智能大棚生產應用

在大棚環(huán)境里，單棟大棚可利用物聯網技術，成為無線傳感器網絡一個測量控制區(qū)，采用不同的傳感器節(jié)點和具有簡單執(zhí)行機構的節(jié)點，如風機、低壓電機、閥門等工作電流偏低的執(zhí)行機構，構成無線網絡，來測量基質濕度、成分、pH值、溫度以及空氣濕度、氣壓、光照強度、二氧化碳濃度等，再通過模型分析，自動調控大棚環(huán)境、控制灌溉和施肥作業(yè)，從而獲得植物生長的最佳條件。

對于大棚成片的農業(yè)園區(qū)，物聯網也可實現自動信息檢測與控制。通過配備無線傳感節(jié)點，每個無線傳感節(jié)點可監(jiān)測各類環(huán)境參數。通過接收無線傳感匯聚節(jié)點發(fā)來的數據，進行存儲、顯示和數據管理，可實現所有基地測試點信息的獲取、管理和分析處理，并以直觀的圖表和曲線方式顯示給各個大棚的用戶，同時根據種植植物的需求提供各種聲光報警信息和短信報警信息，實現大棚集約化、網絡化遠程管理。

此外，物聯網技術可應用到大棚生產的不同階段。在大棚準備投入生產階段，通過在大棚里布置各類傳感器，可以實時分析大棚內部環(huán)境信息，從而更好地選擇適宜種植的品種;在生產階段，從業(yè)人員可以用物聯網技術手段采集大棚內溫度、濕度等多類信息，來實現精細管理，例如遮陽網開閉的時間，可以根據大棚內溫度、光照等信息來傳感控制，加溫系統(tǒng)啟動時間，可根據采集的溫度信息來調控等;在產品收獲后，還可以利用物聯網采集的信息，把不同階段植物的表現和環(huán)境因子進行分析，反饋到下一輪的生產中，從而實現更精準的管理，獲得更優(yōu)質的產品。

比較人工的控制來說，智能控制最大的好處就是能夠相對恒定的控制大棚內部的環(huán)境，對于環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因為人為因素而造成生產損失。

相對生產來說，將智能化控制系統(tǒng)應用到大棚生產以后，產量與質量比人工控制的大棚都有極大的提高，對于不同的種植品種而言，提高產量與質量相對不同，對于檔次較高的經濟作物來說，生產效率可以提高30%以上。

相對運行成本來的核算，對于有一定規(guī)模的種植企業(yè)來說，極大的降低了勞動力成本，設備的投入與運行，可以完全由節(jié)約下來的勞動力成本中核算出來，使用時間越長，光節(jié)約的勞動力成本就是一筆巨大的利潤。

智能大棚是自動化控制程序用于在溫室大棚智能控制的結果:

智能化控制系統(tǒng)應用到大棚種植上，利用最先進的生物模擬技術，模擬出最適合棚內植物生長的環(huán)境，采用溫度、濕度、CO2、光照度傳感器等感知大棚的各項環(huán)境指標，并通過微機進行數據分析，由微機對棚內的水簾、風機、遮陽板等設施實施監(jiān)控，從而改變大棚內部的生物生長環(huán)境。

比較人工的控制來說，智能控制最大的好處就是能夠相對恒定的控制大棚內部的環(huán)境，對于環(huán)境要求比較高的植物來說，更能避免因為人為因素而造成生產損失。

相對生產來說，將智能化控制系統(tǒng)應用到大棚生產以后，產量與質量比人工控制的大棚都有極大的提高，對于不同的種植品種而言，提高產量與質量相對不同，對于檔次較高的經濟作物來說，生產效率可以提高30%以上。

相對運行成本來的核算，對于有一定規(guī)模的種植企業(yè)來說，極大的降低了勞動力成本，設備的投入與運行，可以完全由節(jié)約下來的勞動力成本中核算出來，使用時間越長，光節(jié)約的勞動力成本就是一筆巨大的利潤。

