信息技术在玻璃连栋温室蔬菜生产管理中的应用_罗冬.pdf

设施农业 nullnullnullnull 设施农业 nullnullnullnull 36 37 设施农业 大食物观Facility agriculture FOOD nullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnullnull 18nullnullnull 1 2 监测防治的滞后性 传统蔬菜温室管理 病虫害的发现往往依赖于蔬菜种植人员 的日常巡查 当发现病虫害时 可能已经处于较为严重阶段 错 过了最佳的防治时机 主要采用化学农药进行防治 容易造成农 药残留 并且长期使用化学农药会使害虫产生抗药性 降低防治 效果 1 3 种植管理的复杂性 传统管理模式下 蔬菜需水量因品种 生长阶段而异 传统 灌溉方式存在过度灌溉或灌溉不足的问题 不仅浪费水资源 还 会影响蔬菜的生长和品质 如何准确把握施肥的种类 数量和时 间是传统蔬菜温室管理的难点之一 施肥往往是凭经验 没有根 据蔬菜生长阶段和土壤肥力状况精准施肥 不合理施肥导致土壤 肥力下降 蔬菜营养失衡等问题 既增加了生产成本 又可能对 土壤和环境造成污染 2 2 温室生产中常用的信息技术 2 1 物联网技术 物联网发展引起了农业巨大变革 已应用到农业很多领域 如智能温控 智能滴灌等 而把物联网应用到农业生产实现智 能农业 可大幅度提高农作物产量和质量 3 智能传感器技术 实现环境参数实时监测 在蔬菜温室安装温湿度传感器 光照 传感器 土壤传感器 CO 2 传感器等 实时采集环境数据 例 如通过温湿度传感器监测环境变化 当温度过高或湿度过大时 自动启动通风或降温设备 基于传感器数据 物联网系统自动 调节温室遮阳网 通风系统 加热设备等 为蔬菜生长提供最 佳环境条件 4 物联网系统根据土壤传感器数据和蔬菜生长需求 自动调 节灌溉和施肥量 避免资源浪费 物联网技术监控温室能源使 用情况 优化能源配置 降低生产成本 例如物联网系统根据 光照数据自动调节补光灯的开关 减少能源消耗 同时 通 过物联网平台可实时查看温室环境数据和蔬菜生长状态远程监 控 物联网系统支持远程控制温室灌溉系统 通风设备等 减 少人工干预 摘要 蔬菜作为日常饮食的重要组成部分 其稳定生产供应至 关重要 新技术支撑下新质生产力赋能蔬菜温室管理是提升蔬 菜生产质量与效率的关键 当前 传统蔬菜温室管理面临资源 浪费 人力成本高 生产效益受限等问题 难以应对复杂多变 市场需求 该文以北京市农林科学院玻璃连栋蔬菜生产温室为 例 介绍了信息技术在蔬菜温室生产管理中的应用效果 信息 技术的应用可以优化蔬菜温室管理流程 提高水肥资源利用率 推动蔬菜产业高质量发展 为保障蔬菜供应和农业现代化建设 提供有力支撑 关键词 新技术 蔬菜温室管理 蔬菜产业 农业信息化 农业现代化进程中温室作为蔬菜高效生产的关键设施 提升 其管理水平是推动蔬菜产业高质量发展的核心 经济上 能提高 蔬菜产量与品质 降低成本 优化产业结构 增强竞争力 学术 上 可促进农业工程 信息技术等多学科交叉融合 为学科发展 带来新契机 在蔬菜温室管理方面 国外部分发达国家已实现温 室环境精准调控 提升了蔬菜生产效能 国内也做出了物联网 大数据与温室管理的结合探索 但现有研究多聚焦单一技术应用 缺乏多种新技术系统整合 本研究依托北京市农林科学院的连栋 玻璃温室 创新性地将物联网 人工智能 大数据 区块链等多 种前沿技术有机集成 致力于构建一套全面 完善的新质生产力 赋能体系 为蔬菜温室智能管理提供新思路 1 