摘要：作为一种名贵药材，铁皮石斛具有抗肿瘤、抗衰老、滋阴补肾、健脾养胃、润肺生津等功效，可用于治疗慢性萎缩性胃炎、糖尿病、高血压等疾病，目前在国内被大量人工培植。石斛有很高的药用价值，而不同品种的石斛对种植环境有不同的要求，只有满足石斛的生产环境，才能保证其量产，但

智慧农业关键技术中石斛物联网的应用

石斛是一种我国特有的珍贵中药，其野生生长条件十分苛刻，主要分布于西南和江南各省海拔600~2500m的山谷半阴湿林中的树干或岩石上。

作为一种名贵药材，铁皮石斛具有抗肿瘤、抗衰老、滋阴补肾、健脾养胃、润肺生津等功效，可用于治疗慢性萎缩性胃炎、糖尿病、高血压等疾病，目前在国内被大量人工培植。石斛有很高的药用价值，而不同品种的石斛对种植环境有不同的要求，只有满足石斛的生产环境，才能保证其量产，但现实中很难快速有效测得适合石斛生长的条件，如空气温度、土壤湿度、土壤温度、湿度、光照强度和土壤pH等实时环境数据。现有的种植方式，一般就是直接在大棚或室外进行种植，在不能确定其生长环境条件时，会造成石斛产量低，甚至大面积死亡。

因此，需要一种可对不同品种的石斛进行种植实验，快速通过控制变量的方式，进行批量的对比实验，通过控制单一变量来测得最佳生长环境条件的实验方法。如控制空气温度不变，对土壤温度、湿度、光照强度和土壤pH等数据进行调整对比，能快速得到最佳的效果，最后得到一组最适合该品种石斛的空气温度、空气湿度、土壤温度、土壤湿度、光照强度和土壤pH的生长条件，将该条件应用至温室大棚，就能保证石斛的量产，或改变室外种植的某一条件，就能很快地提高产量。而现有的一些设备，虽然可以检测相关数据，但是缺少历史数据对比、大数据分析，实时监控和远程监控处理，不能满足物联网的使用需求。基于此，我们设计了一种种植实验棚系统，该系统结构简单、造价低，能快速控制单一变量进行实验，数据还可以实时远程监控、进行事实对比和实时物联。

1 高品质铁皮石斛品种筛选

铁皮石斛资源受到野生资源的种类、亲缘关系、分类地位、蕴藏量及生态地理环境等影响。由于铁皮石斛自花基本不育，因此，虽然研究者一直致力于将人工杂交技术运用在其繁殖上，但是收获甚微，自然结实依然主要借助于昆虫这一媒介进行传播授粉，导致结实率很低的现状无法突破，使得铁皮石斛濒临灭绝。另外，昆虫传播授粉还存在一个弊端，即无法控制父本而导致目前栽培的铁皮石斛品系比较复杂，存在品种内一致性差、世代之间遗传稳定性差等问题。因此，铁皮石斛种质资源的引种筛选意义重大。

2 田间生态指标观测

通过对铁皮石斛的种质资源进行调查和市场分析，初步选定用于种植的铁皮石斛品种。种植场地要求周围无污染源，配备遮阳网、喷雾系统及通风设备。分别记录不同品种的各项生长指标，包括叶色、形态、叶长、叶宽、茎秆长度和茎秤粗度等。通过对各个品种的叶面积、叶长宽比、茎长、茎粗指标的对比，初步筛选出生长性状优良的品种。

①.有机物质含量的测定

铁皮石斛的品质取决于有效成分的种类及含量，主要是多糖类、氨基酸及微量元素。不同铁皮石斛种类差异十分显著。对经过田间生态指标筛选出的优良品种进行有机物质含量的测定，以进行进一步的筛选。

②.多糖

一般常用多糖含量的高低来衡量铁皮石斛质量的好坏，因为铁皮石斛中的多糖类成分具有抗肿瘤和增强免疫的作用。铁皮石斛生理活性的强弱与其多糖含量密切相关，多糖含量越高、质越重，嚼之越有黏性，质量更优。

③.氨基酸

氨基酸是人类必需的营养成分，铁皮石斛含有16种氨基酸，分别为谷氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸、缬氨酸、亮氨酸、苏氨酸、丝氨酸、丙氨酸、胱氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、赖氨酸、组氨酸、精氨酸、脯氨酸、酪氨酸等，其中谷氨酸、天门冬氨酸、甘氨酸、缬氨酸和亮氨酸等主要氨基酸的含量非常接近，总和占总氨基酸含量的53%.人体必需的氨基酸中除了色氨酸，其他铁皮石斛均含有，某些氨基酸还具有生物活性和疗效。氨基酸的组成特性使铁皮石斛具有性味甘淡微咸的特点。可采用GB5009. 124-2016国家标准规定的方法，用氨基酸自动分析仪测定铁皮石斛中氨基酸的含量。

