浅谈我国无土栽培智能化应用现状.pdf

浅谈我国 无 土 栽 培 智能 化 应用 现状 李 笑 眉 邓利 园 西南 科技 大 学 生命科 学 与 工 程 学 院 四 川 绵 阳 621000 摘 要 随着 我 国 科 技 的不 断 发展 传 统 农 业 技术 逐渐淘汰 各 种 新 兴 技术 相 继 应用 于 农 业 规 模 化 生 产 当 中 其 中 无 土 栽 培 技术 和 智能 化 温室 系 统 这 2种 新 兴 技术 在 多 个 领 域 均取 得 了 重 大 成 就 它们 的 最 终 目 标 是 以 一种 更 新 颖 更 便 捷 的 方 式 来 实 现作物生 产 的 标准 化 现 代化 高 效 化 并 最 终 得 到 高 质 量 的 产 品 结 合 多 个 实 际 案 例 分析 阐 述了 无 土 栽 培 技术 和 智能 化 温室 技术 的 结 合 应用 并 探 讨 了 其 在 未 来 的发展 前 景 关键词 无 土 栽 培 智能 化 应用 现状 发展 前 景 泛 应 用 5 7 2 智 能 化 控制系 统 在 无土栽培上 的 应用 要 点 我 国发 展 无 土 栽培 技术 起 步 较 晚 但是近 年来 我 国 的 无 土 栽培 应 用 范 围 越 来 越 广泛 无 土 栽培 技术 不 需要 土 壤 是一 项 重大 的技术 突 破 与 此 同时 随着 智 能 化 技术的 不 断 完 善 先 进 设 施 以 及 新 型 无 土 栽培 基 质得到了 更 广泛的 应 用 无 土 栽培 技术 已 经 基 本 实 现 利用 智 能 化 管理 系 统 进 行 调控 即 根据 不 同 作物 的生 长 发 育 需求进 行 温 光 水 肥 气 等 因素 的 自 动 调 节 与 控制 可 以 预 测 在 不 远 的 将 来 无 土 栽培 会 成 为 智 能 化 温 室 主要 的 栽培 方 式之一 智 能控制 系 统 也 称 智 能 自 动 化 系 统 在 作物 生 产 应 用 过程 中 人 们 只 需要 根据无 土 栽培 植 物 对 于 环 境 的 要求 提 前 录 入 作物 生 长 所 需 的 数据 指 标 如 温 度 湿 度 pH值 二 氧 化 碳 浓度 以 及 光 照 等 然 后 将 数据 指 标 反 馈 到连 接 的 各 部 分 管理 系 统 最 后 利用管理 系 统 对 设 施 内 的 环 境 进 行 智 能 化 感 应 和调控 8 12 在 运 行 过 程 中 智 能 化 控制 系 统 可 以 对 环 境 中 的 不 利 因素 进 行 提 前 感 知 一 旦 检测 到 有 害 成 分 或 者不 利 因素 系 统 可 以 及 时 地 向 外 部 发 出 警 告 并自 身 进 行 相 应 调整 以 应 对 有 害 变 化 另 外 在 基 质 栽培 作物 的 过程 中 基 质 和 环 境 中 的 一 些 成 分 也 可能 会 互 相 反 应 产 生 不 利于 植 物 生 长 的 有 害 因 子 这个时 候 操 作 人 员 可 以 通 过 系 统 设 置 一 个 最 高区 域 值 当 检测 指 标 超 过最 高区 域 值 时 自 动 化 系 统 就 会 开 始 工 作 适当 降低 有 害 因 子 成 分 13 目 前 自 动 化 系 统 能够 清 除 的 有 害 因 子 种 类 有 限 部 分 有 害 因 子无 法 清 除 但是 可 以 被 检测 到 当 检测 到 无法 自 动 清 除 的 有 害 因 子时 自 动 化 系 统 仍 然 会 给 出 警 报 然 后 再 进 行 人 工 调 节 通 过 自 动 化 和 人 工 的 配 合 能够 更 有效 降低 和 避 免 有 害 因 子 对 植 物 生 长 的 迫 害 光 照 影响 种 子 的 萌 发 物 质 积累 以 及 植 株 的生 长 发 育 对 作物 生 产 起 着 至 关 重 要 的 作 用 对 于 