水力循环高架设施栽培装置优化设计及试验分析

高架设施栽培模式提升了温室作物的产量和质量。为此,针对固定式高架设施遮荫问题,通过测定30°、40°、50°、60°等不同角度栽培装置的光照遮阴变化情况,确定了基于光照因素的最优高架栽培架式角度为50°。为了解决固定式高架设施角度过大、底层作物光照不足等问题,利用温室控温管路系统中水的压力,创新设计了一种以水轮机为动力的自动循环高架装置,分析了结构组成及工作原理,采用SolidWorks软件设计了三维模型。同时,通过Fluent模拟分析不同型号叶轮作用下的水力压力和速度变化,确定了双列直线型六叶轮为最优叶轮选型。装置是以水力产生动力使栽培槽围绕支架匀速转动,为高架设施架式设计提供一种新思路,在创造良好光照条件的同时减少能源的消耗,具有较高的经济效益,在实际生产中具有一定的推广应用价值。

花卉大棚喷药机器人远程控制系统设计——基于互联网

针对花卉薄膜大棚传统人工施药效率低、喷洒不均匀且漂浮药物对人体健康造成伤害等问题,设计了一种可实现远程手机控制的悬挂式喷药机器人系统。首先,根据花卉的生长特点和大棚空间结构,在不改变现有大棚结构的前提下,通过增设导轨的方式引入喷药机器人,并依据花卉精准施药的基本要求,在SolidWorks中建模并优化喷药机器人的机械结构;其次,以MCU esp8266模块作为核心控制单元,对继电器、电机、电磁阀和药液泵等硬件进行控制,采用PWM方式调节继电器的导通时间,进而实现喷药机器人根据不同行进速度作业;最后,通过WiFi无线通信模块结合物联网平台设计远程控制APP端,实现喷药机器人启停和环境数据采集等功能。系统测试表明:在无遮挡和有遮挡物环境中,数据传输的成功率分别约为98%和93%,丢包率分别约为1.98%和7%,且喷药机器人在不同的速度下运行稳定。测试结果能够为喷药机器人在大棚内行走稳定性和对花卉自动施药提供技术参考。

基于图像处理技术的棚室番茄果实识别

我国番茄的产量居世界前列,种植的主要方式为棚室种植,大多采用人工采摘,成本高、效率低,不利于种植产业的发展。为此,提出了一种基于A-ENet模型的图像处理技术,用于棚室番茄果实的识别。A-ENet模型在EfficientNet运行时引入注意力机制,用于优化深度网络运算结果。EfficientNet通过调整、完善网络的宽度、深度等网络参数提升网络的识别准确率,同时在网络提取输入信号特征时引入注意力机制用于捕捉输入信号特征的权重信息,主动忽略环境因素对目标信号的干扰。A-ENet模型能够解决由于识别目标之间的细微差异产生的识别错误的问题,且能够减少随机环境因素对识别过程的干扰,提高识别成功率,对棚室番茄果实识别问题起到积极的影响作用。实验结果表明:所提出的基于图像处理技术的A-ENet模型能够构建出效率更高、鲁棒性更强的目标识别系统。

稀土转光膜对日光温室小环境、甜瓜生长、果实品质的影响

为稀土转光膜在设施蔬菜生产上的应用提供参考依据,以甜瓜嘉帅红星为试材,以普通高保温PO流滴膜为对照,研究在PO流滴膜基础上添加稀土转光材料母粒的稀土转光膜对日光温室内环境、甜瓜生长、果实品质的影响。采用OHSP-350UVCOHS光谱仪对棚膜透射光谱进行测定,使用SPAD-502型叶绿素计等仪器、HOBO无线蓝牙温光度记录仪、PAL-BXIAACID3系列ATAGO艾拓糖度计等测定棚膜的光学性能及其覆盖日光温室内小环境、甜瓜生长、果实产量和主要品质等指标。结果表明,与普通PO流滴膜相比,添加稀土转光剂的稀土转光膜增加了棚内蓝紫光的比例,降低了绿光、红橙光的比例,降低了稀土转光膜温室内平均光照度和日最高光照度,提升了棚室内平均空气湿度、日最低空气湿度,甜瓜开花、授粉期提前2 d,甜瓜产量提高14.4%,商品瓜率提升2.7%,裂瓜率降低23.5%。综上,与高保温PO流滴膜相比,稀土转光膜在日光温室甜瓜栽培上具有增强植物光合作用、促进植株生长发育的作用。

