數字化賦能設施農業種植托管服務

劉超超 金健飛

|摘要|數字化賦能設施農業種植托管服務基于一系列農作物生長監測、智能環境控制等農業物聯網智能軟硬件產品及服務平臺，在國家農業結構調整優化的大背景下，針對現階段農產品種植和管理水平低、技術落后的痛點、難點，為從事農產品生產及管理的人員提供農作物定植、農事指導、病蟲害防治、自動灌溉、遠程管理等數字化服務，致力于解決設施農業生產種植效率低、人員及技術缺乏、產品質量不穩定的問題，實現農產品標準化種植、數字化管理。

前言

在市場經濟條件下，農業的分散經營和生產模式，使得市場競爭參與者對信息的依賴比任何時候都更為迫切。在國家農業結構調整優化的大背景下，農業生產已經從增產轉向了提高質量。2016年，智慧農業被寫入了中央一號文件，被納入到國家頂層設計里，上升到國家經濟戰略發展的高度。近年來，國家更是推出若干政策支持智慧農業發展，并且政策支持所涵蓋的智慧農業領域更廣，農業利好頻傳，將進一步推動數字農業、智慧農業等新產業的發展。

設施農業生產與管理數字化主要通過綜合應用云計算、物聯網、大數據等新一代信息技術，讓農業數據得到規模化、多樣化、高效率運用，依托農業大數據為農業生產的整個流程提供服務與信息支持。在產前，可根據農業歷史需求進行預測，指導科學排產;產中，通過智能環控和動態監測，實現棚室負載智能控制、自動化灌溉、病蟲害預警，提升生產效率及產品質量;產后，提供價格行情信息及市場趨勢預測、產品溯源等，從而實現農業生產全程管理決策的智能化、信息化和數據化，達到高品質、低成本、高產量的目標。

數字化賦能設施

農業生產全過程

數字化賦能設施農業種植托管服務可以將農產品的全生命周期數據共享，從播種、灌溉、施肥、病蟲害防治到收獲預期的全生產流程一直處于智能決策的狀態中，成為打通農場到餐桌全產業鏈數字化的基礎。

農作物科學安排生產

科學安排農作物的茬口，對農作物的穩產高產有著很重要的意義，能有效避免病蟲害加重、產品品質下降、土壤肥力下降等現象。數字化賦能設施農業，可以實現隨時查看各溫室的作物種植信息，并對不同的農作物品種進行分析，例如易發生的病蟲害、對養分的吸收情況及對土壤酸堿度的不同需求等，還可以讓種植者更直觀地了解作物所處的生長階段、溫室的種植情況，從而讓種植者科學地安排種植茬口，提前為采收做好準備。

水肥管理精準化

水肥灌溉是設施農業生產中十分重要的環節，智能化灌溉、施肥不僅可以促進農作物的生長，還能節約用水、用肥。數字化賦能農場水肥智能灌溉系統（圖1）是多個子系統相互協同的結果，包括環境參數采集、溫濕度控制、灌溉控制等，可以對農作物生長過程中的環境條件，如溫度、濕度、光照等信息進行采集，結合農作物不同時期的灌溉需求，制定科學合理的水肥灌溉方案，對灌溉進行智能化控制，實現農作物的智能化灌溉。該系統提高了水肥灌溉的精準度和有效性，最大限度地促進農作物的生長，提升農產品質量，促進農業的綠色安全可持續發展。

溫室環境控制智能化

數字化賦能的溫室智能環境控制系統（圖2）主要適用于各種類型的日光溫室、連棟溫室。該系統包括溫室智能控制器、溫室傳感器、園區小氣候系統、多種環控負載和軟件服務平臺。溫室智能控制器可通過建立的AI模型控制策略，遠程實時獲取溫室大棚內部的空氣溫濕度、土壤溫濕度、CO2濃度、光照強度及視頻圖像，并通過模型分析，遠程或自動控制濕簾風機、噴淋滴灌、內外遮陽、頂窗側窗、加溫補光等設備，完成溫室的增降溫、通風、除濕、補光、灌溉和CO2補充等操作，保證溫室大棚內的環境適宜作物生長，形成最佳的生產環境，為作物高產、優質、高效、生態、安全生產創造條件。

病蟲害有效預警及防控

影響溫室病蟲害發生的因素非常多，如土壤溫濕度、空氣溫濕度、作物類型、作物品種、作物生育期、病蟲基數、歷史發生情況等。也正因如此，較準確地預測病蟲害危害時間、危害程度是一項非常復雜的工程。目前，數字化賦能設施農業結合人工智能識別、5G、大數據分析、圖片識別技術，智能識別農作物主要病蟲害，實時查看作物基本信息、種植環境信息，通過分析作物的長勢、蟲害、病害及環境條件，對病蟲害進行預警，作為種植者自診、專家診斷的依據，并提供科學的治療方案，進一步結合涉農大數據平臺和物聯網診斷設備，提升診斷準確率和智能化，實現早發現、早預防，及時切斷傳播途徑。