蔬菜大棚、塑料大棚、透光塑料大棚、溫室大棚、陽光板大棚、智能大棚、單棟溫室、連棟溫室、單屋面溫室、雙屋面溫室、加溫溫室、不加溫溫室等等。

普通大棚:成本低，構造簡單。但是可添加設備少。

溫室大棚:成本高于普通大棚，構造復雜，可以安裝一定的設備。

智能大棚:成本高，構造復雜，比較設備齊全。

1957年由北京向天津、沈陽及東北地區(qū)、太原等地推廣使用，受到各地的歡迎。1958年我國已能自行生產農用聚乙烯薄膜，因而小棚覆蓋的蔬菜生產已很廣泛。60年代中期小棚已定形為拱 形，高1米左右，寬1.5-2.0米，故稱為小拱棚。由于棚型矮小不適于在東北冷涼地區(qū)應用，1966年長春市郊區(qū)首先把小拱棚改建成2米高的方形棚。但因抗雪的能力差而倒塌，經過多次的改建試用，終于創(chuàng)造了高2米左右，寬15米，占地為1畝的拱形大棚。1970年向北方 各地推廣。1975、1976及1978年連續(xù)召開了三次"全國塑料大棚蔬菜生產科研協(xié)作會"會議對大棚生產的發(fā)展起了推動作用。1976年太原市郊區(qū)建造了29種不同規(guī)格的大棚，為大棚的棚型結構、建造規(guī)模提供了豐富的經驗。1978年大棚生產已推廣到南方各地，全國大棚面積已達10萬畝。到目前為止，全國大棚面積已基本穩(wěn)定在10多萬畝。其中在我國北方干旱區(qū)各省、市約有7萬多畝。預計"七五"期間大棚栽培面積將發(fā)展到20萬畝左右。 大棚覆蓋的材料為塑料薄膜。適于大面積覆蓋，因為它質量輕，透光保溫性能好，可塑性強，價格低廉。又 由于可使用輕便 的骨架材料，容易建造和造形，可就地取格，建筑投資較少，經濟效益較高。并能抵抗自然災害，防寒保溫，抗旱、澇，提早栽培，延后栽培，延長作物的生長期，達到早熟、晚熟、增產穩(wěn)產的目的，深受生產者的歡迎。因此，在我國北方旱區(qū)發(fā)展很快。

大棚的應用范圍尚在開發(fā)。尤其在高寒地區(qū)、沙荒及干旱地區(qū)為抗御低溫干旱及風沙危害起著重大作用。世界各國為發(fā)展農業(yè)生產先后建成塑料大棚，日本在70年代末塑料大棚的面積為10-20公頃。西班牙的阿爾梅里利地區(qū)全部土地面積為315平方公里，是個旱區(qū)，為了發(fā)展蔬菜生產而覆蓋了120平方公里的大棚，是世界最大的大棚。

