蔬菜套種模式下智慧大棚的意義及具體應(yīng)用研究

榮維巖　房利

摘 要：當(dāng)前，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，以溫室大棚為代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)占據(jù)主導(dǎo)地位，并且設(shè)施農(nóng)業(yè)規(guī)模不斷擴大。在蔬菜種植過程中，設(shè)施農(nóng)業(yè)面積較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜等因素導(dǎo)致了蔬菜種植效率不高、生產(chǎn)成本過高等問題。智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式，可以有效解決蔬菜種植效率不高的問題，并且還能夠節(jié)約生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：智慧大棚；蔬菜；套種模式

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，智慧大棚是一種重要的設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式，能夠有效解決蔬菜種植效率不高的問題。因此，在蔬菜種植過程中，需要重點關(guān)注智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式。

1智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式的意義

從我國目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式來看，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)種植模式已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前社會發(fā)展的需要，不僅耗費大量的人力、物力，同時也會造成嚴(yán)重的資源浪費。例如，在我國北方地區(qū)，由于氣候比較寒冷，傳統(tǒng)的種植模式已經(jīng)難以滿足農(nóng)作物生長的需要，并且由于溫室大棚建設(shè)時間較長，大棚內(nèi)的溫度、濕度等都有嚴(yán)格的控制要求，這就會導(dǎo)致溫室大棚內(nèi)的溫度和濕度波動較大，影響農(nóng)作物生長。為此，在蔬菜種植過程中，采用傳統(tǒng)的種植模式已經(jīng)無法滿足蔬菜生長需要。另外，在溫室大棚內(nèi)部還存在大量的空地以及空間資源。如果只是進行蔬菜種植活動，那么必然會造成土地資源浪費。例如，在我國北方地區(qū)，如果選擇種植黃瓜等蔬菜，那么就需要進行溫室大棚內(nèi)空地以及空間資源的利用。但是如果進行蔬菜套種活動，則可以有效提高土地利用效率。隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式已經(jīng)難以滿足當(dāng)前社會發(fā)展需要。為此，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)該積極應(yīng)用智慧大棚技術(shù)來提高種植效率和產(chǎn)量。但是當(dāng)前我國大部分地區(qū)還沒有實現(xiàn)現(xiàn)代化智能農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式的推廣應(yīng)用。在溫室大棚內(nèi)進行蔬菜種植的過程中存在很多問題。首先，傳統(tǒng)蔬菜種植過程中很容易受到外界環(huán)境因素的影響，并且蔬菜在生長過程中也會受到病蟲害等因素的影響。由于當(dāng)前蔬菜病蟲害較多且種類較多、危害性較大等原因，蔬菜種植人員不得不投入大量精力進行防治工作。但是防治工作存在較大的局限性、盲目性以及不規(guī)范性等問題[1]。 其次，由于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式采用人工管理方式進行蔬菜種植活動，這種方式存在很大的弊端。首先，人工管理方式具有一定的局限性和盲目性；其次，蔬菜種植過程中難免會受到天氣因素的影響；最后，天氣因素的影響可能會造成蔬菜種植時間不當(dāng)、產(chǎn)量減少等問題。在智慧大棚內(nèi)進行蔬菜種植時，應(yīng)該充分利用科學(xué)技術(shù)手段進行蔬菜種植管理活動。例如，利用傳感器技術(shù)可以實現(xiàn)對棚內(nèi)溫度、濕度以及光照強度等信息的采集和分析。并且還能夠?qū)Υ笈飪?nèi)的溫度進行實時監(jiān)測和調(diào)控。 再次，在溫室大棚中進行蔬菜套種活動可以提高土地利用效率，增加種植活動的經(jīng)濟效益。因為溫室大棚內(nèi)部存在很多空地和空間資源，可以充分利用這些空地和空間資源來發(fā)展種植業(yè)活動。

2傳統(tǒng)大棚存在的問題

當(dāng)前，我國溫室大棚建設(shè)還處于起步階段，在建設(shè)過程中存在著很多的問題。首先，傳統(tǒng)的溫室大棚建設(shè)過程中，其基礎(chǔ)設(shè)施比較落后，對溫室大棚的建設(shè)沒有進行合理規(guī)劃，這導(dǎo)致蔬菜種植密度不高、管理效果較差等問題。其次，傳統(tǒng)的溫室大棚內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為簡單，沒有設(shè)置自動控制系統(tǒng)等，不能對外部環(huán)境進行及時的監(jiān)測，這導(dǎo)致蔬菜種植過程中存在很多的問題。最后，在蔬菜種植過程中，采用人工作業(yè)的方式進行管理，這導(dǎo)致蔬菜種植效率不高、管理難度大等問題。 為了解決傳統(tǒng)溫室大棚存在的問題，需要積極地引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動化技術(shù)。在現(xiàn)代化信息技術(shù)的支持下，溫室大棚能夠進行自動化控制、自動化檢測以及自動化作業(yè)等。比如通過在溫室大棚內(nèi)安裝傳感器、攝像頭等設(shè)備實現(xiàn)環(huán)境檢測、自動化作業(yè)等功能，提高蔬菜種植效率和質(zhì)量，實現(xiàn)蔬菜產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

