基于IOT背景下中國糧食安全海洋方案的研究與推廣

孫雅南 趙爽 趙孔嘉 張艷 屈文熙

摘要：經(jīng)濟(jì)發(fā)展和品質(zhì)消費(fèi)意識的提高，推動(dòng)了消費(fèi)者對食品安全的關(guān)注，同時(shí)也暴露了我國糧食安全方面存在的問題。本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及對海藻產(chǎn)業(yè)現(xiàn)存問題的深入剖析，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于海藻養(yǎng)殖業(yè)，采用“公司+合作社+農(nóng)戶”的模式，整合規(guī)范散戶，進(jìn)行精益生產(chǎn)，全面提高質(zhì)量，打造中國糧食安全的海洋方案。以國家戰(zhàn)略為依托，充分利用海洋資源，緩解土地種植壓力，提高從業(yè)農(nóng)民的綜合素質(zhì)，完善消費(fèi)者餐桌上的食物結(jié)構(gòu)，提升食品安全質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);中國糧食安全;精益生產(chǎn);海藻養(yǎng)殖

十九大報(bào)告提出，舌尖上的安全關(guān)系13億多人的民生，關(guān)系中華民族的未來，國家要實(shí)施食品安全戰(zhàn)略;但我國相關(guān)部門已制定了優(yōu)先發(fā)展緊缺作物和特色作物的種植計(jì)劃，說明我國陸地糧食板塊已經(jīng)構(gòu)建完畢且處于飽和狀態(tài)。而“藍(lán)色產(chǎn)業(yè)”是推動(dòng) 21 世紀(jì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要?jiǎng)恿υ?。因此，我們?yīng)把戰(zhàn)略目光瞄準(zhǔn)廣闊的海洋。國內(nèi)眾多學(xué)者以調(diào)整陸地糧食作物種植方案為切入點(diǎn)進(jìn)行了廣泛研究。包珊珊在研究供給側(cè)改革背景下我國糧食種植結(jié)構(gòu)調(diào)整時(shí)提出了減少水稻的種植面積，擴(kuò)大大豆的種植面積，增加畝產(chǎn)，減少進(jìn)口。鮑國良、姚蔚在研究我國糧食生產(chǎn)現(xiàn)狀及面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)時(shí)提出只有更加科學(xué)化地分析區(qū)域糧食安全風(fēng)險(xiǎn)，因地制宜制定相關(guān)政策，才能切實(shí)做到維護(hù)農(nóng)民利益，在發(fā)展中真正保障糧食安全。韓楊等在研究中國海藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展形勢與對策時(shí)提出是海藻產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相對單一， 初級產(chǎn)品較多，高附加值、深加工產(chǎn)品較少等問題?？祷塾畹仍谖覈Ｔ瀹a(chǎn)業(yè)發(fā)展研究中提出建立海藻育種體系、重點(diǎn)研發(fā)精深加工產(chǎn)品、 加強(qiáng)技術(shù)交流與合作的產(chǎn)業(yè)發(fā)展意見。孫剛等在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用方案中提出水產(chǎn)養(yǎng)殖智能物聯(lián)網(wǎng)集在線采集、智能組網(wǎng)等功能于一體，主要由傳感、遙測、傳輸、控制、終端、預(yù)警等子系統(tǒng)組成，可以有效提高水產(chǎn)養(yǎng)殖的生產(chǎn)效率、資源利用率和產(chǎn)品競爭力，符合綠色、集約、高效、安全的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展方向?，F(xiàn)有研究均是針對糧食安全、海藻養(yǎng)殖、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的獨(dú)立研究，忽視了學(xué)科融合所帶來的益處，一定程度上限制了社會(huì)發(fā)展。隨著智慧農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)正在向越來越多的領(lǐng)域擴(kuò)展，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應(yīng)用方案可為科學(xué)管理和決策提供可靠支持。因此，本文選擇海藻養(yǎng)殖這一細(xì)分市場，融合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，著力打造中國糧食安全的海洋方案。

1、中國糧食安全問題及海藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 中國糧食安全問題發(fā)展現(xiàn)狀

糧食安全是國家安全的重要基礎(chǔ)?？恐袊耐恋仞B(yǎng)活國民沒問題，只是蛋白質(zhì)供應(yīng)略顯不足，中國的糧食進(jìn)口主要是為了改善國民的飲食結(jié)構(gòu)和貿(mào)易平衡。從國內(nèi)來看，我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)，目前糧食安全有許多新情況、新問題、新挑戰(zhàn)。

