智慧农业在蔬菜栽培技术应用方向的研究

苏百童

（许昌职业技术学院，河南 许昌 461000）

蔬菜种植在我国的农业发展中占据举足轻重的地位，随着我国人民的生活质量不断提高，对绿色、健康的生活越来越重视，对优质蔬菜的需求量也越来越大，常规的农业耕作模式已经不能适应当前的蔬菜产量和质量要求。随着科技的发展，我国农业生产必须持续进行技术革新，并重视应用新型的栽培种植技术。

现代农业要求努力提高土地产能，变资源高耗型农业为资源高效型农业。突破水肥资源约束，以节水科技服务现代农业，是提高土地产能、实现农业转型升级的关键一环。大力发展节水农业，控制农业用水总量，推动实施化肥施用量零增长行动，提高水肥资源利用效率，加快推进水肥一体化工作，促进农业可待续发展。在此战略背景下，水肥一体化技术和智慧农业的探索，逐渐在蔬菜种植、无土栽培等领域得到推广普及。

1 智慧农业在蔬菜栽培生产领域迅速发展的原因分析

农业历经千年发展，造福人类的同时也带来难题，比如破坏土层、污染环境、浪费水资源等。如何节约农业开发的人力、时间、环境成本，始终是现代农业企业攻克的难题。在农业节水领域，密集型的农业耕种模式无论是分配农田水资源，还是操作和控制灌溉系统，都仍依靠人工到田间劳作[1]。首先，费时费力。传统漫灌、沟灌、畦灌等灌溉方式灌溉效率低下；其次，资源过度浪费；再次，生存环境恶化。过度灌水、施肥易导致土壤板结、土壤盐碱化、地下水污染等环境问题。同时，种植户凭借传统经验调整蔬菜的需水、需肥量，实际情况与蔬菜的生长期所需偏差较大，无数字化的依据作指导，无法保证蔬菜的产量和质量。

随着新时期的科技发展，各种现代化农业生产技术应运而生，其中设施蔬菜生产采用温室、塑料大棚等，可以有效降低外部环境因素对蔬菜栽培带来的影响，设施内可调控适宜蔬菜生长的温度、湿度、光照等。同时，设施蔬菜生产技术还可以实现蔬菜的逆向、多元化发展，增加了市场供给的多样性，在一定程度上减少了种植费用。尤其在我国采用设施蔬菜生产技术，可以有效缓解夏季、冬季的室外生长条件，避免季节性蔬菜供应不足，在提高农民经济收益的同时，进一步推动我国农业生产健康发展[2]。

智慧农业是将人工智能、移动互联网、云计算和物联网等现代技术综合运用。在各类农业生产种植基地设置部署传感节点，例如环境温湿度、土壤水分、二氧化碳等，依托这些传感节点和无线通信网络，可以对农业种植生产环境进行智能感知、智能预警、智能决策、智能分析等[3]，可以实时监控蔬菜生产设施内部或者田间温湿度、二氧化碳含量等。

工作人员可以通过监测数据分析环境，农业生产资料可以有针对性地投放，根据数据分析的结果智能控制温度、光照、气体调节等。此技术可实现精准化种植、可视化管理、智能化决策。尤其在蔬菜设施生产中，能及时监测到可能对农作物造成的危害，为蔬菜生产提供科学指导，降低设施内的病虫害发生概率。目前，河南省已有部分地区和园艺企业将智慧农业技术应用于蔬菜设施生产，均取得了较好的经济效益。

2 智慧农业技术类型

2.1 环境监测物联网系统

农业物联网是利用传感器收集农作物的生长、土壤以及气象等数据，将收集到的数据传输至基站后传输至云端，运用大数据、人工智能等技术构建农业数字模型，包括农作物生长、灌溉、病虫害模型、温室控制模型等。还可以实时控制滴灌和水肥一体化设备，监测设施生产中各项设备的运行状态，通过手机APP、PC 电脑等实时查看农作物长势，实现农业生产数字化[4]。

2.2 农业大数据

农业大数据是指将大数据理念、技术和方法应用在农业方面的实践。涉及农业生产全过程，通过卫星遥感技术采集农作物生长环境中的各项指标数据，再将其上传至本地或云端数据库，分析农业生产的历史数据和实时监控数据，提高对农作物种植面积、进度、产量、环境条件、灾害强度的关联监测能力。种植户能有效规避作物生长过程中的气候灾害，合理选取正确科学的防治措施及种植方法，从基础上提高农业生产的效率和产量。

