淺談我國無土栽培智能化應(yīng)用現(xiàn)狀.pdf

淺談我國 無 土 栽 培 智能 化 應(yīng)用 現(xiàn)狀 李 笑 眉 鄧利 園 西南 科技 大 學(xué) 生命科 學(xué) 與 工 程 學(xué) 院 四 川 綿 陽 621000 摘 要 隨著 我 國 科 技 的不 斷 發(fā)展 傳 統(tǒng) 農(nóng) 業(yè) 技術(shù) 逐漸淘汰 各 種 新 興 技術(shù) 相 繼 應(yīng)用 于 農(nóng) 業(yè) 規(guī) 模 化 生 產(chǎn) 當(dāng) 中 其 中 無 土 栽 培 技術(shù) 和 智能 化 溫室 系 統(tǒng) 這 2種 新 興 技術(shù) 在 多 個 領(lǐng) 域 均取 得 了 重 大 成 就 它們 的 最 終 目 標 是 以 一種 更 新 穎 更 便 捷 的 方 式 來 實 現(xiàn)作物生 產(chǎn) 的 標準 化 現(xiàn) 代化 高 效 化 并 最 終 得 到 高 質(zhì) 量 的 產(chǎn) 品 結(jié) 合 多 個 實 際 案 例 分析 闡 述了 無 土 栽 培 技術(shù) 和 智能 化 溫室 技術(shù) 的 結(jié) 合 應(yīng)用 并 探 討 了 其 在 未 來 的發(fā)展 前 景 關(guān)鍵詞 無 土 栽 培 智能 化 應(yīng)用 現(xiàn)狀 發(fā)展 前 景 泛 應(yīng) 用 5 7 2 智 能 化 控制系 統(tǒng) 在 無土栽培上 的 應(yīng)用 要 點 我 國發(fā) 展 無 土 栽培 技術(shù) 起 步 較 晚 但是近 年來 我 國 的 無 土 栽培 應(yīng) 用 范 圍 越 來 越 廣泛 無 土 栽培 技術(shù) 不 需要 土 壤 是一 項 重大 的技術(shù) 突 破 與 此 同時 隨著 智 能 化 技術(shù)的 不 斷 完 善 先 進 設(shè) 施 以 及 新 型 無 土 栽培 基 質(zhì)得到了 更 廣泛的 應(yīng) 用 無 土 栽培 技術(shù) 已 經(jīng) 基 本 實 現(xiàn) 利用 智 能 化 管理 系 統(tǒng) 進 行 調(diào)控 即 根據(jù) 不 同 作物 的生 長 發(fā) 育 需求進 行 溫 光 水 肥 氣 等 因素 的 自 動 調(diào) 節(jié) 與 控制 可 以 預(yù) 測 在 不 遠 的 將 來 無 土 栽培 會 成 為 智 能 化 溫 室 主要 的 栽培 方 式之一 智 能控制 系 統(tǒng) 也 稱 智 能 自 動 化 系 統(tǒng) 在 作物 生 產(chǎn) 應(yīng) 用 過程 中 人 們 只 需要 根據(jù)無 土 栽培 植 物 對 于 環(huán) 境 的 要求 提 前 錄 入 作物 生 長 所 需 的 數(shù)據(jù) 指 標 如 溫 度 濕 度 pH值 二 氧 化 碳 濃度 以 及 光 照 等 然 后 將 數(shù)據(jù) 指 標 反 饋 到連 接 的 各 部 分 管理 系 統(tǒng) 最 后 利用管理 系 統(tǒng) 對 設(shè) 施 內(nèi) 的 環(huán) 境 進 行 智 能 化 感 應(yīng) 和調(diào)控 8 12 在 運 行 過 程 中 智 能 化 控制 系 統(tǒng) 可 以 對 環(huán) 境 中 的 不 利 因素 進 行 提 前 感 知 一 旦 檢測 到 有 害 成 分 或 者不 利 因素 系 統(tǒng) 可 以 及 時 地 向 外 部 發(fā) 出 警 告 并自 身 進 行 相 應(yīng) 調(diào)整 以 應(yīng) 對 有 害 變 化 另 外 在 基 質(zhì) 栽培 作物 的 過程 中 基 質(zhì) 和 環(huán) 境 中 的 一 些 成 分 也 可能 會 互 相 反 應(yīng) 產(chǎn) 生 不 利于 植 物 生 長 的 有 害 因 子 這個時 候 操 作 人 員 可 以 通 過 系 統(tǒng) 設(shè) 置 一 個 最 高區(qū) 域 值 當(dāng) 檢測 指 標 超 過最 高區(qū) 域 值 時 自 動 化 系 統(tǒng) 就 會 開 始 工 作 適當(dāng) 降低 有 害 因 子 成 分 13 目 前 自 動 化 系 