基于物联网技术的日光温室食用菌栽培研究进展

席雪琴 崔玉萍

摘    要：食用菌营养丰富、经济价值高，具有广阔的市场前景。我国的食用菌产业发展迅速，但存在设施简陋、管理粗放、专业技术人才缺乏等问题。国内外日光温室农业物联网技术在环境信息的实时监测、远程监控和自动化管理等方面取得很大成果，建立基于物联网技术的食用菌栽培日光温室终端控制技术，将推进食用菌从种植到收获的全过程信息化，有效解决食用菌栽培“光、温、水、气、肥”等精准管理问题，提高食用菌的产量与质量。基于此，文章概述了我国食用菌产业基于物联网技术的日光温室栽培现状，旨在为推动食用菌产业的发展提供理论基础，以供参考。

关键词：食用菌栽培；日光温室；环境因子；物联网

文章编号：1005-2690（2023）10-0136-03       中国图书分类号：F326.13       文献标志码：A

基金项目：武威市科学技术局2022年度第二批市级科技计划项目“基于物联网的食用菌日光温室终端控制研究与应用——以武威市为例”（WW2201RPZ023）。

作者简介：席雪琴（1988—），女，汉族，甘肃武威人，硕士，讲师，研究方向为食品科学。

我国是世界上最早栽培食用菌的国家，也是最大的食用菌生产国。食用菌栽培有着突出的优势，例如利用作物秸秆等农林生产边角料为主要原料，实现了废物利用，既保护了环境又创造了经济价值[1]；食用菌种植不受气候、季节和空间的限制，生长周期短且产量高，只要栽培条件适合，根据市场的供求和生产周期就能随时安排培育时间；食用菌富含高蛋白、低脂肪和人体所需多种氨基酸和微量元素，其营养价值与肉、蛋、奶不相上下。

食用菌产业对农业物质循环利用和生态平衡作用重大，具有明显的经济效益和社会效益，市场前景广阔。近年来，我国食用菌产业发展势头强劲，在当前农业供给侧结构性改革的背景下，食用菌在蔬菜供给方面发挥着重要的作用。由于气候及资源等因素的影响，食用菌在我国发展状况极不平衡，且随着政策的影响，食用菌产业重心总体呈由沿海地区、东部地区向内地、中西部地区转移的态势[2]。目前，我国在食用菌栽培方面还存在以下问题。

专业技术人才缺乏，不能满足产业发展技术支持需求；现有菌棚多为老棚改造，标准化栽培不能落实；种植户、专业合作社等对食用菌栽培技术掌握不够，管理比较粗放，使得食用菌质量参差不齐，经济价值也不高[3]。

国内外日光温室农业物联网技术发展迅速，在环境信息的实时监测、远程监控和自动化管理等方面取得很大成果[4]。科研人员已进行了大量的实践探索，将农业物联网技术与食用菌生产相结合，运用先进的日光温室终端控制系统对食用菌栽培过程中的环境参数进行自动检测和调节，以有效解决食用菌日光温室培育过程中“光、温、水、气、肥”等精准管理问题，不仅提升了食用菌的生产效率和品质，还降低了人力及时间成本。

1 食用菌生长环境条件分析

环境条件对食用菌生长至关重要，不同生长阶段的食用菌对环境需求各不相同。环境因素主要包括温度、湿度、空气成分、光照等，运用物联网紧密联合云计算技术，可严格把控食用菌生长环境要素，改善人工调控费时费力、精度不高等问题。

1.1 溫度

在食用菌栽培过程中，温度会直接影响食用菌各阶段的生长进程。我国食用菌资源丰富，目前已有350多种，由于生长在不同地区、不同生态环境，不同品种或同一品种的不同发育阶段，适宜生长的温度也不同，例如羊肚菌菌丝生长、子囊果分化、子囊果发育期的最适宜温度分别为16～22 ℃、9～12 ℃、13～15 ℃[5]。因此，应根据不同菌种、不同生长阶段，及时检测菇房内外温度并进行调控，以便精准管理。

1.2 湿度

食用菌生长需要大量水，大多数水分来自培养料，菇房需要保持一定的相对湿度，一般以80％～95％为宜，能减少培养料中水分的蒸发。适宜的湿度可促进子实体的分化和生长，根据不同菌种的不同生长阶段采集和控制菇房内的空气相对湿度，以有效实现提质增产。

