基于物联网的甜瓜远程控制简约化高效栽培技术
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“物联网”的英文名称为“The Internet of Things”，简称：IOT。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”。物联网是互联网和通信网的拓展应用和网络延伸，它通过感知识别、网络传输、计算处理等3层架构，实现了人们任何时间、任何地点及任何物体的连接[1-2]。物联网被称为继计算机、互联网之后，世界信息产业的第3次浪潮。物联网使人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活，提升人对物理世界实时控制和精确管理的能力，从而实现资源优化配置和科学智能决策，在设施农业和智慧型农业发展中有着十分广阔的应用前景[3-4]。
甜瓜种植是劳动密集型产业，人力投入大，劳务成本高。随着社会飞速发展，我国出现了较大范围的用工荒。劳动力价格的大幅提升增加了种植户的成本负担，降低了农业种植的效益。鉴于此，宁波市农业科学研究院与浙江省公众信息产业有限公司开展合作，探索将物联网技术应用于农业生产，实现甜瓜设施栽培部分田间管理功能的远程控制，同时应用蜜蜂授粉等简约化栽培技术，以达到降低田间劳动强度、减少人工成本、提高种植效益的目的。
1 智慧农业物联网服务平台
智慧农业物联网服务平台（以下简称智慧农业平台）由浙江省公众信息产业有限公司开发。主要由前端接入设备、智慧农业综合云平台、应用展现（电脑、智能手机等移动终端）组成，其中接入设备包含数据采集设备、物联网控制和视频监控设备（图1）。该平台不间断采集田间光照强度、空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度等环境参数数据，让操作人员可以通过电脑、手机终端实现对设施环境数据的采集监控，远程控制农业现场的天窗、水帘、排风扇、滴灌、补光灯和遮阳网，设置物联网设备控制指令，建立作物生长环境参数数据库，设施内环境参数和设备发生异常情况时通过短信实时预警。
2 甜瓜远程控制简约化高效栽培技术
2014年初浙江省公众信息产业有限公司对宁波高新农业技术试验园区的960 m2玻璃温室进行智能化改造，安装环境数据采集传感器和物联网控制设备，接入智慧农业平台。应用智慧农业平台后，将数据采集、设备控制、视频监控、数据处理、智能远程控制融为一体，实现操作人员实时对管理区域进行查看和控制，不受时间和空间限制，具有节工省本、经济高效、实用性强的优势。
本试验以春季立架栽培为例。春季栽培的气候特点是甜瓜生长前期光照弱、温度低、低温阴雨时间长；生长后期光照强、温度高。在实际栽培过程中，需要根据春季气候特点合理安排田间管理。甜瓜生长前期着重保温，让幼苗尽快缓苗，完成营养生长；生长后期着重调节昼夜空气温度差，利于果实糖分积累、品质提高，控制设施内温度上限，防止植株叶片灼伤。
2.1 整地施肥
基肥一般每667 m2施有机肥300 kg，硫酸钾型复合肥20 kg，过磷酸钙15 kg。其中3/4有机肥翻地时撒施，1/4有机肥与复合肥、过磷酸钙混合后开沟施入。做畦后浇透底水，然后整细耙平，及时覆膜。登录智慧农业平台关闭设施全部门窗，以提高设施内气温和土温，利于定植活棵。
2.2 定植
登录智慧农业平台，查看日最低温度曲线图，在日最低温度连续10 d稳定在15 ℃以上时，选择晴天上午定植。立架栽培采用单蔓整枝，每蔓留1果，667 m2栽培1 200株。定植后浇定根水1次，将70%甲基硫菌灵可湿性粉剂1 000倍液和0.2%硫酸钾型复合肥混合的溶液加入到肥料桶，登录智慧农业平台打开滴灌阀门，将滴灌时间设置为15 min，以每株滴灌溶液250 g为准。
2.3 定植后田间管理
2.3.1 整枝 整枝应在晴天进行，同时配合用药防病。选择第9～第11节位坐瓜，抹去8节以下和12节以上的侧蔓，结瓜蔓于授粉前留l～2叶摘心。幼果长至鸡蛋大小时疏果，留1个健康果实。主蔓长到25～30节打顶。若采用多批采收，第2个瓜坐果节位为19～21节，多批采收适当延迟打顶。
