隨著信息技術(shù)快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)被越來越多地運用到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中。大棚番茄栽培中傳統(tǒng)病蟲害防治及栽培管理方式有其局限性，很難準確地應(yīng)對復(fù)雜多變的環(huán)境和病蟲害狀況。運用大數(shù)據(jù)技術(shù)可以將大量番茄生長數(shù)據(jù)和病蟲害數(shù)據(jù)進行融合，發(fā)掘其潛在規(guī)律并為科學決策奠定基礎(chǔ)，有效地提高大棚番茄栽培效率，促進設(shè)施農(nóng)業(yè)朝著智能化和精準化的方向發(fā)展。本研究聚焦于基于大數(shù)據(jù)的大棚番茄病蟲害防治栽培技術(shù)。闡述大數(shù)據(jù)在收集番茄生長環(huán)境數(shù)據(jù)、病蟲害信息方面的應(yīng)用，分析如何通過數(shù)據(jù)挖掘與分析構(gòu)建預(yù)測模型，以提前預(yù)警病蟲害，旨在提高大棚番茄產(chǎn)量與品質(zhì)，減少病蟲害損失，為設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

一、大棚番茄常見病害特點

大棚番茄生長在一個比較密閉和特殊的環(huán)境下，易受到各種病蟲害的危害，嚴重影響了其生長發(fā)育、產(chǎn)量和質(zhì)量。

1、番茄晚疫病特點

番茄晚疫病為致病疫霉所致真菌性病害，低溫高濕條件下易暴發(fā)流行。其癥狀是在葉片上長出水漬狀深綠色病斑，病斑逐漸增大后變褐色，病緣不清，當空氣濕度較大時，病斑后部有白色霉層生成。嚴重的莖稈和果實也可受害，莖部病斑深棕色，略下陷，使植株枯萎乃至枯死；果實染病多在青果期，病斑最初為油漬狀暗綠色，后變?yōu)榘岛稚磷睾稚?，質(zhì)地硬實，潮濕時也會長出白色霉層，使果實失去商品價值。

2、番茄早疫病特點

早疫病也屬于真菌性病害的一種，是鏈格孢屬病菌所引起的。特征是在葉片上出現(xiàn)圓形或橢圓形褐色病斑，病斑具同心輪紋，葉緣具黃色暈圈，濕潤時病斑表面生有黑色霉層。莖部發(fā)病常在枝條上產(chǎn)生棕色至黑褐色不規(guī)則的圓形或橢圓形病斑和灰黑色霉狀物。果實染病后在靠近果蒂的部位或果面產(chǎn)生圓形或近似圓形的褐色凹陷斑或同心輪紋等，病斑表面產(chǎn)生黑色霉層，嚴重時可引起落果。

3、番茄灰霉病特點

灰霉病是灰葡萄孢菌感染所致，常發(fā)生于低溫高濕和通風不暢環(huán)境。主要為害花、果、葉、莖。花器染有病害，花瓣和柱頭水漬，以后漸變褐，腐爛長出許多灰色霉層；果實發(fā)病常始于殘留花瓣、柱頭或果臍上，初呈水漬狀淺褐色病斑并逐漸軟化腐爛，果面密被灰色霉層；葉片染病通常始于葉尖，以\"V\"型向內(nèi)側(cè)延伸，病斑初呈水漬狀、淡褐色、邊緣不整齊、具深淺不一的輪紋，后干面上生灰色霉層;莖部病斑初呈水漬狀小斑點，以后擴大呈長橢圓形或長條形，潮濕時病斑長出灰褐色霉層，重者造成莖蔓斷裂。

4、番茄葉霉病特點

葉霉病是以危害葉片為主的黃孢菌屬真菌所致的病害。發(fā)病初，在葉片正面產(chǎn)生淺黃色不規(guī)則形或橢圓形的病斑，葉緣不明顯，葉背生有白色霉層，病斑色澤隨病情的進展而逐漸變深，呈褐色，霉層色澤亦變灰褐色到黑褐色，病葉自下而上漸卷，植株長勢弱，重者全株葉片枯焦。

