席雪琴 崔玉萍

摘? ? 要：食用菌營養(yǎng)豐富、經(jīng)濟價值高，具有廣闊的市場前景。我國的食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，但存在設施簡陋、管理粗放、專業(yè)技術人才缺乏等問題。國內(nèi)外日光溫室農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術在環(huán)境信息的實時監(jiān)測、遠程監(jiān)控和自動化管理等方面取得很大成果，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術的食用菌栽培日光溫室終端控制技術，將推進食用菌從種植到收獲的全過程信息化，有效解決食用菌栽培“光、溫、水、氣、肥”等精準管理問題，提高食用菌的產(chǎn)量與質(zhì)量?；诖?，文章概述了我國食用菌產(chǎn)業(yè)基于物聯(lián)網(wǎng)技術的日光溫室栽培現(xiàn)狀，旨在為推動食用菌產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論基礎，以供參考。

關鍵詞：食用菌栽培；日光溫室；環(huán)境因子；物聯(lián)網(wǎng)

文章編號：1005-2690（2023）10-0136-03? ? ? ?中國圖書分類號：F326.13? ? ? ?文獻標志碼：A

基金項目：武威市科學技術局2022年度第二批市級科技計劃項目“基于物聯(lián)網(wǎng)的食用菌日光溫室終端控制研究與應用——以武威市為例”（WW2201RPZ023）。

作者簡介：席雪琴（1988—），女，漢族，甘肅武威人，碩士，講師，研究方向為食品科學。

我國是世界上最早栽培食用菌的國家，也是最大的食用菌生產(chǎn)國。食用菌栽培有著突出的優(yōu)勢，例如利用作物秸稈等農(nóng)林生產(chǎn)邊角料為主要原料，實現(xiàn)了廢物利用，既保護了環(huán)境又創(chuàng)造了經(jīng)濟價值[1]；食用菌種植不受氣候、季節(jié)和空間的限制，生長周期短且產(chǎn)量高，只要栽培條件適合，根據(jù)市場的供求和生產(chǎn)周期就能隨時安排培育時間；食用菌富含高蛋白、低脂肪和人體所需多種氨基酸和微量元素，其營養(yǎng)價值與肉、蛋、奶不相上下。

食用菌產(chǎn)業(yè)對農(nóng)業(yè)物質(zhì)循環(huán)利用和生態(tài)平衡作用重大，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，市場前景廣闊。近年來，我國食用菌產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭強勁，在當前農(nóng)業(yè)供給側結構性改革的背景下，食用菌在蔬菜供給方面發(fā)揮著重要的作用。由于氣候及資源等因素的影響，食用菌在我國發(fā)展狀況極不平衡，且隨著政策的影響，食用菌產(chǎn)業(yè)重心總體呈由沿海地區(qū)、東部地區(qū)向內(nèi)地、中西部地區(qū)轉移的態(tài)勢[2]。目前，我國在食用菌栽培方面還存在以下問題。

專業(yè)技術人才缺乏，不能滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展技術支持需求；現(xiàn)有菌棚多為老棚改造，標準化栽培不能落實；種植戶、專業(yè)合作社等對食用菌栽培技術掌握不夠，管理比較粗放，使得食用菌質(zhì)量參差不齊，經(jīng)濟價值也不高[3]。

國內(nèi)外日光溫室農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術發(fā)展迅速，在環(huán)境信息的實時監(jiān)測、遠程監(jiān)控和自動化管理等方面取得很大成果[4]?？蒲腥藛T已進行了大量的實踐探索，將農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術與食用菌生產(chǎn)相結合，運用先進的日光溫室終端控制系統(tǒng)對食用菌栽培過程中的環(huán)境參數(shù)進行自動檢測和調(diào)節(jié)，以有效解決食用菌日光溫室培育過程中“光、溫、水、氣、肥”等精準管理問題，不僅提升了食用菌的生產(chǎn)效率和品質(zhì)，還降低了人力及時間成本。