1.3 空气成分

食用菌为好氧性异养生物，菌丝生长需要充足的氧气，同时对高浓度的二氧化碳反应敏感。菇农为培养特色品种，也会对空气中氧气和二氧化碳的比例进行调节。空气成分传感器采集的相关数据通过数据传送反映给管理者，进行适时通风换气，以获得高产优质子实体。

1.4 光照

不同的菌种在不同生长阶段对光照强度的需求也不同，有些菌类可以在无光或微光环境下生长，例如双孢菇、大肥菇、茯苓；而大部分食用菌子实体的分化和生长发育都需要一定的散射光，栽培人员要根据不同的出菇条件，对菇房内的光照强度进行调节，才能得到色泽优、品质好、产量高的食用菌。

2 物联网控制系统工作原理

物联网由各种传感器、数据采集器、传输器、计算机、用户控制终端等构成。传感器结合云计算技术对食用菌生长过程中每个阶段的栽培环境参数如温度、湿度、二氧化碳浓度、光照强度等每隔数秒采集1次，然后将采集的数据通过ZigBee技术、PCL进行传输，计算器将数据进行解析和实时处理并上传与存储，并根据存储的数据开展相应的工作模式，系统调用子程序对执行系统发出相应的指令[6]。

用户通过APP客户端、微信服务平台、手机短信、WAP网站等实时掌握日光温室内小气候环境的变化情况，并通过手机或者PC端对设备下发控制命令。用户也可根据经验设定适宜的环境参数，系统根据设定的环境变量，会自动控制新风系统、空调、LED灯、加湿器等调节和控制食用菌生长环境；还可根据特定菌种的生长要求进行食用菌生长环境因子的自动控制[7]。基于物联网的日光温室（终端）控制系统，根据食用菌栽培所需的性能指标技术规范和生产建议，实现日光温室的精细化管理，使食用菌在适宜的环境下生长发育。同时，基于物联网技术的远程终端控制可实现对食用菌日光温室的管理，特别是大风、极高温、极低温等突发灾害性天气来临时，可同时操控几十座甚至上百座日光温室的卷放帘，以实现无人值守。

3 物联网控制系统的设计与应用

3.1 环境参数采集

食用菌栽培环境参数采集主要通过无线传感技术实现对温度、光照等数据的无线监测。无线传感技术通过结合计算机技术、传感器技术和通信技术进行目标区域数据的采集、处理及传输。基于物联网的食用菌栽培环境参数采集系统由多种智能传感器构成，并按系统控制要求将采集的信息转换成能被识别的信号进行上传。已有专家学者通过相关技术使用相应的传感器对二氧化碳、光照强度和温度进行数据采集。

顾金花（2018）[8]用物联网技术以及无线传感技术对智能温室进行深入研究，在基于IoT与WiFi的温室智能控制系统研究与设计中，系统的感知层通过传感器对温室的环境变量进行检测，将检测的数据通过电路转换成无线信号，通过ZigBee无线通信方式实现感知信息的传输与汇集，最终实现对整个温室系统的监控与管理。

于航等（2021）[9]选用高品质的建大仁科品牌RS-GZ-N01型温度、湿度以及光照度一体传感器，监测数据精度较高。尹魁（2020）[10]选用美信公司的MAX6610型温度传感器检测黑木耳室内栽培环境温度。韩旭等（2022）[11]在香菇栽培中运用STM32（嵌入式单片机）处理器实现一个温室中多点的气体温度、湿度、土壤湿度、光照强度等监测。

3.2 环境参数传输

环境參数传输系统通过ZigBee技术实现数据的传输与汇集，在此基础上由以太网模块进行自由通信协议数据的传输，工控机接收到对应的环境变量后再通过WiFi将数据传递到远程服务器。云监测信息服务平台的主要任务是将传感器采集的环境参数汇总后存储起来，并将数据进行分析处理，利用ZigBee技术结合无线传感器网络实现食用菌栽培环境参数监测数据传输[12]。利用ZigBee技术结合无线传感网络能够有效实现食用菌栽培环境参数检测系统数据传输，辅助系统食用菌栽培环境参数数据监控管理[13]，或将传感器上报消息输送到网关，网关接收并存储数据，通过MQTT协议把环境数据传送到阿里IoT平台进行映射并存储，再通过应用界面呈现给用户[14]。

