淺談我國無土栽培智能化應(yīng)用現(xiàn)狀

　　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)?；a(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(biāo)是以一種更新穎、更便捷的方式來實現(xiàn)作物生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)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

　　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(yán)苛，如水分條件、溫度控制等。如何做到高效、準(zhǔn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(yán)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?qū)崟r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(kuò)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(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化、自動化設(shè)施的發(fā)達(dá)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(jìn)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(jìn)行調(diào)控，即根據(jù)不同作物的生長發(fā)育需求進(jìn)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(yuǎn)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(biāo)，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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以應(yīng)對有害變化。

　　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(biāo)，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(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(biāo)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(jìn)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L(fēng)ED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(dá)到“強(qiáng)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(biāo)準(zhǔn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(xì)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)?；褂弥悄芸刂葡到y(tǒng)，承擔(dān)其運營成本。我國智能化控制系統(tǒng)的規(guī)?；瘧?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(jìn)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，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(jì)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(jìn)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(jìn)一步滿足多層次和多樣化的消費需求的有效舉措。進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[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].農(nóng)機(jī)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].蔬菜,1999(3):1-4

　　李笑眉，鄧?yán)麍@

《淺談我國無土栽培智能化應(yīng)用現(xiàn)狀》

上一篇：青貯玉米收割機(jī)在阿勒泰市的推廣應(yīng)用及前景分析

下一篇：情景感知在農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用研究