2 0 2 4年 第7期 中國農(nóng)機(jī)裝備 新技術(shù)應(yīng)用 設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境調(diào)控裝備的研究與進(jìn)展 設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境調(diào)控裝備的研究與進(jìn)展 李玉亮 王尚華 魚亞蘭 牟佳 王旭東 甘肅省蘭州新區(qū)農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限責(zé)任公司 蘭州 730000 摘要 隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的發(fā)展和溫室環(huán)境調(diào)控裝備的研究深化 通過高精度智能化技術(shù)提升作物生長環(huán)境的控制精度成為可能 在對(duì)溫室內(nèi)的溫度 濕度 光照等因子進(jìn)行深入研究的基礎(chǔ)上 開發(fā)出集監(jiān)測(cè) 調(diào)控于一體的智能控制系統(tǒng) 可實(shí)時(shí)調(diào)整環(huán)境至 作物生長最優(yōu)狀態(tài) 減少病蟲害發(fā)生 對(duì)提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率至關(guān)重要 未來 物聯(lián)網(wǎng) 大數(shù)據(jù)和AI的融合將使溫室環(huán)境調(diào)控更加 智能化 精準(zhǔn)化 為設(shè)施農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型提供有力支撐 關(guān)鍵詞 設(shè)施農(nóng)業(yè) 溫室環(huán)境調(diào)控 機(jī)械設(shè)備 研究進(jìn)展 近幾年 科學(xué)技術(shù)水平不斷創(chuàng)新發(fā)展 現(xiàn)代化機(jī) 械設(shè)備和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)得到了進(jìn)一步 的推廣和應(yīng)用 設(shè)施農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組 成 利用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備更好地調(diào)控設(shè)施農(nóng)業(yè)中的溫 度 濕度 光照等條件 營造良好的種植環(huán)境 更好 地滿足農(nóng)作物的生長需求 最終推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有 效調(diào)整 增加農(nóng)作物產(chǎn)量 改善作物栽培品質(zhì) 1 設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境要素的變化特點(diǎn) 設(shè)施農(nóng)業(yè)是指通過工程技術(shù)手段 創(chuàng)造適宜的作 物生長環(huán)境 實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程的調(diào)控 以達(dá)到提 高產(chǎn)量 改善品質(zhì) 延長供應(yīng)期等目的的一種現(xiàn)代農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)方式 設(shè)施農(nóng)業(yè)中的環(huán)境要素主要包括溫度 濕度 光照 CO 2 濃度等 要素的變化特點(diǎn)直接影響 著作物的生長狀況 其中溫度是作物生長的關(guān)鍵因素 之一 不同作物對(duì)溫度的要求各不相同 溫度的變化 特點(diǎn)表現(xiàn)為季節(jié)性 日夜變化和天氣變化等 在溫室 中通過調(diào)控通風(fēng) 加溫和降溫設(shè)備 可以實(shí)現(xiàn)溫度的 精確控制 并且要確保溫室環(huán)境調(diào)控具備快速響應(yīng)和 精確調(diào)節(jié)的能力 濕度是作物生長的另一個(gè)重要因素 濕度過高會(huì)導(dǎo)致作物病害的發(fā)生 濕度過低則會(huì)使作 物失水 影響生長 在調(diào)控過程中主要借助噴霧 灌 溉和除濕設(shè)備 實(shí)現(xiàn)濕度的調(diào)控 光照是作物生長的 能量來源 光照強(qiáng)度的變化特點(diǎn)主要表現(xiàn)為日夜變化 和季節(jié)變化 溫室內(nèi)部可以調(diào)節(jié)遮陽網(wǎng) 補(bǔ)光燈等設(shè) 備 實(shí)現(xiàn)光照的調(diào)控 CO 2 濃度是作物光合作用的原 料 通過增施有機(jī)肥 使用 CO 2 發(fā)生器等手段 可以 