葡萄產(chǎn)業(yè)園中農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的應用
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摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術在農(nóng)業(yè)上應用日漸深入，對農(nóng)業(yè)發(fā)展的促進作用逐步顯現(xiàn)。上海馬陸葡萄公園利用物聯(lián)網(wǎng)技術，將智慧種植系統(tǒng)、智慧管理系統(tǒng)用于葡萄生產(chǎn)管理、觀光旅游、銷售推廣以及產(chǎn)品溯源。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，能夠及時掌握葡萄生長情況，智能化的管理葡萄的生產(chǎn)，提高勞動效率，為馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)帶來一定的社會效益、經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。物聯(lián)網(wǎng)在葡萄園中的應用通過數(shù)據(jù)共享，提高整個行業(yè)的葡萄質(zhì)量和產(chǎn)量，推動效益的整體提升。
關鍵詞：馬陸葡萄；上海馬陸葡萄公園；物聯(lián)網(wǎng)技術；智能化生產(chǎn)
馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)擁有近40年的發(fā)展歷史，自上世紀80年代至今，歷經(jīng)產(chǎn)量效益、質(zhì)量效益和品牌效益三個階段，成為滬郊品牌農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一面旗幟。截止2019年底，馬陸鎮(zhèn)葡萄種植面積近380hm2，產(chǎn)量6700t，產(chǎn)值近1個億，是上海經(jīng)濟作物中產(chǎn)值最高、效益最好的樹種之一。近年來隨著經(jīng)濟下行壓力和消費觀念的變化，馬陸葡萄面臨前所未有的挑戰(zhàn)。提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，推進綠色、生態(tài)生產(chǎn)制度的建立與執(zhí)行，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)葡萄，成為馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展不得不破解的難題。上海農(nóng)業(yè)正向精準化和智能化的都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術在這些領域的應用日漸深入，對農(nóng)業(yè)發(fā)展的促進作用逐步顯現(xiàn)。以物聯(lián)網(wǎng)技術助力“傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)”向“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”轉(zhuǎn)變，對建設上海都市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、提升農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力、保障農(nóng)產(chǎn)品有效供給和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全等具有十分重要的意義[1]。目前，物聯(lián)網(wǎng)技術在葡萄種植上的利用，多集中在葡萄生長環(huán)境的信息采集、智能灌溉、智能監(jiān)控方面[2-3]。葡萄水肥一體化的應用，可以實時獲取土壤水分、養(yǎng)分信息，通過單片機或者云端分析系統(tǒng)反饋給肥水控制系統(tǒng)，實現(xiàn)水肥一體化動態(tài)平衡[4]。將物聯(lián)網(wǎng)引入葡萄種植過程，實現(xiàn)無線傳感器與葡萄種植的結合，有利于更好的監(jiān)測葡萄生長狀態(tài)，對農(nóng)業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境進行及時預測，實現(xiàn)資源優(yōu)化配置。同時，可以時時掌握葡萄生長的動態(tài)數(shù)據(jù)，進行科學管理，節(jié)約人力資源成本，提高葡萄的產(chǎn)量和質(zhì)量，增加種植效益，促進葡萄種植業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5-7]。上海馬陸葡萄公園作為馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)的核心示范園，擔負著葡萄生產(chǎn)、科研、示范、休閑等多重任務。