統(tǒng) 能夠 清 除 的 有 害 因 子 種 類 有 限 部 分 有 害 因 子無 法 清 除 但是 可 以 被 檢測 到 當(dāng) 檢測 到 無法 自 動 清 除 的 有 害 因 子時 自 動 化 系 統(tǒng) 仍 然 會 給 出 警 報 然 后 再 進 行 人 工 調(diào) 節(jié) 通 過 自 動 化 和 人 工 的 配 合 能夠 更 有效 降低 和 避 免 有 害 因 子 對 植 物 生 長 的 迫 害 光 照 影響 種 子 的 萌 發(fā) 物 質(zhì) 積累 以 及 植 株 的生 長 發(fā) 育 對 作物 生 產(chǎn) 起 著 至 關(guān) 重 要 的 作 用 對 于 光 照 的 調(diào) 節(jié) 可 以 采 用溫 室 植 物 LED的 三 維 智 能 輔 助混 合 照 明 14 使 用 該 系 統(tǒng) 時 需要 提 前 設(shè) 置 一 個 光 照 范 圍 最終 達 到 強 遮 弱 補 的 效 果 另 外 在應(yīng) 用 過程 中 人 們 發(fā)現(xiàn) 智 能 化 溫 室 無 土 栽培 對 無 土 栽培 技術(shù) 是 指 利用 人 工 手 段 創(chuàng) 造 一 個 可 供 作 物 根 系 生 存 的 環(huán) 境 來 代 替 土 壤 環(huán) 境 以 此 來 打 破 傳 統(tǒng) 種 植 的 一 些 弊 端 從而 使 作物 處 于 最適合其 生 長 的 環(huán) 境 之 中 在 最適 條件下 充 分 發(fā) 揮 作物 的 潛 力 1 無 土 栽 培 技術(shù) 能夠 緩 解 土 地 壓 力 提 高 作物 產(chǎn) 量 改善 作物 質(zhì) 量 大 力 發(fā) 展 無 土 栽培 技術(shù) 已 經(jīng) 成 為農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 的 一 個 新 趨勢 由 于 失 去 了 土 壤 這個 天然 條件 作物 對 其 他 生 長 環(huán) 境 條件 的 要求 就 變 得 更 加 嚴 苛 如 水 分 條件 溫 度 控制等 如 何 做 到 高 效 準 確 地 控制 這些 條件 是一 個 待 解 決 的 重 要 問題 例 如 我 國 是 農(nóng) 業(yè)大 國 農(nóng) 業(yè) 用 水 的 需求 量 巨 大 對 于 無 土 栽培 技術(shù) 其 用 水 量 更 是 遠遠 高 于 土 壤 栽培 然 而 由 于 缺 少 智 能 高 效 化 的 設(shè) 施 和有 效 的管理 系 統(tǒng) 我 國農(nóng) 業(yè) 灌 溉 用 水 浪 費 十 分 嚴 重 可 用 水 的利用 效率 極 低 所以 建 立 高 效 智 能 化 的 節(jié) 水 灌 溉 系 統(tǒng) 能夠有效 減 少水 資源的 浪 費 提 高 作物 生 產(chǎn) 效 率 保 障 作物 生 產(chǎn) 質(zhì) 量 目 前 我 國 已 經(jīng)發(fā) 展 了 包 括 智 能 化 節(jié) 水 灌 溉 系 統(tǒng) 智 能 化 溫 室 控制 系 統(tǒng) 在 內(nèi) 的 多 個 智 能 化 設(shè) 施 系 統(tǒng) 它們 能夠 實 時 監(jiān) 測 土 壤 含 水 量 與 環(huán) 境 溫 度 并 根據(jù) 檢測 結(jié) 果 按 照 作物 需 水 特 性實 現(xiàn) 適 時 按 需 精確 灌 溉 合 理 控 溫 最終 實 現(xiàn) 節(jié) 約 資源 高 效 生 產(chǎn) 的 目 的 2 將 無 土 栽培 技術(shù)與 智 能 化 系 統(tǒng) 相 結(jié)合 能夠 在 實 現(xiàn)農(nóng)作物 優(yōu) 質(zhì) 高 產(chǎn) 的 同時 保證 生 產(chǎn) 的 高 效 化 智 能 化 節(jié) 約 人 力 資源 和 社 會 資源 1 智 能 化 系 統(tǒng) 在 溫室中 的 應(yīng)用 現(xiàn) 狀 隨著 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 技術(shù)的 不 斷 發(fā) 展 溫 室 的 智 能 化 水 平 不 斷 提 高 近 幾 