3智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式的研究

3.1技術(shù)應(yīng)用價值分析

解決生產(chǎn)成本問題。對于傳統(tǒng)的蔬菜套種種植模式，栽培過程中需要消耗大量的人力、物力和財力，并且蔬菜種植產(chǎn)量難以控制，生產(chǎn)成本較高。而智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式，可以有效解決生產(chǎn)成本過高問題，并且可以在一定程度上節(jié)約人力、物力和財力等資源。

提高經(jīng)濟效益。對于傳統(tǒng)的蔬菜種植模式，在栽培過程中需要進行大量的人工操作，并且在栽培過程中需要耗費較多的時間。而智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式，可以有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)效益，并且還能夠有效提高經(jīng)濟效益。例如，在傳統(tǒng)的大棚種植模式中，一個大棚中有2～3個人進行操作，而智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式后，可以將一個大棚中的1～2個人減少到1個人進行操作，并且在栽培過程中只需要1～2個人即可完成，不僅節(jié)省了人力、物力和財力資源，并且還能夠降低生產(chǎn)成本。

促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。傳統(tǒng)的蔬菜種植模式下，需要耗費大量的人力、物力和財力等資源進行蔬菜栽培和管理。而智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式后，不僅能夠解決傳統(tǒng)種植模式下的蔬菜種植問題，而且還能夠促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展[2]。

3.2技術(shù)實現(xiàn)方式

智能監(jiān)控。大棚內(nèi)裝有智能監(jiān)控設(shè)備，對大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等進行實時監(jiān)控，并且通過GPRS模塊將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心。同時，智慧大棚的監(jiān)控設(shè)備還具備溫度傳感器、濕度傳感器等，實現(xiàn)對大棚內(nèi)環(huán)境的實時監(jiān)測。

數(shù)據(jù)采集。在智慧大棚中，設(shè)置有溫濕度傳感器、光照傳感器等，通過數(shù)據(jù)采集模塊將這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆品?wù)器中，由云服務(wù)器進行存儲和處理。在云服務(wù)器中，可以對溫濕度、光照、二氧化碳濃度等進行數(shù)據(jù)分析處理和控制決策，從而實現(xiàn)對蔬菜的自動灌溉、自動控制。

自動灌溉。大棚內(nèi)的種植區(qū)域裝有智能灌溉設(shè)備，當(dāng)溫室內(nèi)的溫度較低時，智能灌溉設(shè)備會自動開啟灌溉功能；當(dāng)溫室內(nèi)的溫度較高時，智能灌溉設(shè)備會自動關(guān)閉灌溉功能。同時，溫室內(nèi)還裝有濕度傳感器和光照傳感器等設(shè)備，可及時控制溫室內(nèi)的空氣濕度和光照強度。在云服務(wù)器中存有溫室內(nèi)的溫濕度、光照強度、二氧化碳濃度等數(shù)據(jù)，并且將這些數(shù)據(jù)通過GPRS模塊發(fā)送給云服務(wù)器。云服務(wù)器對溫室內(nèi)的溫濕度數(shù)據(jù)進行分析處理后，通過串口發(fā)送到遠(yuǎn)程控制中心。遠(yuǎn)程控制中心通過串口發(fā)送命令給智能灌溉設(shè)備和自動控制設(shè)備進行自動控制。

智能化管理。大棚內(nèi)裝有智能監(jiān)控設(shè)備和自動控制設(shè)備等設(shè)備，當(dāng)智能監(jiān)控設(shè)備和自動控制設(shè)備發(fā)現(xiàn)有異常情況時會及時通知云服務(wù)器，云服務(wù)器在收到通知后會及時開啟或關(guān)閉相關(guān)的功能模塊或硬件模塊，從而實現(xiàn)對大棚內(nèi)環(huán)境的智能化管理和對蔬菜的智能化生產(chǎn)。在智慧大棚中應(yīng)用的智能化管理系統(tǒng)主要包括云平臺系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。