1 食用菌生長環(huán)境條件分析

環(huán)境條件對食用菌生長至關重要，不同生長階段的食用菌對環(huán)境需求各不相同。環(huán)境因素主要包括溫度、濕度、空氣成分、光照等，運用物聯(lián)網(wǎng)緊密聯(lián)合云計算技術，可嚴格把控食用菌生長環(huán)境要素，改善人工調(diào)控費時費力、精度不高等問題。

1.1 溫度

在食用菌栽培過程中，溫度會直接影響食用菌各階段的生長進程。我國食用菌資源豐富，目前已有350多種，由于生長在不同地區(qū)、不同生態(tài)環(huán)境，不同品種或同一品種的不同發(fā)育階段，適宜生長的溫度也不同，例如羊肚菌菌絲生長、子囊果分化、子囊果發(fā)育期的最適宜溫度分別為16～22 ℃、9～12 ℃、13～15 ℃[5]。因此，應根據(jù)不同菌種、不同生長階段，及時檢測菇房內(nèi)外溫度并進行調(diào)控，以便精準管理。

1.2 濕度

食用菌生長需要大量水，大多數(shù)水分來自培養(yǎng)料，菇房需要保持一定的相對濕度，一般以80％～95％為宜，能減少培養(yǎng)料中水分的蒸發(fā)。適宜的濕度可促進子實體的分化和生長，根據(jù)不同菌種的不同生長階段采集和控制菇房內(nèi)的空氣相對濕度，以有效實現(xiàn)提質(zhì)增產(chǎn)。

1.3 空氣成分

食用菌為好氧性異養(yǎng)生物，菌絲生長需要充足的氧氣，同時對高濃度的二氧化碳反應敏感。菇農(nóng)為培養(yǎng)特色品種，也會對空氣中氧氣和二氧化碳的比例進行調(diào)節(jié)。空氣成分傳感器采集的相關數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳送反映給管理者，進行適時通風換氣，以獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)子實體。

1.4 光照

不同的菌種在不同生長階段對光照強度的需求也不同，有些菌類可以在無光或微光環(huán)境下生長，例如雙孢菇、大肥菇、茯苓；而大部分食用菌子實體的分化和生長發(fā)育都需要一定的散射光，栽培人員要根據(jù)不同的出菇條件，對菇房內(nèi)的光照強度進行調(diào)節(jié)，才能得到色澤優(yōu)、品質(zhì)好、產(chǎn)量高的食用菌。

2 物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)工作原理

物聯(lián)網(wǎng)由各種傳感器、數(shù)據(jù)采集器、傳輸器、計算機、用戶控制終端等構成。傳感器結合云計算技術對食用菌生長過程中每個階段的栽培環(huán)境參數(shù)如溫度、濕度、二氧化碳濃度、光照強度等每隔數(shù)秒采集1次，然后將采集的數(shù)據(jù)通過ZigBee技術、PCL進行傳輸，計算器將數(shù)據(jù)進行解析和實時處理并上傳與存儲，并根據(jù)存儲的數(shù)據(jù)開展相應的工作模式，系統(tǒng)調(diào)用子程序對執(zhí)行系統(tǒng)發(fā)出相應的指令[6]。

用戶通過APP客戶端、微信服務平臺、手機短信、WAP網(wǎng)站等實時掌握日光溫室內(nèi)小氣候環(huán)境的變化情況，并通過手機或者PC端對設備下發(fā)控制命令。用戶也可根據(jù)經(jīng)驗設定適宜的環(huán)境參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)設定的環(huán)境變量，會自動控制新風系統(tǒng)、空調(diào)、LED燈、加濕器等調(diào)節(jié)和控制食用菌生長環(huán)境；還可根據(jù)特定菌種的生長要求進行食用菌生長環(huán)境因子的自動控制[7]。基于物聯(lián)網(wǎng)的日光溫室（終端）控制系統(tǒng)，根據(jù)食用菌栽培所需的性能指標技術規(guī)范和生產(chǎn)建議，實現(xiàn)日光溫室的精細化管理，使食用菌在適宜的環(huán)境下生長發(fā)育。同時，基于物聯(lián)網(wǎng)技術的遠程終端控制可實現(xiàn)對食用菌日光溫室的管理，特別是大風、極高溫、極低溫等突發(fā)災害性天氣來臨時，可同時操控幾十座甚至上百座日光溫室的卷放簾，以實現(xiàn)無人值守。