大棚的組成是用竹木桿、水泥桿、輕型鋼管或管材等材料做骨架，做成立柱、拉桿，拱桿及壓桿，覆蓋塑料薄膜而成為拱圓形的料棚。 塑料大棚一般覆蓋的面積為1-3畝，管理方便。但可進行多個棚大面積的覆蓋。由于棚體高大不便用草簾進行防寒，而在棚內用多層薄膜進行內防寒，棚內的溫度主要來自太陽輻射。主要生產季節(jié)是春、夏、秋。冬季氣溫在-15℃以上的地區(qū)可種植一些耐寒性強的作物，或用火爐進行臨時性補充加溫。因為其棚型比中、小棚高大，又不同于溫室的建筑結構，故稱其為大棚。在我國北方旱區(qū)，春寒，凍土層深、風雪大，多采用跨度、高度較大的拱形圓棚。 大棚建造的形式有多種。其中單棟大棚的形式有拱圓形和屋脊形兩種。高度2.2-2.6米，寬度(跨度)10-15米，長度為45-66米，占地面積為660平方米左右，便于管理有利生產。或屋脊形大棚相連接而成。單棟的跨度為4-12米，每棟占地面積約為1畝，連棟后占地為2-5畝，或10畝、幾十畝。連棟大棚覆蓋的面積大，土地利用充分，棚內溫度高，溫度穩(wěn)定，緩沖力強，但因通風不好，往往造成棚內高溫、高濕危害或造成病害發(fā)生的條件，而且管理不便。因此連棟的數目 不宜過多，跨度不宜太大。 為了加強防寒保溫，提高大棚內夜間的溫度，減少夜間的熱輻射而采用多層薄膜覆蓋。多層覆蓋是在大棚內再覆蓋一層或幾層薄膜，進行內防寒，俗稱二層幕。白天將二層幕拉開受光，夜間再覆蓋嚴格保溫。二層幕與大棚薄膜之間隔，一般為30-50厘米。除兩層幕外，大棚內還可覆蓋小拱棚及地膜等，多層覆蓋使用的薄膜為0.1毫米厚度的聚乙烯薄膜，或厚度為0.06毫米的銀灰色反光膜，0.015毫米厚的聚乙烯地膜?；蛴秘S收布(無紡布或稱不織布)其保溫效果如表4-2-1所示 : 表4-2-1大棚保溫幕的種類及效果 項目保溫幕種類減少熱損耗% 一層聚乙烯 聚氯乙烯 不織布 含鋁薄膜 鍍鋁薄膜30 35 25 45 50 二層聚乙烯 聚乙烯加含鋁或鍍鋁膜45 65 早春在大棚內加蓋小棚，棚溫可提高2-4℃，北京地區(qū)在覆蓋草簾的中棚內加蓋小棚，1月份于日出前觀測棚溫可提高5℃左右。使用多層薄膜覆蓋也獲得較好效果，如表4-2-2所示: 表4-2-2多層覆蓋的溫度效果 層數 溫度 日期平均最低氣溫10厘米平均地溫 單層雙層三層單層雙層三層 3月8日-13日-3.80.21.84.55.78.5 3月24日-31日2.76.39.010.810.814.0 4月1日-11日5.08.511.714.314.017.0 大棚覆蓋面積較大，空間大，熱效應較好，容易建造，且造價較低，是當前應用較廣的保護設施。可種植高秧支架的瓜、果、豆類等蔬菜。一般比露地可提早收獲20-40天，秋后可延長生長期25天左右。隨著工農業(yè)的發(fā)展和不斷的革新，新的大棚類型及覆蓋方式也將不斷出現，當前應用的大棚，依其建造所用的材料的不同，其棚型結構可分為竹木結構、鋼材結構和竹木、鋼材、水泥構件等多種材料的混合結構。由于大棚的迅速發(fā)展，目前國內已在應薄壁鋼管裝配式大棚。它是由工廠按標準規(guī)格進行商品生產，配套供應使用單位。生產的棚型規(guī)格有5.4米、6米、8米、及10米跨度，高度有2.4米，2.6米，2.8米及3.0米。這種棚型結構，具有一定的規(guī)格標準，結構合理、堅固耐用、裝卸方便、容易折遷換地。唯其造價較高，是當前推廣應用的棚型結構。但在發(fā)展過程中也存在不少問題，如結構不合理，規(guī)格無標準，采材不易，用料較多，施工質量低等問題，生產中經常造成棚體變形、倒塌、"跑棚"等事故。

大棚覆蓋材料有以下幾種:

