物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在蘋果無袋化生產(chǎn)中的應(yīng)用

宋成秀，張志強(qiáng)，董緒，褚德峰，李廣陣

(山東鋒士信息技術(shù)有限公司，山東濟(jì)南 250100)

中國蘋果栽培從20世紀(jì)末開始引入套袋技術(shù)并推廣，不到10年時(shí)間在蘋果主產(chǎn)區(qū)普及。套袋對提高蘋果商品率、果農(nóng)增收起到了很大的作用，目前絕大部分果區(qū)仍以套袋栽培為主，并且還推廣到梨、葡萄、桃等其他果樹生產(chǎn)中。果實(shí)套袋用工量大，也造成果實(shí)品質(zhì)的下降，很多國家經(jīng)歷了蘋果生產(chǎn)由套袋到無袋化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，例如日本20世紀(jì)末富士蘋果套袋栽培面積占蘋果栽培總面積50%以上，目前套袋率不足10%；韓國蘋果套袋發(fā)展早于中國，目前套袋蘋果面積也僅占5%左右[1]。中國套袋果園占80%以上，優(yōu)果率卻不足40%，在國際市場上處于中低檔水平。套袋、摘袋的成本也不斷上漲，種植戶越來越難以承受。面臨成本和品質(zhì)的雙重壓力，無袋化栽培將是中國蘋果生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢[2]。

1 蘋果無袋栽培的前景

1.1 市場需求

商品進(jìn)入消費(fèi)市場兩個(gè)重要條件：一是需求，二是價(jià)格。近年來，套袋技術(shù)的發(fā)源地日本的消費(fèi)群體更傾向于不套袋蘋果，許多蘋果銷售時(shí)專門標(biāo)明是無袋栽培以獲得高售價(jià)。中國蘋果消費(fèi)者也逐漸認(rèn)識到果品內(nèi)在品質(zhì)的重要性，套袋蘋果的外觀品質(zhì)有優(yōu)勢，而不套袋蘋果內(nèi)在品質(zhì)占優(yōu)勢會逐漸被消費(fèi)者認(rèn)可。由此促使生產(chǎn)者進(jìn)行無袋化栽培。

1.2 節(jié)本增效需求

目前，中國蘋果栽培面積200多萬hm2，年產(chǎn)蘋果4 000多萬t，但以分散經(jīng)營為主，設(shè)施條件差，80%的果園機(jī)械化水平低，生產(chǎn)成本平均每666.7m25 000元，其中80%是果袋及套袋摘袋的投入，每年在套袋方面支出達(dá)400億元。受產(chǎn)量大、品種單一等因素影響，蘋果價(jià)格持續(xù)下滑，加上受勞動力成本高等因素的影響，果農(nóng)收入顯著減少。節(jié)本增效[3]成為果農(nóng)持續(xù)增收的必然考慮。

1.3 提升果品品質(zhì)需求

套袋改善了蘋果的外觀品質(zhì)，但也存在著果面生理變化造成貯藏性能變差、品質(zhì)變差的問題。套袋蘋果的可溶性固形物含量比不套袋蘋果低1.0～1.5個(gè)百分點(diǎn)，果實(shí)硬度低0.80～1.00 kg/cm2，芳香物質(zhì)、特有風(fēng)味物質(zhì)減少。由于袋內(nèi)溫度高，造成果實(shí)的呼吸強(qiáng)度增大，碳水化合物的消耗增加，果實(shí)含糖量下降，一般低于不套袋蘋果1%以上[4-6]。果實(shí)中類胡蘿卜素、葉綠素和酚類物質(zhì)對人體具有抗氧化、抗腫瘤、預(yù)防心腦血管疾病等作用，營養(yǎng)保健價(jià)值高[7,8]。有研究表明，果實(shí)套袋透光率越高，則果實(shí)的綠色和黃色飽和度越高[9]，含有的類胡蘿卜素、葉綠素等含量越高。由此推斷不套袋果實(shí)色素飽和度會更高，食用不套袋蘋果攝入更多的有益色素，對人體健康益處更大。

1.4 低毒藥物及生物防治提供植保技術(shù)支持

隨著農(nóng)藥工業(yè)的不斷發(fā)展，低毒、低殘留、環(huán)境友好型的農(nóng)藥占據(jù)主流市場，為蘋果無袋栽培提供了植保技術(shù)支持。李海飛等對生產(chǎn)中允許使用以及國家在果樹上禁限用的31種農(nóng)藥和總砷含量的分析表明，果實(shí)檢出的農(nóng)藥殘留量及總砷含量不套袋果稍高于套袋果。但無論套袋與否，果實(shí)內(nèi)殘留的農(nóng)藥和總砷含量均遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值[10]。因此，在常規(guī)管理模式下，不套袋對蘋果食用安全沒有影響。

翟浩等發(fā)現(xiàn)，在山東煙臺、威海、泰安三地梨小食心蟲成蟲發(fā)生高峰期和持續(xù)時(shí)間在套袋和不套袋蘋果園中的發(fā)生動態(tài)差異不明顯[11]。張瑞芳對套袋、不套袋、噴施生物膜3種處理的長富2號果實(shí)農(nóng)藥殘留量進(jìn)行檢測表明，所有處理的果實(shí)殘留量均在標(biāo)準(zhǔn)值之下，全部符合果實(shí)安全標(biāo)準(zhǔn)[6]。

2 無袋栽培面臨的問題

無袋栽培并不是簡單的不套袋，而是一項(xiàng)栽培制度變革，涉及多項(xiàng)配套技術(shù)的改革，包括易著色蘋果品種的培育、現(xiàn)代栽培模式創(chuàng)建、優(yōu)美生產(chǎn)環(huán)境篩選等，保證無袋生產(chǎn)條件下蘋果的果面光潔度、著色等方面可以達(dá)到優(yōu)質(zhì)商品果的要求[12]。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念與應(yīng)用中存在的問題

