2018-09-02
现代化温室生产发达国家“玩”得如此高大上!

  幸运飞艇官网基于物联网技术的应用和普及,国外发达国家的植物工厂实现了作物自动化生产和环境因素的智能化控制,从播种、育苗、定植、灌溉、施肥、病虫害防治和采收全部实现了自动化控制。植物工厂内的温度、空气湿度、光照、CO2 浓度和营养液等环境因子通过传感器进行感知,数据传输至计算机控制系统,通过控制系统进行分析后发出指令,实现对植物工厂各个系统的智能化控制。

  以色列通过传感器测定温室内的温度、湿度和 CO2 浓度等环境因子,利用计算机水肥分析系统进行分析,研发了现代化水肥一体化滴灌和喷灌系统,实现了灌溉系统的智能化控制。

  近年来, 日本人工光源型植物工厂得到了快速发展,栽培技术和理念处于世界领先水平,研发了一套生菜播种、定植、移栽、施肥、灌溉、收获、分级包装为一体的自动化控制装备。

  以色列和日本广泛采用太阳能技术代替溴甲烷等化学药剂进行土壤消毒,翻耕土壤后铺一层塑料薄膜,经过夏季高温处理,可杀死地表 30厘米土层中 90%~100% 的细菌、真菌以及线形蠕虫等,降低了化学农药的使用量。这些技术措施均有效地缓解了设施园艺生产过程对环境的污染和破坏。

  美国、英国和法国等国家基于物联网技术,研发了对温室内温度、空气湿度、土壤水分和营养状况、光照、温室气体等参数进行自动采集,自动控制温室的加热降温设施、灌溉系统和补光系统等温室环境控制系统,使温室内的环境因子满足植物生长的需要,实现农业生产过程中的精确控制。

  为了提高温室番茄、甜椒等蔬菜作物的品质,发达国家一般禁止使用化学生长激素用于作物授粉,而是普遍采用熊蜂授粉方式,可使作物产量提高 15%~20%,品质更优。

  在探索温室能源高效利用方面,日本、荷兰、美国等发达国家大力发展新型节能 LED 代替普通光源技术,已研制出适合不同作物生长的单色 LED 及其组合光源,光能利用率达 75%~90%,节能效果极为显著,已广泛应用于温室补光、育苗、组培、植物工厂以及太空农业等领域。

  美国是进行无土栽培商业化生产应用最早的国家, 其无土栽培系统较多,如番茄、黄瓜等蔬菜主要采用基质袋式,花卉和果树选择基质容器,配备相应的滴灌设备进行无土栽培。近年来,美国重点研究太空作物无土栽培生产,已成功种植出番茄、生菜等。

  以色列广泛应用其丰富的砂、活火山岩石及蛭石作为基质,结合先进的水肥滴灌技术,进行出口花卉、蔬菜的无土栽培生产。

  发达国家为迎合消费者的需求,不断选育出适合设施栽培的功能型园艺新品种,并开发出一些具有保健疗效和其他特殊功能的产品。如

  在温室病虫害防治方面,采用生物、生态和物理防治相结合的综合防治措施。荷兰Koppert公司通过释放斑潜蝇天敌潜蝇姬小蜂、蚜虫天敌食蚜瘿蚊、粉虱天敌角蚜小蜂和丽蚜小蜂等,可有效控制温室害虫的发生,蔬菜商品化率达到 80%~90%。

  无土栽培之所以能够获得较高的产量和品质,关键在于栽培介质。由于废弃岩棉污染环境,且处理成本较高,近年来澳大利亚、加拿大、以色列、英国等国研制出替代岩棉的无土栽培生态型椰糠基质,形成与其相配套的设施蔬菜低碳栽培技术体系,并实现商品化、产业化生产,广泛应用于温室作物无土栽培。

  荷兰是无土栽培技术最发达的国家,60% 以上的温室用于花卉无土栽培,剩下 40% 用于蔬菜作物生产,番茄产量达 75~90千克/平方米, 黄瓜最高产量可达 120千克/平方米。

