物聯網技術與中藥材種植融合方案研究
——以酸橙為例

任旻瓊，殷華璨，陳建國

(1.常德職業技術學院，湖南 常德 415000；2.常德外國語學校，湖南 常德 415000；3.常德惠農林業專業合作社，湖南 常德 415000)

1 物聯網技術與當前農業的結合概況

隨著互聯網技術不斷發展，農業物聯網設備變得越來越先進。物聯網技術對農業的幫助主要分為兩方面：增產和提質。 增產主要是通過物聯網設備對農產品種植環境的全方位監控與調整，使植物始終處于最適宜的生長環境中，同時通過精確調整，減少水肥等資源的浪費[1]。 提質主要針對綠色農業、有機農業等高附加值產品的生產，通過物聯網技術為農產品生成的“數字身份證”，全方位記錄農產品的種植、加工、流通過程，確保最終成品符合相應的標準，獲得較高的市場定價，增加單位種植面積的收入。

2 物聯網技術與中藥材種植的結合

中藥材種植與普通作物不同，除了要考慮產量外，也要考慮藥材的藥用價值，即有效成分的含量，部分藥材還需檢測重金屬、農藥殘留量。因此，中藥材種植更需要與物聯網技術相結合，以實現標準化生產和種植過程可溯源。

酸橙主要分布于四川、湖北、浙江、湖南、江西等地，源于酸橙的藥材主要有枳實和枳殼，枳實5—6月采收，枳殼7月果皮尚綠時采收。藥典規定枳實干燥后直徑為0.5～2.5 cm，醇溶性浸出物不得少于12%，含辛弗林不得少于0.3%；枳殼干燥后直徑為3～5 cm，含柚皮柑不得少于4.0%，新橙皮柑不得少于3.0%。 “川枳實、川枳殼”品質佳，行銷全國各地，是四川的道地藥材之一。 “湘枳實、湘枳殼”發展很快，產量大。江西枳實、枳殼以清江縣黃崗和新干縣三湖洲的最著名,為傳統道地藥材[2]。 通過查詢中藥材天地網數據，近一年枳實統貨行情在40～55 元/kg，枳殼統貨行情在16～30 元/kg。

以酸橙為例，本文以某品牌的“傳感器-云平臺”為例，研究酸橙種植與物聯網技術結合并實現提質增產的實施方案。

3 技術方案與選擇

考慮到全面推廣最新物聯網技術一次性投入過大，會對種植企業（合作社）造成較高的成本壓力。 針對不同要素的調整頻率要求，為不同要素設計不同調整方案，由企業根據自身資金情況進行選擇，具體分為2 種。

3.1 自動測量，人工調整

通過預設好的傳感器測量相應參數，然后人工調整相應環境因素。對于調整精度和頻率要求都不高的參數，可以選擇用人工調整節約設備購置成本，人工調整的結果不影響種植期間數據的真實性[3]。

3.2 自動測量，自動調整

通過預設好的傳感器測量相應參數，然后物聯網設備會根據程序設定自動調整相應環境因素。自動調整的設備在控制系統發出指令后，可將環境參數調節至指定的范圍，自動調整具有全時段、響應快、精度高、人力依賴低的特點，缺點是需要額外購置相應的調整設備，短期成本相對較高。

4 種植數據收集

本地的土壤、氣候、海拔等環境不一定是枳殼的最佳種植環境，收集歷年本地的氣候信息和產量情況關系，對比各地科研成果，找出適合本地情況的枳殼種植環境數據。 若無詳細數據，也可在園區劃分若干個組進行對比，在光照、土壤pH、溫濕度等方面調整相應環境參數，記錄各組的產量、質量情況，最終通過數據分析得出本地種植枳殼的最佳環境條件，指導后續生產[4]。

5 設備功能

5.1 監測功能

傳感器能監測空氣溫濕度、土壤溫濕度、光照強度、pH 值、鹽分、二氧化碳、風速、風向、雨量等數據，并上傳至云服務器[5]。 監測功能是實現智慧農業的關鍵環節，向上接通云平臺實時上傳數據，向下與操作人員或自動調節裝置聯系，傳達調節指令，該環節的設備出問題必須盡快安排維修調整[6]。

5.2 溯源功能

通過一定方式訪問產品生長過程形成的數據資料，收集產品種植、生產、銷售的全流程信息并進行大數據管理。溯源功能主要針對國家鼓勵中藥建立可溯源體系，過去舊的溯源功能存在不精確、數據可修改等問題，采用云平臺后，本地生產者不能對溯源數據進行人為修改，大大增加了溯源數據的可靠性，有利于提高產品的市場認可度，實現來源可溯，去向可追，責任可究，信息可視，科學管理。

5.3 預警功能

云服務器會根據收集到的各地病蟲害信息和專家預報，對可能遭受病蟲害影響的用戶發出預警，并給出專家的防治建議。例如某公司植保信息化病蟲害監測預警系統由遠程拍照式蟲情測報燈、無線遠程拍照式孢子捕捉儀、無線遠程自動氣象站、遠程視頻監控系統等組成，該系統可自動完成蟲情信息、病菌孢子、農林氣象信息的圖像及數據采集，并自動上傳至云服務器；通過圖像信息庫及技術分析功能，分析田間的病蟲害數量變化，預測病蟲害的發生時間和趨勢；用戶可通過云平臺或手機APP 實時查看數據，遠程管理設備，實現信息化管理，達到省、市、縣、鄉各級信息采集站無線傳輸，運程控制，信息數據共享，從而提高病蟲害監測防控能力。