實(shí)現(xiàn) CO 2 濃度的調(diào)控 1 2 設(shè)施農(nóng)業(yè)中溫室環(huán)境調(diào)控常用機(jī)械裝備 2 1自動(dòng)化溫室卷簾機(jī) 自動(dòng)化溫室卷簾機(jī)在應(yīng)用過程中應(yīng)該明確卷簾機(jī) 尺寸 負(fù)載容量 速度 功率 保護(hù)等級(jí)等指標(biāo) 整 個(gè)操作系統(tǒng)通常是由卷簾機(jī) 卷簾 限位開關(guān) 控制 箱 電纜組成 在安裝過程中 首先將卷簾機(jī)安裝在 溫室的支架或橫梁上 卷簾的一端固定在卷簾機(jī)上 然后將其展開并固定在另一端的支架上 卷簾的頂部 和底部安裝限位開關(guān) 以確定卷簾的開合行程 控制 箱安裝在方便操作的位置 并連接到卷簾機(jī)和限位開 關(guān) 然后將卷簾機(jī) 限位開關(guān)和控制箱連接起來 并 確保電纜連接牢固 通電后手動(dòng)操作卷簾機(jī) 檢查其 運(yùn)行是否正常 限位開關(guān)是否準(zhǔn)確 自動(dòng)化溫室選擇 機(jī)劃分為手動(dòng)操作和自動(dòng)操作 手動(dòng)操作主要是通過 控制箱上的按鈕或開關(guān)手動(dòng)操作卷簾機(jī) 自動(dòng)化操作 期間主要是依據(jù)溫室大棚當(dāng)中的溫度濕度傳感器 當(dāng) 達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)之后 就可以自動(dòng)地開啟或者關(guān)閉卷 簾機(jī) 2 2通風(fēng)機(jī) 溫室大棚通風(fēng)機(jī)的常見類型主要有軸流風(fēng)機(jī) 離 心風(fēng)機(jī)等幾種 其中軸流風(fēng)機(jī)風(fēng)量范圍1 0 0 0 60 000m 3 h 壓力范圍 50 500Pa 葉輪直徑 300 1 250mm 電機(jī)功率 0 5 15kW 離心風(fēng)機(jī)風(fēng)量范圍 作者簡(jiǎn)介 李玉亮 1994 男 農(nóng)藝師 研究方向 作物栽培及推廣 通訊作者 王旭東 1985 男 高級(jí)工程師 研究方向 林業(yè)信息技術(shù) 2 0 2 4年 第7期 1 000 100 000m 3 h 壓力范圍 100 1 500Pa 葉輪直 徑 300 1 500mm 電機(jī)功率 1 5 30kW 在安裝處 理過程中可以將風(fēng)機(jī)安裝在溫室的側(cè)壁上 距地面約 2 3 米 風(fēng)機(jī)安裝成水平或傾斜角度 確保風(fēng)機(jī)出 口與溫室內(nèi)部空間保持一定距離 以避免氣流湍流 也可以將風(fēng)機(jī)安裝在溫室屋頂?shù)募共炕騻?cè)坡上垂直位 置 葉輪向上 但要注意屋頂上安裝風(fēng)機(jī)時(shí)考慮風(fēng)力 荷載和安裝支撐 2 2 3二氧化碳生發(fā)器 在溫室大棚中二氧化碳生發(fā)器的主要作用是提高 植物的光合作用效率 從而增加農(nóng)作物的產(chǎn)量 根據(jù) 大棚的大小和植物的需求 選擇合適的二氧化碳生發(fā) 器 目前市面上主要有化學(xué)反應(yīng)式和壓縮式兩種二氧 化碳生發(fā)器 前者通過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳 后者 通過壓縮二氧化碳?xì)怏w來提供二氧化碳 選擇的二氧 化碳生發(fā)器安裝在大棚內(nèi)部 盡量靠近植物生長區(qū)域 以便植物更容易吸收二氧化碳 使用過程中要結(jié)合所 種植作物的二氧化碳需求情況調(diào)整二氧化碳生發(fā)器的 輸出濃度 一般溫室大棚內(nèi)部二氧化碳濃度在大約 800 1200ppm 時(shí) 植物的光合作用效率最高 在白 天植物進(jìn)行光合作用時(shí)開啟 晚上植物不進(jìn)行光合作 用時(shí)關(guān)閉 應(yīng)用期間還需要定期檢查二氧化碳生發(fā)器 的運(yùn)行狀態(tài) 如果發(fā)現(xiàn)二氧化碳濃度不穩(wěn)定或者生發(fā) 器出現(xiàn)故障 要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整或修理 2 4遮陽網(wǎng) 溫室大棚遮陽網(wǎng)寬度 4 3m 或者 6 6m 長度根據(jù) 溫室大棚的實(shí)際尺寸定制 根據(jù)所種植的農(nóng)作物的種 類不同以及季節(jié)不同選擇遮陽系數(shù) 遮光率 不同的 遮陽網(wǎng) 一般遮光率在 30 50 的遮陽網(wǎng)適用于 春秋兩季 5 0 7 0 的適用于夏季高溫時(shí)節(jié) 80 95 屬于超高遮光 適用于需要嚴(yán)格控制光照 的特殊作物 3 在安裝過程中 安裝方式多種多樣 一種是固定式安裝 一種是卷簾式安裝 還有一種是 自動(dòng)卷收式安裝 第 1 種是將遮陽網(wǎng)固定在溫室大棚 框架頂部 使用金屬掛鉤或尼龍?jiān)鷰砉潭?