2.3.2 蜜蜂授粉 蜜蜂授粉具有节工省本、绿色无污染的优点。选择易管理、耐高温的平湖意蜂，在雌花开花前3～5 d放置蜂箱。将蜂箱垫高10 cm平放在设施偏北1/3位置，巢门向南，避开天窗开口位置，以防设施进水浸湿蜂箱。在蜂箱旁放置盛一半清洁水的浅碟，浅碟里放几根细稻草，供蜜蜂饮水，每3 d更换1次。高温天气时，在蜂箱上方覆盖稻草或遮阳网。授粉期间加强蜜蜂饲喂管理，控制设施内温度。授粉期间，登录智慧农业平台设置为在设施内气温达到36 ℃时半打开天窗，40 ℃时完全打开天窗。一般5～7 d即可完成授粉。蜜蜂对农药非常敏感，授粉期间不能喷施杀虫剂，需在放置蜂箱前做好病虫害防治工作，如用药，需将蜂箱移出，待药味散尽后移回。
2.3.3 温度管理 甜瓜定植后光照较弱、气温较低，需做好保温工作。在甜瓜幼苗期和伸蔓期，登录智慧农业平台关闭所有天窗，设定控制条件为在气温达到30 ℃时打开天窗通风，在气温低于26 ℃时关闭天窗保温不通风。若遇寒潮，气温大幅下降，在寒潮前搭建小拱棚保温。在果实膨大期，适当加大昼夜温差，利于提高甜瓜品质。在甜瓜坐果后，打开天窗、侧窗，设定控制条件为在21：30―2：30期间打开排风扇，在9：00―15：30期间气温达到40 ℃时打开水帘。遇雷雨、台风等灾害性天气，及时查看天窗闭合情况，收起遮阳网、关闭天窗。
2.3.4 肥水管理 甜瓜不同发育阶段对水分的需求量差异较大，在栽培中需要根据甜瓜需水情况进行合理调节。登录智慧农业平台，根据土壤温湿度传感器采集数据情况来确定滴灌时间和滴灌量。在甜瓜幼苗期，温度低、光照弱，宜少浇水，缺水时一次性浇透，在土壤含水量低于35%时滴灌1次，土壤含水量高于75%时关闭滴灌；伸蔓期视土壤干湿情况浇1次水，在土壤含水量低于35%时打开滴灌补充水分，在土壤含水量高于70%时关闭滴灌；在甜瓜坐果后追施1次膨果肥，用2%硫酸钾复合肥水溶液滴灌，将滴灌时间设置为20 min，以每株滴灌330 g溶液为准；在甜瓜果实发育期，严格控制浇水量和次数，在土壤含水量低于35%时滴灌1次，土壤含水量高于55%时关闭滴灌。在甜瓜采收前10～15 d停止滴灌。基肥施足后，整个生长期一般不再追肥，尤其是氮肥。如生长后期肥料严重不足，叶片变黄，可根外喷施0.3%的尿素液补充。甜瓜坐果后每7 d喷施0.3%的磷酸二氢钾和0.1%的锰、锌、镁微量元素1次。
2.3.5 采收 甜瓜应适时采收，一般于9成熟时采收，两头带叶剪下，以利于在销售和暂时贮存过程中促进成熟，提高果实品质。采收时宜选择清晨露水干后或傍晚。
3 病虫害防治
坚持预防为主、综合防治的植保方针，推广应用低毒低残留农药，严格执行安全间隔期，在甜瓜采收前15 d禁止用药。甜瓜病害主要有猝倒病、立枯病、蔓枯病、白粉病、霜霉病、黄化褪绿病毒病、枯萎病、细菌性角斑病；虫害主要有蚜虫、烟粉虱、蓟马、瓜叶螨、斑潜蝇、黄守瓜。
4 预警信息处理
设置环境参数上下限阈值，当环境参数超出阈值范围，智慧农业平台系统会自动向用户发送预警信息。用户收到预警信息后应及时根据信息内容查看设施设备关闭情况，对控制设备进行调整，土壤温度过低时及时覆盖小拱棚保温，水分不足时及时开启滴灌阀门灌水。设置空气温度上限阈值为42 ℃、下限阈值为14 ℃；设置土壤温度上限阈值为38 ℃、下限阈值为14 ℃；设置土壤含水量上限阈值为80%、下限阈值为30%。
5 经济效益分析
以667 m2设施为例，人工授粉约需6 d人工，1箱蜜蜂成本360元，按人工费100元・d-1计，采用蜜蜂授粉可节省240元，节约40%成本；常规栽培方法中设施设备管理、灌溉、施肥约需30 d人工，采用基于物联网的简约化栽培需16 d人工即可，可节省人工费1 400元，节约47%成本。
参考文献
[1] 何勇，聂鹏程，刘飞. 农业物联网与传感仪器研究进展[J]. 农业机械学报，2013，44（10）： 216-226.
[2] 管继刚. 物联网技术在智能农业中的应用[J]. 通信管理与技术，2010（3）： 24-27.
[3] 葛文杰，赵春江. 农业物联网研究与应用现状及发展对策研究[J]. 农业机械学报，2014，45（7）： 222-230.
[4] 刘家玉，周林杰，荀广连等. 基于物联网的智能农业管理系统研究与设计[J]. 江苏农业科学，2013，41（5）： 377-379.
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