5、番茄病毒病特點

病毒病也是大棚番茄上發(fā)生比較普遍的一種病害，癥狀表現(xiàn)多種多樣，常見花葉型、蕨葉型以及條斑型?；ㄈ~型病毒病葉片呈現(xiàn)黃、綠色斑駁，葉片皺縮不平整，植株長勢遲緩等癥狀；蕨葉型病毒病會導(dǎo)致葉子變得細長并形成線狀，當病情加重時，整株植物會變得矮小，而頂端的葉子會聚集生長；條斑型病毒病可見于莖、葉、果實等部位，莖有深綠色到黑褐色凹陷的油漬樣壞死條斑，葉有褐色斑點或云紋狀斑，果面有不規(guī)則褐色壞死斑、凹陷、果實畸形等現(xiàn)象，嚴重影響番茄產(chǎn)量與質(zhì)量。

二、基于大數(shù)據(jù)的大棚番茄病蟲害防治栽培技術(shù)應(yīng)用價值

1、精準生產(chǎn)決策的優(yōu)化

以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的大棚番茄病蟲害防治栽培技術(shù)，對精準生產(chǎn)決策優(yōu)化有著極其重要價值。傳統(tǒng)大棚番茄栽培過程中，種植者通常依靠經(jīng)驗及有限觀測數(shù)據(jù)進行生產(chǎn)決策，主觀性強，局限性大，很難實現(xiàn)精準化管理。而利用大數(shù)據(jù)技術(shù)則可以改變這種狀況，通過采集、整理、分析與挖掘大量番茄種植數(shù)據(jù)，向種植者提供完整、準確、實時的信息支持，以實現(xiàn)生產(chǎn)決策的最優(yōu)化。

大數(shù)據(jù)可以整合來自多個方面的數(shù)據(jù)，包括番茄的品種特性、種植環(huán)境數(shù)據(jù)(例如，溫度、濕度、光照、土壤肥力）病蟲害發(fā)生數(shù)據(jù)、農(nóng)事操作記錄（例如施肥、澆水、打藥的時間及用量等）以及市場需求信息等。如通過分析不同番茄品種在不同生長階段對溫度、濕度、光照等的適應(yīng)性數(shù)據(jù)，并與大棚實時環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)相結(jié)合，可準確判定大棚內(nèi)通風、遮陽、增溫、降溫等環(huán)境調(diào)控措施的執(zhí)行時機和力度，當大數(shù)據(jù)分析表明，某一品種番茄開花期的適溫區(qū)間是 20～25% ，棚內(nèi)氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)已接近甚至超過該區(qū)間時，種植者可以適時對通風設(shè)備或者遮陽設(shè)施進行調(diào)節(jié)，以保證番茄在最佳的生長環(huán)境下生長，增加開花坐果率。

就病蟲害防治而言，大數(shù)據(jù)可深度剖析病蟲害的發(fā)生規(guī)律。通過采集大棚番茄多年病蟲害的發(fā)生時間，類型，嚴重程度及相應(yīng)環(huán)境條件資料，構(gòu)建病蟲害預(yù)測模型。例如，利用機器學習算法對這些數(shù)據(jù)進行訓練，模型可以根據(jù)當前大棚的環(huán)境數(shù)據(jù)（比如最近氣溫、濕度的變化情況，有無連作等因素)預(yù)測未來一段時間內(nèi)可能發(fā)生的病蟲害種類和概率。如果該模型預(yù)測出在具體環(huán)境情況下番茄晚疫病在未來1周內(nèi)發(fā)生概率較大，可提前做好防治措施，例如提前噴灑預(yù)防性殺菌劑等，加強通風、降低濕度等，有效地降低病蟲害帶來的危害。