年來 我 國 智 能 化 溫 室 智 慧 植 物 工 廠 的 使 用 面 積 也 正 在 一 步步擴 大 3 盡 管 我 國 在 環(huán) 境 智 能 化 控制 無 土 栽培 技術(shù) 物 聯(lián)網(wǎng) 技術(shù) 等 方 面 取 得了 一 定 的 成效 但 與 擁 有 高 標 準 化 專 業(yè) 化 自 動 化 設(shè) 施 的 發(fā) 達 國 家 相 比 我 國 的 智 能 化 系 統(tǒng) 還 存 在 一 定 的 不 足 4 一 般 來 說 智 能 化 溫 室 的 成 本 相 對 較 高 并 且在 使 用 過程 中 也 需要 投 入 大 量 的資 金 所以現(xiàn) 存 的 智 能 化 溫 室 的用 戶 一 般 都 是一 些 大 型 企 業(yè) 暫 時 沒 有 得到廣 基 金 項 目 西 南 科 技 大 學(xué) 大 學(xué) 生 創(chuàng) 新 基 金 項目 精 準 資 助 專 項 jz19 066 作 者 簡 介 李 笑眉 1999 女 四川 人 在 讀 本 科 主 要 從 事 園藝 景 觀 規(guī) 劃 產(chǎn) 業(yè) 謀劃 現(xiàn)代 園 藝 2021年 第 5期 輨輴訛 于 植 物 病 害 的 防 治 也 有 一 定 的 成效 大 多 數(shù) 植 物 病 蟲 害 的 傳播 均 與 土 壤 條件 溫 濕 度 氣 候 條件 有 關(guān) 而 智 能 自 動 化 系 統(tǒng) 調(diào)控 的 無 土 栽培 生 產(chǎn) 方 式 改 變 了 病 蟲 害 的生 存 發(fā) 生 條件 極 大 程度 地 減 少 了 病 蟲害 的 產(chǎn) 生 與 傳播 3 無土栽培 智 能 化 的 優(yōu)缺點 首 先 無 土 栽培 技術(shù) 告 別 了 土 壤 條件 的 限 制 使 得 植 物 可 以 在 任 何 地 方 生 長 節(jié) 約 了 土 壤 面 積 也 為 其 他 資源利用 提 供 了 一 定 的 可能 性 而 且通 過 架 空 等 方 式 能夠 為 植 物 的生 長 提 供 更多 的 空 間 使 得 在 特 定 的 空 間 范 圍 內(nèi)能夠 生 產(chǎn) 更多 的 作物 15 其 次 相 對 于 人 工 土 壤 栽培 技術(shù) 而 言 智 能 化 自 動 化 技術(shù) 不 僅 大大 減 少 了 勞 動 力 的 使 用 還 有 著 較人 工 管理 更 為 標 準 化 精確 化 的管理 系 統(tǒng) 這些 優(yōu) 點 大大 提 高 了 無 土 栽培 作物 的 產(chǎn) 量 與質(zhì) 量 因此 智 能 無 土 栽培 系 統(tǒng) 遠遠 優(yōu) 于 傳 統(tǒng) 土 壤 栽培 能夠有 選 擇 地 避 免 傳 統(tǒng) 土 壤 栽培 的 弊 端 在 使 用 智 能 無 土 栽培 系 統(tǒng) 時 應(yīng) 采 用 更 快 速 有效 的 方 式 去 繼 承 傳 統(tǒng) 土 壤 栽培 的 優(yōu) 點 彌 補 土 壤 栽培 的 不足 使 智 能 無 土 栽培 實 現(xiàn) 土 壤 栽培 無法 實 現(xiàn) 的 效 果 16 設(shè) 施 栽培 的 智 能 化 應(yīng) 用 產(chǎn) 生了 更 高 效率 的生 產(chǎn) 和 更 高 質(zhì) 量 的 產(chǎn) 品 隨之而 來 的 還 有其 他 資源的 更 大 消 耗 智 能 溫 室 系 統(tǒng) 是一 個 十 分 復(fù) 雜 的 熱 力 系 統(tǒng) 其 運 行 需要 外 界 持 續(xù) 提 供 能 源 加 以 維 持 支 撐 因 為 智 能 系 統(tǒng) 需要隨 時 監(jiān) 控 植 物 的生 長 狀態(tài) 所以 它 需要 持 續(xù) 不 斷 地運 行 長 時 間 的 運 行 也 造 成 了 能 源的 大 量 消 耗 其 次 相較 于 土 壤 作物 而 言 無 土 栽培 作物 尚未 經(jīng) 過 不 利 因素 的 系 統(tǒng) 鍛 煉 智 能 化 溫 室 內(nèi) 極 其細 微 的溫 度 水 分 等 環(huán) 境 條件 的 變 化 都可能 會直接 影響 作物 的生 長 發(fā) 育 此外 智 能 化 控制 系 統(tǒng) 的 成 本 高 昂 也 