智慧農業在蔬菜栽培技術應用方向的研究

蘇百童

（許昌職業技術學院，河南 許昌 461000）

蔬菜種植在我國的農業發展中占據舉足輕重的地位，隨著我國人民的生活質量不斷提高，對綠色、健康的生活越來越重視，對優質蔬菜的需求量也越來越大，常規的農業耕作模式已經不能適應當前的蔬菜產量和質量要求。隨著科技的發展，我國農業生產必須持續進行技術革新，并重視應用新型的栽培種植技術。

現代農業要求努力提高土地產能，變資源高耗型農業為資源高效型農業。突破水肥資源約束，以節水科技服務現代農業，是提高土地產能、實現農業轉型升級的關鍵一環。大力發展節水農業，控制農業用水總量，推動實施化肥施用量零增長行動，提高水肥資源利用效率，加快推進水肥一體化工作，促進農業可待續發展。在此戰略背景下，水肥一體化技術和智慧農業的探索，逐漸在蔬菜種植、無土栽培等領域得到推廣普及。

1 智慧農業在蔬菜栽培生產領域迅速發展的原因分析

農業歷經千年發展，造福人類的同時也帶來難題，比如破壞土層、污染環境、浪費水資源等。如何節約農業開發的人力、時間、環境成本，始終是現代農業企業攻克的難題。在農業節水領域，密集型的農業耕種模式無論是分配農田水資源，還是操作和控制灌溉系統，都仍依靠人工到田間勞作[1]。首先，費時費力。傳統漫灌、溝灌、畦灌等灌溉方式灌溉效率低下；其次，資源過度浪費；再次，生存環境惡化。過度灌水、施肥易導致土壤板結、土壤鹽堿化、地下水污染等環境問題。同時，種植戶憑借傳統經驗調整蔬菜的需水、需肥量，實際情況與蔬菜的生長期所需偏差較大，無數字化的依據作指導，無法保證蔬菜的產量和質量。

隨著新時期的科技發展，各種現代化農業生產技術應運而生，其中設施蔬菜生產采用溫室、塑料大棚等，可以有效降低外部環境因素對蔬菜栽培帶來的影響，設施內可調控適宜蔬菜生長的溫度、濕度、光照等。同時，設施蔬菜生產技術還可以實現蔬菜的逆向、多元化發展，增加了市場供給的多樣性，在一定程度上減少了種植費用。尤其在我國采用設施蔬菜生產技術，可以有效緩解夏季、冬季的室外生長條件，避免季節性蔬菜供應不足，在提高農民經濟收益的同時，進一步推動我國農業生產健康發展[2]。

智慧農業是將人工智能、移動互聯網、云計算和物聯網等現代技術綜合運用。在各類農業生產種植基地設置部署傳感節點，例如環境溫濕度、土壤水分、二氧化碳等，依托這些傳感節點和無線通信網絡，可以對農業種植生產環境進行智能感知、智能預警、智能決策、智能分析等[3]，可以實時監控蔬菜生產設施內部或者田間溫濕度、二氧化碳含量等。

工作人員可以通過監測數據分析環境，農業生產資料可以有針對性地投放，根據數據分析的結果智能控制溫度、光照、氣體調節等。此技術可實現精準化種植、可視化管理、智能化決策。尤其在蔬菜設施生產中，能及時監測到可能對農作物造成的危害，為蔬菜生產提供科學指導，降低設施內的病蟲害發生概率。目前，河南省已有部分地區和園藝企業將智慧農業技術應用于蔬菜設施生產，均取得了較好的經濟效益。

2 智慧農業技術類型

2.1 環境監測物聯網系統

農業物聯網是利用傳感器收集農作物的生長、土壤以及氣象等數據，將收集到的數據傳輸至基站后傳輸至云端，運用大數據、人工智能等技術構建農業數字模型，包括農作物生長、灌溉、病蟲害模型、溫室控制模型等。還可以實時控制滴灌和水肥一體化設備，監測設施生產中各項設備的運行狀態，通過手機APP、PC 電腦等實時查看農作物長勢，實現農業生產數字化[4]。

2.2 農業大數據

農業大數據是指將大數據理念、技術和方法應用在農業方面的實踐。涉及農業生產全過程，通過衛星遙感技術采集農作物生長環境中的各項指標數據，再將其上傳至本地或云端數據庫，分析農業生產的歷史數據和實時監控數據，提高對農作物種植面積、進度、產量、環境條件、災害強度的關聯監測能力。種植戶能有效規避作物生長過程中的氣候災害，合理選取正確科學的防治措施及種植方法，從基礎上提高農業生產的效率和產量。

