農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)園中的應(yīng)用

王素青，單濤，盧小露，張晉盼，房鵬霞，單文龍

（1.上海馬陸葡萄公園有限公司，上海 201818；2.上海市嘉定區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心；上海 201818；3.上海市嘉定區(qū)馬陸鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心，上海 201818）

馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)擁有近40年的發(fā)展歷史，自上世紀(jì)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(gè)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380 hm2，產(chǎn)量6700 t，產(chǎn)值近1個(gè)億，是上海經(jīng)濟(jì)作物中產(chǎn)值最高、效益最好的樹(shù)種之一。

近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)下行壓力和消費(fèi)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(dòng)強(qiáng)度，推進(jìn)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(zhǔn)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(shù)在這些領(lǐng)域的應(yīng)用日漸深入，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展的促進(jìn)作用逐步顯現(xiàn)。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力“傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)”向“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)”轉(zhuǎn)變，對(duì)建設(shè)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(shù)在葡萄種植上的利用，多集中在葡萄生長(zhǎng)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(yīng)用，可以實(shí)時(shí)獲取土壤水分、養(yǎng)分信息，通過(guò)單片機(jī)或者云端分析系統(tǒng)反饋給肥水控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水肥一體化動(dòng)態(tài)平衡[4]。將物聯(lián)網(wǎng)引入葡萄種植過(guò)程，實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器與葡萄種植的結(jié)合，有利于更好的監(jiān)測(cè)葡萄生長(zhǎng)狀態(tài)，對(duì)農(nóng)業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行及時(shí)預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置。同時(shí)，可以時(shí)時(shí)掌握葡萄生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行科學(xué)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(jìn)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(dān)負(fù)著葡萄生產(chǎn)、科研、示范、休閑等多重任務(wù)。在此形勢(shì)下，上海馬陸葡萄公園應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域，將該技術(shù)引入生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)全過(guò)程，涵蓋生產(chǎn)管理、旅游銷(xiāo)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(yàn)、互聯(lián)網(wǎng)品牌營(yíng)銷(xiāo)及生產(chǎn)過(guò)程可追溯等融為一體的智慧園區(qū)管理系統(tǒng)，打造國(guó)內(nèi)一流的葡萄產(chǎn)業(yè)示范園，探索形成可復(fù)制、可推廣的葡萄產(chǎn)業(yè)園智能化管理模式[8]，推動(dòng)馬陸葡萄產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和可持續(xù)發(fā)展。

通過(guò)幾年的應(yīng)用和實(shí)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(xiāo)售推廣以及產(chǎn)品追溯等環(huán)節(jié)融合為一體，實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)前、產(chǎn)中到產(chǎn)后的相互依存和協(xié)作，構(gòu)建起馬陸葡萄公園智慧園區(qū)平臺(tái)，促進(jìn)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(shì)，形成數(shù)字農(nóng)業(yè)的推廣效應(yīng)。

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(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)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(zhǎng)環(huán)境信息。

在園區(qū)內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)區(qū)域的氣象信息，包括風(fēng)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(shè)置一套灌溉水質(zhì)智能信息采集系統(tǒng)，用于檢測(cè)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(zhǎng)環(huán)境[10]。

葡萄種植大棚內(nèi)安裝高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，對(duì)棚內(nèi)葡萄生長(zhǎng)環(huán)境情況進(jìn)行全方位監(jiān)控，使用網(wǎng)絡(luò)傳輸實(shí)時(shí)圖像，連接智慧云平臺(tái)，在PC端、手機(jī)端進(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)時(shí)將采集的環(huán)境信息存儲(chǔ)至服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器對(duì)接預(yù)設(shè)的指標(biāo)閾值，利用智能云終端控制設(shè)備實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化控制。本子系統(tǒng)的自動(dòng)控制設(shè)備包括智能化“超早型”溫室中心的空氣加溫、降溫設(shè)備、灌溉設(shè)備、補(bǔ)光設(shè)備、CO2補(bǔ)給設(shè)備；設(shè)施連棟大棚的自動(dòng)卷膜器和電磁閥。應(yīng)用水肥一體技術(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化灌溉與施肥，達(dá)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4000 m2智能化“超早型”溫室中心安裝臭氧水消毒設(shè)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(qiáng)氧化性進(jìn)行殺菌除蟲(chóng)，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5～15 μm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(xiāo)售推廣以及產(chǎn)品追溯等業(yè)務(wù)模塊信息和數(shù)據(jù)流，實(shí)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(dǎo)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(dǎo)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(guān)信息，游客可點(diǎn)擊進(jìn)入?yún)^(qū)域場(chǎng)景，查看該區(qū)域的品種介紹、環(huán)境參數(shù)、生產(chǎn)狀況、實(shí)時(shí)視頻等信息。同時(shí)，開(kāi)拓消費(fèi)渠道，以微信公眾號(hào)為載體，建立電子商務(wù)平臺(tái)，支持會(huì)員管理、商品分類(lèi)、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(huì)降低消費(fèi)者現(xiàn)場(chǎng)采摘體驗(yàn)感，因此開(kāi)發(fā)出虛擬采摘模塊，消費(fèi)者足不出戶可體會(huì)到采摘的樂(lè)趣。并且該模塊還具有下單形成實(shí)體訂單的功能，也增加了電商的互動(dòng)環(huán)節(jié)。