5.4 調節功能

每當傳感器獲得的監測數值到達指定范圍時，自動調節的設備將依照系統指令對作物進行補水肥、補光、噴藥等操作，使作物能在最適宜環境下順利生長，增產提質。

6 人員培訓

培訓主要針對技術人員和普通員工 （合作社成員、農戶），不同人員需要學習的內容不同。

6.1 技術人員需要掌握的技能

設備安裝調試、設備參數設置、簡單故障維修、故障報修、病蟲害預警處置。推廣前期，挑選本地專業農技人員對設備操作調試的方法進行學習，然后集中下發操作手冊，設備購進后對農技人員進行實操測試，通過測試后，正式使用設備。

6.2 普通員工需要掌握的技能

參加設備操作和報障培訓、依照系統提示進行設備常規操作，在設備出現異常時及時向農技人員報告，進行設備故障上報，統一安排人員維修或請服務提供商派專人維修。

7 酸橙種植監測重點和調控參數

根據江西中醫藥大學高萌等[7]的研究成果，酸橙產出之一枳殼的活性因子主要有2 種：黃酮類成分和香豆素類成分。 與黃酮類成分相關的生態因子是采摘期輻射，與香豆素類成分相關的是生長期降水量。另外，病蟲害、水肥因素影響了整體產量，也需要重點關注。

7.1 生長期降水量監測與調控方案

生長期降水對香豆素類成分含量影響最大?？紤]枳殼生長期主要是4—5月，所以需要使用土壤濕度傳感器對這一階段的土壤水量進行重點監測和記錄。一方面，傳感器感應到濕度低于一定數值時，可以啟動設備補水或提醒工作人員人工補水，另一方面，積累一定年份的數據后，也可根據本地歷年產量和質量結果反推在本地適宜的生長期水量，供后續種植中工作人員設置更適宜的參數范圍。

7.2 采摘期輻射監測與調控方案

采摘期輻射影響黃酮類成分的含量。在園區內不同區域設置若干太陽輻射傳感器，利用云平臺記錄該區域的太陽輻射情況。當某日的太陽輻射強度低于設定數值時，系統會進行自動補光或提醒工作人員補光。 積累一定年份數據后，可以利用數據分析出本地枳殼采摘期最適宜的采摘期輻射量范圍，便于工作人員設置更精確的參數范圍。

7.3 病蟲害監測與調控方案

病蟲害主要依靠物聯網設備（病蟲害監測預警系統）進行自動監控，該系統不僅可以向云平臺實時傳輸病蟲害信息，還可以接收由云平臺提供的周邊病蟲害預報，對于可能危及本區域枳殼的病蟲害，由平臺專家給出防治建議，技術人員根據相關指示采購藥品和設備進行人工防治。

7.4 水肥監控與調控方案

物聯網設備能自動記錄植物生長全程的土壤含水量、各種離子濃度等數據，當相應數據低于某個設定值時，系統可以控制施肥系統或發出提示讓工作人員施用相應肥料。物聯網傳感器能精確把握需要施肥的時間和用量，相比傳統的盲目大量大范圍施肥，大大降低肥料成本，提高了肥料利用率。另外，精確的調控在日常灌溉中也可以減少水資源的浪費[8]。

8 智能采摘系統

智能采摘系統目前在一些果蔬種植基地應用已較成熟。該系統可利用機器人在果樹的果實成熟時通過系統識別后自動采摘, 相比人力采摘有以下優點：可全天候操作；可精確識別設定的成熟果實，根據設定的成熟度（色彩、尺寸等）選擇摘果；采摘中不損傷果實和果樹，有效避免人工采摘某些果實時因用力過大造成的果實損壞。

傳統枳實采收主要是撿落果，容易出現大小不一、壞果的情況，枳殼采收是人工采摘，因枳殼要綠色時采收，與葉子顏色相近，容易漏摘。 目前為了產品質量，枳實和枳殼均采用人工采摘，效率低成本高，采摘時因顏色是深綠色與葉子顏色相近，很容易漏摘。 因產品特異性原因，目前廠家沒有專門針對枳實、枳殼的智能采摘設備。 技術人員可以通過對適合采摘的果實進行形狀、尺寸、顏色等方面記錄，將數據提供給相應設備的開發者，由開發者進行個性化定制，實現對枳實、枳殼的精準識別，提高采摘效率，降低人工成本。

9 展望

物聯網技術與枳殼種植產業結合，一方面能提高枳殼的產量和質量，另一方面可以將數據用于農業科學技術研究。 工作人員在實踐中對設備的操作和調節，能提高他們的信息設備使用水平，這些工作人員可以成為企業中對物聯網技術最熟悉的群體，他們可以在其他農業項目與物聯網技術結合中成為中堅力量。 待枳殼種植與物聯網技術廣泛融合后，也可將這樣的案例搬到其他高附加值農產品的生產中，大大降低推廣難度，提高推廣效率，讓物聯網技術更快服務中藥材種植業，實現藥材種植的溯源和標準化生產。