信息技術(shù)在設(shè)施蔬菜栽培智能管理上的應(yīng)用研究

龔俊良（河北省衡水市桃城區(qū)蔬菜技術(shù)推廣站，河北 衡水 053000）

關(guān)鍵字：信息技術(shù)；設(shè)施蔬菜；栽培管理

從中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展角度來(lái)看，設(shè)施農(nóng)業(yè)是一種新型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，通過(guò)人工干預(yù)來(lái)創(chuàng)造農(nóng)作物生長(zhǎng)最佳環(huán)境，以達(dá)到農(nóng)作物高產(chǎn)高質(zhì)要求。設(shè)施農(nóng)業(yè)最具代表性的就是設(shè)施蔬菜種植，它利用溫室生產(chǎn)的基本形式來(lái)實(shí)現(xiàn)蔬菜的反季節(jié)栽培，滿足不同季節(jié)人們的蔬菜消費(fèi)需求。具體的栽培智能管理中離不開(kāi)信息技術(shù)作保障，需要正確運(yùn)用信息設(shè)備和技術(shù)，充分發(fā)揮智能化作用。

1 衡水市設(shè)施蔬菜種植情況

衡水市位于河北省東南部地區(qū)，總面積有8815 km2，氣候以溫帶大陸性季風(fēng)氣候?yàn)橹?，四季特征明顯，降水集中，年均氣溫在12.5℃左右，年降水量為640.3 mm左右。目前，衡水市設(shè)施蔬菜種植栽培模式主要有三種類(lèi)型，即日光溫室、大棚、中小拱棚，主要設(shè)施蔬菜類(lèi)型有黃瓜、茄子、辣椒、番茄、甜瓜等。通過(guò)這種新的種植方式應(yīng)用，也取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，是該地區(qū)大力推行的一種蔬菜栽培模式，例如溫室成本造價(jià)為5萬(wàn)元/667m2、大棚造價(jià)為8000元/667m2、中小拱棚造價(jià)為1100元/667m2。在當(dāng)前信息技術(shù)的應(yīng)用下，設(shè)施蔬菜栽培的智能化管理水平逐漸提高，在傳感器作用下可以根據(jù)蔬菜不同階段的長(zhǎng)勢(shì)情況，科學(xué)合理進(jìn)行生長(zhǎng)管理，包括水灌溉、肥料施加、溫濕度控制等，提高了管理的精準(zhǔn)性和科學(xué)性，使蔬菜品質(zhì)更加優(yōu)良，從而有效帶動(dòng)種植效益的提升。

在信息技術(shù)廣泛應(yīng)用背景下，蔬菜的設(shè)施栽培模式受到了普遍歡迎，它的核心是以人工智能技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為主。通過(guò)對(duì)不同智能溫室建設(shè)模式的研究，使各個(gè)生態(tài)區(qū)域的溫室布局更加科學(xué)合理，更能滿足設(shè)施蔬菜栽培管理的需要，蔬菜在生長(zhǎng)過(guò)程中所需的各種元素，可以對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行智能管理和控制實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而大大提升溫室自身的生產(chǎn)力，確保產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)良，降低生產(chǎn)成本，最大化的利用現(xiàn)有資源，促進(jìn)生產(chǎn)效率穩(wěn)步提高。

2 構(gòu)建設(shè)施蔬菜的溫室環(huán)境管理體系

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中，必須要遵循的就是堅(jiān)持可持續(xù)發(fā)展原則，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展的長(zhǎng)久穩(wěn)定。在信息技術(shù)應(yīng)用下，對(duì)設(shè)施蔬菜的溫室環(huán)境進(jìn)行科學(xué)管控，可以保證農(nóng)業(yè)資源和農(nóng)業(yè)投入、農(nóng)業(yè)產(chǎn)能和農(nóng)業(yè)效益的平衡，也就是說(shuō)，通過(guò)智能管控實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)保的相協(xié)調(diào)，推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。從衡水市設(shè)施蔬菜的種植情況來(lái)看，對(duì)于溫室環(huán)境的控制主要是從設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)的溫度、光照、水源、養(yǎng)分等因素進(jìn)行的，對(duì)這些因素進(jìn)行智能檢測(cè)，通過(guò)信息技術(shù)進(jìn)行科學(xué)分析和總結(jié)，得到動(dòng)態(tài)化的反饋和負(fù)反饋信息，從而對(duì)蔬菜進(jìn)行科學(xué)管控，實(shí)時(shí)管理[1]。

