本文介绍了物联网系统对番茄长势的监测试验，获取长势信息，对试验数据进行总结分析，提出管理措施，降低了生产成本。

　　一、试验目的

　　作物长势信息获取与诊断技术是在信息技术支撑下的集约化和信息化农业技术，是现代化的数字农业技术系统。

　　番茄的长势以及所形成的产量，与作物叶面积指数、叶绿素浓度、叶温、叶面对特征频段电磁波吸收或反射等因素有着密切的关系。作物的长势与作物的形态表现有直接关系，所以用作物叶片形态变化来诊断作物长势。通过对番茄在不同时期形态参数的各种变化进行跟踪数据采集，进而建立基于信息和知识的温室作物的理想生长趋势及相应的管理模式，最终验证作物长势信息获取与诊断技术对番茄生产的提高产量、控制病虫害等方面的积极作用。

　　二、试验设备

　　1.“温室娃娃”管理系统；2.便携式作物长势诊断仪；3.CO2检测仪；4.GPRS温湿度无线采集器；5.ZigBee温湿度无线采集器；6.照度计；7.土壤水分测试仪；8.番茄专家系统管理软件。

　　三、试验原理及方法

　　温室环境信息的监测，如空气温湿度、土壤温湿度、CO2浓度、光照强度等参数，能有效配合番茄长势信息的诊断。通过“温室娃娃”管理系统、ZigBee温湿度无线采集器、GPRS温湿度无线采集器、CO2检测仪、照度计等设备进行环境信息的获取，并通过番茄专家系统管理软件进行分析诊断。

　　在温室中央及四周多点采样，分析数据，比较各点长势信息，得出结论。通过对每个阶段的长势信息的多次取样，分析设施精细管理技术对其影响和效果。

　　1.温室环境检测及管理试验 植株近地小气候的信息获取和监测技术，可为温室作物病虫害的发生发展提供监控信息和植保管理辅助决策支持。温室内的光照和CO2是作物进行光合作用的两个要素，直接影响作物的质量和产量。因此，研究温室内光照强度和CO2浓度是非常重要的。通过对温室温湿度、光照强度、二氧化碳浓度的检测，通过温室娃娃管理技术和番茄专家管理系统，指导农户科学管理温室，将这些温室重要环境信息值控制在一个最利于番茄生长的环境之中。

　　试验方法：温室娃娃能够实时获取温湿度、光照强度等环境信息，也能提供必要的温室控制和管理决策信息；照度计可以实时采集温室内任意地点、任意角度的光照强度，灵活便携；CO2温度湿度检测仪实现对CO2和温湿度的一体化检测。GPRS温湿度无线采集器和ZigBee温湿度无线采集器实现对温室温湿度的无线采集和远程控制。将采集到的这些环境信息进行数据分析，总结出一定的规律，为农户科学管理温室服务。

　　2.番茄作物长势诊断技术试验 2015年4月初育苗开始，4月29日到7月18日在天津农机试验服务中心示范基地(简称基地)进行了14次光谱试验。试验时，测量了番茄叶片的光谱反射率数据、叶片的氮元素含量和整株的光谱反射率。

　　在试验期内，分别于作物的不同生长阶段进行了3次叶片反射率数据的测量，每次采集3片叶子测量。测量顺序为：每片叶子测量之前先测量标准反射板，目的是消除环境因素（主要是光强）引起的系统误差，然后对每片叶子测量两次，以2次光谱反射率数据的平均值作为最终测量结果。

　　四、试验分析

　　根据天津的具体情况，通过作物长势诊断仪对温室番茄的长势情况进行了具体分析，分为四个阶段分别试验。四个阶段为定植期、开花期、结果期、成熟期，针对番茄叶片的具体采样时间为每个阶段初期，测试地点为天津市北辰区。

　　1.温室环境检测及管理试验数据分析 通过温室娃娃检测得到的2015年5月8日基地2号温室内一天24小时的空气温度、地温、湿度、露点温度、光照强度的数据监测。试验发现各环境参数之间是有着一定的关系的，它们是互相影响的，所以要想更好的管理温室环境，不能只考虑一种参数，必须多参数综合考虑。