在此形勢下，上海馬陸葡萄公園應用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術，擴展物聯(lián)網(wǎng)的應用領域，將該技術引入生產(chǎn)經(jīng)營全過程，涵蓋生產(chǎn)管理、旅游銷售、品牌宣傳、質(zhì)量追溯等，建成集葡萄生產(chǎn)智能化管控、休閑體驗、互聯(lián)網(wǎng)品牌營銷及生產(chǎn)過程可追溯等融為一體的智慧園區(qū)管理系統(tǒng)，打造國內(nèi)一流的葡萄產(chǎn)業(yè)示范園，探索形成可復制、可推廣的葡萄產(chǎn)業(yè)園智能化管理模式[8]，推動馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級和可持續(xù)發(fā)展。通過幾年的應用和實踐，目前的上海馬陸葡萄公園已經(jīng)將葡萄生產(chǎn)管理、觀光旅游、銷售推廣以及產(chǎn)品追溯等環(huán)節(jié)融合為一體，實現(xiàn)從產(chǎn)前、產(chǎn)中到產(chǎn)后的相互依存和協(xié)作，構建起馬陸葡萄公園智慧園區(qū)平臺，促進了馬陸葡萄園區(qū)的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)品牌化發(fā)展，發(fā)揮馬陸葡萄的示范優(yōu)勢，形成數(shù)字農(nóng)業(yè)的推廣效應。
1智慧種植系統(tǒng)
1.1環(huán)境信息采集監(jiān)控子系統(tǒng)
在不同種植模式的大棚內(nèi)安裝環(huán)境信息采集監(jiān)控子系統(tǒng)，實時在線監(jiān)測葡萄種植信息（空氣濕度、溫度、光照、CO2含量）和土壤參數(shù)（土壤溫濕度、pH值、EC值、養(yǎng)分值、重金屬離子）[9]，提供葡萄生長環(huán)境信息。在園區(qū)內(nèi)實時監(jiān)測生產(chǎn)區(qū)域的氣象信息，包括風速、CO2、降雨量，并與園區(qū)中央監(jiān)控管理系統(tǒng)連接。在灌溉的水源處設置一套灌溉水質(zhì)智能信息采集系統(tǒng)，用于檢測灌溉用水中的養(yǎng)分和重金屬含量，從源頭保證葡萄的生長環(huán)境[10]。葡萄種植大棚內(nèi)安裝高清網(wǎng)絡攝像機，對棚內(nèi)葡萄生長環(huán)境情況進行全方位監(jiān)控，使用網(wǎng)絡傳輸實時圖像，連接智慧云平臺，在PC端、手機端進行遠程觀察[11]。
1.2智能化控制系統(tǒng)和水肥一體化系統(tǒng)
系統(tǒng)實時將采集的環(huán)境信息存儲至服務器，數(shù)據(jù)服務器對接預設的指標閾值，利用智能云終端控制設備實現(xiàn)生產(chǎn)自動化控制。本子系統(tǒng)的自動控制設備包括智能化“超早型”溫室中心的空氣加溫、降溫設備、灌溉設備、補光設備、CO2補給設備；設施連棟大棚的自動卷膜器和電磁閥。應用水肥一體技術，實現(xiàn)自動化灌溉與施肥，達到節(jié)省肥料、減少人工的目的。
1.3臭氧水消毒系統(tǒng)和施藥高壓微噴霧系統(tǒng)
在4000m2智能化“超早型”溫室中心安裝臭氧水消毒設備和施藥高壓微噴霧系統(tǒng)。臭氧水消毒系統(tǒng)利用臭氧的強氧化性進行殺菌除蟲，降解葡萄表面附著的殘留農(nóng)藥，提高果品安全性。施藥高壓微噴霧系統(tǒng)，利用高壓和管道上的微孔形成5～15µm的霧粒，使得藥液均勻噴灑，起到節(jié)省農(nóng)藥的作用。
2智慧管理系統(tǒng)
智慧管理系統(tǒng)以數(shù)字化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)為核心，貫通園區(qū)觀光旅游、銷售推廣以及產(chǎn)品追溯等業(yè)務模塊信息和數(shù)據(jù)流，實現(xiàn)園區(qū)生產(chǎn)和管理的信息化和規(guī)范化。系統(tǒng)包括電商導覽管理子系統(tǒng)、數(shù)字農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)。
2.1電商導覽管理子系統(tǒng)
為方便游客游園和便捷的了解園區(qū)相關信息，游客可點擊進入?yún)^(qū)域場景，查看該區(qū)域的品種介紹、環(huán)境參數(shù)、生產(chǎn)狀況、實時視頻等信息。同時，開拓消費渠道，以微信公眾號為載體，建立電子商務平臺，支持會員管理、商品分類、上下架、線上支付和物流跟蹤等功能。在葡萄采摘季節(jié)，上海炎熱的天氣會降低消費者現(xiàn)場采摘體驗感，因此開發(fā)出虛擬采摘模塊，消費者足不出戶可體會到采摘的樂趣。并且該模塊還具有下單形成實體訂單的功能，也增加了電商的互動環(huán)節(jié)。此外，自助導覽、信息推送和品牌宣傳在該系統(tǒng)中均能實現(xiàn)，真正實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)園區(qū)的智能化。