3 物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)的設計與應用

3.1 環(huán)境參數(shù)采集

食用菌栽培環(huán)境參數(shù)采集主要通過無線傳感技術實現(xiàn)對溫度、光照等數(shù)據(jù)的無線監(jiān)測。無線傳感技術通過結合計算機技術、傳感器技術和通信技術進行目標區(qū)域數(shù)據(jù)的采集、處理及傳輸?；谖锫?lián)網(wǎng)的食用菌栽培環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)由多種智能傳感器構成，并按系統(tǒng)控制要求將采集的信息轉換成能被識別的信號進行上傳。已有專家學者通過相關技術使用相應的傳感器對二氧化碳、光照強度和溫度進行數(shù)據(jù)采集。

顧金花（2018）[8]用物聯(lián)網(wǎng)技術以及無線傳感技術對智能溫室進行深入研究，在基于IoT與WiFi的溫室智能控制系統(tǒng)研究與設計中，系統(tǒng)的感知層通過傳感器對溫室的環(huán)境變量進行檢測，將檢測的數(shù)據(jù)通過電路轉換成無線信號，通過ZigBee無線通信方式實現(xiàn)感知信息的傳輸與匯集，最終實現(xiàn)對整個溫室系統(tǒng)的監(jiān)控與管理。

于航等（2021）[9]選用高品質(zhì)的建大仁科品牌RS-GZ-N01型溫度、濕度以及光照度一體傳感器，監(jiān)測數(shù)據(jù)精度較高。尹魁（2020）[10]選用美信公司的MAX6610型溫度傳感器檢測黑木耳室內(nèi)栽培環(huán)境溫度。韓旭等（2022）[11]在香菇栽培中運用STM32（嵌入式單片機）處理器實現(xiàn)一個溫室中多點的氣體溫度、濕度、土壤濕度、光照強度等監(jiān)測。

3.2 環(huán)境參數(shù)傳輸

環(huán)境參數(shù)傳輸系統(tǒng)通過ZigBee技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與匯集，在此基礎上由以太網(wǎng)模塊進行自由通信協(xié)議數(shù)據(jù)的傳輸，工控機接收到對應的環(huán)境變量后再通過WiFi將數(shù)據(jù)傳遞到遠程服務器。云監(jiān)測信息服務平臺的主要任務是將傳感器采集的環(huán)境參數(shù)匯總后存儲起來，并將數(shù)據(jù)進行分析處理，利用ZigBee技術結合無線傳感器網(wǎng)絡實現(xiàn)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸[12]。利用ZigBee技術結合無線傳感網(wǎng)絡能夠有效實現(xiàn)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸，輔助系統(tǒng)食用菌栽培環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)監(jiān)控管理[13]，或將傳感器上報消息輸送到網(wǎng)關，網(wǎng)關接收并存儲數(shù)據(jù)，通過MQTT協(xié)議把環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到阿里IoT平臺進行映射并存儲，再通過應用界面呈現(xiàn)給用戶[14]。