　　（1）温湿度数据分析 表1是通过数据分析，得出试验基地设施番茄生长的最优的参数环境。得到番茄生长的最优参数后，就可以通过专家系统对环境信息作出诊断，从而采取相应措施对温室环境进行调整。例如表2为基地内第3号、4号番茄温室内记录的环境信息情况表（番茄生长处于结果期）：

　　表1　试验基地温室番茄适宜环境参数表

　　表2　示范基地番茄温室示范点环境信息表

　　通过专家系统诊断后，3号温室分析结果如下：空气温度和湿度都比较正常，适合生长；土壤温、湿度偏低，应缩小风口、紧闭棚室，适当浇水；4号温室分析结果如下：空气温度正常；空气湿度太大，应加强通风，用药时宜采用喷雾法或粉尘法；土壤温湿度比较正常。

　　如上分析，可用专家系统在番茄生长的各个周期内对环境信息进行分析诊断，调整管理措施，保证番茄的正常生长，达到增产增收的目的。

　　（2）CO2浓度数据分析 表3为基地2015年5月11日温室内CO2浓度一天的数据，测量时温室外的CO2浓度为351ppm。

　　由上述表格的数据可以分析出：夜晚温室覆盖草苫保温，揭苫时间在上午8∶30前后。揭除草苫之前，大棚内CO2浓度最高值接近1000ppm。原因是揭苫之前大棚内的光合作用是停止或很微弱的；揭苫之后，光合作用迅速增强，大棚内的CO2浓度也随之迅速下降。大约半个小时后，大棚内的CO2浓度会降到800ppm；2小时后大棚内的CO2浓度就开始低于室外的浓度。简单的方法就是及时通风补充大棚内的CO2的浓度。否则就算光照再强，农作物的光合作用也比较弱。

　　因此，掌握大棚内CO2的变化特点，制定科学的通风透气措施，对于增强农作物光合作用，提高农作物的产量和品质有很大的帮助。要提高温室或大棚内的光合作用率，就必须及时补充大棚内的CO2浓度。

　　通过专家系统分析诊断后，得知5号温室内二氧化碳浓度偏高，应打开温室风口适当通风；6号、7号温室内二氧化碳浓度正常；8号温室内二氧化碳浓度偏低，应适当进行通风或二氧化碳施肥。

　　试验表明在生产管理方面，对番茄长势信息进行检测获取，通过专家系统的指导，成本费用明显的减少，每个温室（面积0.7亩）减少450元，合计亩投入减少642元，降低8.4%。采取精细方式管理温室更加有利于番茄的生长，产量明显增加，平均增幅10.6%。

　　表3　示范基地温室番茄CO2浓度一天内数据表

　　2.番茄作物长势诊断技术试验数据分析

　　（1）叶片的光谱反射率与波长的关系图 图1是在试验基地温室三个不同氮含量叶片样本的光谱反射率，从图形中可以看出，叶片在可见光波段(400nm～700nm)的反射率较低，在红外光(750nm以上)波段反射率很高，随着含氮量的增加，其光谱反射率在可见光区不断减小。

　　表4　示范基地5号～8号温室2015年5月13日14∶00时CO2浓度的记录表

　　（2）营养元素与光谱反射率的相关性试验研究

　　由上述关系图分析，光谱反射率与叶片含水量、含氮量、含磷量以及叶绿素含量都有着一定的相关性，因此通过对叶片的光谱反射率进行测量分析，即可得到作物的长势信息，从而进行合理施肥以及用药。

　　因此，在精细温室内通过光谱试验得到番茄长势信息后，便可以合理的调整各生长期间施肥和用药量。指导用户合理施肥、用药，降低施肥、用药成本。

　　五、试验结论

　　通过本项目对温室番茄科学管理的实施，对设施温室进行试验示范，研究出了一套能降低投入，增加产出的生产模式，精细温室在灌溉、施肥、用药和生产管理方面的成本费用要低于常规温室。尤其在生产管理方面，对番茄长势信息进行检测获取，通过专家系统的指导，成本费用明显减少，每个温室减少450元，合计亩投入减少642元，降低8.4%。采取精细方式管理温室更加有利于番茄的生长，产量明显增加，平均增幅10.6%。避免了因盲目施肥、喷药而造成的浪费，提升了设施生产科技含量低和管理水平，使生产效益大幅度增加。