3.3 智能终端控制

食用菌生长对栽培环境要求较高，例如在食用菌生产阶段，温度要保持在8～30 ℃。冬季需做好保暖，夏季高温可以通过遮蔽、通风、喷水等方式降温，通风过程中风速不宜过高，也不能直吹向食用菌体。基于此，已有专家学者成功研发食用菌日光温室专用的PLC可编程控制器，支持参数变更，既能控制大棚卷帘，也能控制气窗，并且预留富裕接口用来控制光照及灌溉等。智能手机以及平板电脑等智能可移动终端与农业生产相结合的技术发展迅速，日光温室远程监控APP不仅实现了对日光温室环境信息的实时监控功能，及时发布气象灾害预警信息及各类气象信息，还可以根据温室中种植的不同作物及其生长阶段及时为用户提供温室管理方案。用户可以根据已有的知识经验，对食用菌栽培环境的温度、湿度、光照强度、空气成分进行定义，系统程序将自动根据用户设定的环境变量读取数据库，通过控制LED灯、空调、加湿器、新风机等对环境条件进行控制。

3.4 远程网络监控

食用菌栽培中具体的生长状况需要实时观察，远程网络监控可以对食用菌栽培过程中的生长情况进行全天视频监控，用户通过手机、电脑等移动终端可远程实时查看食用菌生长状况，并根据权限实现多点监控，该功能是基于网络和视频信号传输技术，包括网络型视频服务器、高分辨率摄像头[15]。用户还可通过图像识别发出采摘或管理措施调控指令，对食用菌生长过程中的环境因子进行检测和调控，实现智能化管理。

3.5 智能预警

基于云计算的日光温室智能预警系统能够根据环境因素和食用菌生长态势，智能预警多种警情，例如高温、低温、湿度、空气中二氧化碳浓度等。管理人员根据实际情况结合监测器监测到的相关温度、湿度等参数变化对数据进行分析后，得出不同菌种在不同生长阶段所需要的环境参数，而在食用菌栽培过程中，当传感器检测到的参数超过设置的参数范围时，警报主机将检测到的数据上传，通过手机客户端反映给管理人员，避免发生安全事故[16]。

4 结束语

食用菌产业未来如何实现更高层次的发展，关键在于正视新发展理念给食用菌产业带来的发展机遇，紧抓乡村振兴战略政策，实现产业高质量创新发展目标。目前，我国食用菌产业总体存在专业技术人才缺乏、设备简陋、管理比较粗放、出菇质量不理想等问题。运用农业物联网先进技术和知识进行日光温室食用菌栽培，与传统的大棚种植、人工栽培相比，能够有效解决食用菌日光温室培育过程中“光、温、水、气、肥”等精准管理问题。通过APP客户端、微信服务平台、手机短信、WAP网站等实时掌握日光温室内小气候环境的变化情况，并根据日光温室（终端）控制系统性能指标技术规范和生产建议，实现日光温室的精细化管理。农户与专家通过移动设备可随时掌握食用菌生长的环境信息，及时管控，最大限度优化食用菌生长的环境条件。同时，由于食用菌种类多样，急需结合专家及有经验的农户收集更多农技信息，以便给普通种植户提供针对不同品种的不同决策方案。

参考文献：

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[3]毛文明，李城德，李锦龙，等.西北地区食用菌产业发展形势及对策——以甘肃省武威市为例[J].中国食用菌，2022，41（6）：85-89.

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[9]于航，李建军，颜正英，等.基于实时调控方法的食用菌栽培控制系统设计[J].农业工程技术，2021，41（10）：24-27.

[10]尹魁.基于物联网技术的黑木耳室内栽培控制系统设计[J].中国食用菌，2020，39（5）：27-29.

[11]韩旭，朱晓利，江安斯，等.智慧香菇大棚管理系统建模[J].食用菌，2022，44（5）：64-67.

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[15]杨凡，郑小南，李富忠.农业物联网技术在食用菌栽培中的应用[J].物联网技术，2020，10（12）：64-66.

[16]海口托贝乐科技有限责任公司.一种食用菌栽培环境智能监测预警系统：CN202210939745.9[P].2022-11-01.