物联网技术在苹果无袋化生产中的应用

宋成秀，张志强，董绪，褚德峰，李广阵

(山东锋士信息技术有限公司，山东济南 250100)

中国苹果栽培从20世纪末开始引入套袋技术并推广，不到10年时间在苹果主产区普及。套袋对提高苹果商品率、果农增收起到了很大的作用，目前绝大部分果区仍以套袋栽培为主，并且还推广到梨、葡萄、桃等其他果树生产中。果实套袋用工量大，也造成果实品质的下降，很多国家经历了苹果生产由套袋到无袋化生产的转变，例如日本20世纪末富士苹果套袋栽培面积占苹果栽培总面积50%以上，目前套袋率不足10%；韩国苹果套袋发展早于中国，目前套袋苹果面积也仅占5%左右[1]。中国套袋果园占80%以上，优果率却不足40%，在国际市场上处于中低档水平。套袋、摘袋的成本也不断上涨，种植户越来越难以承受。面临成本和品质的双重压力，无袋化栽培将是中国苹果生产技术发展的必然趋势[2]。

1 苹果无袋栽培的前景

1.1 市场需求

商品进入消费市场两个重要条件：一是需求，二是价格。近年来，套袋技术的发源地日本的消费群体更倾向于不套袋苹果，许多苹果销售时专门标明是无袋栽培以获得高售价。中国苹果消费者也逐渐认识到果品内在品质的重要性，套袋苹果的外观品质有优势，而不套袋苹果内在品质占优势会逐渐被消费者认可。由此促使生产者进行无袋化栽培。

1.2 节本增效需求

目前，中国苹果栽培面积200多万hm2，年产苹果4 000多万t，但以分散经营为主，设施条件差，80%的果园机械化水平低，生产成本平均每666.7m25 000元，其中80%是果袋及套袋摘袋的投入，每年在套袋方面支出达400亿元。受产量大、品种单一等因素影响，苹果价格持续下滑，加上受劳动力成本高等因素的影响，果农收入显著减少。节本增效[3]成为果农持续增收的必然考虑。

1.3 提升果品品质需求

套袋改善了苹果的外观品质，但也存在着果面生理变化造成贮藏性能变差、品质变差的问题。套袋苹果的可溶性固形物含量比不套袋苹果低1.0～1.5个百分点，果实硬度低0.80～1.00 kg/cm2，芳香物质、特有风味物质减少。由于袋内温度高，造成果实的呼吸强度增大，碳水化合物的消耗增加，果实含糖量下降，一般低于不套袋苹果1%以上[4-6]。果实中类胡萝卜素、叶绿素和酚类物质对人体具有抗氧化、抗肿瘤、预防心脑血管疾病等作用，营养保健价值高[7,8]。有研究表明，果实套袋透光率越高，则果实的绿色和黄色饱和度越高[9]，含有的类胡萝卜素、叶绿素等含量越高。由此推断不套袋果实色素饱和度会更高，食用不套袋苹果摄入更多的有益色素，对人体健康益处更大。

1.4 低毒药物及生物防治提供植保技术支持

随着农药工业的不断发展，低毒、低残留、环境友好型的农药占据主流市场，为苹果无袋栽培提供了植保技术支持。李海飞等对生产中允许使用以及国家在果树上禁限用的31种农药和总砷含量的分析表明，果实检出的农药残留量及总砷含量不套袋果稍高于套袋果。但无论套袋与否，果实内残留的农药和总砷含量均远低于国家标准规定值[10]。因此，在常规管理模式下，不套袋对苹果食用安全没有影响。

翟浩等发现，在山东烟台、威海、泰安三地梨小食心虫成虫发生高峰期和持续时间在套袋和不套袋苹果园中的发生动态差异不明显[11]。张瑞芳对套袋、不套袋、喷施生物膜3种处理的长富2号果实农药残留量进行检测表明，所有处理的果实残留量均在标准值之下，全部符合果实安全标准[6]。

2 无袋栽培面临的问题

无袋栽培并不是简单的不套袋，而是一项栽培制度变革，涉及多项配套技术的改革，包括易着色苹果品种的培育、现代栽培模式创建、优美生产环境筛选等，保证无袋生产条件下苹果的果面光洁度、着色等方面可以达到优质商品果的要求[12]。