喀什地区老旧日光温室配套改进后的保温性能测试

为探明喀什地区日光温室配套改进后的保温性能,为中国北方地区老旧日光温室配套改进提供方法和指明研究方向,该文在对喀什市和潍坊市气象因素进行对比研究后,在寿光市保温被市场为喀什市老旧日光温室选配保温被,然后以夜间温度、温度变化率、保温被放热量、保温被传热系数为量化指标,对配套改进后日光温室夜间的保温性能进行测试。结果表明,试验期间配套改进后日光温室夜间空气温度9.97~13.47℃,后墙表面温度10.85~17.34℃,地面温度11.17~14.79℃。后墙表面温度变化率0.0076~0.050,地面温度变化率0.0028~0.0056;保温被热流密度12.10~14.96 W/m^(2),选用保温被试验测得传热系数最大值0.72 W/(m^(2)·℃)。阴天时夜间后墙放热强度急剧降低,为地面放热强度的43.28%。结果表明,该研究选用保温被能够适应喀什地区气象条件,配套改进后日光温室夜间温度条件良好,能够满足喜温果菜越冬生产要求。试验测得传热系数最大值0.72 W/(m^(2)·℃),此时受到流动边界层影响最小,可以作为不同材料及其组合保温被的量化指标,在喀什地区推广应用。2.6 m厚墙体在阴天夜间不能满足喀什地区后墙蓄热保温作用的要求,墙体厚度需要增加。

我国设施生态农业主要模式及配套技术的研究与实践

设施生态农业是指在设施种植和设施养殖中采用清洁、绿色、健康生产方式,以提高资源利用效率、农产品产量与质量、环境效益为目标的生态农业模式。2002年农业部重点推广的设施生态农业模式主要有两大类:一类是种养沼三结合的“四位一体”生态模式,从最初以农户为单位的单体日光温室到以村庄为单位的种养结合生态温室群模式,拓展到在一个大区域内将大型猪场的粪污进行工业化沼气并网发电,沼液通过管道输送到农田来减少化肥施用和改良土壤的宏观生态农业模式,相关的结构配置、配套的种养殖技术和装备也在不断研发和提升中。另一类是采用综合性生态农业技术的设施生态农业模式,包括:采用各类立体/垂直栽培技术提高土地资源利用率;通过各种轮作栽培技术减少设施蔬菜土壤连作障碍和降低农药使用量;采用土壤健康栽培技术,通过有机肥的合理施用改善土壤性状;采用有机基质栽培技术,用农林废弃物发酵后的物料作为栽培基质为作物提供养分;采用覆盖防虫网、色板诱杀、灯光诱杀、高温封棚、蒸气消毒、有色膜覆盖土壤、天敌昆虫生物防治等病虫草害生态防治技术来减少有害生物发生。期望通过相关配套装备技术的进一步研发提高设施生态农业的信息化、自动化水平,实现设施农业的可持续发展。

设施蔬菜产业发展(五) 我国老旧蔬菜设施现状、问题及改造提升对策建议

目前我国正在加快建设现代设施农业,推进老旧蔬菜设施改造升级,促进设施蔬菜产业的高质量发展。但是对老旧设施的现状和存在问题缺乏系统梳理,对如何破解改造工作面临的困难和提升改造对策缺乏系统研究。通过调研我国主要设施蔬菜产区,总结老旧设施现状及存在的主要问题,分析推进改造提升的主要制约因素,并提出明确工作重点、优化设施结构、完善工作机制、增强条件保障等方面的对策建议。

大棚西甜瓜“半网架”式轻简化地爬栽培技术

北京市农业技术推广站研发的大棚西甜瓜“半网架”式轻简化地爬栽培模式,可减轻传统栽培技术整枝、打杈等人工操作,降低人工成本50%以上,商品果率提高27.3百分点,每667 m^(2)效益增加3500元,有利于轻简化和规模化种植。