1.2 我國海藻產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

我國是世界重要的海藻生產(chǎn)國，隨著海藻加工業(yè)的快速發(fā)展，海藻進(jìn)出口貿(mào)易占比不斷增加，尤以海帶和紫菜為主。根據(jù)《中國水產(chǎn)品進(jìn)出口貿(mào)易統(tǒng)計(jì)年鑒》，我國海藻進(jìn)出口貿(mào)易品種主要包括“不適合供人類食用的海草及其他藻類”“干海帶”“干江蘺”“干紫菜”“海帶”“干裙帶菜”等等;2014年我國海藻的出口量和出口額分別約為6.97萬t和4.27億美元。不僅如此，我國是人口大國和消費(fèi)大國，將來隨著海藻產(chǎn)業(yè)的多鏈?zhǔn)桨l(fā)展以及人們對海藻產(chǎn)品的源源不斷的需求，我國海藻消費(fèi)市場必將會(huì)有一個(gè)巨大的發(fā)展空間。但我國海藻食品多為簡單初加工產(chǎn)品品，精加工和深加工產(chǎn)品比例嚴(yán)重不足，適合大眾的即食食品比較缺乏，也同樣存在產(chǎn)品單、加工技術(shù)低下的問題。海藻藥物開發(fā)方面，海藻植物所蘊(yùn)含的豐富的活性物質(zhì)遠(yuǎn)沒有得到充分開發(fā)，目前上市的海藻乃至海洋藥物、保健品、化妝品的種類數(shù)量和效益仍無法與發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相提并論。

2、IOT系統(tǒng)組成

2.1 傳感器子系統(tǒng)由服務(wù)器、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集器（RTU）、PC終端、網(wǎng)關(guān)、傳感器、基站、手機(jī)終端等組成，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測水質(zhì)的各項(xiàng)信息 （ 光照、水溫、PH值、溶解氧、氨氮含量、亞硝酸鹽含量等）。RTU采集各監(jiān)測站位的目標(biāo)數(shù)據(jù)后，完成組網(wǎng)、暫存、傳輸、中轉(zhuǎn)等一系列任務(wù)。

2.2 遙測子系統(tǒng)，軟件平臺具有展示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的功能，以滿足生產(chǎn)單位大屏幕信息顯示的需求。分布式監(jiān)控子系統(tǒng)通過5D 網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心軟件進(jìn)行連接和數(shù)據(jù)交互"在大型應(yīng)用場景中，可以組建二級監(jiān)控分中心，將現(xiàn)場微環(huán)境測控器與監(jiān)控分中心連接，多個(gè)監(jiān)控分中心再與總監(jiān)控中心軟件進(jìn)行連接和交互"這種智能監(jiān)控平臺具有多路輸入輸出、以太網(wǎng)接口和通訊串口，便于與其他儀器設(shè)備集成使用。

2.3 傳輸子系統(tǒng)，提供有線（RS232/RS458）無線 （GPRS/GSM/ZIGBEE），北斗衛(wèi)星傳輸?shù)榷喾N方式，支持web瀏覽和配置，同時(shí)支持TCP、SNMP接口方式，通過IP網(wǎng)絡(luò)與中心軟件交互通訊，方便使用和管理。

2.4 控制子系統(tǒng)，根據(jù)傳感器采集的環(huán)境因子數(shù)據(jù)，設(shè)置相關(guān)的發(fā)生條件后，可以對增氧機(jī)、水泵、電磁閥、風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制。以增氧機(jī)控制器為例，用戶能夠根據(jù)水質(zhì)參數(shù)和現(xiàn)場視頻，通過手機(jī)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程啟停。

2.5 終端子系統(tǒng)為用品提供多種選擇，包括移動(dòng)應(yīng)用APP、標(biāo)準(zhǔn)電商平臺、微商城、小程序、中小企業(yè)全渠道電子商務(wù)云平臺區(qū)塊鏈溯源及農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)綜合解決方案等。

3、海藻養(yǎng)殖新模式探究

3.1 “公司+合作社+農(nóng)戶”

采用“公司+合作社+農(nóng)戶”的模式，以合作社為結(jié)合點(diǎn)，整合散戶，通過公司進(jìn)行海域統(tǒng)一規(guī)劃、劃分不同種類海藻的養(yǎng)殖區(qū)域、為農(nóng)戶提供育苗并為其提供IOT監(jiān)測系統(tǒng)，使海藻養(yǎng)殖規(guī)范化、統(tǒng)一化，海藻產(chǎn)量最大化。農(nóng)戶收獲的海藻，可自行售賣，也可由公司統(tǒng)一收購，進(jìn)行深加工。

