淺談智能養(yǎng)蜂中對蜂群的多角度監(jiān)測

麻書赫，胡福良

（1.浙江大學(xué)求是學(xué)院2022 工科試驗班（信息），浙江 杭州 310058；2.浙江大學(xué)動物科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310058）

1 引言

養(yǎng)蜂業(yè)是一種特殊的養(yǎng)殖業(yè)。從養(yǎng)殖成本上來看，養(yǎng)蜂不占用耕地且投資少；從養(yǎng)殖收益上來看，養(yǎng)蜂一舉兩得，不僅能獲得多種寶貴的蜂產(chǎn)品，如蜂蜜、蜂王漿、蜂膠等，還能為植物授粉，大幅提高農(nóng)作物、果蔬的產(chǎn)量，改善品質(zhì)。故朱德委員長曾稱贊蜜蜂是各種農(nóng)作物授粉的“月下老人”，是人類的“健康之友”。

中國養(yǎng)蜂歷史悠久。有學(xué)者認(rèn)為在2 300年前的戰(zhàn)國中期就已出現(xiàn)了“原始粗放”的養(yǎng)蜂產(chǎn)業(yè)[1]。而隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，智能養(yǎng)蜂技術(shù)在養(yǎng)蜂業(yè)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。而在智能養(yǎng)蜂技術(shù)中，對蜂群的多角度監(jiān)測在保護(hù)和推動蜂群繁衍發(fā)展、確保蜂產(chǎn)品質(zhì)量等方面起著不可替代的作用[2]。

2 養(yǎng)蜂業(yè)的現(xiàn)狀

從歷史這一縱向角度來看，在近幾年，由于科技與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)在機(jī)械化智能化方面均取得了巨大的進(jìn)展，養(yǎng)蜂業(yè)也是如此。就生產(chǎn)模式來說，呈現(xiàn)出設(shè)備智能化、管理數(shù)字化的轉(zhuǎn)變趨勢[3]。

從橫向比較其他農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)這一角度來看，由于中國傳統(tǒng)養(yǎng)蜂業(yè)主要以個人、家庭為生產(chǎn)單位，養(yǎng)殖規(guī)模小、養(yǎng)殖范圍分散，養(yǎng)殖投入成本少，難以形成規(guī)模化、專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)模式，故養(yǎng)蜂業(yè)相對于其他農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機(jī)械化、智能化程度較低。由于設(shè)施設(shè)備落后陳舊，蜂農(nóng)對蜂場的管理依然比較粗獷，基本以手工操作為主[3]。這種手工操作不但費時費力，勞動強(qiáng)度大且效率低下，而且過于依賴蜂農(nóng)個人的主觀經(jīng)驗，難以達(dá)到精確化控制，蜂產(chǎn)品的品質(zhì)難以保證。故智能養(yǎng)蜂的道路仍然任重道遠(yuǎn)。

從橫向比較其他國家養(yǎng)蜂業(yè)這一角度來看，中國的蜂農(nóng)養(yǎng)蜂主要是為了生產(chǎn)蜂產(chǎn)品并銷售蜂產(chǎn)品，蜂場的主要收入來自蜂產(chǎn)品，相對輕視蜜蜂的授粉作用，生產(chǎn)工具簡陋，仍以手工勞動為主；而美國等發(fā)達(dá)國家養(yǎng)蜂的主要目的是為農(nóng)作物授粉，蜂場的主要收入來自授粉租賃，規(guī)模化和機(jī)械化程度高，人均飼養(yǎng)量大，人均產(chǎn)值高；在歐洲，還有一種養(yǎng)蜂業(yè)類型是業(yè)余休閑養(yǎng)蜂業(yè)，利用養(yǎng)蜂業(yè)發(fā)展旅游業(yè)等周邊產(chǎn)業(yè)。將蜂產(chǎn)品銷售、授粉租賃、養(yǎng)蜂周邊產(chǎn)業(yè)三位一體結(jié)合發(fā)展，可大大提高蜂農(nóng)收入。

3 多角度監(jiān)測簡述

3.1 為什么需要多角度監(jiān)測

從蜂巢結(jié)構(gòu)的角度來看，蜂巢由貯蜜區(qū)、工蜂房、雄蜂房、王臺等幾部分組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。每個結(jié)構(gòu)的作用與環(huán)境并不相同，蜜蜂在不同結(jié)構(gòu)的行為也不相同，不易從單角度監(jiān)測。