2、可持續(xù)發(fā)展的促進

以大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的大棚番茄病蟲害防治栽培技術(shù)，對于促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著顯著的促進作用。從資源利用的角度來看，大數(shù)據(jù)有利于實現(xiàn)精準施肥、精準灌溉、提升資源利用效率、減少資源浪費、降低環(huán)境污染等。在傳統(tǒng)種植模式中，施肥與灌溉通常都是根據(jù)經(jīng)驗來完成，易發(fā)生施肥過多或過少，灌溉過多或過少等問題。而大數(shù)據(jù)技術(shù)是在番茄生長期間對土壤養(yǎng)分含量，植株營養(yǎng)狀況和水分需求進行實時監(jiān)控和分析，可以準確地計算出番茄在不同生長階段需要的肥料種類，施肥量和灌溉水量。例如，利用土壤傳感器對土壤中的氮、磷、鉀等營養(yǎng)成分進行實時監(jiān)測，并結(jié)合番茄的生長周期和葉子的營養(yǎng)數(shù)據(jù)進行分析，通過大數(shù)據(jù)模型判斷番茄此時需要補肥的類型及用量，達到精準施肥的目的，避免了因施肥過量而導(dǎo)致土壤板結(jié)及水體富營養(yǎng)化的環(huán)境問題。無獨有偶，大數(shù)據(jù)系統(tǒng)基于大棚濕度傳感器，蒸發(fā)量監(jiān)測數(shù)據(jù)及番茄植株蒸騰速率數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)灌溉水量與灌溉時間的精準調(diào)控，保證了番茄在生長過程中既不缺水也不過水，提高了水資源利用效率，有利于農(nóng)業(yè)資源的持續(xù)利用。

就生態(tài)環(huán)境保護而言，基于大數(shù)據(jù)推動的病蟲害防治策略，有助于減少化學農(nóng)藥用量，減輕農(nóng)藥殘留對于土壤，水體以及空氣等環(huán)境的污染程度，維護生態(tài)平衡。傳統(tǒng)病蟲害防治以化學農(nóng)藥為主，大量施用化學農(nóng)藥在殺傷害蟲天敵、破壞農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性的同時，還可能造成農(nóng)藥殘留過量而危害人類健康。而大數(shù)據(jù)技術(shù)可以將病蟲害的發(fā)生數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)進行全面地分析，制定出更科學、更合理的病蟲害綜合防治方案。例如，在溫室中，若番茄蚜蟲的數(shù)量開始上升，大數(shù)據(jù)系統(tǒng)將首先評估該數(shù)量是否已達到經(jīng)濟閾值。若尚未達到，應(yīng)優(yōu)先考慮采用生物防治方法，如釋放瓢蟲、草蛉等天敵來抑制蚜蟲的繁殖，并結(jié)合物理控制手段，例如懸掛黃色粘蟲板以吸引并捕獲蚜蟲。僅在蚜蟲發(fā)生次數(shù)超過經(jīng)濟閾值，生物防治與物理防治效果較差時，慎重選用低毒、高效、低殘留化學農(nóng)藥精準施藥，并且施藥劑量及施藥時間依據(jù)大數(shù)據(jù)分析結(jié)果而定，以保證有效防治病蟲害的前提下，將化學農(nóng)藥給生態(tài)環(huán)境帶來的不利影響降到最低，維護農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定與持續(xù)。