農產品質量安全可追溯

在農產品的生產過程中，數字化賦能設施農業需要為大棚地塊、種植農產品、傳感器實體設計相應的物聯網標識編碼，通過農產品標識編碼實現對該產品生長狀態（生長過程中溫度、濕度、CO2濃度等感知數據）、種植操作（播種、施肥、灌溉）、批次、種植園區等數據進行追溯。對農作物種植環節中的傳感器、攝像頭進行標識化管理，對農產品進行單品級溯源管理，既包括人工錄入的生產、流通或銷售信息，又包括感知設備自動采集的感知數據信息。數字化賦能設施農業，主要是利用標識技術通過對農產品生產、流通、銷售過程的全程信息進行感知、傳輸、融合和處理，實現農產品“從農田到餐桌”的全程追溯，提高農產品附加值，營造優質優價、信息透明的良性市場氛圍。

數字化賦能設施

農業管理各環節

數字化賦能設施農業種植托管服務可以實現對園區信息、人員和地塊等資源的管理以及應用于設施農業的生產管理，從而幫助農業生產節約人力投入，提高生產效率，打通農場到餐桌全產業鏈業務流，實現采購、庫存、生產、銷售等諸多業務單元的精細化管控。

設施農業基礎信息數字化管理

數字化賦能設施農業把農場地塊、溫室、設施、人員和種植過程都數字化，讓地面上的園區完整地展現在平臺上，通過平臺可隨時查看農場地圖（圖3）、人員、地塊種植情況等基本信息，可以對園區的各種物資、人員、設備和生產過程數據進行精確地記錄，實現園區實時、全面的遠程管理。同時，應用圖像識別技術，可將工人日常的出勤情況、農事操作等工序進行記錄，并抓拍照片附加“標簽”，為勞動力管理提供數據支撐。

投入品的有效管理

投入品的管理是設施農業生產中的重要環節。涉及到農藥、種子和肥料的采購、儲存管理，包括殺蟲燈、防蟲網、噴灌設備等。以及在采購時如何選擇供應商、辨別商品包裝和索要憑證等工作都是保證商品質量的重要環節。考慮到設施農業生產的常年性與分散性，所以需要一定量的儲存，如化肥的冬儲，農藥的儲備等，數字化賦能設施農業投入品管理可對投入品的入庫、出庫、流水、損耗等進行管理，庫管人員與技術人員可及時了解庫存情況，便于設施農業管理人員及時補充庫存，并對供應商進行管理，實現設施農業投入品的科學管理。

設施溫室能源成本管理

中國現代溫室發展較快，溫室規模越來越大，配套設備也越來越先進，實時監測溫室能耗，精確統計溫室用水、用電、用氣量也顯得尤為重要。數字化賦能設施農業可根據時間和地塊篩選能源種類，分析不同地塊特定時段內的用水量、用電量、CO2用量的圖表信息，便于設施農業管理人員進行成本核算，高效利用能源。

大數據指導農事操作

數字化賦能設施農業終端采集的數據包括光照數據、土壤溫濕度、環境溫濕度等。這些基礎數據都通過傳感器儲存到云端數據庫，通過云端的數據分析和管理系統，最終形成可視化的數據展示界面，從而對作物的生長情況做出判斷和預測，根據農作物的不同生長時期，及時提供移栽定植、水肥管理、病害防治、采收包裝等的相應的農事指導。普及了農事操作知識，提升了種植者的技術水平。

應用前景

設施農業種植的內外界氣候環境復雜多變，設施種植是常年性集約化的種植模式，數字化賦能設施農業在優化環境因素的同時，減少了人為因素對農作物的影響，讓種植技術得到更準確的應用。數字化賦能設施農業的前提是配備了一批“高大上”的物聯網設備，對種植環境數據進行采集和分析，準確了解作物的生長狀況，并及時采取相應的措施。如通過對環境濕度與溫度數據的綜合分析，可以較好地進行病蟲害預警;根據土壤溫度和環境溫度的溫差變化時間分析，可以判斷出土壤的透氣性，從而知道是否需要進行松土等農事操作;通過對土壤濕度的綜合分析，可對果蔬農產品進行防裂果預警;通過對棚室負載的智能化和自動化控制，可以實現農業生產的智能化和自動化，進而提高農業生產的效率和農產品的質量。

數字化賦能設施農業的特點主要是節約人力，提升工作效率以及農產品質量安全性。數字化賦能設施農業的最大優勢就是實現了農作物的標準化種植，這種模式是可復制、可推廣的。因此，隨著土地流轉的趨勢，土地托管、半托管的模式會越來越普遍，將智能化與自動化技術結合，打造數字化農場，實現標準化生產，讓廣大設施農業從業者受益，是未來設施農業發展的必然趨勢。

作者簡介：劉超超（1988-），女，山東濰坊人，中級工程師，研究方向：智慧農業。

*通信作者：金健飛（1964-），男，黑龍江齊齊哈爾人，高級工程師，研究方向：智慧農業。

[引用信息]劉超超，金健飛.數字化賦能設施農業種植托管服務[J].農業工程技術，2020，40（07）：18-21.