3 物联网技术概念与应用中存在的问题

物联网是基于互联网的、“物”与“物”之间连接形成的“网”，比如生活中电脑无线鼠标、蓝牙耳机、电视遥控器等都是物联网的应用。物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展。而农业物联网则是将用户端延伸扩展到了农业相关的物品之间，进行信息交换和通讯。中国的传统农业正在向现代农业转型，而以互联网为基础，实现农业物物相联的农业物联网技术将助推农业走向信息化、智能化[13]。中国农业物联网技术正进入快速发展阶段，智能感知、无线传感器、云计算与云服务等技术正在向农业各个领域渗透[14]，为农业发展中存在的问题和瓶颈提供新的解决方案。物联网技术必将推动苹果产业完成由套袋栽培到无袋栽培的转变进程。

农业物联网发展存在的问题。农业的生产环境相比工业更复杂，农业传感器的精度、稳定性要求高，然而农产品单位价值低，物联网设备的投入成本相对高，农业物联网技术发展存在着成本与技术要求的矛盾；农业物联网相关的标准、指南还不完善，存在各家经营单位自成一体问题，在一定程度上阻碍技术的更新；因此农业物联网的发展，需要技术的更新，弱化成本与技术的矛盾；同时政府、行业的政策支持、应用示范是目前阶段支撑农业物联网发展的主力；农业物联网的发展也将得益于农业从业者对新兴科技事物的信心。

4 物联网技术的应用

4.1 水肥精准施用

中国苹果产业亟待提升果实品质，合理科学地水肥管理可以保证树体正常的生长发育，在提高苹果品质的同时，节约生产成本[15]。苹果园的施肥效果报告显示，当前果园的施肥时期不合理、单次施肥量占比不合理，特别是不能依据果树的实际营养状况针对性地施用肥料[16]，不仅破坏树体营养平衡，而且影响果树健康生长发育。不合理的灌溉量及灌溉时机对产量品质也有很多影响。因此，引入物联网技术，采集果园土壤的实际养分数据，结合树龄、目标产量、专家经验等数据，建立科学的水肥模型，指导合理水肥管理，对提高无袋化栽培树体的抗逆性、调节生长状态都会起到至关重要的作用。

4.2 病虫害监测

现代农业提倡绿色植保，病虫害坚持预防为主、综合防治，最大限度地降低生产成本提高防治效果。引入物联网等现代技术，建立病虫害系统监测点及果实生长状态监测点，持续不断地监测果树生长状况及果园生态变化，准确掌握病虫的发生种类、发生程度、病叶率、虫口密度和害虫生育期等情况。根据病虫害发生的具体情况，明确防控目标，结合病虫防治指标、天敌数量、气象条件等，确定是否用药防治、要采取的具体防治技术组合、对症药剂组合及其最佳施药时期、施药次数。

4.3 极端天气预警

中国地域广阔，自然条件复杂，气候类型多样，农业气象灾害如旱灾、洪涝、冻害、雹灾等多发，对农业影响巨大[17]。中国是果品生产大国，北方的林果业年产值超过1 000亿元，而仅霜冻造成的损失每年达1%以上。霜冻的发生主要与气象条件、地理位置、作物种类、作物物候期等有关[18]，利用物联网技术可全方位监测果园环境状况，更准确地预报当地的自然灾害，根据灾害可能发生的程度制定应对技术方案，以减轻灾害的损失。

4.4 空气质量监测

果实套袋，避免了果面与药剂、病菌、害虫等的直接接触，苹果无袋化栽培无屏障保护，空气中的有害气体会直接接触果实造成病态，如空气中的烟尘、粉尘可造成果面粗糙、霉污、果梗结垢，严重影响果实外观品质。因此，优美的生态环境是苹果无袋栽培的根本保障[19]。采用物联网技术监控空气质量，当空气有害气体指标高于果实承受范围、且短时间内无有效降雨的情况下，启动喷淋设备或者提示管理者进行全园喷水，清洗叶面和果面粉尘，为果品创造优美的自然生长环境。