智慧農(nóng)業(yè)溫室大棚,新一輪農(nóng)業(yè)革命開始了
說到農(nóng)業(yè)不得不說的就是荷蘭了,荷蘭是世界上溫室栽培最發(fā)達的國家之一,我國從當?shù)亟梃b了許多成功經(jīng)驗。目前國內(nèi)從荷蘭引進與推廣的新型溫室設施裝備技術系統(tǒng)包括:溫室控制系統(tǒng)、溫室通風系統(tǒng)、溫室灌溉系統(tǒng)、溫室移栽系統(tǒng)等等。


一、溫室控制系統(tǒng)溫室控制系統(tǒng)是專門為農(nóng)業(yè)溫室、農(nóng)業(yè)環(huán)境控制、氣象觀測開發(fā)生產(chǎn)的環(huán)境自動控制系統(tǒng)。溫室控制系統(tǒng)可測量風向、風速、溫度、濕度、光照、氣壓、雨量、太陽輻射量、太陽紫外線、土壤溫濕度等農(nóng)業(yè)環(huán)境要素,根據(jù)溫室植物生長要求,自動控制開窗、卷膜、風機濕簾、生物補光、灌溉施肥等環(huán)境控制設備,自動調(diào)控溫室內(nèi)環(huán)境,為植物生長提供最佳環(huán)境。

計算機環(huán)境測量和控制系統(tǒng)是創(chuàng)造適宜溫室小氣候生態(tài)環(huán)境不可缺少的重要手段和設施。通過采用綜合環(huán)境控制方法,使用先進的控制技術和控制策略,充分考慮各控制過程間的關系,真正起到自動化和節(jié)能的作用計算機控制系統(tǒng)由一個或多個模塊化的“智能”控制單元或控制器組成,控制器內(nèi)安裝相應的應用控制程序,系統(tǒng)通過各種傳感器實時采集程序所需的數(shù)據(jù),如溫室內(nèi)部的溫度等環(huán)境參數(shù)及溫室外部的溫度、光照、風、雨等氣候條件,并反映到中心計算機上。通過綜合程序?qū)Ω鞣N環(huán)境參數(shù)加以處理后,反饋到相關設備的控制器上,實現(xiàn)設備的開啟或關閉,達到作物生長所需的最佳室內(nèi)環(huán)境條件。如 PRIVA是溫室環(huán)境計算機控制系統(tǒng)的最早開發(fā)者,目前有超過7000家用戶在52個國家使用該系統(tǒng),在全世界市場占有率達5%,是目前世界上技術最先進、質(zhì)量最可靠的溫室環(huán)境計算機控制系統(tǒng)。

二、溫室通風系統(tǒng)溫室是一個半封閉系統(tǒng),依靠覆蓋材料形成與外界相對隔離的室內(nèi)空間。通過調(diào)節(jié)和控制通風系統(tǒng)可在溫室中創(chuàng)造出適于植物生長并優(yōu)于室外自然環(huán)境的條件,如通過降溫、降濕、調(diào)節(jié)氣流和CO2濃度等,對室內(nèi)產(chǎn)生的高溫、高濕和低CO2濃度等不利于植物生長的環(huán)境加以修正。

齒輪齒條通風系統(tǒng)是現(xiàn)代溫室中普遍采用的機械裝置,一套機構可多處使用,該機構由齒輪齒條、限位構件和擺桿組成,齒輪繞軸作逆時針轉(zhuǎn)動時,帶動齒條作平面運動,齒條通過鉸接軸推動窗體開啟:齒輪順時針轉(zhuǎn)動時,則帶動窗體閉合。該機構可實現(xiàn)近似線性運動,定位準確,易于采用自動控制。如荷蘭 Ridder Drive Systems公司生產(chǎn)的溫室用通風系統(tǒng),質(zhì)量好、設備可靠、價格合理,在溫室內(nèi)使用較多,整套系統(tǒng)用減速齒輪箱、齒輪、齒條、限位構件、擺桿和標準配件組成,平均造價一般在30/㎡左右。

