泓森農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能林木育苗系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

侯金波，楊倩倩，劉振華，石冠旗，張益中南林業(yè)科技大學(xué)；安徽泓森高科生態(tài)農(nóng)林開發(fā)有限公司

泓森農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能林木育苗系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

侯金波1，楊倩倩2，劉振華2，石冠旗2，張益2
1中南林業(yè)科技大學(xué)；2安徽泓森高科生態(tài)農(nóng)林開發(fā)有限公司

目前，我國在推進(jìn)城市化的進(jìn)程中，需要大量的城市綠化苗，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，發(fā)展農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)需要大量高附加值的果蔬藥材等經(jīng)濟(jì)植物種苗，而采用常規(guī)技術(shù)育種育苗存在速度慢、周期長、季節(jié)性明顯、成本高等局限性，使種苗的供需矛盾日趨突出，從而影響了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，影響現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

智慧農(nóng)業(yè)；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)；育苗專家；農(nóng)業(yè)4.0

泓森物聯(lián)網(wǎng)智能林木育苗系統(tǒng)技術(shù)即結(jié)合計(jì)算機(jī)智能控制技術(shù)、濕度傳感技術(shù)、超生波、電磁場、托瑪琳石等先進(jìn)技術(shù)，打造一種智能、高效的育苗系統(tǒng)。不但大大節(jié)約人力、物力、時(shí)間、成本，還可在短期內(nèi)生產(chǎn)出大量質(zhì)優(yōu)且遺傳特性穩(wěn)定的林木商品苗，育苗速率較常規(guī)育苗提高了3倍，生產(chǎn)成本只有常規(guī)育苗成本的1/ 10-1/20,且進(jìn)一步提高了林木速生性和抗逆性，使其具有生產(chǎn)速度快、耐澇、耐寒、耐旱、耐鹽堿、高密植性、材質(zhì)優(yōu)良、用途廣泛等優(yōu)秀特性。

泓森物聯(lián)網(wǎng)智能林木育苗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對育種育苗過程中溫、光、氣、熱、養(yǎng)分和激素等環(huán)境最佳組合的全自動控制。是國內(nèi)率先將超聲波、磁場、電場、能量石等物理技術(shù)，應(yīng)用于林木育苗方面的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能控制系統(tǒng)，育苗周期短，育成的苗木根系發(fā)達(dá)，生長迅速，抗逆性強(qiáng)，成活率高。

技術(shù)路線：

1.基于環(huán)境因子檢測的智能葉片（集成傳感器）設(shè)計(jì)

為了能相對準(zhǔn)確的檢測到微環(huán)境參數(shù)，本系統(tǒng)把傳感模擬制造成如微小離體材料的帶葉蓮段，并把各種傳感器科學(xué)分布集成于一張人工葉片上，我們稱作為智能葉片，它是一種集成傳感器，具有檢測葉片表面水分蒸發(fā)系數(shù)的水分檢測功能，具有精準(zhǔn)檢測葉片表面溫度的空氣溫度傳感功能，通過模擬生物葉片功能，將監(jiān)測到的空氣溫度、基質(zhì)濕度、基質(zhì)溫度、基質(zhì)EC值等數(shù)據(jù)誤差降到最低，從而使育苗風(fēng)險(xiǎn)降到最低。在使用時(shí)把它插植于最能代表離體材料微環(huán)境的苗床內(nèi)，并與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)檢測與運(yùn)算。

2.林木種苗生長環(huán)境因子調(diào)控技術(shù)設(shè)計(jì)

林木種苗在生長過程中需要有適宜的溫度、濕度、二氧化碳、光照強(qiáng)度，營養(yǎng)液等外部環(huán)境條件，沒有這些條件，則不能在最優(yōu)的環(huán)境中產(chǎn)生最大生理潛能的效果。而這些條件要在不同生長時(shí)期、不同環(huán)境情況下采用著不同的組合，才能降低成本，增加效益。這些必要的環(huán)境條件，在傳統(tǒng)常規(guī)育苗過程中主要是采用人工或自然控制，采用人工控制顯然是不可能的，因人工控制不能達(dá)到精確控制，不能集約化生產(chǎn)。因此本系統(tǒng)采用設(shè)計(jì)以下智能化控制系統(tǒng)模塊達(dá)到智能化控制的目的。