此外，自助導(dǎo)覽、信息推送和品牌宣傳在該系統(tǒng)中均能實(shí)現(xiàn)，真正實(shí)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(dòng)端的云辦公模式，滿足園區(qū)日常行政事務(wù)處理的需求?？商幚硇侣劰?、公文文檔、日?？记诤蛯徟鞒痰刃姓I(yè)務(wù)。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(kāi)發(fā)語(yǔ)音識(shí)別、隨手記和批處理等簡(jiǎn)化操作技術(shù)，貫穿生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和信息流，包含區(qū)域管理、生產(chǎn)計(jì)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(guò)程的協(xié)同管理為核心的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，以時(shí)間為軸，計(jì)劃為主線，關(guān)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(biāo)準(zhǔn)。管理員和消費(fèi)者通過(guò)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(wù)和云計(jì)算架構(gòu)技術(shù)，整合智慧園區(qū)管理平臺(tái)，實(shí)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(shí)也為對(duì)外宣傳提供展示平臺(tái)。

4 綜合效益

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

項(xiàng)目實(shí)施前園區(qū)人均管理土地面積約為4330 m2；項(xiàng)目實(shí)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5670 m2，節(jié)約30%左右的勞動(dòng)力投入，為企業(yè)節(jié)約勞用工成本50～60萬(wàn)元。

應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可根據(jù)葡萄不同生長(zhǎng)期的溫度閾值進(jìn)行自動(dòng)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(zhǔn)施肥，提高水肥利用率。同時(shí)，商品果率得到大幅度提高，由75%提升至85%。據(jù)計(jì)算，商品果率每提高一個(gè)百分點(diǎn)，產(chǎn)值約增加1500～2000元/667m2，園區(qū)總產(chǎn)值可提高40～50萬(wàn)元。

4.2 社會(huì)效益

都市農(nóng)業(yè)在保證產(chǎn)品品質(zhì)的基礎(chǔ)上，提倡輕簡(jiǎn)化栽培，推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，是解決產(chǎn)業(yè)發(fā)展中普遍存在的“招工難、招工貴”問(wèn)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(guò)程的追溯系統(tǒng)，規(guī)范種植者的檔案記錄習(xí)慣，重塑消費(fèi)者的信心，有利于政府和監(jiān)督部門(mén)的監(jiān)管。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，完善了園區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施，打造出了一個(gè)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(kuò)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(guò)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，從源頭監(jiān)測(cè)生長(zhǎng)環(huán)境，園區(qū)種植者可根據(jù)葡萄生長(zhǎng)形式進(jìn)行科學(xué)的用藥用肥。水肥一體化設(shè)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(fù)利用，大大提高葡萄的食用安全，也保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控葡萄生長(zhǎng)環(huán)境，通過(guò)閾值實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)操作或在災(zāi)害天氣到來(lái)時(shí)將預(yù)警信息發(fā)送至種植者智能手機(jī)，可將不良天氣影響降至最低，以減少經(jīng)驗(yàn)不足帶來(lái)的不利影響。這樣，專(zhuān)家的種植技術(shù)和先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)不再停留在大企業(yè)或科研單位，可通過(guò)數(shù)據(jù)共享，提高整個(gè)行業(yè)的種植水平，推動(dòng)效益的整體提升。但由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備投入較大，企業(yè)或單個(gè)合作社通過(guò)自身完成建設(shè)，相對(duì)比較困難，需要政府的大力支持。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的操作要求從業(yè)者有一定的電腦或智能化知識(shí)儲(chǔ)備，因此加強(qiáng)技術(shù)培訓(xùn)也是推廣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)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(zhǎng)單傳倫的悉心指導(dǎo)，表示衷心的感謝。