传统蔬菜生产温室管理存在问题 1 1 环境调控的不精准性 传统蔬菜温室内的温度监测依赖于简单的温度计读数 蔬菜 生长对温度要求较为严格 不同的蔬菜品种在不同生长阶段需要 不同的环境温度 传统的温室调节方式往往难以精准满足这些需 求 容易出现温度过高或过低影响蔬菜生长的情况 1 传统管理 模式下 湿度调节同样不够精准 传统方法如手动喷雾或通风来 调节湿度 难以维持稳定的湿度范围 湿度与病虫害的发生以及 蔬菜的蒸腾作用等密切相关 实际温室管理中往往由于通风 灌 溉等操作的不精准 湿度难以维持在适宜范围内 信息技术在玻璃连栋温室蔬菜生产管理中的应用 罗 冬 秦占军 北京市农林科学院 北京 100097 设施农业 nullnullnullnull 设施农业 nullnullnullnull 36 37 农业工程技术 设施农业 2 2 人工智能技术 人工智能技术在蔬菜温室应用主要体现在精准种植 自动化 生产和智能化决策 3 方面 通过数据驱动和智能化管理 明显提 升了蔬菜温室的生产效率 资源利用率和产品质量 5 利用AI算法分析温室温度 湿度 光照 CO 2 浓度等环境 数据 自动调节温室设备 为蔬菜生长提供最佳环境条件 基于 蔬菜生长阶段和土壤养分数据 AI系统可精确计算灌溉量和施 肥量 避免资源浪费 AI通过图像识别技术实时监测蔬菜叶片 和果实状态 识别病虫害早期症状 并结合历史数据预测病虫害 发生概率 实现精准防控 此外 AI系统还可自动控制温室内设备运行 如自动灌溉 系统 施肥机 光照调节设备等 实现无人化操作 AI驱动农 业机器人可完成播种 移栽 采摘等作业 减少人工干预 AI 系统还能分析蔬菜生长速度 产量 品质等数据 优化种植方案 提高产量和品质 同时 AI通过分析资源使用水 肥料 能源 等数据 优化资源配置 降低生产成本 还可以结合市场需求数 据和气候预测 为温室生产管理者提供科学规划建议 避免供需 失衡 2 3 大数据与云计算技术 通过物联网传感器实时采集温室温度 湿度 光照 土壤养 分等环境数据和蔬菜生长数据 例如北京市农林科学院蔬菜温室 传感器网络每间隔5 min采集1次数据 上传至云端存储 利 用云计算平台存储海量数据 确保数据安全 可靠和可扩展 同 时 通过对历史数据和实时数据分析 识别病虫害发生规律和风 险因素 例如分析发现高温高湿环境下病虫害发生率较高 并据 此调整温室环境参数 制定精准防控方案 降低病虫害风险 6 通过云计算平台 不同地区蔬菜温室可共享数据和经验 促 进技术交流 例如北京市农林科学院的病虫害防控经验通过云端 共享 为其他地区温室提供参考 利用云计算技术 实现温室远 程监控和管理 提高管理效率 2 4 区块链技术 区块链技术可以实现数据可信管理 将蔬菜温室环境数据和 病虫害防控数据实时上传区块链 确保数据真实性和不可篡改性 通过区块链技术 不同温室或研究机构可以安全共享数据 促进 技术交流和协作 区块链技术还能确保蔬菜质量信息的真实性和 可追溯性 帮助消费者了解蔬菜的生产环境和质量保障措施 例 如在病虫害防控方面 区块链可以记录病虫害防控效果 为消费 者提供质量保障 7 消费者通过扫描产品二维码 即可获取详细 产品信息 目前 追溯体系可覆盖温室90 以上蔬菜品种 据 调研 带有质量追溯标识的蔬菜 市场认可度大幅度提高 销量 相比未实施追溯体系时增长30 产品价格也提升了15 左右 有效提升了农产品附加值和品牌形象 2 5 智能水肥管理技术 控释肥料能根据蔬菜生长需求缓慢释放养分 提高肥料利用 率 例如 在蔬菜温室使用控释肥料可减少施肥次数 降低肥料 