3.3技術(shù)方案設(shè)計

在實際蔬菜種植過程中，為了提高蔬菜的產(chǎn)量與品質(zhì)，可以利用智慧大棚技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對蔬菜的生長環(huán)境進行實時監(jiān)測。通過對大棚環(huán)境數(shù)據(jù)的采集，實現(xiàn)對棚內(nèi)溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測，并將這些數(shù)據(jù)通過傳感器進行實時上傳。在完成信息采集后，將采集到的信息進行處理和分析，并通過通信接口將處理后的數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器，在由遠(yuǎn)程服務(wù)器進行分析處理后，向大棚種植人員發(fā)出控制命令，指導(dǎo)其進行下一步的生產(chǎn)工作。 在蔬菜套種過程中采用智慧大棚技術(shù)，可以實現(xiàn)對作物生長環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，并將監(jiān)測到的數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器進行分析處理。在蔬菜的生長過程中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以實現(xiàn)對大棚內(nèi)溫濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測。在完成信息采集后，可以通過遠(yuǎn)程服務(wù)器將處理后的數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器進行分析處理。

3.4系統(tǒng)構(gòu)成

整個系統(tǒng)包括傳感采集單元、無線傳輸單元和遠(yuǎn)程服務(wù)器三部分。其中，傳感采集單元主要由傳感器和控制器組成，用于對溫室內(nèi)的溫濕度、光照強度等環(huán)境信息進行監(jiān)測；無線傳輸單元主要由傳感器和控制器組成，用于將傳感器采集到的環(huán)境信息進行傳輸；遠(yuǎn)程服務(wù)器主要由 Web頁面、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器3部分組成。該系統(tǒng)主要由以下三部分構(gòu)成：（1）傳感器。傳感器是采集系統(tǒng)中重要的組成部分，它能夠?qū)厥覂?nèi)的環(huán)境信息實時地進行采集，并將采集到的數(shù)據(jù)上傳至無線傳輸單元。傳感器通過溫度、濕度、光照強度等參數(shù)將溫室內(nèi)的環(huán)境信息進行實時采集，并將數(shù)據(jù)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器。（2）無線傳輸單元。無線傳輸單元主要由無線路由器和終端節(jié)點組成。在該系統(tǒng)中，無線路由器是整個系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進行傳輸和處理。終端節(jié)點通過無線路由器將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，由遠(yuǎn)程服務(wù)器對其進行分析處理，并向大棚種植人員發(fā)出控制命令。（3）遠(yuǎn)程服務(wù)器。遠(yuǎn)程服務(wù)器主要由 Web頁面、數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器3部分組成。在該系統(tǒng)中， Web頁面是整個系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)向用戶提供數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)下載等功能；數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)進行存儲；服務(wù)器是整個系統(tǒng)的核心部分，負(fù)責(zé)將存儲到數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行查詢、下載等操作。

3.5功能設(shè)計

（1）數(shù)據(jù)監(jiān)測：在大棚內(nèi)安裝傳感器，通過傳感器可以實時采集棚內(nèi)的溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)。當(dāng)環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，會通過無線通信模塊將這些數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，由遠(yuǎn)程服務(wù)器進行分析處理，并根據(jù)不同的蔬菜品種的生長需求，對棚內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)進行調(diào)整，實現(xiàn)對于大棚內(nèi)溫濕度、光照強度等環(huán)境參數(shù)的調(diào)控。（2）在完成環(huán)境參數(shù)監(jiān)測后，通過通信接口將采集到的信息傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，由遠(yuǎn)程服務(wù)器進行分析處理。當(dāng)棚內(nèi)溫度高于棚外時，可以向大棚種植人員發(fā)出指令，讓大棚種植人員打開相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)備進行通風(fēng)換氣；當(dāng)棚內(nèi)溫度低于棚外時，可以向大棚種植人員發(fā)出指令，讓大棚種植人員關(guān)閉相應(yīng)的通風(fēng)設(shè)備。（3）智能化管理：在蔬菜套種過程中，可以利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對于不同蔬菜品種生長環(huán)境的智能化管理，讓大棚種植人員進行相應(yīng)的通風(fēng)換氣或調(diào)控。（4）報警監(jiān)控：大棚內(nèi)裝有監(jiān)控設(shè)備，當(dāng)監(jiān)測到的環(huán)境數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，會通過無線通信模塊將這些信息傳輸至遠(yuǎn)程服務(wù)器，由遠(yuǎn)程服務(wù)器進行分析處理，并向大棚種植人員發(fā)出報警指令。如：當(dāng)溫度異常時，系統(tǒng)會向大棚種植人員發(fā)出預(yù)警信息，指導(dǎo)其進行相應(yīng)的調(diào)整。（5）自動控制：大棚內(nèi)裝有智能控制設(shè)備，當(dāng)大棚內(nèi)的溫度較低時，智能控制設(shè)備會自動開啟灌溉功能；當(dāng)大棚內(nèi)的溫度較高時，智能控制設(shè)備會自動關(guān)閉灌溉功能。利用上述方法可以對大棚內(nèi)的溫度、濕度、光照強度等環(huán)境數(shù)據(jù)進行調(diào)控[3]。