從蜜蜂自身因素的角度來看，作為一種社會性昆蟲，蜜蜂行為復(fù)雜多變，從單角度監(jiān)測很難確定蜜蜂多樣的行為，而多角度監(jiān)測有利于提高確定蜂群行為的準(zhǔn)確率；此外，每一個蜂群具有成千上萬只蜜蜂，故蜂群這個系統(tǒng)非常復(fù)雜，采用單一角度監(jiān)測容易誤判蜂群狀態(tài)。

從外部環(huán)境對蜂巢內(nèi)部環(huán)境的影響來看，由于蜂巢并非絕對封閉的空間，外部環(huán)境也會對蜂巢內(nèi)部環(huán)境產(chǎn)生較大影響，干擾對蜂巢內(nèi)部環(huán)境的監(jiān)測。而多角度監(jiān)測可以盡可能減小外部環(huán)境對數(shù)據(jù)采集造成的干擾。

3.2 多角度監(jiān)測在現(xiàn)實中的作用

近二十年來，由于病毒侵襲、新型農(nóng)藥使用、氣候變化等多因素影響，美國、歐洲等地爆發(fā)了蜂群崩潰失調(diào)病（Colony Collapse D isorder，CCD）。CCD 的主要癥狀為蜂群里的成年蜜蜂全部消失，蜂群內(nèi)或周邊卻極少能見到死亡蜜蜂；巢內(nèi)有封蓋的蜜蜂幼蟲；蜂巢內(nèi)儲備的蜂糧完好，未被其他蜂或敵害奪取，所有蜜蜂都像突然消失了一樣。CCD對養(yǎng)蜂業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成了巨大損失。有調(diào)查顯示，美國自從2006 年起，平均每年有大約30% 的蜂群死亡[4]。雖然現(xiàn)在CCD 的具體成因仍然不能確定，但通過對蜂群的多角度監(jiān)測，蜂農(nóng)有望提前發(fā)現(xiàn)蜂群的異常，從而盡可能減少損失。

多角度監(jiān)測在確保蜂產(chǎn)品品質(zhì)上也有重要作用。通過多角度監(jiān)測，蜂農(nóng)可以及時采集到蜂巢內(nèi)的環(huán)境信息，并進(jìn)行調(diào)節(jié)，使蜂巢內(nèi)環(huán)境更適合蜜蜂生長繁衍和優(yōu)質(zhì)蜂產(chǎn)品的生產(chǎn)。

4 蜂群的監(jiān)測角度

4.1 溫度監(jiān)測

蜜蜂幼蟲有嚴(yán)格的溫度要求，要求環(huán)境接近恒溫，需要維持在34～35℃，最適溫度約34.4℃。溫度偏高或偏低都不利于蜜蜂幼蟲的生長發(fā)育。蜂群生活的最適溫度為20～25℃。在此溫度下，子脾的溫度可以維持于34～35℃。此時工蜂的采集能力最好，蜂王的產(chǎn)卵能力也最好。而有研究表明，當(dāng)蜜蜂的體溫低于9～12℃時會發(fā)生“暈厥”[8]。故監(jiān)測溫度可以判斷環(huán)境是否適合蜂群生長繁衍。蜜蜂會通過自身行為調(diào)節(jié)體溫。當(dāng)溫度過低時，蜂群會通過調(diào)節(jié)新陳代謝和收縮肌肉來增加產(chǎn)熱；當(dāng)溫度過高時，蜂群則會通過扇風(fēng)和增加蜂箱內(nèi)的濕度來降溫[5]。故蜂群溫度可以體現(xiàn)蜂群的自我調(diào)節(jié)能力與健康狀況。此外，蜜蜂的對抗外來入侵者、舞蹈傳遞信息的過程都會產(chǎn)熱，引發(fā)環(huán)境溫度升高，故溫度變化也可以體現(xiàn)蜂群的行為。