（1）溫度因子控制設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)通過設(shè)定林木種苗生長最適宜的溫度，當(dāng)智能葉片檢測到溫度<15℃時(shí)，智能控制器會發(fā)出加溫指令自動開啟加熱設(shè)備進(jìn)行環(huán)境加溫；當(dāng)溫度高于上限值時(shí)，會自動開啟微噴降溫系統(tǒng)及相關(guān)的通風(fēng)或遮陽設(shè)備，使環(huán)境溫度降至適宜種苗生長的范圍內(nèi)。

（2）光照因子控制設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)林木種苗對光照最適值要求，進(jìn)行光強(qiáng)環(huán)境的模擬控制，當(dāng)智能葉片檢測的光照低于系統(tǒng)設(shè)置下限值時(shí)，會自動打開補(bǔ)光燈進(jìn)行人工補(bǔ)光，提高光和效率，促進(jìn)種苗生長。

（3）水分因子控制設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)，當(dāng)智能葉片檢測到葉片表面的水分低于臨界值時(shí)，就會自動打開彌霧系統(tǒng)進(jìn)行彌霧補(bǔ)水；當(dāng)檢測到空氣濕度不足時(shí)，同樣會啟動彌霧系統(tǒng)進(jìn)行環(huán)境增濕，為種苗生長提供適宜的水分需求。

（4）CO2氣體因子控制設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)通過設(shè)計(jì)，當(dāng)智能葉片檢測到CO2不足時(shí)，立即自動開啟CO2供氣系統(tǒng)的氣閥，補(bǔ)充CO2，主要起到了碳源供給的作用，促進(jìn)光合作用及代謝產(chǎn)物，該營養(yǎng)補(bǔ)充起到了礦質(zhì)營養(yǎng)及激素的最佳調(diào)配作用。

（5）營養(yǎng)液控制設(shè)計(jì)。

本系統(tǒng)通過研發(fā)一套先進(jìn)的基于環(huán)境因子自動檢測的微機(jī)植物快繁智能化控制系統(tǒng)，首先采用輸入設(shè)備設(shè)置好林木種苗生長的各項(xiàng)環(huán)境數(shù)據(jù)，然后利用智能葉片實(shí)時(shí)檢測當(dāng)前環(huán)境狀況，傳送給主機(jī)，通過CPU控制模塊來運(yùn)算分析，提供控制作物生長因素的最佳組合方案?？梢赃M(jìn)行溫度、光照、空氣濕度、空氣質(zhì)量、基質(zhì)濕度、葉片水膜、CO2濃度、營養(yǎng)液等組合的最優(yōu)控制，同時(shí)可以自動化清掃環(huán)境，智能化管理。

此外，還可以利用現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過無線網(wǎng)絡(luò)來遠(yuǎn)程控制。智能葉片采集的數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)端的遠(yuǎn)程控制裝置，在遠(yuǎn)程控制裝置的顯示器上可顯示當(dāng)時(shí)的實(shí)時(shí)情況，然后通過相應(yīng)的應(yīng)用軟件發(fā)出指令信號，從而改變當(dāng)時(shí)的環(huán)境因素，通過啟動自動加濕、自動補(bǔ)光、自動升溫、自動降溫、自動開啟或關(guān)閉遮陽網(wǎng)、自動補(bǔ)充營養(yǎng)素、自動清掃等系統(tǒng)功能，使育苗區(qū)域有最適宜的空氣濕度、光照強(qiáng)度、環(huán)境溫度、空氣質(zhì)量等組合，從而有效解決了人工控制復(fù)雜勞動程序和無法精準(zhǔn)控制的問題。

侯金波（1979-），男，安徽亳州，研究生，副研究員，速生用材林的培育。