大棚番茄作为现代设施农业重要组成部分，其产量和品质对满足市场需求、保障食品安全具有重要意义。但病虫害频发威胁大棚番茄生产效益，传统病虫害防治方法存在诸多局限，如抗药性增强、防治效果不稳定、环境污染等。需探索新病虫害防治技术，提高防治效率，降低防治成本。本文通过分析应用无线传感器、热红外相机、多光谱相机等监测设备，结合大数据、物联网技术对大棚番茄病虫害实时监测，为精准防控提供科学依据。
一、大棚番茄病虫害发生类型
在现代农业的产业布局中，大棚番茄凭借其较高的经济效益，成为一种广泛应用的蔬菜种植模式。然而，随着种植技术的不断发展，大棚番茄的种植密度逐步增加，加之其相对封闭的生长环境，使得病虫害问题愈发突出，成为制约大棚番茄产量与品质提升的关键因素。
从病害的角度来看，大棚番茄常见的病害类型丰富多样，其中灰霉病、晚疫病、早疫病和叶霉病等对其品质产生着不良影响。例如，晚疫病的病原体为疫霉菌，其主要危害番茄的叶片和果实，发病初期，病部会出现黑褐色的病斑，随着病情的加剧，病斑逐渐扩大，严重情况下会致使植株整株枯死，给种植户带来巨大的经济损失。早疫病的病斑呈现出圆形或近圆形，颜色为灰褐色，边缘环绕着浅绿色的晕圈，这种病害的蔓延速度较快，如果不及时防治，会迅速扩散至整个植株。
除了上述病害之外，大棚番茄还常常遭受多种虫害的侵袭。常见的虫害涵盖了蚜虫、白粉虱、茶黄螨和棉铃虫等。蚜虫通过其刺吸式口器吸食植物的汁液，这种取食方式会导致番茄叶片出现变黄卷曲的现象，严重影响叶片的光合作用效率，进而阻碍植株的生长和果实的发育。白粉虱的若虫和成虫常常群集在叶背，大量吸食叶片的汁液，使得叶片逐渐褪绿、变黄，最终出现萎蔫的症状，在严重的情况下，甚至会导致全株枯死，极大地威胁着大棚番茄的生存。茶黄螨主要危害番茄的嫩茎和果实，受害的部位会逐渐变褐色，叶背呈现出灰褐色或黄褐色，并且带有油渍状的光泽，这种虫害不仅影响植株的生长态势，还会降低果实的品质和产量。棉铃虫的危害主要体现在其会导致番茄的花果脱落，使果实成为畸形僵果，严重影响果实的产量和外观品质，从而降低了大棚番茄的经济收益。
面对如此复杂多样且危害严重的病虫害问题，种植户们亟需采取科学有效的防治措施，加强对大棚番茄生长环境的监测与管理，合理运用物理、化学和生物等多种防治手段，以降低病虫害的发生概率和危害程度，确保大棚番茄产业的稳定发展，满足市场对于高品质番茄的需求。
二、信息化监测防控技术
传感器是信息化监测系统核心部件，负责将温度、湿度、光照、气体浓度等转换为可测量电信号。在大棚番茄种植中温度传感器监测大棚内温度变化，及时发现异常。湿度传感器监测大棚内湿度水平，控制病害发生条件，如灰霉病在高湿环境下易发。光照传感器可检测光照强度和光照时长，为番茄提供适宜光照环境，作为病虫害防治参考指标。气体浓度传感器监测大棚内气体成分，确保番茄生长所需气体环境，监测有害气体浓度。
传感器采集到的数据需经过数据采集模块处理转换，利用LoRa、NB-IoT等传输至数据中心，实现数据实时采集传输，为后续数据分析提供基础。接收的原始数据经过一系列处理，进行数据清洗、去噪、压缩等。利用大数据、人工智能等技术手段对海量数据深度挖掘，提取有价值的信息规律。例如，分析大棚内温度、湿度趋势，预测病虫害发生风险。对比历史数据与实时数据，发现异常并做出预警。基于数据分析结果，信息化监测系统自动生成预警信息，结合短信、邮件等方式通知相关人员。系统提供决策支持功能，根据预警信息为种植者提供科学病虫害防治建议。与智能通风机、智能灌溉系统等相连通，自动触发相应控制设备调节干预，提高病虫害防治精准效率。
三、信息化监测防控技术在大棚番茄病虫害防治中的应用
1、信息化监测系统设计实施
①系统设计原则
监测系统基于科学原理，确保数据准确可靠。易于操作维护，适应大棚番茄种植实际需求。考虑系统性能，注重成本效益，避免过度投入。具备理想扩展性，以便在未来根据需要实现功能升级扩展。
②系统架构设计
感知层：包括各类传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器、气体浓度传感器等，负责实时采集大棚内环境参数。
网络层：将感知层采集到数据传输至平台层，可借助有线网络、无线网络等多种传输方式。
