浅谈我国无土栽培智能化应用现状

　　摘要：随着我国科技的不断发展，传统农业技术逐渐淘汰，各种新兴技术相继应用于农业规模化生产当中。其中，无土栽培技术和智能化温室系统这2种新兴技术在多个领域均取得了重大成就。它们的最终目标是以一种更新颖、更便捷的方式来实现作物生产的标准化、现代化、高效化，并最终得到高质量的产品。结合多个实际案例，分析阐述了无土栽培技术和智能化温室技术的结合应用，并探讨了其在未来的发展前景。

　　关键词：无土栽培；智能化；应用现状；发展前景

　　无土栽培技术是指利用人工手段创造一个可供作物根系生存的环境来代替土壤环境，以此来打破传统种植的一些弊端，从而使作物处于最适合其生长的环境之中，在最适条件下充分发挥作物的潜力[1]。无土栽培技术能够缓解土地压力，提高作物产量，改善作物质量。大力发展无土栽培技术已经成为农业发展的一个新趋势。由于失去了土壤这个天然条件，作物对其他生长环境条件的要求就变得更加严苛，如水分条件、温度控制等。如何做到高效、准确地控制这些条件，是一个待解决的重要问题。例如，我国是农业大国，农业用水的需求量巨大，对于无土栽培技术，其用水量更是远远高于土壤栽培。然而，由于缺少智能高效化的设施和有效的管理系统，我国农业灌溉用水浪费十分严重，可用水的利用效率极低。所以，建立高效智能化的节水灌溉系统，能够有效减少水资源的浪费，提高作物生产效率，保障作物生产质量。目前我国已经发展了包括智能化节水灌溉系统、智能化温室控制系统在内的多个智能化设施系统，它们能够实时监测土壤含水量与环境温度，并根据检测结果按照作物需水特性实现适时、按需精确灌溉，合理控温，最终实现节约资源、高效生产的目的[2]。将无土栽培技术与智能化系统相结合，能够在实现农作物优质高产的同时，保证生产的高效化、智能化，节约人力资源和社会资源。

　　1智能化系统在温室中的应用现状

　　随着农业生产技术的不断发展，温室的智能化水平不断提高。近几年来，我国智能化温室、智慧植物工厂的使用面积也正在一步步扩大[3]。尽管我国在环境智能化控制、无土栽培技术、物联网技术等方面取得了一定的成效，但与拥有高标准化、专业化、自动化设施的发达相比，我国的智能化系统还存在一定的不足[4]。一般来说，智能化温室的成本相对较高，并且在使用过程中也需要投入大量的资金，所以现存的智能化温室的用户一般都是一些大型企业，暂时没有得到广泛应用[5-7]。

　　2智能化控制系统在无土栽培上的应用要点

　　我国发展无土栽培技术起步较晚，但是近年来我国的无土栽培应用范围越来越广泛。无土栽培技术不需要土壤，是一项重大的技术突破。与此同时，随着智能化技术的不断完善，先进设施以及新型无土栽培基质得到了更广泛的应用，无土栽培技术已经基本实现利用智能化管理系统进行调控，即根据不同作物的生长发育需求进行温、光、水、肥、气等因素的自动调节与控制。可以预测，在不远的将来，无土栽培会成为智能化温室主要的栽培方式之一。智能控制系统，也称智能自动化系统。在作物生产应用过程中，人们只需要根据无土栽培植物对于环境的要求，提前录入作物生长所需的数据指标，如温度、湿度、pH值、二氧化碳浓度以及光照等。然后将数据指标反馈到连接的各部分管理系统，最后利用管理系统对设施内的环境进行智能化感应和调控[8-12]在运行过程中，智能化控制系统可以对环境中的不利因素进行提前感知，一旦检测到有害成分或者不利因素，系统可以及时地向外部发出警告，并自身进行相应调整以应对有害变化。

　　智能控制系统，也称智能自动化系统。在作物生产应用过程中，人们只需要根据无土栽培植物对于环境的要求，提前录入作物生长所需的数据指标，如温度、湿度、pH值、二氧化碳浓度以及光照等。然后将数据指标反馈到连接的各部分管理系统，最后利用管理系统对设施内的环境进行智能化感应和调控[8-12]在运行过程中，智能化控制系统可以对环境中的不利因素进行提前感知，一旦检测到有害成分或者不利因素，系统可以及时地向外部发出警告，并自身进行相应调整以应对有害变化。