  在温室覆盖材料方面,现已研发了多元的聚碳酸酯、聚乳酸等生物可降解的改性材料、漫反射玻璃等新型覆盖材料,不仅提高了光能透射率而且改变了光谱特性,既减少了热量损失又降低了内部水滴的凝结,如荷兰漫反射玻璃温室种植番茄、黄瓜和玫瑰等作物比普通玻璃温室增产10%。

  不同的补光方式对作物的生长具有一定的影响。番茄第1穗花开花后,对下部叶片用LED光源进行夜间补光,不仅增加了产量,而且提高了可溶性糖和VC 的含量;对水培生菜下部叶片向上补光减缓了下部叶片的衰老,提高了作物产量;

  如温室天沟由传统的单层铁制材质改变为中空铝合金, 保温效果更好,且其平面尺寸小,有效增加温室内采光。目前,中空铝合金天沟技术已广泛应用于不同覆盖材料(PC 板、玻璃、塑料薄膜等)的Venlo型温室和哥特式温室;亦广泛应用于全开启温室和大跨度连栋温室等各种结构类型的温室。

  荷兰瓦赫宁根大学研制出一种可应用于温室加热降温的太阳能集热器,集热器可将储存的多余太阳能转换成电能,从而进行冬季供暖与夏季降温,节省额外能源开支;

  荷兰 FlierSystems 公司开发了种苗分级系统、TTA 公司设计了盆栽花卉种苗移植机、Visser 公司研制了物流化种苗输送系统等,解决了基质装盆、种苗移植、疏盆、分级、成品包装、运输对劳动力极大需求的问题。

  日本、欧美等国家将光伏发电与设施园艺结合起来,研发出光伏农业技术,在确保温室作物采光的前提下充分利用太阳能进行光伏发电,产生的电能主要用于作物补光,同时解决夏季降温、冬季供暖的用电需求。

  荷兰单体温室面积大多在4~5公顷, 最大能达数十公顷,生产温室典型布局方式是平行三段式,温室北侧一般作为办公管理及设备用房区,中间为操作车间区,南侧为作物生产区。温室每个区域之间都通过自动感应门隔断,从办公区进入生产温室,需要对体表进行严格的消毒。温室结构大多采用Venlo型,园艺作物栽培模式为立体吊线栽培,目前温室结构高度为6.5~7.5 米。

  自2000年开始,欧盟国家所有温室无土栽培系统营养液必须采用闭路循环系统,通过对营养液的回收、消毒、补充等处理,实现环境废液零排放。

  在品种选育过程中,除了传统的杂交育种,花药小孢子培养、组织培养、分子标记、QTL定位、转基因、原生质体杂交等分子育种技术得到大量的应用,在蔬菜、花卉等园艺作物上创制出一大批优良的设施专用新品种。

  荷兰种苗公司开发出一些富含钙质、维生素且热量低的“减肥蔬菜”,高氨基酸含量的 “营养蔬菜”,具有观赏价值的“花卉蔬菜”等新品种。

  国外设施园艺发达国家以物联网技术为核心,集传感器技术、计算机网络和移动网络技术,设计了一套温室智能控制系统,实现了对温室内温度、光照、水分、营养和 CO2 浓度及设施装备的自动化控制。

  此外, 当红蓝光的照射时间均为 14 小时,红光比蓝光延迟4小时或 7 小时打开显著增加了生菜的叶面积和产量。

  此外,发达国家将自动化技术应用于园艺作物的播种、定植、施肥、灌溉、病虫害防治、收获以及农产品加工、贮藏、保鲜等全过程,实现了温室环境的自动化、智能化控制,保证了作物周年生产和均衡上市,形成了温室制造、产品生产、运输销售等为一体的设施园艺产业体系。