該種方 式穩(wěn)定且牢固 但遮陰面積不可調(diào)節(jié) 第 2 種是在溫 室大棚框架頂部安裝軌道 將遮陽網(wǎng)固定在軌道上的 滾軸上 使用電動(dòng)或手動(dòng)卷軸機(jī)來控制遮陽網(wǎng)的展開 和回收 可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)遮陰面積 第 3 種在卷式 安裝方案的基礎(chǔ)上 加入光照和溫度控制器 根據(jù)設(shè) 定的光照或溫度閾值自動(dòng)控制遮陽網(wǎng)的展開和回收 具有節(jié)能環(huán)保 無須人工調(diào)節(jié)的作用 4 無論采用哪 種方法 在安裝之前都應(yīng)該測(cè)量溫室大棚框架頂部長 度 并在軌道兩端安裝支座 將軌道固定在支座上 確保水平 遮陽網(wǎng)一端安裝滾軸 并將另一端固定在 固定板上 遮陽網(wǎng)展開并將其卷在滾軸上 連接卷軸 機(jī)并進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試 3 設(shè)施農(nóng)業(yè)中溫室環(huán)境調(diào)控裝備的發(fā)展趨勢(shì) 3 1智能化和自動(dòng)化 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展 溫室環(huán) 境調(diào)控機(jī)械逐漸實(shí)現(xiàn)了智能化和自動(dòng)化 在大棚當(dāng)中 通過安裝傳感器和執(zhí)行器 溫室環(huán)境調(diào)控機(jī)械可以實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)溫度 濕度 光照等環(huán)境因素 以滿足 作物的生長需求 此外 智能化溫室環(huán)境調(diào)控機(jī)械還 可以通過數(shù)據(jù)分析 實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生長過程的預(yù)測(cè)和優(yōu) 化 提高作物產(chǎn)量和品質(zhì) 3 2節(jié)能和環(huán)保 隨著能源問題的日益突出和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)節(jié)能 和環(huán)保成為溫室環(huán)境調(diào)控機(jī)械設(shè)計(jì)的重要考慮因素 一方面通過采用先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)和材料 降低溫室環(huán) 境調(diào)控機(jī)械的能耗 另一方面 通過優(yōu)化機(jī)械結(jié)構(gòu)和 控制策略 減少對(duì)環(huán)境的污染 例如 利用太陽能和 風(fēng)能等可再生能源 作為溫室環(huán)境調(diào)控機(jī)械的能源供 應(yīng) 減少對(duì)化石能源的依賴 5 3 3精準(zhǔn)化和個(gè)性化 由于不同作物和不同生長階段的生長需求不同 溫室環(huán)境調(diào)控機(jī)械應(yīng)用過程中需要具備精準(zhǔn)化和個(gè)性 化的能力 通過精確控制環(huán)境因素 滿足作物的生長 需求 提高作物產(chǎn)量和品質(zhì) 這就需要針對(duì)不同作物 的生長需求 設(shè)計(jì)專門的溫室環(huán)境調(diào)控機(jī)械 以實(shí)現(xiàn) 對(duì)作物生長的精細(xì)化管理 3 4網(wǎng)絡(luò)化和信息化 在溫室大棚農(nóng)作物種植過程中通過將溫室環(huán)境調(diào) 控機(jī)械與互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合 實(shí)現(xiàn)溫室環(huán)境 調(diào)控機(jī)械的遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制 提高溫室環(huán)境調(diào)控機(jī)械 的管理效率和水平 例如 通過移動(dòng)設(shè)備或電腦 農(nóng) 民可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)溫室內(nèi)的環(huán)境因素 即使不在 現(xiàn)場(chǎng)也能對(duì)溫室環(huán)境進(jìn)行有效管理 4 結(jié)束語 隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控機(jī)械設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展和應(yīng) 中國農(nóng)機(jī)裝備 新技術(shù)應(yīng)用 設(shè)施農(nóng)業(yè)溫室環(huán)境調(diào)控裝備的研究與進(jìn)展