周博士考察拾零(七十九) 平卷被多层内保温塑料温室--中国农业机械化协会设施农业分会2017年设施农业装备创新成果评介

该温室为锯齿形连栋塑料温室。温室除了双层结构形成的温室隔热保温体外,还使用高保温热阻的保温被对温室的屋面和四周墙面进行保温,这种完全"内胆"式的严密保温结构,是该温室保温降耗的创新亮点。

设施膜上移栽机栽植机构设计与试验

针对设施蔬菜穴盘苗移栽机膜上作业效果不好、稳定性较差等问题,设计一种八杆栽植机构,建立八杆栽植机构的数学模型并进行仿真分析与效果验证。使用Adams动力仿真软件,对八杆栽植机构的虚拟样机在取投苗效率为120株/min,栽植深度为60 mm,株距为200 mm、300 mm、450 mm时进行仿真分析,仿真分析结果表明:膜面连接长度满足蔬菜移栽机行业标准。按蔬菜移栽机膜面穴口开孔合格率中膜面连接长度测定方法对八杆栽植机构样机进行试验测试,试验结果表明:样机株距设置为200 mm、300 mm、450 mm时,膜面连接长度平均值为141 mm、237 mm、368 mm,与仿真结果误差分别为8.5%、6%、6.1%。

周博士考察拾零(八十二) 桁架结构日光温室骨架及其构造

纵观中国日光温室的屋面骨架结构，大体可分为三类：“琴弦结构”、桁架结构和单管结构（包括实腹截面的钢筋混凝土骨架结构和其他新型材料骨架结构）。

欧洲先进温室园艺设施与装备发展现状及启示——记荷兰与德国先进温室园艺技术现场参观

荷兰、德国是全球先进的设施农业代表,同时也是先进设施生产装备的代表,两国在农业设施设计建造,温室精细化、智能化生产以及自动化装备技术方面一直处于世界领先地位。笔者于2018年7月中旬赴荷兰、德国针对温室自动化、智能化生产装备从科技教育、装备制造、园艺用户3个层面进行调研,文章重点介绍荷兰、德国温室园艺自动化装备发展现状和对我国设施园艺自动化装备的启示。

设施果菜生产智能装备研发应用现状及建议

前言中国设施蔬菜产业发展迅速。在"国家重点研发计划"等科技项目的不断支持和推广下,温室栽培等技术不断创新,尤其是作为设施蔬菜重要组成部分的果菜,栽培生产工艺与叶菜及其他蔬菜相比,在嫁接育苗、吊蔓种植、空间采收方面具有明显特征,生产栽培环节更复杂,管理要求更精细。从设施果菜的生产环节看.

水肥一体化工程中的过滤设备及应用建议

随着水肥一体化技术的不断推广与普及,灌溉首部的施肥机、灌溉末端的滴灌带、微喷带以及灌溉区域地势及应用场景的不断扩展,对灌溉水源、水肥溶液处理设备提出了更多新要求。为保持首部系统稳定,降低末端堵塞风险,保证灌溉系统在更多复杂环境下稳定运行,灌溉系统的过滤设备在不断升级,为了更好地满足农业灌溉需求,对节水灌溉系统的过滤设备进行了分析总结,提出了不同应用场景下过滤器选择及使用保养的要求,总结了目前过滤设备在推广使用过程中存在的主要问题并给出建议,以期为水肥一体化工程技术的推广应用提供指导。

弱光条件下LED补光灯对苗期蔬菜生长的影响研究进展

随着现代农业体系的形成及发展,蔬菜育苗已成为较有前途的新兴产业而受到广大关注。如何在弱光条件下大规模生产高品质、低成本的优质种苗已成为近年来育苗产业研究的重点。从光质、光照强度和光周期3个方面叙述弱光条件下LED补光灯对苗期蔬菜生长发育影响的研究进展,并指出该方面研究存在的问题、今后的研究思路及可能的研究方向,以供研究人员参考。

大型连栋温室的研究现状

大型连栋温室是加快我国农业现代化建设的重要组成部分,已成为温室结构的发展方向。随着建设数量的快速增长,结构形式的不断丰富,一方面结构安全性与稳定性的问题日益凸显,另一方面结构方案和构造优化对于降低温室的造价具有重要意义。风、雪荷载对连栋温室结构的影响较大,国内外多采用数值模拟方法或风洞试验对风、雪荷载的取值进行研究;用钢量对温室结构的造价起着重要作用,通过对结构形式、构件尺寸、构造措施的优化,结构能够在满足承载力条件下显著降低用钢量。本文介绍了目前几种主要的连栋温室结构形式,并对各类连栋温室的受力分析、结构优化的研究现状进行了梳理和总结。针对大型连栋温室在理论研究、优化设计、标准编制和国外体系设计本土化等方面的问题进行了思考。