  日本无土栽培形式多样,栽培介质主要以砾培和水培(深液流)为主, 前者约占 1/3,后者约占 2/3,在营养液配方研究方面居世界前列。

  以色列通过运用水肥一体化、循环用水、微滴灌精准施肥等技术措施,可实现设施园艺作物节水30%~40%、省肥 35%~40%,同时农产品单产显著提升。

  美国、以色列、韩国、英国等发达国家研发了苗盘覆土消毒、育苗移栽、蔬菜嫁接、施肥、病虫害防治、采摘、分级包装等机器人装备,用于设施园艺生产。

  发达国家在提高农产品品质时,普遍将现代农业技术应用于作物生产中,如日本利用无土栽培技术种植桃太郎番茄,通过限根栽培和多次少量供应水肥的方式,可生产出“高糖度番茄”,其口感酸甜可口,可溶性固形物含量达到 8%~10%,价格是普通番茄的数倍,最高每个达850 日元(约50 元人民币),经济效益显著。

  英国开发出一种双层塑料薄膜中填充泡沫的新型覆盖材料, 模拟结果表明该材料保温性能优良,且降低了能耗需求。

  基于大数据技术和云技术的发展,设施园艺发达国家利用传感器对温室内的环境因子自动化采集和校验,将数据传输至手机端 APP,实现了远程、实时观看温室数据,实现了手机对温室的智能化调控。

  如美国加利福尼亚州在沙漠地区建成的单体温室面积均在 1公顷(1公顷=15亩)以上,主要用于番茄无土栽培生产,产量可达75千克/平方米。

  富士公司通过选用专用品种和调控光谱等方式,可在植物工厂内生产出低钾含量的生菜和番茄,为肾功能患者提供食材。

  设施园艺具有技术集约和资本集约等特点,可以提高农业资源的利用率,不仅使单位面积产量和品质大幅度提高,而且保证了蔬菜、瓜果等农产品的周年均衡供应,成为解决农业发展、资源、环境三大基本问题的重要途径。因此, 设施园艺受到世界各国的高度重视,并得到迅速发展,本文主要介绍国外设施园艺发展的特点与经验。

  在温室结构创新方面,发达国家非常注重温室结构轻简化。以荷兰为代表的欧盟,在满足温室荷载的基础上,普遍采用轻质高强度的新型材料,可减少温室支撑结构和构件材料的遮光面积。

  大型温室具有投资省、土地利用率高、室内环境控制相对稳定、节能、便于机械化作业和产业化生产等优点,发达国家在建造园艺作物生产温室时,普遍趋于大型化、规模化。

  随着番茄、黄瓜、茄子、辣椒、甜瓜等基因组测序完成,分子育种技术将成为改变园艺作物产量、营养品质和外观品质的重要手段。

  此外,设施园艺发达国家在培育优良设施作物专用品种的同时,也特别重视温室新品种配套技术的开发与应用,如美国开发出利用稻壳、秸秆、椰子壳等可再生资源制成的花卉栽培钵,既实现了农业废物的循环再利用,又提高了作物品质。

  近年来,植物工厂得到了快速发展。LED 具有单色光可组合、能耗低、产热少、寿命长及无污染等优点,逐渐应用于植物工厂中。更为重要的是,与高压钠灯相比,LED光源可以减少50%的能耗。

  此外,采用水培技术在温室内进行番茄种植, 不仅作物生长时间要比传统种植的缩短 1/4~1/3, 而且番茄红素含量比普通番茄高出 1.5 倍,深受30~50 岁女性消费者的欢迎。

  发达国家非常重视温室栽培专用品种的选育。以色列采用大型塑料薄膜连栋温室,充分利用天然的光热资源和先进的滴灌技术,通过遗传改良和驯化,培育出适合温室生产的花卉和高档蔬菜品种。

  在清洁能源利用开发方面,以荷兰、德国为代表的欧洲国家广泛采用地源热泵技术,夏季通过把地层低温冷水源抽到地上,用于温室降温,经过热交换的热量回流到地下,冬季再把高温热水源抽上来,只需要稍微加温就可以用于温室增温,可节约1/3~2/3 的能耗。