摘要:溫室環(huán)境控制技術在世界得到廣泛的應用,現(xiàn)代溫室及配套設施已采用專業(yè)化、集約化和規(guī)?;a(chǎn),規(guī)范有序的市場經(jīng)營和國際化的市場體系運作,成為當今世界最具活力的新興產(chǎn)業(yè)之一。本文介紹了國內(nèi)外溫室環(huán)境控制技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及今后的發(fā)展趨勢。
關鍵詞:溫室;溫室環(huán)境控制技術;發(fā)展現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢
一、 溫室環(huán)境控制技術的應用現(xiàn)狀
1.國外發(fā)展狀況
荷蘭是土地資源非常緊缺的國家,靠圍海、圍湖造田等手段擴大耕地,其依靠現(xiàn)代農(nóng)業(yè),成為僅次于美國、法國的世界第三大農(nóng)業(yè)出口大國。荷蘭是設施農(nóng)業(yè)最發(fā)達的國家,目前有現(xiàn)代溫室 1.1 萬hm?,全部為玻璃溫室,占世界玻璃溫室的1/4,主要用于種植蔬菜和花卉。溫室及配套設施的生產(chǎn)完全靠一種高度社會化專業(yè)化和國際化的市場體系。日本于20 世紀60年代快速發(fā)展現(xiàn)代設施園藝業(yè),溫室由單棟向連棟大型化結構金屬化發(fā)展,到70年代為高速發(fā)展期。美國總的指導思想是搞適地栽培,溫室面積約1.9萬hm?,多數(shù)玻璃溫室,少數(shù)是雙層充氣塑料薄膜溫室,近幾年也建造了少量聚碳酸脂板溫室。以色列的現(xiàn)代設施園藝更具鮮明的特點,其采用大型塑料薄膜連棟溫室,充分利用光熱資源的優(yōu)勢和先進的節(jié)水灌溉技術,主要生產(chǎn)花卉和高檔蔬菜。
現(xiàn)代溫室及配套設施已采用專業(yè)化、集約化和規(guī)?;a(chǎn),規(guī)范有序的市場經(jīng)營和國際化的市場體系運作,成為當今世界最具活力的新興產(chǎn)業(yè)之一和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的亮點。在今后一個時期,隨著科學技術的發(fā)展、全球經(jīng)濟的一體化和社會的進步,現(xiàn)代溫室及配套設施,將以節(jié)能、環(huán)保和改善工作條件為核心,深入廣泛采用高新技術,向實質意義上的“ 工廠化”方向穩(wěn)步持續(xù)快速地發(fā)展,前景十分廣闊。
2.國內(nèi)應用狀況
我國的近代溫室開始于本世紀30年代,大規(guī)模的溫室生產(chǎn)在20世紀70 年代末和80 年代初開始。通過第一次大規(guī)模的溫室引進,揭開了我國現(xiàn)代化溫室生產(chǎn)、研究和普及的序幕。經(jīng)過20年的發(fā)展,我國溫室的建造面積(包括大棚) 已達120萬hm?,躍居世界第一。在溫室及配套設施的生產(chǎn)、科研和普及方面得到了長足的發(fā)展,形成了現(xiàn)在高、中、低不同檔次、系列化的溫室產(chǎn)品。我國現(xiàn)有溫室及配套設施的專業(yè)生產(chǎn)廠家超過50 家,生產(chǎn)設備基本國產(chǎn)化,初步形成了一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模。然而,我國商品化溫室普及率很低,高、中檔次的商品化溫室主要被一些機關團體、軍隊、農(nóng)場和科研等單位采用,很少被個體及一般農(nóng)民采用,即使低檔次的溫室(20~100元/m?)也很少被普通農(nóng)戶所采用。普通農(nóng)戶采用最多的是自建的簡易拱棚,約占我國溫室總量的60%以上。
20世紀90年代中后期,江蘇理工大學毛平教授等研究開發(fā)了溫室環(huán)境自動控制系統(tǒng),能實現(xiàn)對營養(yǎng)液系統(tǒng)、溫度、光照、CO2施肥的綜合控制,是目前國產(chǎn)化溫室環(huán)境控制系統(tǒng)較為典型的研究成果。在此期間,中國科學院石家莊現(xiàn)代化研究所、中國農(nóng)業(yè)大學、中國科學院上海植物生理研究所等單位也都側重不同領域開展了溫室設施計算機控制與管理技術方而的研究??偟膩碚f,我國溫室環(huán)境控制技術在總體上,正從消化吸收、簡單應用階段向實用化、綜合性應用階段過渡和發(fā)展,但所研制出的控制系統(tǒng),很大一部分只能實現(xiàn)對部分環(huán)境因子的控制或還需要人工手動控制輔助,控制效果、自動化程度、可靠性和可操作性與國外同類產(chǎn)品相比尚有較大差距。
中國農(nóng)業(yè)大學研制的日光溫室環(huán)境數(shù)字式監(jiān)控系統(tǒng)是代表現(xiàn)階段國內(nèi)溫室環(huán)境控制技術先進水平的典型產(chǎn)品。系統(tǒng)具體特點包括:
?。?)系統(tǒng)采用兩層結構,由智能傳感器、控制設備、前臺機組成底層基本結鉤:多個底層結構與主計算機星形連接:
?。?)主計算機是監(jiān)控系統(tǒng)的頭腦和心臟,具有發(fā)布監(jiān)控命令、顯示運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)檢索和報表打印等主要功能:
?。?)前臺機的核心是單片機,完成數(shù)據(jù)的檢測和控制:全部測量參數(shù)可自動存儲,并可傳送到主計算機中,在主計算機中進行處理:
?。?)可實現(xiàn)對溫室內(nèi)外空氣溫濕度、CO2 濃度、土壤溫濕度、葉片溫度、室內(nèi)光照度、覆蓋物表面溫度等參數(shù)的測量;
?。?)能輸出各種控制信號,可對排風扇、噴灌、滴灌等設備進行控制。
二、 溫室環(huán)境控制技術的發(fā)展趨勢
隨著計算機技術和農(nóng)業(yè)技術的進步以及市場對高質量產(chǎn)品需求的速度增強,溫室環(huán)境控制技術將會在高智能型、高可靠性、操作的方便性等方向得到進一步發(fā)展,具體包括以下幾個方面。
1.智能化技術
溫室生產(chǎn)周期長、過程復雜,溫室系統(tǒng)是多變量、強耦合、非線性、大慣性、強干擾的復雜大系統(tǒng)。溫室的外部環(huán)境(自然氣候)以及溫室內(nèi)部種植作物隨市場和季節(jié)的變化都具有不確定性,溫室作物蒸騰作用和光合作用的數(shù)學模型具有不