2.2數(shù)字化生產(chǎn)管理子系統(tǒng)
支持PC端、移動端的云辦公模式，滿足園區(qū)日常行政事務處理的需求?？商幚硇侣劰妗⒐奈臋n、日常考勤和審批流程等行政業(yè)務。數(shù)字化生產(chǎn)管理考慮從業(yè)者的文化程度及田間作業(yè)的特性，開發(fā)語音識別、隨手記和批處理等簡化操作技術，貫穿生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和信息流，包含區(qū)域管理、生產(chǎn)計劃、田間管理和采收管理等。
2.3農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量追溯系統(tǒng)
以葡萄生產(chǎn)全過程的協(xié)同管理為核心的實時系統(tǒng)，以時間為軸，計劃為主線，關聯(lián)品種、地塊、投入品和農(nóng)事行為，建立葡萄作業(yè)流程、規(guī)范和標準。管理員和消費者通過掃描二維碼，上傳或獲取產(chǎn)品的溯源信息[11-12]。
3演示監(jiān)控中心
采用云服務和云計算架構技術，整合智慧園區(qū)管理平臺，實現(xiàn)園區(qū)管理的信息化監(jiān)控和智慧農(nóng)業(yè)的集中展示，同時也為對外宣傳提供展示平臺。
4綜合效益
4.1經(jīng)濟效益
項目實施前園區(qū)人均管理土地面積約為4330m2；項目實施后很大程度上節(jié)約溫度、施肥等田間管理的人工投入，人均管理土地面積提高至5670m2，節(jié)約30%左右的勞動力投入，為企業(yè)節(jié)約勞用工成本50～60萬元。應用物聯(lián)網(wǎng)技術可根據(jù)葡萄不同生長期的溫度閾值進行自動化控制，減少人工操作的誤差和極端天氣的影響；水肥一體化的使用及精準施肥，提高水肥利用率。同時，商品果率得到大幅度提高，由75%提升至85%。據(jù)計算，商品果率每提高一個百分點，產(chǎn)值約增加1500～2000元/667m2，園區(qū)總產(chǎn)值可提高40～50萬元。
4.2社會效益
都市農(nóng)業(yè)在保證產(chǎn)品品質(zhì)的基礎上，提倡輕簡化栽培，推廣物聯(lián)網(wǎng)技術，是解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中普遍存在的“招工難、招工貴”問題的有效途徑，為產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展提供參考依據(jù)。覆蓋產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全過程的追溯系統(tǒng)，規(guī)范種植者的檔案記錄習慣，重塑消費者的信心，有利于政府和監(jiān)督部門的監(jiān)管。物聯(lián)網(wǎng)技術的應用，完善了園區(qū)的基礎設施，打造出了一個物聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)的示范樣板，為葡萄產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新和智慧農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到示范和推廣的作用，有利于擴大馬陸葡萄地域品牌的影響力和知名度。
4.3生態(tài)效益
通過物聯(lián)網(wǎng)的應用，從源頭監(jiān)測生長環(huán)境，園區(qū)種植者可根據(jù)葡萄生長形式進行科學的用藥用肥。水肥一體化設備提高肥料的利用率，高壓微噴霧系統(tǒng)增加農(nóng)藥的黏著率和利用率，可減少農(nóng)藥的使用；臭氧水消毒系統(tǒng)替代農(nóng)藥，且臭氧氧化產(chǎn)生的水可重復利用，大大提高葡萄的食用安全，也保護了生態(tài)環(huán)境。物聯(lián)網(wǎng)技術通過實時監(jiān)控葡萄生長環(huán)境，通過閾值實現(xiàn)時時操作或在災害天氣到來時將預警信息發(fā)送至種植者智能手機，可將不良天氣影響降至最低，以減少經(jīng)驗不足帶來的不利影響。這樣，專家的種植技術和先進經(jīng)驗不再停留在大企業(yè)或科研單位，可通過數(shù)據(jù)共享，提高整個行業(yè)的種植水平，推動效益的整體提升。但由于物聯(lián)網(wǎng)設備投入較大，企業(yè)或單個合作社通過自身完成建設，相對比較困難，需要政府的大力支持。物聯(lián)網(wǎng)設備的操作要求從業(yè)者有一定的電腦或智能化知識儲備，因此加強技術培訓也是推廣物聯(lián)網(wǎng)技術的關鍵。本文得到馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)創(chuàng)始人、上海市葡萄研究所所長單傳倫的悉心指導，表示衷心的感謝。
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作者：王素青 單濤 盧小露 張晉盼 房鵬霞 單文龍 單位：上海馬陸葡萄公園有限公司