平台层：对数据实现存储处理，提取有价值信息规律，为应用层提供数据支持。
应用层：基于平台层数据分析结果，为种植者提供预警信息、决策支持等功能。
③硬件选型布置
根据大棚番茄生长需求与病虫害防治需求，选择合适传感器类型。数据采集模块具备高速、高精度数据采集能力。布置传感器位置与数量，确保数据全面准确。确保网络设备覆盖范围与传输质量，避免信号干扰。
2、番茄生长及病虫害数据采集
安装摄像头等设备，实时观察番茄植株生长以及病虫害发生情况，具有直观全面优点，及时发现病虫害问题。还可使用无人机搭载高清相机，在空中对指定区域进行拍摄扫描，快速获取大面积范围内的作物生长状况和病虫害信息。采集到原始数据包含噪声、异常值等问题，需进行预处理提高数据质量。预处理过程为去除噪声和异常值、减少数据存储量，将数据转换为适合后续处理格式。预处理后数据被存储至数据库，以便后续数据分析应用。
3、预警模型构建
预警模型设计目标根据大棚内番茄植株生长状况，预测病虫害发生概率，达到阈值时发出预警信号。模型综合考虑多因素，如温度、湿度、光照强度、土壤水分等，明确其与病虫害发生之间关系。为构建预警模型，需准备大量历史数据，如环境参数数据、番茄生长状况数据以及病虫害发生记录数据。数据预处理步骤为数据清洗、数据归一化、特征选择。预警模型构建选择多种机器学习算法，以逻辑回归为例，其模型公式可表示为：
[P（y=1│x）=1/（1+e^（-（β_0+β_1 x_1+β_2 x_2+…+β_n x_n ） ） ）]
其中（P（y=1│x））表示在给定特征 （ x ） 条件下病虫害发生概率；（β_0，β_1，…，β_n ） 是模型参数，训练数据学习得到；（x_1，x_2，…，x_n ）是输入特征数据，如温度、湿度等。
使用历史数据对预警模型训练，优化算法调整模型参数，使模型在训练数据预测准确率中保持最大化。训练完成后，使用验证数据集对模型验证，评估其泛化能力。根据业务需求情况，设定预警阈值。当模型预测病虫害发生概率超过阈值时，系统发出预警信号，提醒种植者采取相应防治措施。
4、大棚番茄病虫害防控策略制定实施
①番茄病虫害的农业防治
选择抗病品种前对市场番茄品种深入调研，了解其抗病性、适应性、产量和品质多方面特点。进行小范围品种试验，观察不同品种在特定大棚环境下生长状况。根据大棚地理位置、气候条件等因素，选择适合抗病品种种植，合理布局减少病虫害传播。制定科学轮作计划，避免连作障碍。例如，将番茄与其他蔬菜轮作，打破病虫害生长周期，减少病虫害积累。例如在大棚内搭配种植具有驱虫作用的植物，如大蒜、洋葱等，其可释放出具有驱虫或杀菌作用的化学物质，对番茄病虫害防治有辅助作用。在种植前对大棚土壤深耕细作，破坏病虫害越冬场所，减少病虫害初侵染源。增施有机肥、微生物菌肥等措施，改善土壤结构，提高土壤肥力，为番茄植株提供充足养分，增强其抗病能力。在大棚内及时清除病株残叶，保持大棚清洁卫生，减少病虫害传播源。根据大棚番茄品种特性合理密植，避免植株过密导致通风透光不良，增加病虫害发生风险。在施肥时注重氮、磷、钾等元素平衡，避免偏施氮肥导致植株徒长。有机肥可提供丰富养分，改善土壤结构，增强土壤生物活性。
例如，物联网技术安装温湿度传感器、光照传感器、土壤传感器等于农田中，实时监测作物生长参数。例如，湿度传感器监测土壤水分变化，当土壤湿度低于设定阈值时，系统自动触发灌溉设备，避免干旱导致病虫害发生。结合水肥一体化系统，实时监测土壤湿度、养分含量等数据，精准调控灌溉施肥量。根据作物不同生长阶段，自动调整灌溉时间，避免不足导致病虫害问题。应用害虫性诱捕器，利用远程设置数据，实现害虫定向诱捕。利用性诱剂吸引特定害虫，结合频振式高压电网触杀害虫，将数据上传至云平台分析处理。减少化学农药使用，精确掌握害虫种群动态，为科学防治提供依据。分析物联网传感器采集海量数据，运用大数据分析技术挖掘病虫害发生趋势。例如，对历史气象数据、作物生长数据、病虫害发生数据综合分析，预测未来病虫害发生可能性，为提前制定防治策略提供科学依据。当系统检测到某区域病虫害风险较高时，自动推送预警信息至相关人员手机，推荐相应防治措施。为每批农产品建立唯一标识码，结合物联网技术记录其生长关键信息，实现农产品全程可追溯。