2.3 人工智能技术

人工智能技术主要应用智能控制系统，可以实现预测气候以及农作物产量、防治病虫害等，以利用计算机视觉、图像识别等为主。目前，人工智能各项技术在智慧农业生产的各阶段均有应用，主要包括智能灌溉控制系统、实时监测土壤墒情、智能分析土壤成分及肥力、鉴定种子品质、防治病虫害、调节智能温室系统等，还有人工智能技术开发的瓜果采摘机器人、自动识别农产品品质系统等[5]。

2.4 3S 技术简介

地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）和全球定位系统（GPS）统称为3S 技术。GIS 用于空间数据可视化的查询、分析和综合处理，RS 可大范围获取地物信息的特征和变化，GPS 可以快速定位并获取准确的位置信息。三者紧密结合为智慧农业的发展提供了重要技术手段。3S 技术在农作物估产、动植物长势检测、病虫害预报、定量施肥与灌溉、农业自然灾害监测、农业生态环境监测、土地资源退化监测、土壤适宜性评价等方面有着广阔的发展前景。

3 智慧农业在河南省蔬菜栽培生产领域中的应用

在温室或塑料大棚蔬菜栽培生产中采用先进的监测技术，可以实时监测蔬菜，特别是可以实时了解蔬菜生长所需温度和湿度，便于种植户及时调整，保证具有适宜各类蔬菜健康生长的温度与湿度条件。而且，还可以实时监测设施内蔬菜生长状况和营养状况，便于管理人员根据蔬菜生长的需要，适时地进行营养补给，以保证蔬菜的健康生长，并解决蔬菜在生产中遇到的问题。

利用现代化监测技术可以让蔬菜始终处于良好的生长状态。在蔬菜销售领域利用现代化的智能技术，能实现企业利用条形码向顾客传达各类蔬菜的信息，可进行农产品溯源。高质量的蔬菜能得到消费者的认同，在一定程度上树立品牌形象，增加种植户的经济收入。以河南省汇智农业科技有限公司在智慧农业领域开发的项目产品为例，目前河南省蔬菜栽培中智慧农业的应用主要包括以下几方面。

3.1 智慧农业物联网系统的应用

3.1.1 蔬菜生长全过程的智慧感知

感知系统主要由物联网监测终端和物联网传输终端组成。物联网监测终端负责采集蔬菜种植区域的空气温湿度、光照度等环境信息，采集到的数据发送至物联网传输终端，传输终端汇总多个无线传感器网络系统发送过来的数据后再打包上传到云服务器。无线传感器网络系统可以在长期无人值守的状态下工作，种植者通过手机、平板电脑、PC 或其他移动互联网设备就可以随时随地进行数据监测，释放了大量劳动力，同时确保蔬菜生长环境正常。

3.1.2 智慧农业云平台

现代智慧农业物联网平台根据实时数据检测分析，整个生产现场能实现可视化。通过分布在蔬菜种植各区域的传感节点不断采集数据，主动上传给生产者提供精准数据参考，按照各时间段绘制蔬菜生长过程中各项参数分析图表，使用者可实时掌控蔬菜生长环境中的数据变化，及时制订生产计划。在此过程中还可以智能预警，通过物联网技术分析智能传感器所收集的蔬菜生产现场环境数据，按照预设的阈值范围主动上报提醒，可以有效调节蔬菜生产现场环境数据以及控制现场智能装备。

同时，农产品溯源、专家系统等为蔬菜栽培生产销售全过程保驾护航。蔬菜产品追溯可实现蔬菜生产过程中信息的采集、汇总、存储和处理，实现覆盖蔬菜种植、初加工、预包装、流通、零售等各环节的重要功能设计。提供企业追溯项目灵活配置和定制化系统开发，为企业提供追溯标准规范体系建设和业务流程再造服务，最终达到蔬菜产品品牌化，从田间到餐桌全程追溯、一码追溯到底的目标。农业专家系统可以实现农业专家远程解决农业生产者的各种问题，是模拟人类专家解决农业领域问题的计算机程序系统，通过专家系统分析环境因素和蔬菜的生长状况，为生产者提供各种建议和指导，可以执行常规性的日常任务，并缩短解决农业生产领域中问题的时间[6]。

3.2 智慧灌溉水肥一体化

水肥一体化技术是集灌溉、施肥为一体，通过远程控制技术，借助管道压力系统，在灌溉的同时将肥料按照蔬菜所需与灌溉水均匀混合，一起输送到农作物根部或叶面，把水分和养分均匀、精准地提供给农作物，实现水肥一体，肥随水走。

对不同作物的生长期需水、需肥量，应根据不同生育期的需求设计，按比例直接提供给农作物。智能化的水肥一体能通过物联网技术将智能传感器所收集的蔬菜生产环境气象数据进行分析，计算蔬菜所处的状态或各生长期的需求，决定灌溉时间、用水量和用肥量。可满足不同蔬菜不同生长阶段的需求，在蔬菜栽培生产过程中，节水节肥、省工省时、高效便捷。