基于PIPENET的在线式水肥一体化施肥机管路优化设计

现有的精准水肥一体化施肥机混肥原理基本相同,但针对不同应用场景,管路布置方式、吸肥原件、水泵选型各有区别,为此在研究设计在线式水肥一体化施肥机的同时,通过PIPENET软件对设计管路进行仿真,提出优化设计,选择合适水泵,以供给文丘里管合适的流量和压力,提升设备吸肥效率和稳定性。通过试验验证仿真结果,在研究条件下仿真结果与验证试验结果各点压力差异小于5.5%,通过对比证明,PIPENET软件可以用于施肥机管路辅助设计,尤其在进行水泵选型时可以快速确定水泵参数,根据流速修正管路管径,加速设计过程,提高设备可靠性。

日光温室前屋面支撑位置对实腹式骨架安全性的影响

为掌握日光温室前屋面支撑点设置位置对骨架结构安全性的影响规律,获得最佳支撑点位置设置区域,该研究以北京地区为例,选取8、9、10 m三种常见跨度的日光温室为研究对象,依据相关设计规范提出了3种跨度日光温室的建筑剖面并确定了荷载作用形式。假定在日光温室前屋面骨架设置一个支撑点,并且支撑点位置可以沿着前屋面骨架以每隔一段相对固定的距离(约为50 cm)进行变化,运用MIDAS-Gen软件分别计算对应的49种支撑工况、255种荷载组合下温室前屋面骨架的宽厚比、挠度和应力比系数等强度及稳定性指标。计算发现,在不同支撑工况和荷载组合下,分别选取70mm×50mm×2.0 mm、80 mm×60 mm×2.0 mm、90 mm×60 mm×2.0 mm作为8、9、10 m跨日光温室的实腹式主拱架截面,对应的拱杆宽厚比为33、38、43,挠度值最大为15.13、14.69、18.5mm,均满足规范要求。温室前屋面支撑点位置变化对骨架安全性产生显著的影响,挠度变形、应力比系数随支撑点位置的变化规律均呈现出"孤峰型"曲线特征,且3种跨度温室的曲线规律基本一致,在峰值附近是最佳的支撑设置区域,其中8、9、10 m跨日光温室相对于前屋面投影的最佳相对支撑位置分别为51%、72%和71%,在此位置区域内增加支撑可降低日光温室拱杆应力,减小挠度值。研究结果可为指导日光温室应急防灾、实腹式骨架系统研发等提供参考。

温室管式水培叶菜自动化收获机设计与试验

针对温室管式浅液流水培叶菜栽培特点,设计了一种集定位-切割-收集功能的自动化收获系统。该收获系统采用轨道移动式收获机和输送带相结合的方式进行采收,收获机利用往复式移动装置限位装置、转运装置和旋转切刀实现水培叶菜的切割。通过对叶菜切割过程的建模和仿真,切刀输入扭矩在2 N·m以上时对叶菜根茎部具有较好的切断效果。以小白菜为采收对象进行了收获试验,结果表明,当叶菜株距为0.2 m,收获生产效率为3.0 s/棵时,收获成功率为86.7%,较好地实现对管式水培叶菜的自动化收获。

椰糠条栽培番茄的蒸腾反馈智能灌溉系统研制

为满足番茄椰糠条栽培条件下自动精量灌溉的需要,该研究研制了一套蒸腾反馈智能灌溉系统,包括蒸腾检测组件、通信组件、决策组件和灌溉组件。蒸腾检测组件基于压力传感器测定番茄蒸腾量;决策组件基于椰糠条的持水特性和番茄蒸腾量的变化建立了灌溉精量控制模型,精确控制水泵启动和关闭,使灌溉量根据作物蒸腾量的多少变化,并根据回液量及其电导率(Electrical Conductivity,EC)值变化判断调用正常灌溉模式或淋洗模式,使椰糠条始终处于适宜的含水量范围内,保持一定的水气比,以利于番茄根系生长和吸收营养液,解决灌溉不足造成的干旱胁迫和灌溉太多造成的营养液浪费和回液处理量大的问题;通信组件用于各模块间信号的传递。以荷兰RIDDER公司研发的基于光辐射积累量控制的灌溉系统为对照,检验该蒸腾反馈智能灌溉系统的应用效果。结果表明,在番茄盛果期,该系统的灌溉量比对照增加9.4%,回液量减少18%,且回液EC值比较稳定;与定时灌溉相比,减少灌溉量32%,减少回液量57%,有更多的营养液被植物吸收利用。栽培效果显示,使用该系统灌溉的番茄产量、株高、节数与使用荷兰RIDDER公司研制的灌溉系统的没有显著差异,取得了与之相同的灌溉效果;而且,在5 000 m^(2)温室内设备设计使用年限10 a条件下,该智能灌溉系统年运行成本与之相比还降低了20.8%,并能够满足自动精量灌溉的需求。若根据基质类型不同调整灌溉控制模型参数,该系统也可应用于岩棉条栽培、混合基质盆栽等其他无土栽培的智能精量灌溉。