某智慧农业基地部署物联网传感器和云计算平台，实现农田环境实时监测防治。例如，在番茄种植区安装温湿度传感器和光照传感器，实时监测作物生长环境。利用害虫性诱捕器和高清摄像头监测害虫活动情况，分析对应数据后自动生成防治建议，推送至农民手机APP。农民根据建议调整灌溉量、施肥比例、设置性诱捕器等，降低病虫害发生率，提高番茄产量。
②番茄病虫害的物理防治
在现代大棚番茄种植管理中，物理防治手段发挥着重要作用，且随着科技的不断进步，其技术也日益精细化和智能化。通过在大棚内合理布局光照传感器，能够实时且精准地监测大棚内的光照强度数据。依据番茄在不同生长阶段对光照的特定需求，借助自动化的遮阳或补光设备，对光照强度进行精准调控，营造出一个既能满足番茄健康生长所需，又不利于病虫害滋生繁衍的光照环境。例如，在番茄的开花坐果期，适当增强光照强度和时长，有助于提高果实的坐果率和品质，同时抑制某些喜阴病虫害的发生。
考虑到不同种类的番茄病虫害具有其特定的致死温度范围，大棚内配备先进的加热或降温设备至关重要。通过对大棚温度的精准调控，使其在关键时期达到能够有效杀灭或抑制病虫害的温度条件。例如，针对部分在高温下难以存活的病菌或虫卵，在合适的时机适度提升大棚温度，能够显着降低病虫害的基数。
③番茄病虫害的生物防治
生物防治在大棚番茄种植中具有广阔的应用前景。首先，根据对大棚内害虫种类的精准鉴定和监测，选择与之适配的天敌生物引入大棚生态系统中。例如，针对蚜虫危害，引入赤眼蜂或瓢虫等天敌，利用它们与害虫之间的天然捕食关系，实现对害虫数量的有效控制。通过安装在大棚内的智能监测设备，实时追踪天敌和害虫的数量分布动态变化情况，深入分析两者之间的相互作用关系，进而科学地调整天敌的引入数量和时间节点，确保天敌能够在大棚内建立稳定的种群，持续发挥对害虫的控制作用。
微生物制剂在生物防治中也扮演着重要角色。选用苏云杆菌、木霉菌等高效且安全的微生物制剂，结合智能灌溉系统和无人机植保技术，能够将微生物制剂精准地施用到病害发生的特定区域，实现靶向治疗。例如，利用无人机的精准定位和喷洒功能，将木霉菌制剂均匀地喷洒在受到叶霉病侵害的区域，通过微生物之间的竞争和拮抗作用，抑制病原菌的生长和繁殖。
④番茄病虫害的化学防治
在大棚番茄病虫害防治过程中，化学防治虽然是一种较为直接有效的手段，但需要高度的科学性和精准性，以确保其有效性和安全性。借助先进的病虫害识别技术，对大棚内的病虫害种类、发生程度和分布范围进行精确分析，并将这些数据实时传输至智能喷雾系统。通过智能算法，确定针对不同病虫害的最佳药剂种类、使用浓度和喷雾剂量，为当地农民提供科学详细的施药建议和操作方案。例如，针对大棚内发生的早疫病，根据病菌的抗药性监测数据和病害严重程度，精准调配含有高效杀菌剂的药剂组合，并通过智能喷雾系统均匀地施用到发病区域，确保药剂能够准确覆盖病株，有效遏制病害的蔓延。
为了有效应对大棚番茄病虫害对化学药剂产生抗药性的问题，制定科学合理的药剂轮换使用计划至关重要。依据病虫害数据库中对历年病虫害抗药性变化的记录和分析，定期更换不同作用机制和成分的药剂进行防治。例如，对于长期使用同一种杀菌剂防治的灰霉病，每隔一定的防治周期，选用新型的、具有不同作用靶点的杀菌剂进行替代，打破病虫害的抗药机制，维持化学防治的效果。
建立完善的病虫害数据库和化学防治数据库是实现精准智能化化学防治的关键基础。详细记录大棚内每次病虫害的发生时间、症状表现、危害程度、化学药剂的使用种类、使用剂量、使用时间以及防治效果等信息。通过对这些数据的深入挖掘和分析，不断优化化学防治策略和方案，为后续的病虫害防治工作提供有力的数据支持和决策依据。同时，密切关注国内外新药剂的研发动态和推广应用情况，及时引进和应用新型高效、低毒、低残留的化学药剂，更新和完善化学防治手段，确保大棚番茄病虫害化学防治工作始终处于科学、高效、安全的轨道上，为番茄的优质高产提供坚实保障。
综上所述，信息化监测防控技术应用提升大棚番茄病虫害防治效率，减少化学药剂使用，降低环境污染，保障番茄健康生长。在后续推广中，信息化监测防控技术将在大棚番茄病虫害防治中发挥作用，为农业生产可持续发展贡献力量。
（作者单位：1.271611山东省肥城市王庄镇农业综合服务中心；2.271611山东省肥城市绿生园家庭农场）