4.2 濕度監(jiān)測

在蜂巢內(nèi)，育蟲區(qū)域具有最高的濕度和最好的穩(wěn)定性。流蜜期育蟲區(qū)蜂路里相對濕度為40% ～65% ；蜜源缺乏期為76% ～80% 。蜜蜂也可以通過行為調(diào)節(jié)蜂群內(nèi)濕度。當(dāng)蜂群中濕度過大時，蜜蜂會通過振翅扇風(fēng)來除濕；而當(dāng)蜂群中濕度較小時，蜜蜂會通過采水并把水涂布于巢脾上來增加巢內(nèi)濕度。故濕度穩(wěn)定性也可以反應(yīng)蜂群的自我調(diào)節(jié)能力與健康狀況。

4.3 二氧化碳濃度監(jiān)測

蜂箱內(nèi)的氧氣和二氧化碳的濃度與蜜蜂的新陳代謝相關(guān)，呈現(xiàn)出一定的周期波動性。在冬季，由于食物缺乏，蜂群通過維持蜂箱內(nèi)的低含氧量降低新陳代謝，從而度過食物匱乏的冬季。故二氧化碳濃度可以反映蜂群新陳代謝水平。此外，外界干擾引起的蜜蜂警戒也會造成二氧化碳濃度變化。故二氧化碳濃度變化可以反映工蜂活動強(qiáng)度及警戒程度的變化[6]。

4.4 蜂巢重量監(jiān)測

蜂巢重量變化具有一定的晝夜周期性。夜間蜂蜜水分的蒸發(fā)和清晨蜜蜂外出，蜂巢的重量會減少，而上午到傍晚采集花蜜花粉則會造成蜂巢重量的增加。因此蜂箱重量的周期性變化可以反映蜂群的日?；顒印４送?，蜂巢重量瞬時的突變可能是由于蜂群發(fā)生分蜂和飛逃時，大量蜂蜜被蜜蜂攜帶出巢，因此一定幅度的重量突變可以作為分蜂和飛逃的判斷依據(jù)[2]。

4.5 聲音監(jiān)測

蜜蜂在進(jìn)行不同的活動時，會產(chǎn)生不同頻率的聲音。在分蜂過程中，獲得分蜂指令的蜜蜂每隔0.5～3 s 會扇動一次翅膀，其發(fā)出的聲音頻率在180～250 H z 之間，而當(dāng)它們接觸到其他蜜蜂時，聲音的頻率會迅速提升至大約500 H z。因此，用聲音信號來識別蜂群的活動是可行的[2]。

4.6 進(jìn)出量監(jiān)測

18 日齡以后的工蜂為外勤蜂，負(fù)責(zé)外出采集花蜜、花粉、水分與蜂膠。在流蜜期，一只工蜂每天能出巢采蜜7～11 次。故監(jiān)測蜂群進(jìn)出量可以了解蜂群的采集情況。在一定溫度范圍內(nèi)，蜂群溫度越高，蜂群進(jìn)出量越大，故進(jìn)出量在一定程度上也可以反應(yīng)蜂群溫度。此外，蜜蜂的進(jìn)出數(shù)量可以體現(xiàn)蜂群正常、分蜂等不同狀態(tài)。

5 結(jié)語

蜜蜂是一種神奇而又美妙的生物，擁有非常特殊的社會性，蜂王、工蜂、雄蜂各有分工，各司其職，故對蜂群這一復(fù)雜系統(tǒng)的監(jiān)測非常困難。但是，蜜蜂又有自己獨特的固定的“語言”來傳遞信息，只要我們了解這些“語言”，就能大概把握住蜂群的行為，這使得蜂群的監(jiān)測具有可行性。此外，蜜蜂是神圣的，蜜蜂對于生態(tài)環(huán)境、人類生活有著重要作用。

人類歷史總是科技帶動產(chǎn)業(yè)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)需求又為科技發(fā)展助力。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的發(fā)展，帶動了一系列農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化、智能化、現(xiàn)代化，養(yǎng)蜂業(yè)也是如此。雖然目前中國養(yǎng)蜂業(yè)仍然以手工操作為主，缺少大規(guī)模機(jī)械化、智能化、現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式，但我們可以看到，智能養(yǎng)蜂已經(jīng)在快速發(fā)展。相信在不遠(yuǎn)的將來，養(yǎng)蜂業(yè)這一古老的產(chǎn)業(yè)能很好地與科技相融，展現(xiàn)新的生命力。