度变化趋势正好与室内空气温度变化趋势相反，温度增高，湿度降低。

（2）不同基地温室相同时间温湿度对比。将传感器分别布置在5 个温室的中间位置，选择其温、湿度值作为室内温、湿度进行对比。由于4 区基地温室正处于早春茬定值前准备，尚未进入生产状态，1、2、3、5 区进行比较分析。如图3 所示：不同基地温室相同时间条件下，2 区基地温室温度高于其他3 个基地，说明2 区基地该温室冬季生产棚室温度条件较优于其他基地，日平均温度13.9℃。2 区在8 时42 分出现最低温度8.2℃，1 区在9 时41 分出现最低温度7.5℃，3 区在9时10 分出现最低温度7.4℃，5 区在8 时33 分出现最低温度7.7℃。这表明冬季温室生产棚室最低温度出现在起被时，2区、5 区均在8 时30 分起被；而1 区和3 区基地起被在9 点以后，起被较2 区和5 区晚59 min、37 min，不利于棚室白天热量的积累，夜间温室保温能力受到影响。

如图4 所示：不同基地温室相同时间条件下，2 区基地温室湿度最高，平均湿度91. 2%；5 区其次，平均湿度88%；3 区平均湿度81%，1 区平均湿度74%。

（3）结果分析。通过对相同基地不同温室和不同基地温室相同时间温湿度数据变化特征进行对比分析，可以看出温室小气候和一些环境要素变化规律。其结果有利于指导农户根据温室环境要素变化规律和作物生长需求合理调节温室小气候。基地管理者或农户可依据温湿度数据及时对每个具体的温室进行精准管理，从以往的“靠经验”转换为以数据为科学指导进行种植，同时根据种植作物不同，生育期不同的情况对生产做出科学调整，节约管理成本，提升种植效能，以达到最大收益。

目前，“小喇叭” 物联网服务技术在全区20 个设施蔬菜生产基地中得到应用，累计示范推广应用面积87 hm2，每年平均节本增效在1 100 元/0.067 hm2。

1.2.2 水肥一体化智能灌溉系统

水肥一体化智能灌溉系统是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术，主要包括膜下滴灌和膜下微喷灌两种灌溉方式。通过利用水肥一体化自动灌溉机实现对灌溉、施肥的定时、定量控制，从而实现高效灌溉节水节肥。同时可根据不同蔬菜的需肥特点、土壤环境和养分含量状况；蔬菜不同生长期需水、需肥规律情况进行不同生育期的需求设计，把水分、养分定时定量，按比例直接提供给作物，使养分利用率提高，实现了节水节肥，省力省工，增产增效。

通过北庄、东村等设施蔬菜基地实际应用，实施水肥一体化技术，一般平均每茬作物可节水节肥30%，节省人工10%，增产12%，目前全区已有0.01×104hm2温室大棚推广使用，效果良好。

1.2.3 农产品安全溯源系统

2019 年，阳泉市郊区成为省级农产品质量安全县创建试点单位，建立了农产品质量安全追溯应用平台。全区90%以上“菜篮子”产品、“三品一标”的规模生产经营主体纳入系统平台追溯管理，实施农产品合格证制度，实现农产品源头可追溯、流向可跟踪、信息可查询、责任可追究，生产经营主体的质量安全意识明显增强，农产品质量安全水平稳步提升，提高了农产品质量安全水平和市场竞争力。

2 存在问题及分析

阳泉市郊区设施农业物联网技术应用刚刚起步，面临着诸多困难和挑战。主要包括：农民认知度不高，生产条件可控性差，农业生产经营主要以单农户家庭为单位，分散经营，农业从业者目前受教育程度普遍较低，应用和接受现代信息化技术能力较弱；目前现使用传感器主要集中在温湿度的监测，对其他环境因子关注较少，或者传感器稳定性不好，数据传输不稳定，因而采集数据发生改变；农业物联网专业技术人才缺乏，制约了物联网技术的大面积推广应用；农业物联网技术还处于试验示范阶段，欠缺相配套的农业物联网发展技术、标准、机制、政策。

3 经验及发展建议

3.1 经验与做法

3.1.1 以信息化手段，促进蔬菜产业提质增效

郊区立足当地蔬菜产业发展，厚植网络优势，以信息化的手段，深化农业供给侧结构性改革，以农户需求为导向，抓住当地蔬菜产业链中农户棚内生产的实际需要，瞄准大棚管理这一关键环节，因地制宜将物联网服务引入到蔬菜种植产业中的大棚里，把信息优势转化为助农生产、增收的服务驱动力，积极推动蔬菜产业的发展，促进蔬菜产业提质增效。

3.1.2 开展典型示范，引领带动农户增产增收

“小喇叭”大棚物联网信息化管理系统、水肥一体化智能灌溉系统等物联网技术在阳泉市冬春蔬菜专业合作社、阳泉市山农种植专业合作社、阳泉市亿源种植专业合作社、阳泉市山头种植有限公司、阳泉市郝志峰农业开发有限公司、阳泉市北庄鑫海种植专业合作社6 个部、市级蔬菜标准园进行先行先试，同时，集中示范、推广普及应用集约化育苗、测土配方施肥、病虫害绿色防控等新技术和各种高效种植模式，通过观摩交流、现场演示、实地讲解等直观方式，帮助菜农转变观念、树立信心、掌握技术，依靠科技辐射带动，助农增产增收。

3.1.3 项目拉动推进，加大农业物联网应用力度

通过实施设施蔬菜标准化基地建设项目、设施蔬菜提升项目、设施蔬菜稳产项目等项目，整合资金，在全区各设施蔬菜基地配套应用“小喇叭”大棚物联网信息化管理系统、水肥一体化智能灌溉系统等物联网技术，整体推进农业物联网在全区的大面积应用。

3.2 发展建议

3.2.1 强化政府导向

构建产业应用环境，系统梳理农业物联网应用示范实践成果，筛选适合大范围推广的农业物联网技术和产品目录，切实加强农业物联网新技术、新产品、新模式的宣传和推广应用，促进设施蔬菜产业的发展。

3.2.2 加快人才培养

制定农业物联网人才培养与培训计划，开展校企合作，加快对农业物联网专业技术人才的培养，提高农业物联网技术应用能力和创新能力。

3.2.3 加大示范推广

农业物联网须以点带面，示范推广，选择设施农业物联网技术应用的成熟领域和关键技术作为示范点，以典型的设施农业物联网技术应用示范工程引领带动设施蔬菜产业的持续健康发展。

3.2.4 完善扶持政策

加大资金投入力度，加快制定农业物联网应用发展的配套政策，研究建立农业物联网应用专项发展资金，积极鼓励引导各类社会资本向农业物联网集聚，不断增强农业物联网发展的内生动力，提高农业经济效益，保障农户增产增收。