光 照 的 调 节 可 以 采 用温 室 植 物 LED的 三 维 智 能 辅 助混 合 照 明 14 使 用 该 系 统 时 需要 提 前 设 置 一 个 光 照 范 围 最终 达 到 强 遮 弱 补 的 效 果 另 外 在应 用 过程 中 人 们 发现 智 能 化 温 室 无 土 栽培 对 无 土 栽培 技术 是 指 利用 人 工 手 段 创 造 一 个 可 供 作 物 根 系 生 存 的 环 境 来 代 替 土 壤 环 境 以 此 来 打 破 传 统 种 植 的 一 些 弊 端 从而 使 作物 处 于 最适合其 生 长 的 环 境 之 中 在 最适 条件下 充 分 发 挥 作物 的 潜 力 1 无 土 栽 培 技术 能够 缓 解 土 地 压 力 提 高 作物 产 量 改善 作物 质 量 大 力 发 展 无 土 栽培 技术 已 经 成 为农 业 发 展 的 一 个 新 趋势 由 于 失 去 了 土 壤 这个 天然 条件 作物 对 其 他 生 长 环 境 条件 的 要求 就 变 得 更 加 严 苛 如 水 分 条件 温 度 控制等 如 何 做 到 高 效 准 确 地 控制 这些 条件 是一 个 待 解 决 的 重 要 问题 例 如 我 国 是 农 业大 国 农 业 用 水 的 需求 量 巨 大 对 于 无 土 栽培 技术 其 用 水 量 更 是 远远 高 于 土 壤 栽培 然 而 由 于 缺 少 智 能 高 效 化 的 设 施 和有 效 的管理 系 统 我 国农 业 灌 溉 用 水 浪 费 十 分 严 重 可 用 水 的利用 效率 极 低 所以 建 立 高 效 智 能 化 的 节 水 灌 溉 系 统 能够有效 减 少水 资源的 浪 费 提 高 作物 生 产 效 率 保 障 作物 生 产 质 量 目 前 我 国 已 经发 展 了 包 括 智 能 化 节 水 灌 溉 系 统 智 能 化 温 室 控制 系 统 在 内 的 多 个 智 能 化 设 施 系 统 它们 能够 实 时 监 测 土 壤 含 水 量 与 环 境 温 度 并 根据 检测 结 果 按 照 作物 需 水 特 性实 现 适 时 按 需 精确 灌 溉 合 理 控 温 最终 实 现 节 约 资源 高 效 生 产 的 目 的 2 将 无 土 栽培 技术与 智 能 化 系 统 相 结合 能够 在 实 现农作物 优 质 高 产 的 同时 保证 生 产 的 高 效 化 智 能 化 节 约 人 力 资源 和 社 会 资源 1 智 能 化 系 统 在 温室中 的 应用 现 状 随着 农 业 生 产 技术的 不 断 发 展 温 室 的 智 能 化 水 平 不 断 提 高 近 几 年来 我 国 智 能 化 温 室 智 慧 植 物 工 厂 的 使 用 面 积 也 正 在 一 步步扩 大 3 尽 管 我 国 在 环 境 智 能 化 控制 无 土 栽培 技术 物 联网 技术 等 方 面 取 得了 一 定 的 成效 但 与 拥 有 高 标 准 化 专 业 化 自 动 化 设 施 的 发 达 国 家 相 比 我 国 的 智 能 化 系 统 还 存 在 一 定 的 不 足 4 一 般 来 说 智 能 化 温 室 的 成 本 相 对 较 高 并 且在 使 用 过程 中 也 需要 投 入 大 量 的资 金 所以现 存 的 智 能 化 温 室 的用 户 一 般 都 是一 些 大 型 企 业 暂 时 没 有 得到广 基 金 项 目 西 南 科 技 大 学 大 学 生 创 新 基 金 项目 精 准 资 助 专 项 jz19 066 作 者 简 介 李 笑眉 1999 女 四川 人 在 读 本 科 主 要 从 事 园艺 景 观 规 划 产 业 谋划 现代 园 艺 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 数 植 物 病 虫 害 的 传播 均 与 土 壤 条件 温 湿 