是一 個 突 出 的 問題 正 因此 目 前 我 國 只 有 一 些 大 型 企 業(yè) 才 有能力 規(guī) 模 化 使 用 智 能控制 系 統(tǒng) 承 擔(dān) 其 運 營 成 本 我 國 智 能 化 控制 系 統(tǒng) 的 規(guī) 模 化 應(yīng) 用 還需要一 段 時 間 最 后 智 能 化 控制 系 統(tǒng) 對 操 作 的 人 員 也 有 一 定 的 高 要求 操 作 者需 要 熟 悉 掌握 控制 系 統(tǒng) 各方 面 的理 論 知 識 和 實 際 操 作 保證 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 正 確 運 行 若 操 作 不 當(dāng) 可能 會 帶 來 無 法 彌 補 的 損失 4 我 國 無土栽培 智 能 化 技術(shù) 的 發(fā) 展 前 景 我 國 無 土 栽培 技術(shù) 發(fā) 展 相 對 較 晚 目 前大 部 分 技 術(shù) 都 還 處 于 初 級 階段 對 于 無 土 栽培 而 言 最 重 要 的 因 素 是 其 采 用的 栽培 基 質(zhì) 種 類 栽培 基 質(zhì)的 種 類 質(zhì) 量 優(yōu) 劣 將 直接 影響 植 物 生 長 的 好壞 我 國 對 于 栽培 基 質(zhì)的 研究 還 處 于 入 門 階段 目 前 的 栽培 基 質(zhì) 應(yīng) 用 包 括 利用 巖棉 基 質(zhì) 進 行 菊 花 水 培 17 利用 椰 灰 性質(zhì) 18 研究 新 型 無 土 栽培 基 質(zhì) 等等 隨著 我 國 科技 能力 的 快 速 上 升 國 家 對 農(nóng) 業(yè) 發(fā) 展 的 重 視 程度 越 來 越 高 無 土 栽培 技術(shù)的 自 動 化 程 序 必 定 能夠 得到質(zhì)的 提 升 無 土 栽培 技術(shù) 創(chuàng) 造 的 經(jīng)濟 效 益 價值 占 據(jù) 的 比 重 也 會 越 來 越 高 作為 一 種 高 效率 高 收 益 高 質(zhì) 量 生 產(chǎn) 的生 產(chǎn)系 統(tǒng) 無 土 栽培 智 能 化 蘊 藏著 巨 大 的 發(fā) 展 前 景 其 在 未 來 必 然 會 進一 步 成 熟 得到廣泛的 應(yīng) 用 5 結(jié)語 設(shè) 施 栽培 產(chǎn) 業(yè) 具 有 投 入 高 產(chǎn) 量 高 資 金 和 技術(shù) 要 求 高 勞 動 力 密 集 等 特 點 它通 過 建 立 人 工 設(shè) 施 的 方 法 以期 擺 脫 自 然 因素 限 制 大 力 發(fā) 展 設(shè) 施 栽培 技術(shù) 替 代傳 統(tǒng) 栽培 農(nóng) 業(yè) 是 實 現(xiàn) 新 型 農(nóng) 業(yè) 的 工 廠化 現(xiàn)代化 以 及 綠色環(huán) 保 安 全 無 毒 生 產(chǎn) 的 必 要 手 段 與 此 同時 這 還是 農(nóng) 產(chǎn) 品 打 破 傳 統(tǒng) 農(nóng) 業(yè) 的 季 節(jié) 性 限 制 在 反向 季 節(jié) 銷 售 農(nóng) 產(chǎn) 品 以 及 進一 步 滿足 多 層 次 和 多 樣 化 的 消費 需求 的 有效 舉 措 進一 步 來 說 作為 一 個 新 起 之 秀 我 國 在 實 現(xiàn) 設(shè) 施 栽培 的 標 準 化 智 能 化 自 動 化 道路 的 過 程 中 擁 有 著 無 限 大 的 潛 力 無 論 是 無 土 栽培 技術(shù) 還是 溫 室 智 能 化 技術(shù) 都 將 成 為 未 來 設(shè) 施 栽培 發(fā) 展 的 熱門 方 向 收稿 2020 09 05 1 賈 薇 徐 曉 輝 宋 濤 等 基 于 WiFi的 智能 溫室移 動 控 制 終端 系 統(tǒng) 設(shè) 計 J 中國 農(nóng) 機 化 學(xué) 報 2015 36 05 87 89 107 2 陳 巧 莉 智能 化 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 節(jié)水 灌溉 控 制 系 統(tǒng)研究 D 南 京 理工 大 