3.6技術(shù)效益分析

提高生產(chǎn)效率。采用智慧大棚不僅能夠減少勞動投入，而且還能夠提高生產(chǎn)效率。在蔬菜生長過程中，以智慧大棚為代表的設(shè)施農(nóng)業(yè)能夠有效解決人工操作煩瑣、產(chǎn)量低的問題，同時還能提高生產(chǎn)效率，減少勞動力投入。在進行蔬菜套種過程中，每座智慧大棚可以種植3棟蔬菜，平均每棟蔬菜的種植面積為1000m2，按照每棟蔬菜的產(chǎn)量為8000kg/年計算，每座智慧大棚的產(chǎn)量可以達(dá)到2.4萬kg/年。從每座智慧大棚的單位面積產(chǎn)量來看，相比傳統(tǒng)的人工操作方式而言，智慧大棚的單位面積產(chǎn)量具有較大優(yōu)勢。因此，采用智慧大棚進行蔬菜套種可以有效提高生產(chǎn)效率。

提升產(chǎn)品質(zhì)量。在蔬菜種植過程中，多種因素導(dǎo)致了蔬菜質(zhì)量不高。在傳統(tǒng)種植模式下，蔬菜種植主要采用傳統(tǒng)的人工方式進行管理，但是這種管理方式具有一定的弊端。一方面，人工操作不便、效率較低等問題導(dǎo)致了蔬菜質(zhì)量不高，另一方面，人工管理方式不科學(xué)、不合理導(dǎo)致了蔬菜病蟲害多發(fā)。因此在智慧大棚種植模式下，通過運用現(xiàn)代信息技術(shù)對大棚環(huán)境進行監(jiān)控與管理可以有效解決上述問題。利用現(xiàn)代信息技術(shù)對蔬菜種植環(huán)境進行監(jiān)控與管理可以有效提高蔬菜質(zhì)量，利用現(xiàn)代信息技術(shù)對大棚進行監(jiān)控與管理可以有效提高工作效率，利用現(xiàn)代信息技術(shù)對蔬菜種植環(huán)境進行監(jiān)控與管理可以有效降低病蟲害發(fā)生率。

節(jié)省成本。在傳統(tǒng)的人工種植模式下，每座智能溫室至少需要配備1名操作人員，同時還需要配備2～3名管理員。傳統(tǒng)的人工種植模式不僅成本過高，而且勞動強度較大、管理不科學(xué)。在傳統(tǒng)的人工種植模式下，每座智慧大棚的產(chǎn)量為1.2萬kg/年左右，采用智慧大棚進行蔬菜套種模式后，每座智慧大棚的產(chǎn)量可以達(dá)到2.5萬kg/年左右。與傳統(tǒng)的人工種植模式相比，智慧大棚能夠有效提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，擴大經(jīng)濟效益。

提升農(nóng)業(yè)科技水平。在智慧大棚中種植蔬菜可以有效解決傳統(tǒng)種植方法中存在的問題。在運用智慧大棚進行蔬菜套種時，可以通過智慧化管理，優(yōu)化蔬菜套種模式的應(yīng)用，還能夠有效促進農(nóng)業(yè)科技水平提升，提高當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展。

不同的蔬菜品種具有不同的生長周期，因此在實際種植過程中，需要根據(jù)實際情況，對不同的蔬菜品種進行合理選擇。傳統(tǒng)的大棚種植過程中往往存在著種植效率低、種植成本過高等問題。為此，需要對智慧大棚應(yīng)用于蔬菜套種模式進行科學(xué)管理，例如可以應(yīng)用自動化灌溉系統(tǒng)、溫濕度控制系統(tǒng)等來實現(xiàn)對大棚的科學(xué)管理。最后，選擇合適的蔬菜品種。例如番茄和黃瓜屬于一種對生植物，并且其在生長過程中具有較強的趨光性，因此可以選擇番茄和黃瓜進行套種。

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