胡學林 臧乃琿 梁靚 周佳書 甘如玉

摘要 白靈菇是一種食用價值、藥用價值和經濟價值都較高的珍稀食用菌，由于白靈菇對溫度、濕度、光照等條件具有較高的敏感度，現有的普通農業(yè)養(yǎng)殖技術對于白靈菇生長要素的監(jiān)測預警還有所欠缺。該研究根據已有的有關白靈菇的研究數據設計了一種針對白靈菇養(yǎng)殖的農業(yè)監(jiān)控預警系統，通過電腦和手機來實現遠程控制，實現了對溫度等環(huán)境要素的實時監(jiān)測。

關鍵詞 白靈菇；養(yǎng)殖農業(yè)監(jiān)控預警系統；智能農業(yè)

中圖分類號 S127 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2015）34-323-03

白靈菇（Pleurotus nebrodensis）是阿魏菇的一個變種，它的重要價值主要體現在食用和藥用兩方面，被譽為“草原上的牛肝菌”和“側耳”。白靈菇通體雪白如玉，菇肉細膩，口感鮮美，狀似靈芝，深受消費者青睞。

白靈菇的食用價值在于它含豐富有益健康的營養(yǎng)成分，其中粗纖維含量高達15.4%，蛋白質含量約達14.7%，氨基酸總量約達10.6%，脂肪含量約達4.3%。除此之外，白靈菇還富含維生素D以及鈣、鐵、鋅、錳等礦物質元素[1]。

白靈菇的醫(yī)藥價值在于它能殺蟲消炎、鎮(zhèn)咳消積和防治腫瘤。在白靈菇對小鼠免疫功能的影響試驗中發(fā)現：白靈菇多糖能大幅提升小鼠腹腔內巨噬細胞的吞噬能力，使生物體內保持穩(wěn)定平衡。試驗表明白靈菇內的多糖和礦質元素能有效調節(jié)機體生理平衡、增強人體免疫功能。

白靈菇出菇率低、出菇慢，影響了其商品價值?？茖W栽培的白靈菇出菇率可達90%，而不當的栽培方式會將白靈菇的出菇率降低到70%，甚至更低。錯誤或失當的養(yǎng)殖環(huán)境給白靈菇的生產帶來了損失，運用先進的計算機技術進行農業(yè)生產指導已經成為當下農業(yè)信息化研究的重點。國內外對農業(yè)預警系統研究已經有了一定的理論基礎，并且也有了一些成功的經驗，在很大程度上降低了養(yǎng)殖環(huán)境不當對農業(yè)作物生產造成的損害[3]。白靈菇有很高的營養(yǎng)價值和經濟價值，建立一個針對白靈菇的養(yǎng)殖監(jiān)控預警系統能對其生長狀況進行實時查詢分析、觀察監(jiān)控十分必要。

1 系統概述

農業(yè)監(jiān)控預警系統主要依靠傳感技術、無線技術、寬帶技術、SIP （Standard Inspective Procedure）技術、視頻技術、智能控制技術等對農作物生活環(huán)境例如土壤、空氣溫度、水分、二氧化碳、光照等參數進行監(jiān)控與管理，保證實時監(jiān)控，使作物能夠更好地生長[2]。從農業(yè)生產的角度來看，該系統能帶來更高的存活率和產出值；就環(huán)境保護角度而言，該系統可以產出健康放心的農產品，而且可以使產品的質量更高，獲得更好的收益。在運行該監(jiān)控系統前需要對農田進行考察，結合農田自身條件對產品進行改良，調試出最適合的農業(yè)監(jiān)控預警系統。

2 系統工作原理

傳感器將實時數據按一定的周期采集到數據采集器，通過數據采集器對數據進行轉換，最終使數據傳輸到電信基站并進入互聯網，將數據通過客戶端發(fā)送給有有需要的農戶[4]。其系統結構見圖1。智能農業(yè)管理平臺見圖2。

3 系統硬件組成

3.1 環(huán)境采集傳感器

通過對白靈菇生長環(huán)境的深入研究，同時考慮并參考了目前國內傳感器相關產品的發(fā)展成熟程度，白靈菇養(yǎng)殖監(jiān)控系統的前端主要部署了4種類型的傳感器來對白靈菇的生長環(huán)境要素指數進行監(jiān)測（圖3）。