學(xué) 2004 3 朱 芳 冰 史 春 雨 智能 化 溫室 的發(fā)展 現(xiàn)狀 及 趨勢 J 現(xiàn) 代化 農(nóng) 業(yè) 2008 12 38 39 4 李 娜 孔 德 志 智能 化 溫室 控 制 的 現(xiàn)狀 與 發(fā)展 趨勢 J 科 技視 界 2016 4 228 5 李東 星 周 增 產(chǎn) 余 連 海 等 智 慧 溫室 發(fā)展 現(xiàn)狀 及 趨勢 探 討 J 蔬 菜 2019 5 13 17 6 張 真 和 李建偉 我 國 設(shè) 施 園藝 的發(fā)展 態(tài) 勢 及 問題 探 討 J 中國蔬 菜 1999 3 1 4 7 陳 杰 楊祥 龍 周 勝 軍 等 中國 設(shè) 施 園藝 研究 現(xiàn)狀 與 發(fā)展 趨勢 J 中 國 農(nóng) 學(xué) 通報 2005 21 1 236 238 8 賈 寶 紅 錢 春 陽 宋 治 文 等 物 聯(lián) 網(wǎng) 技術(shù) 在 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè) 中的 應(yīng)用 及 其 研究 方 向 J 天 津 農(nóng) 業(yè) 科 學(xué) 2015 21 4 51 53 9 余 錫壽 劉 躍 萍 植 物 工 廠 栽 培 技術(shù) 的發(fā)展及 其 展 望 J 農(nóng) 業(yè) 展 望 2013 9 7 57 60 10 戴 起 偉 曹 靜 凡 燕 等 面 向現(xiàn) 代 設(shè) 施 農(nóng) 業(yè)應(yīng)用 的 物 聯(lián) 網(wǎng) 技術(shù) 模 式 設(shè)計 J 江 蘇 農(nóng) 業(yè)學(xué) 報 2012 28 5 1173 1180 11 林 寧 張 亮 物 聯(lián) 網(wǎng) 技術(shù) 在 無 土 栽 培中的 應(yīng)用 J 電 腦知 識 與 技術(shù) 2015 11 25 153 155 12 吳榮 奎 關(guān) 于 物 聯(lián) 網(wǎng) 技術(shù) 在 無 土 栽 培中的 應(yīng)用 J 農(nóng) 民 致 富 之 友 2019 23 214 13 OzkulT HomoudAA Communicationprotocolformonitoringa largenumberofremotelydistributedhazardousmaterialdetectiondevices J ComputerStandards Interfaces 2003 25 5 553 561 14 TangYH JiaM MeiYF etal 3Dintelligentsupplementlightillu minationusinghybridsunlightandLEDforgreenhouseplants J Op tik InternationalJournalforLightandElectronOptics 2019 183 367 374 15 修 鳳 英 無 土 栽 培 技術(shù) 的 優(yōu) 缺 點 及發(fā)展 前 景 J 中國 園藝 文 摘 2016 32 2 218 219 16 范 志 剛 無 土 栽 培 技術(shù) 的發(fā)展 與應(yīng)用 J 農(nóng) 家 參 謀 2019 10 10 17 TakemuraK EndoR ShibuyaT etal ApplicationofBiogasDigestate asaNutrientSolutionfortheHydroponicCultureofChrysanthemum morifoliumRamatwithRockwoolSubstrate J WasteandBiomassVal orization 2019 1 6 18 HandreckKA Propertiesofcoirdust anditsuseintheformulation ofsoillesspottingmedia J CommunicationsinSoilence PlantAnaly sis 1993 24 3 349 363 2021年 第 5期 現(xiàn)代 園 藝 產(chǎn) 業(yè) 謀劃 輨輵訛