度 气 候 条件 有 关 而 智 能 自 动 化 系 统 调控 的 无 土 栽培 生 产 方 式 改 变 了 病 虫 害 的生 存 发 生 条件 极 大 程度 地 减 少 了 病 虫害 的 产 生 与 传播 3 无土栽培 智 能 化 的 优缺点 首 先 无 土 栽培 技术 告 别 了 土 壤 条件 的 限 制 使 得 植 物 可 以 在 任 何 地 方 生 长 节 约 了 土 壤 面 积 也 为 其 他 资源利用 提 供 了 一 定 的 可能 性 而 且通 过 架 空 等 方 式 能够 为 植 物 的生 长 提 供 更多 的 空 间 使 得 在 特 定 的 空 间 范 围 内能够 生 产 更多 的 作物 15 其 次 相 对 于 人 工 土 壤 栽培 技术 而 言 智 能 化 自 动 化 技术 不 仅 大大 减 少 了 劳 动 力 的 使 用 还 有 着 较人 工 管理 更 为 标 准 化 精确 化 的管理 系 统 这些 优 点 大大 提 高 了 无 土 栽培 作物 的 产 量 与质 量 因此 智 能 无 土 栽培 系 统 远远 优 于 传 统 土 壤 栽培 能够有 选 择 地 避 免 传 统 土 壤 栽培 的 弊 端 在 使 用 智 能 无 土 栽培 系 统 时 应 采 用 更 快 速 有效 的 方 式 去 继 承 传 统 土 壤 栽培 的 优 点 弥 补 土 壤 栽培 的 不足 使 智 能 无 土 栽培 实 现 土 壤 栽培 无法 实 现 的 效 果 16 设 施 栽培 的 智 能 化 应 用 产 生了 更 高 效率 的生 产 和 更 高 质 量 的 产 品 随之而 来 的 还 有其 他 资源的 更 大 消 耗 智 能 温 室 系 统 是一 个 十 分 复 杂 的 热 力 系 统 其 运 行 需要 外 界 持 续 提 供 能 源 加 以 维 持 支 撑 因 为 智 能 系 统 需要随 时 监 控 植 物 的生 长 状态 所以 它 需要 持 续 不 断 地运 行 长 时 间 的 运 行 也 造 成 了 能 源的 大 量 消 耗 其 次 相较 于 土 壤 作物 而 言 无 土 栽培 作物 尚未 经 过 不 利 因素 的 系 统 锻 炼 智 能 化 温 室 内 极 其细 微 的温 度 水 分 等 环 境 条件 的 变 化 都可能 会直接 影响 作物 的生 长 发 育 此外 智 能 化 控制 系 统 的 成 本 高 昂 也 是一 个 突 出 的 问题 正 因此 目 前 我 国 只 有 一 些 大 型 企 业 才 有能力 规 模 化 使 用 智 能控制 系 统 承 担 其 运 营 成 本 我 国 智 能 化 控制 系 统 的 规 模 化 应 用 还需要一 段 时 间 最 后 智 能 化 控制 系 统 对 操 作 的 人 员 也 有 一 定 的 高 要求 操 作 者需 要 熟 悉 掌握 控制 系 统 各方 面 的理 论 知 识 和 实 际 操 作 保证 系 统 的 稳 定 正 确 运 行 若 操 作 不 当 可能 会 带 来 无 法 弥 补 的 损失 4 我 国 无土栽培 智 能 化 技术 的 发 展 前 景 我 国 无 土 栽培 技术 发 展 相 对 较 晚 目 前大 部 分 技 术 都 还 处 于 初 级 阶段 对 于 无 土 栽培 而 言 最 重 要 的 因 素 是 其 采 用的 栽培 基 质 种 类 栽培 基 质的 种 类 质 量 优 劣 将 直接 影响 植 物 生 长 的 好坏 我 国 对 于 栽培 基 质的 研究 还 处 于 入 门 阶段 目 前 的 栽培 基 质 应 用 包 括 利用 岩棉 基 质 进 行 菊 花 水 培 17 利用 椰 灰 性质 18 研究 新 型 无 土 栽培 基 质 等等 随着 我 国 科技 能力 的 快 速 上 升 国 家 对 农 业 发 展 的 重 视 程度 越 来 越 高 无 土 栽培 技术的 自 动 化 程 序 