三、溫室灌溉系統(tǒng)溫室灌溉系統(tǒng)用于溫室內(nèi)蔬菜或花卉的水分和肥料養(yǎng)分供應,可根據(jù)溫室作物的水肥要求規(guī)律及其栽培基質(zhì)的灌水特性,定時定量地供應水分和養(yǎng)分。系統(tǒng)包括灌溉水和回收液儲水罐、首部樞紐(包括壓力水源、過濾器、穩(wěn)壓設備、施肥設備、紫外消毒設備等)、田間管網(wǎng)(包括PVC管、PE管、電磁閥等)、滴灌毛管和滴箭及必要的測量與控制設備此系統(tǒng)通過土壤、氣象、作物等類傳感器及監(jiān)測設備將土壤、作物、氣象狀況等監(jiān)測數(shù)據(jù)傳到計算機中央控制系統(tǒng),中央控制系統(tǒng)中的各類軟件將匯集的數(shù)值進行分析。比如將含水量與灌溉飽和點和補償點進行比較后確定是否應該灌溉或停止灌溉,然后將開啟或關閉閥門的信號通過中央控制系統(tǒng)傳輸?shù)介y門控制系統(tǒng),再由閥門控制系統(tǒng)實施某輪灌區(qū)的閥門開啟或關閉,以此來實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。
在溫室使用過程中,由于灌溉系統(tǒng)的用水量較大,對雨水有效回收利用,既能節(jié)約運行成本,又能有效利用自然資源,因此通常會在溫室的灌溉系統(tǒng)中設置雨水回收池對溫室屋面的雨水進行收集。為減少雨水收集池的建造成本,整個雨水池的堤壩和底部均用泥土夯實制作為雨水承載容器,同時為了防止雨水從夯實泥土中滲漏或地下水滲透到雨水池內(nèi),需在堤壩和底部墊上一層蓄水池防水內(nèi)襯,同時該內(nèi)襯還應具備防止蓄水池內(nèi)生苔的功能。此外,在灌溉系統(tǒng)中,為防止外界水源地波動對內(nèi)部灌溉設備的影響,在灌溉系統(tǒng)首部需設置一個儲水設備,即儲水罐,作為承水及緩沖的設備,一個儲水罐的容積通常要保證溫室一個工作日的灌溉用水量。

四、溫室移栽系統(tǒng)溫室移栽系統(tǒng)用于封閉溫室的蔬菜、花卉無土栽培,它的使用將大大提高農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。此系統(tǒng)主要由栽培吊槽、作物支撐、營養(yǎng)液回收系統(tǒng)、移動栽培系統(tǒng)等幾部分組成,由計算機來控制整個系統(tǒng)的工作。
其原理是:植物被種植在吊掛于溫室桁架之上的栽培槽內(nèi),吊掛用的鋼絲繩采用特殊設計的掛鉤與栽培槽相連,不僅強度高,而且遮蔭少,安裝方便:根據(jù)作物不同,栽培槽高于地面0.6~1.3m:采用一套電動栽培槽水平移動系統(tǒng),由減速電機驅(qū)動傳動軸轉(zhuǎn)動,驅(qū)動平移鋼絲繩拉動一半的懸掛栽培槽,從而使高密度的懸掛栽培系統(tǒng)形成適合工人操作的通道,可提高溫室栽培密度40%左右:栽培槽的使用使自動灌溉施肥輕而易舉,不僅灌溉均勻,而且可實現(xiàn)灌溉、施肥和廢液回收的一體化,降低使用成本:電動軌道栽培車行走于溫室地面的加熱軌道上,操作便利。
該系統(tǒng)優(yōu)點:環(huán)境好,光照充足,通風良好:工人操作方便,大大提高了勞動生產(chǎn)率:提高了栽培密度,產(chǎn)品產(chǎn)量高,品質(zhì)好:提高了自動灌溉施肥的灌溉均勻度:輕松實現(xiàn)了廢液回收利用,環(huán)保:減少了農(nóng)藥的使用。

五、國外新型溫室設施裝備技術系統(tǒng)推廣應用的優(yōu)勢與潛力現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)是解決土地資源匱缺的手段之一,能提高土地利用率、產(chǎn)出率、貢獻率,是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然。它在豐富廣大人民“菜籃子”的同時,也節(jié)約了寶貴的土地資源。此外,它還是景觀農(nóng)業(yè)的組成部分,是科普教育的基地近年來,我國的現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)取得了長足的發(fā)展,已成為世界設施農(nóng)業(yè)大國,但目前,設施總體水平與世界發(fā)達國家仍存在較大差距,主要還是以一些簡易設施為主。
現(xiàn)代化設施雖然近年有了較快的發(fā)展,但由于運行成本偏高,特別是冬季供熱的高成本,影響了現(xiàn)代溫室的效益發(fā)揮。為此,近年來提出了封閉溫室的理念,該類型溫室通過采用地源熱泵技術,夏季對溫室進行降溫,同時熱量儲存到地下,冬季則相反,將夏季儲存在地下的熱量用于溫室加溫,同時在地下蓄冷,周年維持熱量平衡。該類型溫室可有效減少由于溫室加溫所帶來的能源消耗和廢氣排放,同時對廢液、營養(yǎng)液進行回收利用,可有效避免其流失對周邊環(huán)境的影響,具有環(huán)保、節(jié)能的特點,符合循環(huán)經(jīng)濟的理念及國家倡導的持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。該類型溫度一經(jīng)提出便得到迅速應用,為更好地發(fā)揮該類型溫度的優(yōu)勢,需進一步研究各種配套的現(xiàn)代化設施和技術,使各項設施達到最佳組合,從而實現(xiàn)最大利益化。

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