2.3 人工智能技術

人工智能技術主要應用智能控制系統，可以實現預測氣候以及農作物產量、防治病蟲害等，以利用計算機視覺、圖像識別等為主。目前，人工智能各項技術在智慧農業生產的各階段均有應用，主要包括智能灌溉控制系統、實時監測土壤墑情、智能分析土壤成分及肥力、鑒定種子品質、防治病蟲害、調節智能溫室系統等，還有人工智能技術開發的瓜果采摘機器人、自動識別農產品品質系統等[5]。

2.4 3S 技術簡介

地理信息系統（GIS）、遙感技術（RS）和全球定位系統（GPS）統稱為3S 技術。GIS 用于空間數據可視化的查詢、分析和綜合處理，RS 可大范圍獲取地物信息的特征和變化，GPS 可以快速定位并獲取準確的位置信息。三者緊密結合為智慧農業的發展提供了重要技術手段。3S 技術在農作物估產、動植物長勢檢測、病蟲害預報、定量施肥與灌溉、農業自然災害監測、農業生態環境監測、土地資源退化監測、土壤適宜性評價等方面有著廣闊的發展前景。

3 智慧農業在河南省蔬菜栽培生產領域中的應用

在溫室或塑料大棚蔬菜栽培生產中采用先進的監測技術，可以實時監測蔬菜，特別是可以實時了解蔬菜生長所需溫度和濕度，便于種植戶及時調整，保證具有適宜各類蔬菜健康生長的溫度與濕度條件。而且，還可以實時監測設施內蔬菜生長狀況和營養狀況，便于管理人員根據蔬菜生長的需要，適時地進行營養補給，以保證蔬菜的健康生長，并解決蔬菜在生產中遇到的問題。

利用現代化監測技術可以讓蔬菜始終處于良好的生長狀態。在蔬菜銷售領域利用現代化的智能技術，能實現企業利用條形碼向顧客傳達各類蔬菜的信息，可進行農產品溯源。高質量的蔬菜能得到消費者的認同，在一定程度上樹立品牌形象，增加種植戶的經濟收入。以河南省匯智農業科技有限公司在智慧農業領域開發的項目產品為例，目前河南省蔬菜栽培中智慧農業的應用主要包括以下幾方面。

3.1 智慧農業物聯網系統的應用

3.1.1 蔬菜生長全過程的智慧感知

感知系統主要由物聯網監測終端和物聯網傳輸終端組成。物聯網監測終端負責采集蔬菜種植區域的空氣溫濕度、光照度等環境信息，采集到的數據發送至物聯網傳輸終端，傳輸終端匯總多個無線傳感器網絡系統發送過來的數據后再打包上傳到云服務器。無線傳感器網絡系統可以在長期無人值守的狀態下工作，種植者通過手機、平板電腦、PC 或其他移動互聯網設備就可以隨時隨地進行數據監測，釋放了大量勞動力，同時確保蔬菜生長環境正常。

3.1.2 智慧農業云平臺

現代智慧農業物聯網平臺根據實時數據檢測分析，整個生產現場能實現可視化。通過分布在蔬菜種植各區域的傳感節點不斷采集數據，主動上傳給生產者提供精準數據參考，按照各時間段繪制蔬菜生長過程中各項參數分析圖表，使用者可實時掌控蔬菜生長環境中的數據變化，及時制訂生產計劃。在此過程中還可以智能預警，通過物聯網技術分析智能傳感器所收集的蔬菜生產現場環境數據，按照預設的閾值范圍主動上報提醒，可以有效調節蔬菜生產現場環境數據以及控制現場智能裝備。

同時，農產品溯源、專家系統等為蔬菜栽培生產銷售全過程保駕護航。蔬菜產品追溯可實現蔬菜生產過程中信息的采集、匯總、存儲和處理，實現覆蓋蔬菜種植、初加工、預包裝、流通、零售等各環節的重要功能設計。提供企業追溯項目靈活配置和定制化系統開發，為企業提供追溯標準規范體系建設和業務流程再造服務，最終達到蔬菜產品品牌化，從田間到餐桌全程追溯、一碼追溯到底的目標。農業專家系統可以實現農業專家遠程解決農業生產者的各種問題，是模擬人類專家解決農業領域問題的計算機程序系統，通過專家系統分析環境因素和蔬菜的生長狀況，為生產者提供各種建議和指導，可以執行常規性的日常任務，并縮短解決農業生產領域中問題的時間[6]。

3.2 智慧灌溉水肥一體化

水肥一體化技術是集灌溉、施肥為一體，通過遠程控制技術，借助管道壓力系統，在灌溉的同時將肥料按照蔬菜所需與灌溉水均勻混合，一起輸送到農作物根部或葉面，把水分和養分均勻、精準地提供給農作物，實現水肥一體，肥隨水走。

對不同作物的生長期需水、需肥量，應根據不同生育期的需求設計，按比例直接提供給農作物。智能化的水肥一體能通過物聯網技術將智能傳感器所收集的蔬菜生產環境氣象數據進行分析，計算蔬菜所處的狀態或各生長期的需求，決定灌溉時間、用水量和用肥量。可滿足不同蔬菜不同生長階段的需求，在蔬菜栽培生產過程中，節水節肥、省工省時、高效便捷。