流失到土壤和水中的风险 同时保证蔬菜在整个生长周期内有充 足养分供应 精准灌溉技术如滴灌 微喷灌等在蔬菜温室管理中 得到广泛应用 可根据蔬菜需水情况精准浇水 避免传统大水漫 灌造成水资源浪费和土壤板结 例如 滴灌系统可将水直接滴到 蔬菜根部减少水分蒸发 提高水分利用效率 采用滴灌和微喷灌 技术与智能控制系统结合 控制系统自动启动灌溉设备并根据蔬 菜需水规律精确控制灌溉量 8 2 6 新兴融合技术 在蔬菜温室安装摄像头 可利用图像识别技术对蔬菜叶片 实时监测 例如 当发现叶片上有病虫害早期症状 如叶片上 出现微小斑点或虫洞时 系统能及时发出警报 以便管理人员 采取相应防治措施 9 基于物联网技术的自动化控制系统可集 成各种传感器数据 依据蔬菜生长需求自动调节温室环境 以 光照控制为例 系统根据光照传感器采集光照强度数据 自动 调节遮阳网开合程度或补光灯开启与关闭 为蔬菜生长提供适 宜光照条件 10 3 信息技术在玻璃连栋温室中的应用效果 随着市场对高品质 安全蔬菜需求不断增长 传统蔬菜种植 管理面临产量提升瓶颈 品质不稳定 资源利用效率低以及农产 品质量安全追溯困难等问题 2022年 笔者团队在北京市农林 科学院的1 hm 2 玻璃连栋温室中引入了新技术设备 对蔬菜生 产管理进行了全面升级 3 1 引入的信息技术种类 在玻璃连栋温室中每 100 m 2 安装 1 套温湿度传感器 光照 传感器以及CO 2 传感器 共计100套各类传感器 这些传感器 每隔5 min采集1次数据 每天可收集超过17000组环境数据 通过物联网实时上传至管理平台 实现对温室环境全面感知与实 时监控 将温度 湿度 光照等多种传感器数据与人工智能算法深度 设施农业 nullnullnullnull 设施农业 nullnullnullnull 38 39 设施农业 大食物观Facility agriculture FOOD 融合 通过深度学习算法对大量历史和实时数据分析 预测环境 参数变化趋势 准确率高达 90 以上 进而自动精准控制通风 系统 灌溉系统和补光灯等设备 同时利用视觉技术通过温室安 装摄像头实时拍摄蔬菜图像 运用图像识别算法检测病虫害早期 迹象 识别准确率达到85 以上 并根据检测结果制定精准施 药方案 通过对蔬菜生长数据和环境数据分析 预测蔬菜生长趋 势 预测误差控制在 3 天内 根据蔬菜生长阶段和土壤肥力状况 制定个性化施肥方案 提高肥料利用率 收集过去 2 年内该温室的生产数据 借助大数据分析算法 挖掘环境因素 种植策略与蔬菜生长状况之间的潜在关系 云计 算平台依据实时数据和历史经验 为管理人员提供智能决策建议 同时 搭建农产品质量安全追溯体系 将每一批次蔬菜从播种 施肥 用药到采摘 运输等环节的信息加密存储在区块链上 目 前 追溯体系可覆盖温室90 以上蔬菜品种 使用控释肥料可 减少施肥次数 40 提高肥料利用率 采用滴灌和微喷灌技术与 智能控制系统相结合 智能系统根据蔬菜需水规律精确控制灌溉 量 提高水资源利用率 此外 通过安装摄像头 利用图像识别技术实时监测蔬菜叶 片 病虫害出现早期症状后 10 min 内会发出警报 可通过释放 天敌昆虫 利用诱虫灯和超声波驱虫器等 减少化学农药使用量 集成传感器数据还能自动调节遮阳网开合程度和补光灯开关 为 蔬菜提供适宜光照条件 3 2 实际应用效果 据调研 北京市农林科学院某蔬菜温室引入新质生产力相关 关键技术赋能管理 蔬菜温室管理得到全面提升 具体效果如表 1 所示 表 1 信息技术赋能蔬菜温室管理产生的效果 序 号 评估指标 传统管理模式效果 信息技术赋能效果 