三、大數(shù)據(jù)背景下大棚番茄病蟲害防治栽培技術(shù)應(yīng)用途徑

1、大棚番茄數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為大棚番茄病蟲害防治栽培技術(shù)中以大數(shù)據(jù)為依托的系統(tǒng)，系統(tǒng)建設(shè)的完善性及準確性直接關(guān)系著后續(xù)資料的分析質(zhì)量及決策科學性。系統(tǒng)包括傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)傳輸模塊、數(shù)據(jù)存儲平臺。傳感器網(wǎng)絡(luò)遍布大棚內(nèi)各關(guān)鍵位置，以收集與番茄生長及病蟲害防治息息相關(guān)的各類數(shù)據(jù)。如利用溫濕度傳感器對棚內(nèi)空氣溫度、濕度進行實時監(jiān)控，這些對番茄生長發(fā)育、病蟲害等重要環(huán)境因素都會產(chǎn)生一定的影響，溫度太高或者太低，濕度太大或者太小，都會造成番茄生長不正?；蛘咭l(fā)各種病蟲害。光照傳感器可以檢測大棚里光照強度及光照時間等信息，番茄是喜光植物之一，光照是否充足合適是確保番茄光合作用是否正常及果實品質(zhì)是否良好的關(guān)鍵。土壤傳感器的主要職責是測定土壤的酸堿度、電導(dǎo)率、水分含量以及氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的含量，這些都與番茄的根系生長和營養(yǎng)吸收效率息息相關(guān)，在系統(tǒng)運用的過程中，這些參數(shù)融入其中，方便工作人員根據(jù)實際情況來調(diào)整目前的種植方案，降低病蟲害的發(fā)生概率。另外，對于病蟲害監(jiān)測來說，還需要安裝專用病蟲害監(jiān)測傳感器或者裝置。如通過昆蟲監(jiān)測傳感器可捕獲大棚里害蟲種類、數(shù)量和活動規(guī)律;高清攝像頭與圖像識別技術(shù)相結(jié)合，可對番茄植株葉片、果實及其他部分進行采集與分析，并識別病斑形狀、顏色及大小，由此判定有無病害、病害類型及輕重。數(shù)據(jù)傳輸模塊，負責把傳感器獲取的數(shù)據(jù)及時、穩(wěn)定地傳送給數(shù)據(jù)存儲平臺。目前，常用的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)包括有線傳輸(如以太網(wǎng)、RS485等）和無線傳輸（如Wi-Fi、藍牙、ZigBee、LoRa等）。有線傳輸有數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢，但是布線成本較高，靈活性差；無線傳輸技術(shù)無需復(fù)雜的布線，安裝簡便，特別適用于大棚這種多變的農(nóng)業(yè)環(huán)境，但在傳輸距離和系統(tǒng)穩(wěn)定性方面可能會遇到一些挑戰(zhàn)。在實踐中，可以根據(jù)大棚大小、布局和成本預(yù)算選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)傳輸方式。

2、大棚番茄病蟲害數(shù)據(jù)特征分析

病蟲害數(shù)據(jù)特征分析作為大數(shù)據(jù)大棚番茄病蟲害防控栽培技術(shù)中最核心的一環(huán)，對收集的病蟲害數(shù)據(jù)進行深度挖掘與分析，可以準確地確定病蟲害種類，并對發(fā)生發(fā)展趨勢進行預(yù)測，為科學、高效地制定防治策略奠定基礎(chǔ)。首先分類整理病蟲害數(shù)據(jù)，并對不同類型病蟲害數(shù)據(jù)單獨進行儲存與管理，便于后續(xù)分析。如番茄晚疫病、早疫病和灰霉病的真菌性病害資料歸為1類，白粉虱、蚜蟲和棉鈴蟲的蟲害資料歸為2類，同時將每種病蟲害的資料做了進一步提煉，其中包括發(fā)生時間、發(fā)生部位等。

3、基于特征提取構(gòu)建病蟲害預(yù)測模型

常用的預(yù)測模型包括基于統(tǒng)計分析的回歸模型、基于機器學習的分類模型（例如，決策樹、支持向量機、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))以及基于深度學習的圖像識別模型等。如將決策樹模型應(yīng)用于番茄病害數(shù)據(jù)分析中，將病蟲害癥狀表現(xiàn)，環(huán)境條件及其他特性作為輸入變量構(gòu)造決策樹，遍歷決策樹，可判斷病蟲害類型。在進行蟲害預(yù)測時，可采用時間序列分析方法，并結(jié)合害蟲歷史發(fā)生量數(shù)據(jù)，以預(yù)測未來害蟲的發(fā)生量及時機。在實際操作中，通常需要綜合運用多種模型，以相互補充的方式提高預(yù)測的準確性。例如，可將圖像識別模型與機器學習分類模型相結(jié)合。首先，利用高清攝像頭對番茄植株進行圖像采集，通過圖像識別模型初步判斷是否存在病蟲害以及可能發(fā)生的病蟲害類型。隨后，運用機器學習分類模型對特定病蟲害種類進行精確識別，并結(jié)合環(huán)境數(shù)據(jù)進行趨勢預(yù)測，從而為及時采取有效的防治措施提供準確的信息支持。