日光温室薄膜全自动清洗机研制与试验

针对日光温室薄膜人工清洗劳动强度大、自动化清洗设备缺乏的现状,该研究设计了一种日光温室薄膜全自动清洗机。为减小整机质量并降低成本,采用双蜗轮蜗杆电机分别驱动清洗主机的毛刷与爬升轴;设计地面移位换行装置,用以承载清洗主机沿温室长度方向移动;为实现自动换行清洗,设计棚顶移位换行装置,调整棚顶吊绳安装高度,避免吊绳在换行作业时与棚面产生干涉而影响换行质量或损伤薄膜。基于多传感器融合与数据校验技术,保证清洗主机、棚顶与地面移位装置间的协作实时性、一致性及可靠性。为验证设计方案的合理性与可行性,以参照日光温室跨度、脊高、肩高参数10:1制作模型温室,按外形尺寸5:1加工清洗样机,并进行对齐、倾斜偏移及清洗效果验证试验。结果表明,清洗主机升降时的水平偏移量在±3°以内,左右偏移量在±7 mm以内(换行操作时各偏移量无累积);地面与棚顶移位换行装置的单次换行误差与多次换行累计误差均在1 mm左右;毛刷材料选型与关键参数设计合理,可对薄膜表面灰尘进行有效清洗,洗净率为95.4%,清洗效果明显。该清洗机在丰富国内日光温室清洗装备类型的同时,有效解决了团队前期研发清洗机质量大、易伤膜、自动化水平低等问题,为温室大棚薄膜相关清洗设备的设计研发提供了参考。

甘肃温室葡萄生产的能量利用与碳足迹研究

【目的】探明甘肃温室葡萄生产的能量投入和碳足迹构成,识别主要的碳排放贡献因子,为温室葡萄清洁生产提供依据。【方法】以甘肃温室葡萄为研究对象,将温室葡萄栽培区分为兰州市永登县及武威市凉州区、古浪县、天祝县华藏寺镇和天祝县哈溪镇5个不同海拔区域,通过农户调查获得2019年葡萄生产数据,核算温室葡萄生产各环节的能量输入、能量输出和碳排放,对比分析不同海拔区域温室葡萄生产的能量利用效率、能量生产率、净能量、比能和碳足迹。【结果】甘肃温室葡萄生产的能量输入为273862~434421 MJ/hm^(2),能量输出为170723~327962 MJ/hm^(2),葡萄产量为14460~27793 kg/hm^(2),属于高投入高产出型。甘肃温室葡萄生产的能量利用效率为0.45~1.13,能量生产率为0.038~0.096 kg/MJ,净能量为-263798~2496 MJ/hm^(2),比能为13.51~44.85 MJ/kg;直接能量投入和可再生能量投入占比低,间接能量投入和不可再生能量投入占比高。单位面积碳足迹和单位产量碳足迹分别为32959~55075 kg/hm^(2)和1.59~5.70 kg/kg,碳足迹很大程度上来源于氮肥的投入,其占比达45.5%~62.4%。不同区域相比,天祝县哈溪镇温室葡萄生产的能量输入低,能量输出和产量较高,能量利用效率和能量生产率也较高,净能量最大且为正值,比能最小,单位面积碳足迹和单位产量碳足迹均最小;天祝县华藏寺镇能量利用指标最差,碳足迹最大。【结论】甘肃温室葡萄生产的能量利用效率较低,碳足迹较高,能量利用效率的提高和碳足迹的降低空间均较大。因此应采取降低氮肥使用量、优化氮肥与有机肥配比等科学合理的管理措施,提高甘肃温室葡萄生产的能量利用效率,降低碳足迹,改善其环境效应。

基于风-光互补的温室大棚供电系统设计

设计了基于风-光互补发电的温室大棚供电系统,采用多平台、模块化设计思路,以PLC控制为核心,手自控制为前提,实时检测为依据,人机交互界面为依托,实现了风-光互补发电供电的可靠运行,保证了温室大棚农作物的生长质量。通过对比实验,证明了供电系统智能、稳定、安全,对小型智慧农业供电具有参考价值。