基于植物生理检测参数的温室环境控制研究进展

随着我国设施农业面积的不断扩大、温室栽培技术的不断提升,温室环境的智能化控制需求明显。传统温室生产完全依靠经验判断植物生长状况,标准无法统一,时效性过于随机,对人员体力经验要求很高,而植物生理检测可准确、实时地获取植物本体信息,对于分析植物生长状况和对环境控制实现预指导等具有重要意义。通过对国内外大量参考文献进行分析发现,原位在线式的植物生理检测参数主要包含叶片厚度、叶片温度、茎直径、茎流4个方面。为此针对这4项参数分析和总结了国内外用以指导温室环境控制的研究情况,并提出了植物生理信息在智能化温室环境控制方面的前景及难点,以期为基于植物生理检测参数的温室环境控制研究提供参考依据。

连栋温室内湿帘-风机流场特性

为了解华南地区大型连栋玻璃温室在湿帘-风机通风条件下温度场与速度场的变化情况,探究该通风方式下,温室内的通风降温性能,以广州市农业技术推广总站示范基地的连栋玻璃温室为研究对象分别进行了稳态和瞬态计算,将稳态模型的计算结果与温室内监测点得到的数据进行对照,验证了计算模型的可靠性,并对湿帘-风机通风工况进行瞬态计算,得到温室内直观的温度和速度的分布情况及变化规律.结果表明:开启湿帘-风机系统后,湿帘侧最初风速可达1.6 m/s,通风过程中逐渐发展为从湿帘入口贯通风机出口的高速气流场,气流速度最终稳定在0.8 m/s;温室内温度场从湿帘侧到风机侧表现出梯度降温的变化特征,同时伴随着温室全局性的微小幅度降温;将风机流量增加1倍后,温室内气流的湍动程度增加,降温速度明显提高.得到的结果将为华南地区连栋玻璃温室的正常运行和精准调控温室内的小气候环境提供参考.

碳晶电热膜根区加温对日光温室育苗环境温度的影响

以发热电缆、自限温发热带、碳晶电热膜作为育苗根区加温材料,采用在河北永清县对育苗加温效果实际测试的方法,研究分析了不同加温方式对育苗区的空气温度、基质温度的影响。结果表明:加温区与不加温区的空气温度差异不大,根区加温对作物上部空气温度影响较小;加温区较不加温区夜间基质温度平均值及最低值高2.5℃和3.1℃;碳晶电热膜加温区的夜间基质温度能达到并保持目标设定温度,比不加温对照区夜间基质温度平均值及最低值高3.4℃和3.9℃,比发热电缆和自限温发热带加温区分别高1.6℃和1.2℃,2.1℃和0.2℃;碳晶电热膜加温区加温均匀性较发热电缆和自限温发热带好,基质温度最低值偏离度0%～14.3%,平均值7.1%;发热电缆和自限温发热带加温区基质温度的最低值偏离度0%～17.4%、0%～16.8%,平均值8.2%、7.9%。