3.1.1 空氣溫度傳感器。

溫度主要影響酶及細胞器和細胞膜的活性，可以控制白靈菇的吸收與蒸騰、光合作用與呼吸等重要的生理功能?？諝鉁貪穸仁怯绊懓嘴`菇生長最直觀、重要的因素，通過對空氣溫濕度的監(jiān)測可以實時了解白靈菇的基本生產環(huán)境，及時采取措施將生長環(huán)境調控到最佳狀態(tài)。白靈菇是低溫型的菌類，其菌絲一般的生長溫度為5～32 ℃。如果環(huán)境溫度在5 ℃以下，白靈菇的生長會十分緩慢，甚至停止生長；而若環(huán)境溫度為35～37 ℃，菌絲就會停止生長，所以白靈菇生長的最適宜環(huán)境溫度為22～25 ℃。在白靈菇的菌絲體后熟階段，需要用30～45 d左右才能達到生理性的成熟，此階段的環(huán)境溫度一般控制在-3～15 ℃，當溫度為 7～12 ℃時，白靈菇的子實體才能進行分化。白靈菇出菇階段的生長溫度一般在3～22 ℃[1]，其中最適宜的溫度是13～18 ℃。由于白靈菇對生長的環(huán)境溫度要求十分嚴格，所以需要安裝空氣溫度傳感器，實時監(jiān)控白靈菇生長基地溫度，保證處在適宜溫度。

3.1.2 光照傳感器。

光照對白靈菇的生長、發(fā)育和品質均有重要影響。光以光強、光質和日照時間的長短對白靈菇產生生態(tài)效應。光強高低對光和效率有重要影響。通過光照傳感器采集白靈菇培育溫室中的光照程度并傳回終端與數據庫數據進行對比，根據對比結果遠程調控光照條件。在發(fā)菌階段，無光條件下的白靈菇可以完全正常地生長；在菇體生長發(fā)育的階段，完全黑暗的條件下子實體幾乎不能分化，所以需要一定的光照；然而強光照射下白靈菇也不易形成子實體。白靈菇生長所需要的光照條件一般為照度800～1 500 lux，而光照時間則要達到每天12～14 h。光照傳感器主要監(jiān)控菇體生長發(fā)育階段的光照條件，避免出現過強或過弱的光線。

3.1.3 空氣濕度傳感器。

白靈菇在果實生長迅速期和營養(yǎng)生長初期對水分要求比較高，如果這個時候缺水會對白靈菇的生長產生較大的影響。當不能及時給白靈菇提供水補償時白靈菇的光合作用速率就會下降，合成酶的活性也會受到抑制，此時白靈菇的生長就會受阻。

根據大棚溫室白靈菇生長環(huán)境來確定濕度傳感器的數量。查閱資料可知，白靈菇的生長需要料水比為1∶1，水分為65%的培養(yǎng)料[1]，空氣相對濕度85%～90%是白靈菇生長的最適濕度。當相對濕度過高時出現黃菇的概率比較高，但空氣濕度過小時常發(fā)生菌蓋龜裂。所以需要實時監(jiān)控白靈菇生長大棚濕度。

3.1.4 氧氣、二氧化碳傳感器。

白靈菇屬于好氧性菌類。在白靈菇子實體形成時期需要充足的氧氣，才能促進白靈菇的正常生長。同時白靈菇對二氧化碳較敏感，當二氧化碳的濃度達到0.4%或以上時，就可能會產生畸形菇，而產生畸形菇可能會引起菇體腐爛、發(fā)臭從而停止生長發(fā)育，影響白靈菇的品質。所以必須時刻監(jiān)測大棚中的二氧化碳濃度，保證其小于0.4%。

3.2 系統各項功能

3.2.1 遠程控制功能。大棚內一般安裝帶有控制箱控制功能的風機、照明燈、噴灌設備等常見設備，管理人員可以根據平臺監(jiān)測到的傳感器數據，判斷異常情況并通過平臺遠程控制某個設備的開、關。