根據(jù)衡水市溫室黃瓜栽培管理為主進(jìn)行分析，在信息傳感器的所有控制節(jié)點(diǎn)上，對(duì)數(shù)值范圍進(jìn)行合理設(shè)定，可以發(fā)現(xiàn)在黃瓜的整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中，它的種植產(chǎn)量與氮肥、磷肥的施加量有很大關(guān)系，鉀肥的影響程度并不明顯，在設(shè)定的三種不同方案中，氮、磷、鉀節(jié)點(diǎn)的閾值范圍分別為1∶1∶1.2、1∶2∶1.2、1∶1∶0.3。此外，在黃瓜的生長(zhǎng)過(guò)程中，還需要考慮到光合速率的影響，通過(guò)對(duì)整個(gè)光合速率過(guò)程的科學(xué)控制，可以使黃瓜單株產(chǎn)能提高明顯，不同季節(jié)的生態(tài)環(huán)境也會(huì)影響光合速率，而且這種影響是不容忽視的，結(jié)合多年栽培經(jīng)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，各個(gè)季節(jié)生態(tài)環(huán)境中的溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強(qiáng)度等是最主要的影響因素，會(huì)在很大程度上決定光合速率的實(shí)際效果，對(duì)此，對(duì)于栽培管理人員來(lái)說(shuō)，就需要在把握地區(qū)自然條件、光照條件等基礎(chǔ)上，按照溫室環(huán)境情況做好蔬菜凈光合速率管理工作，對(duì)傳感器的閾值進(jìn)行科學(xué)設(shè)定，保證數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)反映真實(shí)信息，從而對(duì)蔬菜生長(zhǎng)各階段進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，確保蔬菜栽培種植的高產(chǎn)量。

在對(duì)黃瓜栽培的土壤水分管理方面，要確保土壤含水量適度，不能過(guò)高也不能過(guò)低，否則會(huì)降低黃瓜品質(zhì)，影響產(chǎn)量。根據(jù)衡水市溫室黃瓜栽培情況來(lái)看，它的單株產(chǎn)量和總產(chǎn)量與土壤水分有很大關(guān)系，并且兩者情況是正相比關(guān)系，從90%含水量到80%、70%、60%、50%，會(huì)有明顯差別，產(chǎn)量差異化顯著，但是，含水量在80%和90%之間時(shí)，它的產(chǎn)量差異并不是特別明顯，因此，可以得到結(jié)論，溫室黃瓜栽培生長(zhǎng)最佳的土壤含水量為80%，在傳感器控制節(jié)點(diǎn)的閾值設(shè)定上，就可以將土壤含水量設(shè)定為80%～90%之間。

3 溫室設(shè)施蔬菜栽培中無(wú)線傳感器的工作原理

根據(jù)信息技術(shù)特性，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作原理是通過(guò)傳感器測(cè)量節(jié)點(diǎn)和傳感器控制節(jié)點(diǎn)兩部分實(shí)現(xiàn)的。測(cè)量節(jié)點(diǎn)的作用是對(duì)溫室環(huán)境中的各種因素進(jìn)行收集和分析傳送，控制節(jié)點(diǎn)則是負(fù)責(zé)執(zhí)行，對(duì)溫室智能管控系統(tǒng)的各項(xiàng)指令進(jìn)行執(zhí)行落實(shí)。溫室環(huán)境中影響設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)的因素較多，像上述提到的溫度、濕度、二氧化碳濃度、土壤含水量、光照等都是非常重要的指標(biāo)，都會(huì)對(duì)設(shè)施蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生重要影響。在測(cè)量節(jié)點(diǎn)的作用發(fā)揮下，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種影響因素的變化情況，進(jìn)而向智能管控系統(tǒng)進(jìn)行信息反饋，然后智能管控系統(tǒng)根據(jù)反饋信息做出正確的調(diào)整指令，控制節(jié)點(diǎn)再對(duì)整個(gè)溫室環(huán)境參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整和控制，將影響程度將為最小，整個(gè)系統(tǒng)的信息處理核心是計(jì)算機(jī)[2]。具體來(lái)講就是測(cè)量節(jié)點(diǎn)在收集到影響因素變化信息后，傳輸?shù)街悄芄芸叵到y(tǒng)中，再進(jìn)行相應(yīng)的分析和處理，然后和數(shù)據(jù)庫(kù)中的儲(chǔ)備信息進(jìn)行篩選和匹配，發(fā)出監(jiān)測(cè)結(jié)果，最后由控制節(jié)點(diǎn)來(lái)完成指令實(shí)施。在信息技術(shù)支持下，所得到的處理數(shù)據(jù)可以和遠(yuǎn)程控制中心共享，實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境智能管控的遠(yuǎn)程操作和指導(dǎo)。