提升比例 1 产 量 每平米年产量约 15 kg 1 hm 2 总产量 150000 kg 每平米年产量提升至 20 kg 10000 平米总产量达 200000 kg 33 33 2 品 质 优质蔬菜占总产量 60 即 90000 kg 优质蔬菜占总产量 85 即 170000 kg 41 67 3 资源利用效率 以水为例 每月用水量约 5000 m 3 每月用水量降至 3500 m 3 30 4 农产品质量 安全追溯 产品追溯信息不完整 仅能追溯到种植批次 追溯准确率约 60 实现从种子采购到销售终端全链条精准追溯 追溯准确率达 98 63 33 5 人力成本 日常管理需 10 人 人力成本约 80000 元 月 智能设备与自动化系统应用 仅需 6 人 人力成本降至 48000 元 月 40 6 病虫害 发生率 病虫害发生率约 20 影响产量约 30000 kg 精准监测与防控技术 病虫害发生率降至 5 影响产量降至 10000 kg 75 3 3 经济效益 多种技术融合使蔬菜产量明显提高 以番茄为例 番茄产 量提高 12 1 hm 2 温室番茄总产量增加21600 kg 按市场 价5元 kg计算 可增收108000元 同时 品质提升后蔬菜 价格上涨 以叶菜类为例 智能连栋玻璃温室生产的叶菜价格 提升 20 1 hm 2 温室叶菜年产量 30000 kg 原价 3 元 kg 现价 3 6 元 kg 增收 18000 元 同时 控释肥料和精准灌溉技术减少了肥料和水资源浪费 肥料成本降低 30 每年节约肥料费用15000元 水资源成本 降低40 每年节约水费8000元 病虫害防治技术减少了农药 使用量 农药成本降低 40 每年节约农药费用 12000 元 区块链技术搭建追溯体系提高了农产品市场认可度 带有质 量追溯标识的蔬菜销量增长 30 产品价格提升15 左右 以 整体蔬菜销售额 50 万元 年计算 增收 247500 元 综上所述 新质生产力赋能蔬菜温室管理关键技术在北京市农林科学院某蔬 菜温室应用后 每年产生直接经济效益约40万元 同时提升了 蔬菜品质和市场竞争 具有较好的经济效益和社会效益 4 信息技术应用面临的问题与解决措施 首先 信息技术的使用需要高端传感器 智能控制系统 人 工智能等设备 设备的价格昂贵 中小规模蔬菜温室生产者难以 承受 可通过推动技术研发与创新 开展精准调控 灌溉施肥等 专属技术研发 降低设备成本 同时政府可以提供财政补贴和税 收优惠 还可以建立产业联盟加强协作 加快制定行业标准 规 范市场秩序 其次 信息技术涉及多个学科领域技术 集成到蔬菜温室管 理系统需要跨学科专业人才和完善技术整合方案 需加强人才培 设施农业 nullnullnullnull 设施农业 nullnullnullnull 38 39 农业工程技术 设施农业 养与引进 制定行业标准 明确技术规范 促进不同技术设备之 间的兼容性 同时还应定期组织技术培训 制定优惠政策吸引高 端人才 与农业院校 科研院所长期合作 还应定期组织温室管 理人员参加信息技术培训 内容涵盖多领域 通过线上线下结合 提升技术与实操能力 培养复合型人才 最后 大数据分析应用过程 蔬菜温室数据安全和隐私可能 受到威胁 例如数据可能被恶意窃取或泄露 影响蔬菜温室经营 户利益 生产中应加强数据安全保护措施 利用区块链技术提升 数据安全性 确保数据不被恶意窃取或泄露 通过上述措施 可 有效解决新质生产力赋能蔬菜温室管理遇到的问题 推动蔬菜温 室管理水平持续提升和高效发展 参考文献 1 陈博 黄宇超 夏磊 