①大棚控制器采用有線方式與現場控制器通訊在主控設備之間進行數據交換；②遠程控制內容主要包括補光系統、遮陽系統、排水系統、通風系統。遠程控制終端除了通過電腦客戶端平臺實現遠程控制外，還可以通過手機Web方式實現遠程控制。

3.2.2 閾值設置功能。此功能指系統中具有相應權限的用戶可以設置各傳感器的閾值上下限，包括對溫度、濕度、二氧化碳、光照等各傳感器的閾值設置。

3.2.3 系統報警功能。

系統會根據設定的閾值與傳感器上采集的數據進行比對，如果采集的數據超出閾值，平臺將會自動在監(jiān)控頁面上進行報警。管理平臺可以實現界面報警、聲音報警和短信聯動報警，確保工作人員在第一時間收到告警信息，及時采取措施，將損失降到最低。當傳感器數據正常后，平臺告警標識解除。

3.2.4 自動生成分析報表?？筛鶕脩舻男枨螅瑢祿熘写鎯Φ牟煌瑫r間段白靈菇種植信息、生產環(huán)境參數信息等以圖表或曲線的形式自動生成各種分析報表，為白靈菇的生長研究提供數據，為今后白靈菇的種植提供參考。整個環(huán)境監(jiān)控系統的作用就是使白靈菇生長在一個相對恒定的環(huán)境中，盡量減少外界環(huán)境變化對其生長產生的影響。

4 結論與展望

4.1 結論

該研究在了解白靈菇的生長環(huán)境、生長過程中易產生的問題以及成因的基礎上，結合多方試驗所得的白靈菇最適生長環(huán)境的相關數據，建立了較為完善的數據庫及養(yǎng)殖監(jiān)控預警系統，并對系統的設計背景、各項功能、硬件設施、以及預期效果做了詳細的闡述。該系統的研究與開發(fā)可以總結為以下幾個方面：

（1）在對多年歷史數據統計分析的基礎上確定了白靈菇養(yǎng)殖監(jiān)測預警的各項指標，包括溫度、濕度、酸堿度、氧氣和光照指標等。

（2）利用溫度、濕度、光照、酸堿度、含氧量等傳感器作為系統的硬件設施將實際種植處的各項數據傳輸回終端。

（3）將傳輸回終端的數據與數據庫中各項指標的對比，從而按照結果發(fā)出相應的預警信號。

（4）系統控制者接收預警信號后，通過遠程控制端或其他手段，對養(yǎng)殖環(huán)境進行適當調控。

4.2 系統特點與展望

該研究基于一定的物聯網技術支持，是一套相對完整的、系統的、全面的白靈菇養(yǎng)殖監(jiān)測、預警與遠程控制系統[8]，實現了白靈菇養(yǎng)殖過程中生長環(huán)境突變的警情分析、預測預報功能，為相關生產提供統一、權威、準確的數據支持與信息服務，具有以下特點：

①該系統具有功能穩(wěn)定、界面簡單、可擴展性強以及安全性等特點，方便管理人員進行系統的維護與管理[5]；②利用信息化手段對白靈菇養(yǎng)殖環(huán)境進行監(jiān)測并預警分析，機理性和可靠性強[9]；③統計分析與數值模擬相結合，定性和定量相結合，研究白靈菇生長環(huán)境指標體系，集成與創(chuàng)新并舉。

應用物聯網技術將農業(yè)預警提高到一個新的高度[10]。采用溫室無線傳感器管理調控溫度、濕度、光照、二氧化碳濃度等使白靈菇的生長條件達到最適宜水平。該系統的應用能提高白靈菇的產量和質量，做到農業(yè)高效化；并且綠色環(huán)保，做到了有機生產。

農業(yè)監(jiān)控預警系統實施后可以先在白靈菇生產基地進行運營，后期可以增加物聯網全程追溯系統[8]對白靈菇來源、生產、檢測體系到現代物流等環(huán)節(jié)進行數字化管理，并為消費者提供全過程可視的追溯查詢平臺，在使白靈菇大批量增產的同時也能保障消費者的食品安全。

參考文獻

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