3.3 智慧溫室設施蔬菜生產

由于河南省四季氣溫變化大，在冬天難以適應蔬菜生產需要。利用現代化的溫室、大棚蔬菜種植技術，可以為種植戶提供適宜的種植環境，讓其在一定程度上維持正常的生長狀況，提高農民的生產效益和質量。通過控制溫室大棚的溫度、空氣、光照、二氧化碳、水分、養分等調控設施內小氣候，滿足蔬菜對生長環境中溫、光、水、肥、氣的需求，實現溫室種植生產的高效自動化和精準化管理，顯著提升設施蔬菜的均一性和商品性，真正實現節能環保、提質增效的目標。在設施蔬菜種植中采用無土栽培技術，根據各類蔬菜在不同生長期的需求配制營養液，能有效調控植物養分的攝取量，有效增加植物的資源利用，減少病害的發生。

目前，河南省的設施蔬菜栽培采用無土栽培技術、水培技術生產的葉菜類產品表現出優產、高產、低人工成本、節肥節水等特點。蔬菜溫室種植技術已在河南省部分地區代替了傳統種植模式，不再受地域、溫度和時間的限制[7]。

近年來，智能耕種技術正在逐步取代傳統耕種技術。自動化點種機械從基質裝盤到精準播種、覆土壓實全程自動化，提高了育苗效率；自動化蔬菜移栽機實現苗盤輸送、取苗、投苗、栽植、覆土、壓實、苗盤回收全過程。蔬菜設施種植過程中，智慧農業系統不僅可以自動采集蔬菜大棚中的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等各項環境參數，還能實時獲取作物生長信息數據，根據各類信息數據的反饋，實現對生產園區自動化灌溉、溫度管理、施肥等一系列的自動化控制。

4 河南省蔬菜栽培技術的發展與問題探討

4.1 蔬菜生產技術的革新力度不夠

部分地區對現代蔬菜種植技術的模仿和借鑒泛濫，缺乏適應本地蔬菜栽培的技術革新，致使技術推廣的成效很難實現。需特別指出的是，在種植技術上要根據各地氣候、環境條件，進行有目的改良，避免出現栽培技術使用不合理與不適應的情況。

目前，由于科學技術水平的不斷提高，在蔬菜種植和經營中出現了許多新的技術和裝備，而新技術的普及推廣較難做到大面積應用。在蔬菜生產中，農業自動化機械新技術、新裝備等的推廣難度較大，在一定程度上制約了我國無公害蔬菜、綠色蔬菜等高品質蔬菜的發展。

4.2 強化智慧農業下的蔬菜種植技術發展策略

4.2.1 拓寬現代蔬菜種植技術的推廣范圍

隨著我國農村經濟的快速發展和人民對生活質量的要求越來越高，為了滿足當前的市場需要，必須進一步充實和改進蔬菜種植技術。在推廣蔬菜技術的過程中，除了要大力推行技術外，還必須加大宣傳力度，適應市場變化，為種植戶提供相應的技術支持。

4.2.2 促進蔬菜栽培生產的機械化

蔬菜生產的機械化發展是大勢所趨，農業技術工作者可以針對植物的生理節律和外部條件，開發各種功能齊全的農藝裝備，提高蔬菜產量，進一步改善和優化河南省的蔬菜產量。但是仍有一些地方采用傳統的種植模式，存在很大的危險且收益較低。應加大對農機的研究力度，開發出更容易推廣和更簡便的農機，推動河南省蔬菜種植的傳統模式逐漸朝著現代化、智慧化方向發展[8]。

4.2.3 推動蔬菜種植技術發展的設想

將傳統農業的種植管理技術和智慧農業的理念相融合，以創新的方法融入蔬菜生產中。專業技術人員給種植戶講解種植方法及要點，并長期提供免費的技術支持，讓蔬菜種植戶直觀感受、體驗新型栽培技術的益處。同時，加強對種植戶的支持和技術的培養，通過產業協會和專業合作社，組織技術骨干，定期向農民傳授先進的技術。

5 結束語

蔬菜生產具有地域性、季節性、專業性、復雜性等特點，不同種類的蔬菜具有不同的生產管理流程。為了實現蔬菜生產管理專業化、標準化、智能化，提高生產管理的效率，應打造符合蔬菜栽培生產自身特點的生產管理系統。智慧農業的發展，可對蔬菜全生產流程的每個環節進行信息化、智能化管理，包括規劃生產流程、自動化任務管理、即時溝通交流、巡園監督管理、病蟲害圖像識別、農資投入品管理等全方位管理，提升蔬菜生產的專業化與標準化水平。隨著技術的不斷發展和融合的不斷深入，智能技術一定會助推河南省蔬菜產業實現高質量快速發展。