摘要：針對設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控的需要，設(shè)計了一款多功能植保機，并配套設(shè)計了信息管理系統(tǒng)。設(shè)備主要包括臭氧發(fā)生、電路控制、高速風機、誘蟲燈、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等模塊。各模塊由STM32F103微處理器進行控制。設(shè)備采用高壓放電法制取臭氧，通過配備的風機及氣流導向板將臭氧擴散至設(shè)施整個空間，實現(xiàn)病菌及害蟲卵和幼蟲的消殺;利用誘蟲燈將害蟲成蟲吸引至設(shè)備底部，通過風機產(chǎn)生的吸力將其吸入設(shè)備內(nèi)殺滅。基于物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)設(shè)計的信息管理系統(tǒng)可實現(xiàn)設(shè)備的遠程控制和植保數(shù)據(jù)的智能管理。將設(shè)備應(yīng)用于溫室黃瓜白粉病和煙粉虱的防治，試驗結(jié)果表明，黃瓜全生長期使用該設(shè)備后，可將黃瓜白粉病的病情指數(shù)控制在5.9，對黃瓜煙粉虱的防治效果可達89.5%。

　　關(guān)鍵詞：植保機;病蟲害;臭氧;物聯(lián)網(wǎng);遠程控制

　　0引言

　　隨著設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，蔬菜受病蟲害的影響日趨嚴重[1-2]。目前，對設(shè)施蔬菜病蟲害的防治主要依賴于化學農(nóng)藥。各種化學農(nóng)藥的大量使用，一方面使得病蟲產(chǎn)生抗藥性，防治更加困難，另一方面造成了嚴重的環(huán)境污染和農(nóng)藥殘留，直接影響了蔬菜的品質(zhì)。因此，發(fā)展設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控技術(shù)，減少化學農(nóng)藥的施用量，對確保蔬菜產(chǎn)量和質(zhì)量具有十分重要的社會意義和經(jīng)濟價值[3]。

　　臭氧(O3)具有很強的氧化性，不僅能夠快速、高效、廣譜地殺菌，而且安全無毒，是極具開發(fā)價值的氣體。臭氧作為一種光譜性殺菌劑，具有很好的殺菌效果[4-11]。近年來，利用臭氧氣體防治作物病蟲害的研究受到國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注，取得了初步成效[12-15]。MITSUGI等[16-17]試驗表明使用臭氧氣體熏蒸土壤能夠有效殺滅線蟲。

　　張娜等[18]研究結(jié)果表明不同濃度臭氧熏蒸處理均可以顯著抑制樹莓微生物繁殖(P<0.05)。張治家等[19]利用160mg/m3的臭氧氣體處理30min，番茄和黃瓜種子表面微生物的抑制率達到最大值，分別為97.4%和99.5%。高文瑞等[20]研究發(fā)現(xiàn)增施臭氧能顯著降低大棚內(nèi)番茄和辣椒的田間病害發(fā)生率，同時能促進產(chǎn)量的增加。范鑫等[21]對臭氧技術(shù)及臭氧植保機械在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的研究應(yīng)用現(xiàn)狀進行梳理，指出臭氧植保機械成本高、臭氧濃度不易控制等因素制約了臭氧技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。針對現(xiàn)有臭氧植保機械便攜性差、系統(tǒng)落后、價格昂貴且功能單一等問題，本文結(jié)合設(shè)施蔬菜病蟲害防治特點，設(shè)計一款設(shè)施蔬菜多功能植保機，并配套研發(fā)信息管理系統(tǒng)，以期為設(shè)施蔬菜病蟲害的綠色防控提供新的設(shè)備與技術(shù)。

　　1總體結(jié)構(gòu)

　　設(shè)施蔬菜多功能植保機的設(shè)計主要包括多功能植保機硬件的設(shè)計和與其配套的信息管理系統(tǒng)的設(shè)計。

　　在實際應(yīng)用中，多功能植保機主要懸掛安裝在設(shè)施溫室的頂部，通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與信息管理系統(tǒng)的通信。信息管理系統(tǒng)包括Web端信息管理系統(tǒng)和APP端信息管理系統(tǒng)。Web端信息管理系統(tǒng)主要負責與數(shù)據(jù)中心的信息交互，實現(xiàn)植保數(shù)據(jù)的智能管理;APP端信息管理系統(tǒng)主要負責設(shè)備的遠程控制、售后服務(wù)、數(shù)據(jù)查詢等，實現(xiàn)硬件設(shè)備的智能管理。

　　2多功能植保機設(shè)計

　　多功能植保機具有殺菌、除蟲、輔助加熱、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等功能，主要由臭氧發(fā)生器、風機、誘蟲燈、氣流導向板、傳感器、控制裝置等組成。設(shè)備寬度為800mm，高度為318mm，額定電壓為220V，額定功率為290W。

　　2.1設(shè)備工作原理

　　多功能植保機屬于高壓放電式臭氧發(fā)生器，利用一定頻率的高壓電流制造電壓電暈電場，使電場內(nèi)或電場周圍的氧分子發(fā)生電化學反應(yīng)制造臭氧，通過配備的風機及氣流導向板將其擴散至設(shè)施整個空間。在病害防治方面，當臭氧達到一定濃度時，會氧化分解細菌和真菌的細胞壁，使其代謝和繁殖遭到破壞，達到殺滅病菌的目的[21]。在蟲害防治方面，根據(jù)害蟲發(fā)育不同時期的特點，分別采用物理和化學方法除蟲：在害蟲的卵和幼蟲時期，當臭氧達到一定濃度時，其強氧化性會氧化害蟲的細胞膜，導致細胞死亡，從而有效殺滅害蟲的卵和幼蟲;在害蟲的成蟲時期，利用害蟲的趨光性，設(shè)備底部的黃、藍色誘蟲燈吸引害蟲飛近后，高速旋轉(zhuǎn)的風機產(chǎn)生的吸力會把害蟲吸入設(shè)備內(nèi)殺滅。