化肥减施下不同生物质炭对大棚辣椒生长及产量品质的影响

通过田间试验,考察化肥减施条件下两种小麦秸秆生物质炭在辣椒生产上的应用效果。结果表明,在氮磷钾总养分量减少30%以上的条件下,生物质炭1号(T1)、生物质炭2号(T2)均可明显改善土壤理化性质,提高大棚辣椒的产量与品质。与不施生物质炭(CK)相比,T1和T2处理的土壤有机质含量分别提高了15.57%和30.54%,辣椒产量分别提高了16.28%和12.66%,差异均显著;T1处理辣椒果实干物质、VC含量均最高,T2处理的可溶性糖、蛋白质含量均最高。综合对比两种生物质炭施肥处理效果,T1处理促进辣椒增产的效果较好,T2处理提升辣椒品质的效果较好。

拱架送/回风方式对日光温室冬季作物冠层区热环境的影响

传统日光温室被动的热环境调控模式难以满足温室作物冠层区空气温度和速度调控需求,且能源利用效率低下。为了改进日光温室热环境精准调控方法和提高温室能源利用效率,该研究结合日光温室围护结构特点,提出了一种日光温室拱架的送/回风方法,并基于温室作物多孔介质模型,建立了拱架送/回风系统温室的数值传热模型。采用空气温度与速度不均匀系数、气流速度适宜区面积比、能量利用系数以及累计有效积温等评价参数,研究了下送上回、中间回风和上送下回等3种温室拱架送/回风方式对日光温室冬季作物冠层区热环境的影响。结果表明,与中间回风和上送下回通风方式相比,下送上回通风方式对不同作物冠层高度处的空气温度和速度调控的结果最优,且不同作物冠层高度处气流速度适宜区面积比和累计有效积温都最大。当采用下送上回通风方式时,与送风干管风速为9、11和12 m/s相比,送风干管风速为10 m/s的能量利用系数最大,在作物冠层高度0.4、0.6、0.8和1.0 m处的能量利用系数分别为0.976、0.982、0.985和0.987,并且不同作物冠层高度处的空气温度不均匀系数和速度不均匀系数也都最小。因此,下送上回通风方式的推荐送风干管风速为10 m/s。该研究可为日光温室热环境的精准调控提供参考。

节能日光温室后墙简易U型槽蔬菜立体栽培技术

甘肃省武威市凉州区在温室内的后墙上安装U型PVC管立体槽架进行叶菜类蔬菜基质栽培,可以增加温室内种植面积25%~30%,省工省肥见效快,经济效益良好。近年来,甘肃省武威市凉州区推广了一项蔬菜基质高产高效栽培新技术,即节能日光温室后墙简易U型槽蔬菜立体栽培技术。

咸水灌溉下设施番茄水盐生产函数构建及产量预测

以新疆南部地区设施番茄品种“秦岭蔬越”为研究对象开展咸水灌溉试验,设置4个咸水矿化度,分别为T1(2 g·L^(-1))、T2(4 g·L^(-1))、T3(6 g·L^(-1))和T4(8 g·L^(-1)),以淡水灌溉为对照(CK),采用修正后的Jensen模型构建咸水灌溉条件下设施番茄水盐生产函数,估算不同矿化度咸水灌溉番茄产量。结果表明,连续灌溉高矿化度咸水导致番茄减产,初始灌溉矿化度为2~4 g·L^(-1)咸水可确保番茄产量和IWUE。大于4g·L^(-1)咸水灌溉抑制作物生长且减产严重。土壤含水率和盐分随土层深度逐渐降低,40 cm深处达到含水率峰值,盐分主要聚集在浅层且盐分含量随咸水矿化度增高;番茄耐盐能力早期较弱而后期增强,番茄不同生育期盐分敏感指数σ为苗期>开花结果期>结果盛期>结果末期。开花结果期对水分敏感性最强,水分敏感指数λ依次为开花结果期>结果盛期>苗期>结果末期;基于Jensen模型构建设施番茄水盐生产函数对产量估算精度较高,R2>0.96,可用于指导新疆南部地区设施番茄咸水灌溉管理。综合考虑咸水灌溉对番茄产量及土壤水盐变化,建议新疆南部地区设施番茄微咸水滴灌最优方案为:在非连续咸水灌溉条件下,苗期、开花结果期采用淡水充分灌溉,结果盛期、结果末期采用亏缺灌溉和咸水矿化度为2~4g·L^(-1)的微咸水灌溉组合。通过构建咸水灌溉条件下设施番茄水盐生产函数,为作物水盐精准管理及咸水资源安全利用提供理论依据。