　　另外，在基质栽培作物的过程中，基质和环境中的一些成分也可能会互相反应产生不利于植物生长的有害因子。这个时候，操作人员可以通过系统设置一个最高区域值。当检测指标超过最高区域值时，自动化系统就会开始工作，适当降低有害因子成分[13]。目前自动化系统能够清除的有害因子种类有限，部分有害因子无法清除，但是可以被检测到。当检测到无法自动清除的有害因子时，自动化系统仍然会给出警报，然后再进行人工调节。通过自动化和人工的配合，能够更有效降低和避免有害因子对植物生长的迫害。光照影响种子的萌发、物质积累以及植株的生长发育，对作物生产起着至关重要的作用。对于光照的调节，可以采用温室植物LED的三维智能辅助混合照明[14]，使用该系统时需要提前设置一个光照范围，最终达到“强遮弱补”的效果。另外，在应用过程中，人们发现智能化温室无土栽培对于植物病害的防治也有一定的成效。大多数植物病虫害的传播均与土壤条件、温湿度、气候条件有关，而智能自动化系统调控的无土栽培生产方式，改变了病虫害的生存发生条件，极大程度地减少了病虫害的产生与传播。

　　3无土栽培智能化的优缺点

　　首先，无土栽培技术告别了土壤条件的限制，使得植物可以在任何地方生长，节约了土壤面积，也为其他资源利用提供了一定的可能性。而且通过架空等方式能够为植物的生长提供更多的空间，使得在特定的空间范围内能够生产更多的作物[15]。其次，相对于人工土壤栽培技术而言，智能化、自动化技术不仅大大减少了劳动力的使用，还有着较人工管理更为标准化、精确化的管理系统，这些优点大大提高了无土栽培作物的产量与质量。因此，智能无土栽培系统远远优于传统土壤栽培，能够有选择地避免传统土壤栽培的弊端。在使用智能无土栽培系统时，应采用更快速、有效的方式去继承传统土壤栽培的优点，弥补土壤栽培的不足，使智能无土栽培实现土壤栽培无法实现的效果[16]。设施栽培的智能化应用产生了更高效率的生产和更高质量的产品，随之而来的还有其他资源的更大消耗。智能温室系统是一个十分复杂的热力系统，其运行需要外界持续提供能源加以维持支撑。因为智能系统需要随时监控植物的生长状态，所以它需要持续不断地运行，长时间的运行也造成了能源的大量消耗。

　　其次，相较于土壤作物而言，无土栽培作物尚未经过不利因素的系统锻炼，智能化温室内极其细微的温度、水分等环境条件的变化都可能会直接影响作物的生长发育。此外，智能化控制系统的成本高昂也是一个突出的问题。正因此，目前我国只有一些大型企业才有能力规模化使用智能控制系统，承担其运营成本。我国智能化控制系统的规模化应用还需要一段时间。最后，智能化控制系统对操作的人员也有一定的高要求。操作者需要熟悉掌握控制系统各方面的理论知识和实际操作，保证系统的稳定正确运行，若操作不当，可能会带来无法弥补的损失。

　　4我国无土栽培智能化技术的发展前景

　　我国无土栽培技术发展相对较晚，目前大部分技术都还处于初级阶段。对于无土栽培而言，最重要的因素是其采用的栽培基质种类。栽培基质的种类、质量优劣将直接影响植物生长的好坏。我国对于栽培基质的研究还处于入门阶段，目前的栽培基质应用包括利用岩棉基质进行菊花水培[17]、利用椰灰性质[18]研究新型无土栽培基质等等。随着我国科技能力的快速上升，对农业发展的重视程度越来越高。无土栽培技术的自动化程序必定能够得到质的提升，无土栽培技术创造的经济效益价值占据的比重也会越来越高，作为一种高效率、高收益、高质量生产的生产系统，无土栽培智能化蕴藏着巨大的发展前景，其在未来必然会进一步成熟，得到广泛的应用。

　　5结语

　　设施栽培产业具有投入高、产量高、资金和技术要求高、劳动力密集等特点。它通过建立人工设施的方法，以期摆脱自然因素限制。大力发展设施栽培技术，替代传统栽培农业，是实现新型农业的工厂化、现代化以及绿色环保、安全无毒生产的必要手段。与此同时，这还是农产品打破传统农业的季节性限制、在反向季节销售农产品以及进一步满足多层次和多样化的消费需求的有效举措。进一步来说，作为一个新起之秀，我国在实现设施栽培的标准化、智能化、自动化道路的过程中，拥有着无限大的潜力。无论是无土栽培技术还是温室智能化技术，都将成为未来设施栽培发展的热门方向。

　　参考文献：

　　[1]贾薇,徐晓辉,宋涛,等.基于WiFi的智能温室移动控制终端系统设计[J].农机化学报,2015,36(05):87-89+107.

　　[2]陈巧莉.智能化设施农业节水灌溉控制系统研究[D].南京理工大学,2004.

　　[3]朱芳冰,史春雨.智能化温室的发展现状及趋势[J].现代化农业,2008(12):38-39.

　　[4]李娜,孔德志.智能化温室控制的现状与发展趋势[J].科技视界,2016(4):228.

　　[5]李东星,周增产,余连海,等.智慧温室发展现状及趋势探讨[J].蔬菜,2019(5):13-17.

　　[6]张真和,李建伟.我国设施园艺的发展态势及问题探讨[J].蔬菜,1999(3):1-4

　　李笑眉，邓利园

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