　　2.2設(shè)備結(jié)構(gòu)與功能

　　設(shè)備配有臭氧發(fā)生、電路控制、高速風機、誘蟲燈、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等功能模塊。

　　2.2.1臭氧發(fā)生模塊

　　臭氧發(fā)生模塊是該設(shè)備的核心組件，包括臭氧電源、臭氧電極、高壓包等。臭氧電源負責輸出高壓直流電。臭氧電極基于沿面放電原理在高頻電壓作用下電離氧氣產(chǎn)生臭氧。控制裝置在臭氧釋放方面采用了更為周全的設(shè)計，采用持續(xù)斷續(xù)性臭氧釋放，同時控制風機連續(xù)送風，增加臭氧與空氣混合程度。研發(fā)的臭氧發(fā)生器外形尺寸為610mm×460mm×320mm，并聯(lián)安裝2個高壓放電管，臭氧產(chǎn)量10g/h，出風口處臭氧濃度4.3～10.7mg/m3。

　　3信息管理系統(tǒng)設(shè)計多功能植保機信息管理系統(tǒng)以TCP/IP協(xié)議為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，基于J2EE、HTTP、Android等軟件開發(fā)技術(shù)，按照感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)[22]進行建設(shè)。

　　4試驗

　　為驗證多功能植保機對設(shè)施蔬菜病蟲害的防治效果，在全國不同省市進行了多組不同作物的病蟲害防治試驗。本文以與山東省植物保護總站合作開展的溫室黃瓜病蟲害防治試驗為例，介紹多功能植保機在溫室中的應(yīng)用效果。

　　4.1試驗設(shè)計

　　以黃瓜白粉病、煙粉虱為試驗對象，在山東省濟南市長清區(qū)恒源農(nóng)業(yè)生態(tài)園開展了溫室蔬菜病蟲害防治試驗。試驗中，隨機選擇3個溫室(每個溫室面積為667m2)作為對照組，每個溫室同時定植全雌油量王品種黃瓜。

　　3個對照組具體設(shè)置如下：對照組1，空白對照(CK)，即對溫室內(nèi)黃瓜不作任何病蟲害防治處理;對照組2，對溫室內(nèi)黃瓜采用多功能植保機防治病蟲害處理;對照組3，對溫室內(nèi)黃瓜采用化學農(nóng)藥防治病蟲害處理(噴灑25%嘧菌酯1500倍液防治黃瓜白粉病;噴灑12%乙基多殺菌素2000倍液防治黃瓜煙粉虱)。3個對照組，其它水肥、前茬作物、日常管理措施等均相同。試驗從黃瓜定植后一周開始，分別在苗期、初果期、盛果期內(nèi)各取樣一次，共3次。

　　農(nóng)業(yè)論文投稿刊物：農(nóng)業(yè)機械學報(月刊)創(chuàng)刊于1957年，是由中國科協(xié)主管、中國農(nóng)業(yè)機械學會和中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院主辦的唯一綜合性學術(shù)期刊, 農(nóng)業(yè)工程類中文核心期刊，美國工程信息公司(EI)和美國化學文摘社(CA)收錄期刊。

　　5結(jié)論

　　(1)針對設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控的需要，設(shè)計了一款設(shè)施蔬菜多功能植保機，設(shè)備主要包括臭氧發(fā)生、電路控制、高速風機、誘蟲燈、環(huán)境數(shù)據(jù)采集等模塊。(2)配套設(shè)計了多功能植保機信息管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)多功能植保機的遠程控制和植保數(shù)據(jù)的智能管理。(3)溫室黃瓜病蟲害防治試驗結(jié)果表明，使用多功能植保機對溫室黃瓜白粉病和煙粉虱均具有較好的防治效果。(4)多功能植保機在對溫室黃瓜白粉病和煙粉虱防治的過程中未施用化學農(nóng)藥，避免了化學農(nóng)藥施用產(chǎn)生的農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染、病蟲抗藥性等問題，可為設(shè)施蔬菜病蟲害的綠色防控提供參考。

　　參考文獻

　　[1]王翔宇,溫皓杰,李鑫星,等.農(nóng)業(yè)主要病害檢測與預(yù)警技術(shù)研究進展分析[J/OL].農(nóng)業(yè)機械學報,2016,47(9):266-277.WANGXiangyu,WENHaojie,LIXinxing,etal.Researchprogressanalysisofmainlyagriculturaldiseasesdetectionandearlywarningtechnologies[J/OL].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery,2016,47(9):266-277.http://www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160937&journal_id=jcsam.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2016.09.037.(inChinese)

　　[2]CARVAJAL-YEPESM,CARDWELLK,NELSONA,etal.Aglobalsurveillancesystemforcropdiseases[J].Science,2019,364(6447):1237-1239.

　　作者：王志彬1,2喬曉軍1,2劉智1,2王瑩1李玉風