3 种苗选择

把经过田间指标和有机物质检测筛选出的高品质铁皮石斛品种进行组织培养，其中，用于栽培种植的就是组培驯化苗，驯化苗移栽的成活率是组培苗移到大田栽培的过程中最为关键的指标，一般移栽出瓶的标准是苗根系长到2cm左右。移栽前，先将瓶口敞开进行炼苗，按照循序渐进的原则慢慢加大敞开程度，置于室温下让其适应自然的温湿度条件，一般炼苗时间为4~6日。待苗适应自然条件后，用镊子取出带有培养基的幼苗，为防止琼脂发霉引起烂根，需将幼苗置于清水中进行清洗。同时，为了方便栽培管理，提高成活率，洗苗时需顺带对苗进行分级，一般分级参照幼苗的大小和健壮程度。铁皮石斛具有较强的群体生长效应，为了防止植株生长严重恶化，切忌将株丛拆分成单株栽植，最好采用丛植的种植方式。

4 智智能物联网栽培管理系统

利用智慧农业物联网生产系统对铁皮石斛的生长过程进行全程监测和反馈操作，筛选出铁皮石斛生长的最适环境因子组合，进行新型栽培技术的优化。智慧农业系统将物联网布设于田间的目标区域，其中的物联网应用系统包含4个子系统，分别为传感信息采集和传输系统、视频监控系统、信息管理与分析系统以及控制系统。

①.传感器信息采集和传输系统

传感器信息采集和传输系统由以下几个部分组成。一是传感器，包括温度传感器、湿度传感器、光照传感器、CO浓度传感器、土壤EC传感器、土壤pH传感器、土壤温度传感器、土壤水分传感器等，用户可根据需要增减，二是现场无线变送器.现场无线变送器将传感器信号经调理后通过无线网络发送出去，每个现场变送器可接多路传感器。三是无线路由器，用于无线信号中继。四是现场监控主机，即通信网关，可实现现场无线网络与GPRS/3G公网的信息转换。五是网络融合，用于将采集的数据信息接入智慧农业平台服务器。六是LED屏幕，用于接收并显示各路传感器的实时信息，便于农户随时观察各种环境参数。七是智慧农业平台服务器，将其安装在电信服务器机房内，用户可通过浏览器或手机访问该服务。

②.视频监控系统

该系统采用高精度网络摄像机，系统的清晰度和稳定性等参数均符合国内相关标准。摄像机的图像上传至网络视频服务器，用户可以借助于电脑或手机随时随地查看温室内的实际影像。

③.信息管理与分析系统

在服务器上建立智慧农业信息管理平台，通过该平台可以对被测对象进行实时数据监控、历史数据存储、数据挖掘与曲线分析、报警管理以及综合管理，用户可以根据对各种数据的观察和分析，进行栽培过程的控制决策。同时，系统也可以智能地根据已有的算法自动向控制系统发出各种动作指令。

④.控制系统

该系统的组成结构主要包括控制设备和相应的继电器控制电路，通过继电器可以实现对喷淋、滴灌等喷水系统以及各种农业生产设备的自由控制。控制系统既可以通过智能分析系统实现自动调控，也支持采用人工方式对设备进行操作。

5 物联网系统的栽培管理调控

物联网传感器的网络节点可大量、实时地采集环境信息，包括温度、湿度、光照、气体浓度等内容，同时还能精确地获取上壤信息，包括土壤水分、温度、电导率、pH等内容，然后在数据汇聚节点将这些信息汇集，为种植环境的精确调控提供可靠依据，通过将获得的多环境因素优化控制模型转化为具体控制算法，在铁皮石斛生长的各个环节根据检测到的环境因子参数，对比数据库中的最适环境参数范围，实现执行设备打开关闭的自动化，从而实现栽培环境调控的智能化，所有传感器数据全部存储在服务器中，形成物联网数据库。当用户需要查询的时候，系统不仅可以通过各种报表向用户直观地展示空间分布状况(场图)和时间分布状况(折线图)，而且可以提供口报、月报等历更报表，帮助用户进行数据分析和研究。同时，用户也可以根据长期大量数据的分析，更加深入地了解多种环境因素与作物生长过程，进而对环境优化控制模型进行不断改进和完善，铁皮石斛属于阴生植物，最佳生长条件为凉爽、湿润、空气流通的区域，因此，铁皮石斛在栽培养护时，要注意控制好水分。当物联网的实时监测数据显示植株周边空气湿度低于30%时，系统会自动启动喷雾系统增加空气湿度：当土壤含水量低于系统设定的临界土壤含水量时，喷灌系统会自动打开，进行灌溉。铁皮石斛生长比较缓慢，不需要施过多的肥料，其根、茎、叶可以吸收空气中的养分，并将养分积累成对自己有益的有用成分，如果频繁施人养分，可能会影响铁皮石斛的生长，因为过多的养分会造成基质表面发绿结痂而影响基质的透气性。但基于铁皮石斛自然生长速度较慢的现状，必须适时、适量地提供养分，以促进铁皮石斛的生长，物联网系统会在土壤pH、EC发生变化时，通过数据分析，自行判断和反馈需要施肥的种类和数量来进行施肥。

目前，在铁皮石斛的组织培养和人工栽培方面已经有较为深入的研究，而且硕果颇丰，如运用现代生物技术与现代互联网技术相结合的方法，以木榧为附主植物的仿野生栽培，既还原了铁皮石斛的野生生长环境，又节约了生产成本，并使其种植成活率明显提高。仿野生铁皮石斛栽培模式实施“智能化物联网”管理，对后期管理质量及效率的提高具有明显的作用，形成以“互联网+仿野生”为主导的种植理念，与目前社会上铁皮石斛大面积大棚种植及人工栽培管理的模式相比较.具有明显的优越性。

来源：青钱柳