3.3 智慧温室设施蔬菜生产

由于河南省四季气温变化大，在冬天难以适应蔬菜生产需要。利用现代化的温室、大棚蔬菜种植技术，可以为种植户提供适宜的种植环境，让其在一定程度上维持正常的生长状况，提高农民的生产效益和质量。通过控制温室大棚的温度、空气、光照、二氧化碳、水分、养分等调控设施内小气候，满足蔬菜对生长环境中温、光、水、肥、气的需求，实现温室种植生产的高效自动化和精准化管理，显著提升设施蔬菜的均一性和商品性，真正实现节能环保、提质增效的目标。在设施蔬菜种植中采用无土栽培技术，根据各类蔬菜在不同生长期的需求配制营养液，能有效调控植物养分的摄取量，有效增加植物的资源利用，减少病害的发生。

目前，河南省的设施蔬菜栽培采用无土栽培技术、水培技术生产的叶菜类产品表现出优产、高产、低人工成本、节肥节水等特点。蔬菜温室种植技术已在河南省部分地区代替了传统种植模式，不再受地域、温度和时间的限制[7]。

近年来，智能耕种技术正在逐步取代传统耕种技术。自动化点种机械从基质装盘到精准播种、覆土压实全程自动化，提高了育苗效率；自动化蔬菜移栽机实现苗盘输送、取苗、投苗、栽植、覆土、压实、苗盘回收全过程。蔬菜设施种植过程中，智慧农业系统不仅可以自动采集蔬菜大棚中的温度、湿度、光照、二氧化碳浓度等各项环境参数，还能实时获取作物生长信息数据，根据各类信息数据的反馈，实现对生产园区自动化灌溉、温度管理、施肥等一系列的自动化控制。

4 河南省蔬菜栽培技术的发展与问题探讨

4.1 蔬菜生产技术的革新力度不够

部分地区对现代蔬菜种植技术的模仿和借鉴泛滥，缺乏适应本地蔬菜栽培的技术革新，致使技术推广的成效很难实现。需特别指出的是，在种植技术上要根据各地气候、环境条件，进行有目的改良，避免出现栽培技术使用不合理与不适应的情况。

目前，由于科学技术水平的不断提高，在蔬菜种植和经营中出现了许多新的技术和装备，而新技术的普及推广较难做到大面积应用。在蔬菜生产中，农业自动化机械新技术、新装备等的推广难度较大，在一定程度上制约了我国无公害蔬菜、绿色蔬菜等高品质蔬菜的发展。

4.2 强化智慧农业下的蔬菜种植技术发展策略

4.2.1 拓宽现代蔬菜种植技术的推广范围

随着我国农村经济的快速发展和人民对生活质量的要求越来越高，为了满足当前的市场需要，必须进一步充实和改进蔬菜种植技术。在推广蔬菜技术的过程中，除了要大力推行技术外，还必须加大宣传力度，适应市场变化，为种植户提供相应的技术支持。

4.2.2 促进蔬菜栽培生产的机械化

蔬菜生产的机械化发展是大势所趋，农业技术工作者可以针对植物的生理节律和外部条件，开发各种功能齐全的农艺装备，提高蔬菜产量，进一步改善和优化河南省的蔬菜产量。但是仍有一些地方采用传统的种植模式，存在很大的危险且收益较低。应加大对农机的研究力度，开发出更容易推广和更简便的农机，推动河南省蔬菜种植的传统模式逐渐朝着现代化、智慧化方向发展[8]。

4.2.3 推动蔬菜种植技术发展的设想

将传统农业的种植管理技术和智慧农业的理念相融合，以创新的方法融入蔬菜生产中。专业技术人员给种植户讲解种植方法及要点，并长期提供免费的技术支持，让蔬菜种植户直观感受、体验新型栽培技术的益处。同时，加强对种植户的支持和技术的培养，通过产业协会和专业合作社，组织技术骨干，定期向农民传授先进的技术。

5 结束语

蔬菜生产具有地域性、季节性、专业性、复杂性等特点，不同种类的蔬菜具有不同的生产管理流程。为了实现蔬菜生产管理专业化、标准化、智能化，提高生产管理的效率，应打造符合蔬菜栽培生产自身特点的生产管理系统。智慧农业的发展，可对蔬菜全生产流程的每个环节进行信息化、智能化管理，包括规划生产流程、自动化任务管理、即时沟通交流、巡园监督管理、病虫害图像识别、农资投入品管理等全方位管理，提升蔬菜生产的专业化与标准化水平。随着技术的不断发展和融合的不断深入，智能技术一定会助推河南省蔬菜产业实现高质量快速发展。