4、大棚番茄生長環(huán)境的數(shù)據(jù)整合

生長環(huán)境數(shù)據(jù)整合對基于大數(shù)據(jù)的大棚番茄病蟲害防控栽培技術(shù)起到了至關(guān)重要的影響。大棚番茄生長環(huán)境是由溫度、濕度、光照、土壤肥力和土壤酸堿度幾個要素組成的復(fù)雜系統(tǒng)，各要素之間互相影響，互相作用，一起決定著蕃茄生長狀況及病蟲害發(fā)生風險。要對這些零散的生長環(huán)境數(shù)據(jù)加以整合與分析，以便對大棚番茄生長環(huán)境狀態(tài)有一個整體的認識，為優(yōu)化栽培管理及病蟲害防治等工作奠定基礎(chǔ)，比如進行溫度數(shù)據(jù)的整合分析，溫度是番茄生長過程中最關(guān)鍵的一個因素，番茄在不同生長階段對溫度的需求也各不相同。在種子開始發(fā)芽的階段，最適合的溫度范圍是 25～30% ;幼苗期為 20～25% ;開花期為 20～28^°C 結(jié)果期為 22～26% 。通過對大棚不同地點，不同時期氣溫監(jiān)測數(shù)據(jù)進行集成，可繪制氣溫變化曲線并對氣溫日變化，周變化及月變化規(guī)律進行分析，判斷氣溫是否處于番茄適宜生長區(qū)間。例如，如果發(fā)現(xiàn)某一時間段內(nèi)大棚內(nèi)溫度持續(xù)低于或高于番茄某一生長階段的適宜溫度，需要及時采取升溫或降溫措施，例如，對通風設(shè)備，遮陽網(wǎng)或者加熱設(shè)備進行調(diào)節(jié)，確保番茄正常生長。同時溫度與病蟲害發(fā)生也有密切關(guān)系，例如低溫、高濕環(huán)境易誘發(fā)番茄晚疫病，高溫、干旱環(huán)境會使白粉虱和其他蟲害加劇。在融合溫度數(shù)據(jù)的同時也要結(jié)合病蟲害數(shù)據(jù)分析溫度變化對病蟲害的影響并提前采取預(yù)防措施。

對濕度數(shù)據(jù)進行整合分析也是非常重要的。對于番茄的生長，適宜的相對濕度范圍通常是 60%～80% 。濕度數(shù)據(jù)的集成包括兩個方面： ① 空氣濕度， ② 王壤濕度。當空氣的濕度超過 90% 時，容易引發(fā)如灰霉病這樣的病害，濕度太高會導(dǎo)致病害的快速增長；過低的空氣濕度會導(dǎo)致葉片失水和卷曲，影響光合作用。土壤濕度的大小直接影響番茄根系吸收水分及養(yǎng)分情況，濕度過大會造成根系缺氧腐爛，濕度過小會引起植株生長遲緩及落花落果。通過對濕度監(jiān)測數(shù)據(jù)進行集成，把握棚內(nèi)濕度變化態(tài)勢，適時進行通風，澆水等農(nóng)事作業(yè)調(diào)整，保持適宜濕度環(huán)境。比如經(jīng)過持續(xù)的陰雨天氣，棚內(nèi)的空氣濕度經(jīng)常上升，這時要加強通風以減少濕度；但干旱季節(jié)需根據(jù)土壤濕度監(jiān)測資料及時澆水以保證土壤濕度合適。

綜上所述，建立在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的大棚番茄病蟲害防治栽培技術(shù)，給設(shè)施農(nóng)業(yè)提供了一個全新發(fā)展契機。將大數(shù)據(jù)運用到病蟲害預(yù)測，栽培管理優(yōu)化中，可有效提升大棚番茄產(chǎn)量與質(zhì)量，降低資源浪費與病蟲害損失。今后還需進一步強化技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新、降低成本、健全數(shù)據(jù)安全保障體系、提升數(shù)據(jù)質(zhì)量、推進大數(shù)據(jù)技術(shù)廣泛應(yīng)用于大棚番茄種植等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程中。

（作者單位：256600山東省濱州市濱城區(qū)彭李街道辦事處）