3.3 智能終端控制

食用菌生長對栽培環(huán)境要求較高，例如在食用菌生產(chǎn)階段，溫度要保持在8～30 ℃。冬季需做好保暖，夏季高溫可以通過遮蔽、通風、噴水等方式降溫，通風過程中風速不宜過高，也不能直吹向食用菌體?；诖?，已有專家學者成功研發(fā)食用菌日光溫室專用的PLC可編程控制器，支持參數(shù)變更，既能控制大棚卷簾，也能控制氣窗，并且預留富裕接口用來控制光照及灌溉等。智能手機以及平板電腦等智能可移動終端與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)相結合的技術發(fā)展迅速，日光溫室遠程監(jiān)控APP不僅實現(xiàn)了對日光溫室環(huán)境信息的實時監(jiān)控功能，及時發(fā)布氣象災害預警信息及各類氣象信息，還可以根據(jù)溫室中種植的不同作物及其生長階段及時為用戶提供溫室管理方案。用戶可以根據(jù)已有的知識經(jīng)驗，對食用菌栽培環(huán)境的溫度、濕度、光照強度、空氣成分進行定義，系統(tǒng)程序將自動根據(jù)用戶設定的環(huán)境變量讀取數(shù)據(jù)庫，通過控制LED燈、空調(diào)、加濕器、新風機等對環(huán)境條件進行控制。

3.4 遠程網(wǎng)絡監(jiān)控

食用菌栽培中具體的生長狀況需要實時觀察，遠程網(wǎng)絡監(jiān)控可以對食用菌栽培過程中的生長情況進行全天視頻監(jiān)控，用戶通過手機、電腦等移動終端可遠程實時查看食用菌生長狀況，并根據(jù)權限實現(xiàn)多點監(jiān)控，該功能是基于網(wǎng)絡和視頻信號傳輸技術，包括網(wǎng)絡型視頻服務器、高分辨率攝像頭[15]。用戶還可通過圖像識別發(fā)出采摘或管理措施調(diào)控指令，對食用菌生長過程中的環(huán)境因子進行檢測和調(diào)控，實現(xiàn)智能化管理。

3.5 智能預警

基于云計算的日光溫室智能預警系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境因素和食用菌生長態(tài)勢，智能預警多種警情，例如高溫、低溫、濕度、空氣中二氧化碳濃度等。管理人員根據(jù)實際情況結合監(jiān)測器監(jiān)測到的相關溫度、濕度等參數(shù)變化對數(shù)據(jù)進行分析后，得出不同菌種在不同生長階段所需要的環(huán)境參數(shù)，而在食用菌栽培過程中，當傳感器檢測到的參數(shù)超過設置的參數(shù)范圍時，警報主機將檢測到的數(shù)據(jù)上傳，通過手機客戶端反映給管理人員，避免發(fā)生安全事故[16]。

4 結束語

食用菌產(chǎn)業(yè)未來如何實現(xiàn)更高層次的發(fā)展，關鍵在于正視新發(fā)展理念給食用菌產(chǎn)業(yè)帶來的發(fā)展機遇，緊抓鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略政策，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量創(chuàng)新發(fā)展目標。目前，我國食用菌產(chǎn)業(yè)總體存在專業(yè)技術人才缺乏、設備簡陋、管理比較粗放、出菇質(zhì)量不理想等問題。運用農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)先進技術和知識進行日光溫室食用菌栽培，與傳統(tǒng)的大棚種植、人工栽培相比，能夠有效解決食用菌日光溫室培育過程中“光、溫、水、氣、肥”等精準管理問題。通過APP客戶端、微信服務平臺、手機短信、WAP網(wǎng)站等實時掌握日光溫室內(nèi)小氣候環(huán)境的變化情況，并根據(jù)日光溫室（終端）控制系統(tǒng)性能指標技術規(guī)范和生產(chǎn)建議，實現(xiàn)日光溫室的精細化管理。農(nóng)戶與專家通過移動設備可隨時掌握食用菌生長的環(huán)境信息，及時管控，最大限度優(yōu)化食用菌生長的環(huán)境條件。同時，由于食用菌種類多樣，急需結合專家及有經(jīng)驗的農(nóng)戶收集更多農(nóng)技信息，以便給普通種植戶提供針對不同品種的不同決策方案。

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