3.2 建立海藻育種體系

從自然育種和人工育種兩個(gè)維度展開。自然育種主要是基于海藻的養(yǎng)殖基地的自然環(huán)境進(jìn)行無干預(yù)育種。遺傳育種是主要的研究方向，主要有以下幾個(gè)方面：①引種馴化，引進(jìn)國外優(yōu)質(zhì)海藻進(jìn)行培育;②家系育種與自交;③利用突變體培育品種;④雜交育種;⑤利用無性繁殖進(jìn)行遺傳育種;⑥通過原生質(zhì)體融合，利用體細(xì)胞雜交育種;⑦通過目的基因的轉(zhuǎn)移、整合與表達(dá)，用于種質(zhì)創(chuàng)新和品種改良;⑧分子標(biāo)記輔助育種。

3.3 大數(shù)據(jù)管理

通過IOT監(jiān)測系統(tǒng)，向農(nóng)民實(shí)時(shí)傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，如光照強(qiáng)度、溫度、氧含量、pH值等，改變傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)營模式，向以軟件和信息為中心、大量運(yùn)用自動(dòng)化、遠(yuǎn)程化設(shè)備的方向發(fā)展。

3.4 海藻產(chǎn)業(yè)鏈延伸

緊跟中國食品安全的腳步，實(shí)現(xiàn)海藻資源的合理配置與利用，以海藻產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品填補(bǔ)中國食品的市場空缺。海藻中鎂、鈣、碘等微量元素含量較豐富，經(jīng)加工處理可做成海藻面粉用以替代單一的小麥面粉，緩解糧食種植壓力，解放一部分土地資源;利用鮮切蔬菜加工、干果蔬菜加工等食品加工技術(shù)，打造“多藻合一”的蔬菜組合果蔬脆;還可以將各類海藻推廣為生鮮蔬菜走近尋常百姓家，將來海藻類食品將會(huì)成為主要食品走近大眾視野。創(chuàng)新生產(chǎn)工具，利用海藻催化功能。打造兼具地膜、農(nóng)藥、化肥功能的海藻地膜，不僅安全環(huán)保，而且還可以極大地提升農(nóng)作物的品質(zhì)，減緩塑料地膜帶來的“白色污染”。豐富高端化妝品，發(fā)揮海藻的美顏功能。海藻可以用來生產(chǎn)海藻面膜等高端化妝品，海藻溫和不刺激，是非常好的護(hù)膚品，像敏感肌一類的敏感皮膚均可使用;改良生物制藥，拓展海藻藥用功效，海藻可以用來生產(chǎn)維生素補(bǔ)充物等各類保健品，從海藻中提取加工而成的海藻酸鈉因其具有很好的穩(wěn)定性、溶解性、粘性、安全性成為藥物制劑輔料。開發(fā)新式能源，推廣海藻環(huán)保優(yōu)勢。藻類生物燃料在提供能源的同時(shí)還可以改善環(huán)境，傳統(tǒng)的海洋生物燃料會(huì)消耗淡水資源，但是海藻不會(huì)有此副作用，海藻轉(zhuǎn)化為能源已然成為一種趨勢，這也是海洋帶給我們的一筆寶貴的財(cái)富。

3.5 精益生產(chǎn)

與傳統(tǒng)的大生產(chǎn)方式不同，精益生產(chǎn)的特色是"多品種"，"小批量"。

3.5.1準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)

通過IoT監(jiān)測系統(tǒng)，農(nóng)戶可根據(jù)海域環(huán)境對應(yīng)市場需求，調(diào)整海藻收獲時(shí)間。

3.5.2全面質(zhì)量管理

采用“5M1E”的質(zhì)量管理方式，極大提高產(chǎn)品質(zhì)量：

Men：對生產(chǎn)海藻產(chǎn)品過程中技術(shù)人員、種植人員、原材料配送人員的素質(zhì)、技能、組織管理能力進(jìn)行管理;

Material：對生產(chǎn)海藻產(chǎn)品原材料的質(zhì)量進(jìn)行管理，不定期檢查原材料質(zhì)量。

Machine：對海藻產(chǎn)品的生產(chǎn)設(shè)備和生產(chǎn)工具的質(zhì)量進(jìn)行管理，每臺生產(chǎn)設(shè)備，定期排查潛在危險(xiǎn)，定期維護(hù)、更新。