世界花卉大观园精品花卉温室管理技术探 析 J 现代园艺 2023 46 17 78 80 2 陶传涛 刘东冉 刘伟光 温室蔬菜种植管理技术分析 J 农业灾 害研究 2021 11 9 160 161 3 王志锋 蔬菜种植企业物联网应用意愿及影响因素分析 基于辽 宁朝阳的调研数据 D 沈阳 沈阳农业大学 2023 4 袁东学 王立开 智能信息技术在温室番茄种植与管理中的应 用 J 农业工程技术 2024 44 5 33 34 5 吕多坤 农业人工智能的发展分析 J 现代化农业 2024 9 530 560 6 田朝杰 汪婷 陆翔 物联网和大数据技术物联网和大数据技术在 温室大棚农业生产中的应用 J 农业工程技术 2023 43 17 22 23 7 钟德福 艾红 张良国 等 区块链技术及其在农产品质量安全追 溯应用的研究进展 J 中国农学通报 2021 37 19 143 150 8 腰彩红 李扬 王建春 等 温室草莓精准灌溉系统的设计与试 验 J 河北农业大学学报 2024 47 6 17 23 39 9 姚鹏文 温室蔬菜管理及病虫害防治关键技术 J 世界热带农业信 息 2021 7 7 8 10 周德锋 基于物联网的智慧农业温室大棚环境智能调节管理系统 设计 J 办公自动化 2023 28 10 58 60 作者简介 罗冬 1971 男 汉族 湖北荆门人 工程师 研究方向 电力工程及其自动化 通信作者 秦占军 1980 男 汉族 河北邢台人 农艺师 研究方向 作物遗传育种 引用信息 罗 冬 秦占军 信息技术在玻璃连栋温室蔬菜生产管理中的应用 J 农 业工程技术 2025 45 18 36 39 代化科学化的实践基地运行模式 优化专业学位研究生教学 科研 社会服务一体化合作模式 依托研究生教学的案例建设目标 结合专业学位研究生实践需要 组织课程教学教师团队围绕相关大型园区 基地 企业生产中的 需求开展技术攻关与服务 建立新型一体化合作模式 鼓励教师 团队主动走出去 与相关园区或企业寻求合作 依据自身技术特 长 帮助解决实际技术难题 在进行技术攻关与服务的过程中 带领专业学位研究生参与其中 与部分实践教学活动有机结合 将实践基地的技术难题攻关及应用情况形成典型案例 保障了案 例的系统性和深度性 教师 学生均直接参与了案例建设 强化 了案例的真实性 由于这个过程主要围绕相关园区或企业的实际 难题开展的 能够切实有效促进园区或企业的发展 也有效提高 了关园区或企业作为实践基地的积极性和配合力度 保障了校地 合作 校企合作的持续性及稳定性 参考文献 1 李献斌 刘晓光 全日制专业学位研究生实践基地建设研究 J 中 国农业教育 2012 5 22 25 2 陈海霞 蒋辉 陈淼芳 等 园艺类专业学位硕士生人才培养方案 的比较分析 J 科教导刊 2021 25 65 68 3 张立秋 封莉 刘永泽 等 案例库建设与专业学位硕士研究生课 程教学相融合的探索 以 环境工程设计与案例分析 课程为 例 J 中国林业教育 2020 38 S1 6 9 项目支持 安徽省新时代育人质量工程项目 研究生教育 2022jyjxggyj188 和安徽农业大学研究生质量工程项目 作者简介 侯金锋 1983 男 安徽利辛人 副教 授 研究方向 设施园艺 E mail houjinfeng ahau 通信作者 袁凌云 1984 女 山东威海人 教授 研究方向 无土栽培研究 E mail 引用信息 侯金锋 吴建强 刘 伦 等 基于设施园艺学课程的案例教学与实践教学融合 建设探讨 J 农业工程技术 2025 45 18 20 21 上接第 21 页