必 定 能够 得到质的 提 升 无 土 栽培 技术 创 造 的 经济 效 益 价值 占 据 的 比 重 也 会 越 来 越 高 作为 一 种 高 效率 高 收 益 高 质 量 生 产 的生 产系 统 无 土 栽培 智 能 化 蕴 藏着 巨 大 的 发 展 前 景 其 在 未 来 必 然 会 进一 步 成 熟 得到广泛的 应 用 5 结语 设 施 栽培 产 业 具 有 投 入 高 产 量 高 资 金 和 技术 要 求 高 劳 动 力 密 集 等 特 点 它通 过 建 立 人 工 设 施 的 方 法 以期 摆 脱 自 然 因素 限 制 大 力 发 展 设 施 栽培 技术 替 代传 统 栽培 农 业 是 实 现 新 型 农 业 的 工 厂化 现代化 以 及 绿色环 保 安 全 无 毒 生 产 的 必 要 手 段 与 此 同时 这 还是 农 产 品 打 破 传 统 农 业 的 季 节 性 限 制 在 反向 季 节 销 售 农 产 品 以 及 进一 步 满足 多 层 次 和 多 样 化 的 消费 需求 的 有效 举 措 进一 步 来 说 作为 一 个 新 起 之 秀 我 国 在 实 现 设 施 栽培 的 标 准 化 智 能 化 自 动 化 道路 的 过 程 中 拥 有 着 无 限 大 的 潜 力 无 论 是 无 土 栽培 技术 还是 温 室 智 能 化 技术 都 将 成 为 未 来 设 施 栽培 发 展 的 热门 方 向 收稿 2020 09 05 1 贾 薇 徐 晓 辉 宋 涛 等 基 于 WiFi的 智能 温室移 动 控 制 终端 系 统 设 计 J 中国 农 机 化 学 报 2015 36 05 87 89 107 2 陈 巧 莉 智能 化 设 施 农 业 节水 灌溉 控 制 系 统研究 D 南 京 理工 大 学 2004 3 朱 芳 冰 史 春 雨 智能 化 温室 的发展 现状 及 趋势 J 现 代化 农 业 2008 12 38 39 4 李 娜 孔 德 志 智能 化 温室 控 制 的 现状 与 发展 趋势 J 科 技视 界 2016 4 228 5 李东 星 周 增 产 余 连 海 等 智 慧 温室 发展 现状 及 趋势 探 讨 J 蔬 菜 2019 5 13 17 6 张 真 和 李建伟 我 国 设 施 园艺 的发展 态 势 及 问题 探 讨 J 中国蔬 菜 1999 3 1 4 7 陈 杰 杨祥 龙 周 胜 军 等 中国 设 施 园艺 研究 现状 与 发展 趋势 J 中 国 农 学 通报 2005 21 1 236 238 8 贾 宝 红 钱 春 阳 宋 治 文 等 物 联 网 技术 在 设 施 农 业 中的 应用 及 其 研究 方 向 J 天 津 农 业 科 学 2015 21 4 51 53 9 余 锡寿 刘 跃 萍 植 物 工 厂 栽 培 技术 的发展及 其 展 望 J 农 业 展 望 2013 9 7 57 60 10 戴 起 伟 曹 静 凡 燕 等 面 向现 代 设 施 农 业应用 的 物 联 网 技术 模 式 设计 J 江 苏 农 业学 报 2012 28 5 1173 1180 11 林 宁 张 亮 物 联 网 技术 在 无 土 栽 培中的 应用 J 电 脑知 识 与 技术 2015 11 25 153 155 12 吴荣 奎 关 于 物 联 网 技术 在 无 土 栽 培中的 应用 J 农 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 凤 英 无 土 栽 培 技术 的 优 缺 点 及发展 前 景 J 中国 园艺 文 摘 2016 32 2 218 219 16 范 志 刚 无 土 栽 培 技术 的发展 与应用 J 农 家 参 谋 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 现代 园 艺 产 业 谋划 輨輵訛