蔬菜大棚环境质量监测系统设计——基于网络通信技术

以蔬菜大棚环境质量监测为研究对象,基于网络通信技术、传感技术单片机原理,搭建大棚环境质量监测系统,对大棚环境内的光照强度、温度、湿度、二氧化碳浓度以及其他环境参数进行监测。试验分析数据表明:系统能够对大棚内的相关环境参数进行有效采集、分析和存储,运行性能稳定,具有较高的精度,可用于蔬菜大棚环境质量监测。

生物有机肥对日光温室番茄产量和品质的影响

为探究生物有机肥对蔬菜作物产量和品质的影响,以番茄为试材,在日光温室条件下,采用随机区组试验,分析不施肥、单施生物有机肥、单施化肥、生物有机肥+化肥对设施土壤养分、微生物、酶活性、产量、品质等的影响。结果表明,与单施化肥相比,单施生物有机肥、生物有机肥+化肥均显著提高了番茄的产量,分别增产27.28%、47.56%。单施生物有机肥较显著提高了设施土壤的有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量,且降低了硝态氮含量;显著增加了土壤放线菌、真菌和细菌类群的数量,碱性磷酸酶、转化酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性显著提高。单施生物有机肥较其他处理显著提高番茄果实番茄红素和维生素C含量,而降低硝酸盐含量。研究认为单施生物有机肥可显著提高番茄产量和品质,有效改良设施土壤的肥力,可为无公害蔬菜生产提供一定的借鉴。

基于“互联网+”的农业大棚系统设计研究

利用“互联网+”技术和传感器技术,设计了一种农业大棚监测控制系统。工作时,通过数据传输网络对传感器数据进行传输,经分析处理后,利用“互联网+”将参数信息传输至远程服务器,主控制系统根据环境参数阈值生成相关控制指令,实时对农业大棚内环境参数进行调整。试验结果表明:大棚智能监测控制系统能够准确地对大棚内环境参数指标进行采集,并进行智能化动态调整,为智慧农业生产过程信息监测提供参考依据。

长江流域塑料大棚藜蒿降低镉积累的栽培技术

藜蒿是长江流域近年来开发最为成功的野菜,大棚栽培可延长采收供应期,有较好的经济和社会效益。但藜蒿有积累镉的特性,藜蒿产品镉污染受到社会各界的广泛关注。本研究通过大棚藜蒿种植土壤特性及藜蒿产品的镉含量分析,基于前期试验结果,在湖北省大棚藜蒿主产区的云梦、蔡甸、浠水、阳新开展了降低大棚藜蒿镉含量栽培技术的研究与示范。结果表明,湖北大棚藜蒿主产区土壤镉含量均在GB 15618-2018规定的土壤镉污染风险筛选值范围内,不存在农用地土壤镉污染风险,通过土壤增施有机肥(500~1000 kg/667 m^(2))补充土壤有机质,增施土壤调理剂(酸性土壤100~150 kg/667 m^(2))中和土壤酸性,水旱轮作等栽培技术措施可显著降低大棚藜蒿镉含量。

基于电子信息技术温室环境自动调控系统设计

为进一步优化我国温室环境自动调控的作业水平,从电子信息与信号控制角度展开系统的优化设计。以通用型的自动调控系统核心组成与功能特征为出发点,选定温度、湿度及光照度作为温室环境的主监测参数建立电子通信回路数学模型,展开系统相应的控制实现与硬件匹配。同时,进行自动调控监测试验作业,结果表明:基于电子信息技术应用下的温室环境自动调控系统布局规划可行,系统综合调控效率相对提升了5.80%;由于电子信号监测反馈的及时准确性,系统调控速率可提升至92.02%,温室满足效率可达90.11%。因此,将智能控制与内部电路信号处理深度结合,是今后设施农业发展的主流革新方向之一,有利于农业监测装备数字化、智能化的有效升级,具有良好的应用与推广价值。