轻简水肥一体机的设计及其在日光温室黄瓜种植中的应用效果试验

为解决农户传统水肥一体化灌溉方式中存在的施用营养液浓度均匀性差、劳动强度大、过量施肥等问题,研究设计了一种与膜下微喷灌高灌溉流量特性相匹配的大吸肥量、低成本的轻简水肥一体机。通过自主设计的性能测试平台对其吸肥性能进行了测试,从而确定了吸肥泵的安装位置。为验证该水肥一体机应用效果,首先检测了应用水肥一体机和传统方式下灌溉营养液浓度均匀性,然后按照追肥总量比传统方式减少30%的方案进行了日光温室黄瓜栽培对比试验。结果表明,在水肥一体机出口压力分别为0.09、0.11、0.13 MPa时,吸肥泵前置吸肥效果好于后置;应用轻简水肥一体机灌溉施肥与传统方式相比,灌溉营养液浓度的空间均匀性没有显著差异,但时间均匀性差异显著,传统方式下灌溉营养液浓度随时间的推移不断下降,而应用水肥一体机的则保持稳定;在减施化肥30%情况下,与传统方式相比,应用水肥一体机灌溉仍可增产6.18%,每栋温室(670 m^(2))毎个生长季(7个月)可节约工时14 h,减施化肥27 kg,可提高效益2.15万元/hm^(2)。综上,该轻简水肥一体机灌溉营养液均匀、节省人工和肥料、提高生产效益,具有较好的推广应用前景。

光温耦合对日光温室番茄生长、产量与品质的影响

为研究根区温度与LED补光耦合对日光温室番茄生长发育的影响,试验设置了根区加温、2种光照强度与2种光质配比3因素裂区试验,另外设置了根区不加温与不补光对照,共10种组合处理。结果表明:根区加温与补光都能显著促进番茄的生长发育,提早番茄上市时期与提高番茄的营养品质,其中补光密度为40μmol/(m^2·s)更能显著提高番茄的生长与产量以及果实品质;而补光光质红蓝比为3:2时更能促进番茄生长以及提高番茄的产量,但光质红蓝比为1:1时,更有利于提早番茄果实前期转色日期,且能增加番茄果实的糖度。另外,根区加温与光强耦合相比于根区加温与光质耦合处理更能促进番茄生长以及提高番茄的产量。总体表明,根区加温与光密度为40μmol/(m^2·s)及光质为红蓝比3:2的耦合处理更符合日光温室番茄生产需要。

不同栽培模式下温室草莓根区加温环境测试与分析

以H型和A字型2种不同高架栽培模式下的连栋温室热水管道根区加温系统为试验对象,采用在北京地区冬春季最寒冷时段对其性能进行测试的方法,研究了不同栽培模式对温度环境和加温均匀性的影响,以期对草莓根区加温方式优化提供参考依据。结果表明:H型和A字型栽培模式下的空气温度平均值分别为14.4℃和15.5℃,A字型栽培模式下的最高空气温度较H型高1℃;2种栽培模式下的基质温度平均值均为13.8℃,A字型栽培模式下的最高基质温度较H型高1.3℃;A字形栽培模式下中间槽的基质温度最低值较左右槽高1.3℃。H型栽培模式下基质温度测点的最低值偏离度为0%~11%,平均值为1.1%;A字型栽培模式下基质温度测点的最低值偏离度为4.5%~25.3%,平均值为17.4%。2种栽培模式下的空气和基质温度均基本达到草莓生长环境需求,H型栽培模式加温均匀性较A字型高。

珠海大型温室番茄长季节栽培模式补光设计研究

为了探索适宜我国光照特点的大型温室补光设计方法,以最少的人工补光弥补自然光照的不足,本文对珠海市1997—2016年共20年的自然光照数据进行分析,结合番茄光照需求规律,提出珠海大型温室番茄长季节栽培补光设计方法。结果表明,珠海地区夏季和秋季的自然光照条件好,春季次之,冬季最差。结合番茄长季节栽培工艺及不同生长阶段光照需求,7、8、9月育苗期,不需要进行额外的人工补光;生长期则需根据自然光照的变化适当补光,补光强度为102~166μmol/m^(2)·s。该补光设计方法充分考虑了区域自然光照资源,以较少的人工补光弥补了自然光照的不足,可供其他地区温室补光设计参考。

基于碳晶电热膜的温室育苗保温加温系统研究

为解决冬春季温室育苗环境温度低的问题,设计基于碳晶电热膜的温室育苗保温加温系统,并于冬季最冷时段在河北省永清县的连栋玻璃温室内对系统的保温加温性能进行实际测试。以无加温育苗试验区作为对照,研究分析碳晶电热膜根区加温对基质温度和空气温度的影响,探讨苗床上保温覆盖的保温作用和加温的均匀性。结果表明,单层膜保温覆盖可使加温育苗区内空气平均温度值较温室内高1℃;碳晶电热膜加温可使基质温度平均值及最低值提高7.3℃和10.7℃;基质温度最低值偏离度为2.9%,平均值为6.1%。基于碳晶电热膜的温室育苗保温加温系统可有效提高育苗环境温度且加温均匀性高,为培育高质量种苗提供有力保障。