Method：對工藝方法、試驗(yàn)分析方法和組織管理方法進(jìn)行管理，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上尋找更加高效率的生產(chǎn)方式，或者更加先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)。

Measurement：對檢測手段、檢測工具進(jìn)行管理，根據(jù)生產(chǎn)階段的不同，選擇合適的生產(chǎn)檢測手段、檢測工具。

Environment：對海洋水質(zhì)、溫度、天氣等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)行網(wǎng)絡(luò)化科學(xué)管理。

4、中國糧食安全海洋方案的制定與推廣

4.1 基礎(chǔ)海藻食品

4.1.1海藻面粉，以小麥粉為基料添加海藻粉制成的一種面粉，精選海藻、小麥原料，浸泡并清洗小麥脫皮，按比例混合原料、碾磨成粉狀并烘干。海藻面粉，含小麥粉，還有海藻粉，它們的用量按百分比重量，海藻粉15%～25%，小麥粉75%～85%。海藻面粉中還含有油脂成份，這種油和有益健康的橄欖油有些相似，用它做出的食品不僅美味，而且低熱量、高蛋白，較符合減肥減脂人群。

4.1.2海藻果蔬脆零食

在各海域養(yǎng)殖不同藻類，驗(yàn)收分揀后運(yùn)往加工廠。為了達(dá)到蔬菜水果的均衡營養(yǎng)、根據(jù)科學(xué)的蔬菜水果配比形成什錦果蔬脆。打造“多藻合一”的海藻蔬菜組合產(chǎn)品，果蔬脆嚴(yán)格區(qū)別于薯片等膨化食品，在不久的將來將是薯片等膨化食品的替代品。

4.1.3食用藻鮮品

利用海藻專用清洗機(jī)，在網(wǎng)帶連續(xù)不斷向前行走的過程中，機(jī)械手臂對海藻進(jìn)行抓洗作業(yè)，對其進(jìn)行徹底的清洗。清洗完畢后，采用巴氏殺菌機(jī)對產(chǎn)品進(jìn)行殺菌消毒，后包裝入袋。將海茸，海筍，海竹蓀（海茸芯），南極冰藻，綠色風(fēng)尾藻，石花菜，金茸條，金茸片，裙帶菜，海發(fā)菜等海藻，制作成真空保鮮的袋裝食品，分為海藻鮮品和海藻半成品兩大類。

4.2 海洋生物制藥

來自海洋的海藻酸、甲殼胺等生物材料具有良好的生物相容性、很高的吸濕性和生物可降解性，是制備面膜、醫(yī)用敷料、手術(shù)縫合線、成年人失禁用品婦幼吸濕用品、等醫(yī)用衛(wèi)生材料的優(yōu)質(zhì)原料。

4.3 方案推廣

通過建設(shè)海上糧倉，解放土地資源，緩解糧食種植壓力，其中海藻面粉、海藻果蔬脆零食、食用藻鮮品等基礎(chǔ)產(chǎn)品，使海藻產(chǎn)品步入消費(fèi)者視野，豐富消費(fèi)者餐桌上食物結(jié)構(gòu)，并使消費(fèi)者餐桌上的食物來自海洋的高達(dá)25%。另外，通過“公司+合作社+農(nóng)戶”的模式，實(shí)現(xiàn)低投入、高產(chǎn)出的目標(biāo)，為從業(yè)者提供創(chuàng)富機(jī)會(huì)，助力鄉(xiāng)村振興。

對于中國糧食安全的海洋方案，應(yīng)大力采用公共關(guān)系營銷的方式進(jìn)行推廣;積極進(jìn)行對政府的公關(guān)活動(dòng)，爭取有關(guān)部門支持并協(xié)助推廣產(chǎn)品，真正發(fā)揮其社會(huì)效益、環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。另外，要進(jìn)行精準(zhǔn)的客戶定位，隨著社會(huì)物質(zhì)生活的進(jìn)一步提升，以及供給側(cè)改革的進(jìn)一步落實(shí)，基于用戶定位的商品銷售會(huì)成為商業(yè)運(yùn)作的主流形態(tài)。文化現(xiàn)象有其滋生性和影響力，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的數(shù)據(jù)庫大時(shí)代下，需要找到合適的文化平臺，來推廣海藻養(yǎng)殖的大好前景，海藻相關(guān)產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]包珊珊.供給側(cè)改革背景下我國糧食種植結(jié)構(gòu)調(diào)整現(xiàn)狀及建議[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2019，303（14）：207-208.

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