4 建立溫室環(huán)境設(shè)施蔬菜的生長(zhǎng)模型

模型建立涉及到專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)的運(yùn)用可以有效確保設(shè)施蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)得到提升。從構(gòu)成來(lái)看，專(zhuān)家系統(tǒng)是一種智能化計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，是對(duì)特定領(lǐng)域的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的一種融合，可以參照人類(lèi)專(zhuān)家的水平來(lái)解決所屬領(lǐng)域的各種問(wèn)題。在溫室設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)模型建立中應(yīng)用，可以對(duì)設(shè)施蔬菜各個(gè)生長(zhǎng)階段的情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，對(duì)不同生長(zhǎng)階段所需要的有利條件進(jìn)行總結(jié)，對(duì)生長(zhǎng)過(guò)程中所出現(xiàn)的問(wèn)題有多種解決辦法[3]。例如黃瓜栽培管理中，就對(duì)溫度、濕度、水分、光照等因素都有記錄，在對(duì)信息的反饋分析中實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，保證黃瓜生長(zhǎng)全過(guò)程的健康、旺盛，產(chǎn)量和質(zhì)量得到保障。

4.1 溫室黃瓜生長(zhǎng)模型中專(zhuān)家系統(tǒng)的運(yùn)用

智能管控的優(yōu)勢(shì)就是可以省略不必要的環(huán)節(jié)，提高管理的時(shí)效性，減少繁冗復(fù)雜度。在專(zhuān)家系統(tǒng)的具體運(yùn)用中，要保證系統(tǒng)功能鮮明、關(guān)系簡(jiǎn)單、層次明確的特點(diǎn)完全體現(xiàn)，按照模塊思想將溫室黃瓜生長(zhǎng)模型的專(zhuān)家系統(tǒng)劃分為多個(gè)不同模塊，即推理模塊、數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊、生長(zhǎng)特征模塊。

4.2 模型中專(zhuān)家系統(tǒng)的功能

4.2.1 推理模塊

它是對(duì)溫室黃瓜各個(gè)生長(zhǎng)階段信息進(jìn)行整合的，整合的對(duì)象是黃瓜整個(gè)發(fā)育階段，包括發(fā)育的溫度、濕度、光照、養(yǎng)分等，整合后形成對(duì)應(yīng)的處理對(duì)策。

4.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理模塊

它的作用是對(duì)知識(shí)庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)建和修改。從它的功能發(fā)揮來(lái)看，它是推理模塊作用發(fā)揮的前提，推理模塊中的規(guī)則形成、數(shù)據(jù)編輯、指令修改等需要由數(shù)據(jù)庫(kù)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，是一個(gè)獨(dú)立的構(gòu)成部分。

4.2.3 生長(zhǎng)特征模塊

在這一模塊中，它可以對(duì)溫室黃瓜生長(zhǎng)的生物學(xué)特性和生理特性進(jìn)行展示，展示形式以圖片和文字為主。通過(guò)展示可以初步掌握溫室黃瓜的生長(zhǎng)和發(fā)育情況，進(jìn)而形成特定信息的儲(chǔ)備，使操作人群范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，管理更加標(biāo)準(zhǔn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

設(shè)施蔬菜栽培種植是新型農(nóng)業(yè)種植技術(shù)形式，通過(guò)信息技術(shù)的運(yùn)用，可以使溫室蔬菜種植管理更加科學(xué)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的統(tǒng)一化管理，保證設(shè)施蔬菜生長(zhǎng)全過(guò)程的健康，從而使種植產(chǎn)量和質(zhì)量得到提升，經(jīng)濟(jì)效益得到保障。