物聯(lián)網(wǎng)是基于互聯(lián)網(wǎng)的、“物”與“物”之間連接形成的“網(wǎng)”，比如生活中電腦無線鼠標(biāo)、藍(lán)牙耳機(jī)、電視遙控器等都是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展。而農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)則是將用戶端延伸擴(kuò)展到了農(nóng)業(yè)相關(guān)的物品之間，進(jìn)行信息交換和通訊。中國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型，而以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)物物相聯(lián)的農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將助推農(nóng)業(yè)走向信息化、智能化[13]。中國農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正進(jìn)入快速發(fā)展階段，智能感知、無線傳感器、云計(jì)算與云服務(wù)等技術(shù)正在向農(nóng)業(yè)各個(gè)領(lǐng)域滲透[14]，為農(nóng)業(yè)發(fā)展中存在的問題和瓶頸提供新的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)必將推動蘋果產(chǎn)業(yè)完成由套袋栽培到無袋栽培的轉(zhuǎn)變進(jìn)程。

農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展存在的問題。農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境相比工業(yè)更復(fù)雜，農(nóng)業(yè)傳感器的精度、穩(wěn)定性要求高，然而農(nóng)產(chǎn)品單位價(jià)值低，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的投入成本相對高，農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展存在著成本與技術(shù)要求的矛盾；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、指南還不完善，存在各家經(jīng)營單位自成一體問題，在一定程度上阻礙技術(shù)的更新；因此農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，需要技術(shù)的更新，弱化成本與技術(shù)的矛盾；同時(shí)政府、行業(yè)的政策支持、應(yīng)用示范是目前階段支撐農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的主力；農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也將得益于農(nóng)業(yè)從業(yè)者對新興科技事物的信心。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用

4.1 水肥精準(zhǔn)施用

中國蘋果產(chǎn)業(yè)亟待提升果實(shí)品質(zhì)，合理科學(xué)地水肥管理可以保證樹體正常的生長發(fā)育，在提高蘋果品質(zhì)的同時(shí)，節(jié)約生產(chǎn)成本[15]。蘋果園的施肥效果報(bào)告顯示，當(dāng)前果園的施肥時(shí)期不合理、單次施肥量占比不合理，特別是不能依據(jù)果樹的實(shí)際營養(yǎng)狀況針對性地施用肥料[16]，不僅破壞樹體營養(yǎng)平衡，而且影響果樹健康生長發(fā)育。不合理的灌溉量及灌溉時(shí)機(jī)對產(chǎn)量品質(zhì)也有很多影響。因此，引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，采集果園土壤的實(shí)際養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，結(jié)合樹齡、目標(biāo)產(chǎn)量、專家經(jīng)驗(yàn)等數(shù)據(jù)，建立科學(xué)的水肥模型，指導(dǎo)合理水肥管理，對提高無袋化栽培樹體的抗逆性、調(diào)節(jié)生長狀態(tài)都會起到至關(guān)重要的作用。

4.2 病蟲害監(jiān)測

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提倡綠色植保，病蟲害堅(jiān)持預(yù)防為主、綜合防治，最大限度地降低生產(chǎn)成本提高防治效果。引入物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)，建立病蟲害系統(tǒng)監(jiān)測點(diǎn)及果實(shí)生長狀態(tài)監(jiān)測點(diǎn)，持續(xù)不斷地監(jiān)測果樹生長狀況及果園生態(tài)變化，準(zhǔn)確掌握病蟲的發(fā)生種類、發(fā)生程度、病葉率、蟲口密度和害蟲生育期等情況。根據(jù)病蟲害發(fā)生的具體情況，明確防控目標(biāo)，結(jié)合病蟲防治指標(biāo)、天敵數(shù)量、氣象條件等，確定是否用藥防治、要采取的具體防治技術(shù)組合、對癥藥劑組合及其最佳施藥時(shí)期、施藥次數(shù)。

4.3 極端天氣預(yù)警

中國地域廣闊，自然條件復(fù)雜，氣候類型多樣，農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害如旱災(zāi)、洪澇、凍害、雹災(zāi)等多發(fā)，對農(nóng)業(yè)影響巨大[17]。中國是果品生產(chǎn)大國，北方的林果業(yè)年產(chǎn)值超過1 000億元，而僅霜凍造成的損失每年達(dá)1%以上。霜凍的發(fā)生主要與氣象條件、地理位置、作物種類、作物物候期等有關(guān)[18]，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可全方位監(jiān)測果園環(huán)境狀況，更準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)當(dāng)?shù)氐淖匀粸?zāi)害，根據(jù)災(zāi)害可能發(fā)生的程度制定應(yīng)對技術(shù)方案，以減輕災(zāi)害的損失。

4.4 空氣質(zhì)量監(jiān)測

果實(shí)套袋，避免了果面與藥劑、病菌、害蟲等的直接接觸，蘋果無袋化栽培無屏障保護(hù)，空氣中的有害氣體會直接接觸果實(shí)造成病態(tài)，如空氣中的煙塵、粉塵可造成果面粗糙、霉污、果梗結(jié)垢，嚴(yán)重影響果實(shí)外觀品質(zhì)。因此，優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境是蘋果無袋栽培的根本保障[19]。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)監(jiān)控空氣質(zhì)量，當(dāng)空氣有害氣體指標(biāo)高于果實(shí)承受范圍、且短時(shí)間內(nèi)無有效降雨的情況下，啟動噴淋設(shè)備或者提示管理者進(jìn)行全園噴水，清洗葉面和果面粉塵，為果品創(chuàng)造優(yōu)美的自然生長環(huán)境。