1、普通膜:以聚乙烯或聚氯乙烯為原料，膜厚0.1毫米，無色透明。使用壽命約為半年。

2、多功能長壽膜:是在聚乙烯吹塑過程中加入適量的防老化料和表面活性劑制成，使用壽命比普通膜長一倍，夜間棚溫比其他材料高1-2℃。而且膜不易結水滴，覆蓋效果好。

3、草被、草苫:用稻草紡織而成，保溫性能好，是夜間保溫材料。

4、聚乙烯高發(fā)泡軟片:是白色多氣泡的塑料軟片，寬1米、厚0.4-0.5厘米，質輕能卷起，保溫性與草被相近。

5、無紡布:為一種滌綸長絲，不經織紡的布狀物。分黑、白兩種，并有不同的密度和厚度，常用規(guī)格50克/?，除保溫外還常作遮陽網用。

6、遮陽網:一種塑料織絲網。常用的有黑色和銀灰色兩種，并有數種密度規(guī)格，遮光率各有不同。主要用于夏天遮陽防雨，也可作冬天保溫覆蓋用。

選擇向陽、避風、高燥、排水良好，沒有土壤傳染性病害的地方搭棚。

扣膜時要盡量避免棚膜的機械損傷，特別是竹架大棚，在扣膜前應先把架表面突出的部分削平，或用舊布包扎好。用彈簧固定時，在卡槽處應加墊一層舊報紙。另外要注意避免新舊薄膜長期接觸，以免加速新膜的老化。在通風換氣時要小心操作。 薄膜受凍或曝曬，會促進老化，鋼管在夏天經太陽曝曬，溫度可上升到60-70℃，從而加速薄膜老化破碎。 薄膜使用過程中，難免有破孔，要及時用粘合劑或膠帶粘補。 二、環(huán)境特點與調控 大棚因有塑料薄膜覆蓋，形成了相對封閉與露地不同的特殊小氣候。進行蔬菜大棚栽培，必須掌握大棚內環(huán)境的特點，并采取相應的調控措施，滿足蔬菜生長發(fā)育的條件，從而獲得優(yōu)質高產。

(一)溫度條件

塑料薄膜具有保溫性。覆蓋薄膜后，大棚內的濁度將隨著外界氣溫的升高而升高，隨著外界氣溫下降而下降。并存在著明顯的季節(jié)變化和較大的晝夜溫差。越是低溫期溫差越大。一般在寒季大棚內日增溫可達3-6℃，陰天或夜間增溫能力僅1-2℃。春暖時節(jié)棚內和露地的溫差逐漸加大，增溫可達6-15℃。外界氣溫升高時，棚肉增溫相對加大，最高可達20℃以上，因此大棚內存在著高溫及冰凍危害，需進行人工調整。在高溫季節(jié)棚內可產生50℃以上的高溫。進行全棚通風，棚外覆蓋草簾或搭成"涼棚"，可比露地氣溫低1-2℃。冬季晴天時，夜間最低溫度可比露地高1-3℃，陰天時幾科與露地相同。因此大棚的主要生產季節(jié)為春、夏、秋季。通過保溫及通風降溫可使棚溫保持在15-30℃的生長適溫。

(二)光照條件

新的塑料薄膜透光率可達80-90%，但在使用期間由于灰塵污染、吸附水滴、薄膜老化等原因、而使透光率減少10-30%。大棚內的光照條件受季節(jié)、天氣狀況、覆蓋方式(棚形結構、方位、規(guī)模大小等)、薄膜種類及使用新舊程度情況的不同等，而產生很大差異。大棚越高大，棚內垂直方向的輻射照度差異越大，棚內上層及地面的輻照度相差達20-30%。在冬春季節(jié)以東西延長的大棚光照條件較好、它比南北延長的大棚光照條件為好，局部光照條件所差無幾。但東西延長的大棚南北兩側輻照度可差達10-20%。 不同棚型結構對棚內受光的影響很大，雙層薄膜覆蓋雖然保溫性能較好，但受光條件可比單層薄膜蓋的棚減少一半左右。 此外，連棟大棚及采用不同的建棚材料等對受光也產生很大的影響(表4-2-3)。從表中可看出，以單棟鋼材及硬塑結構的大棚受光較好，只比露地減少透光率28%。連棟棚受光條件較差。因此建棚采用的材料在能承受一定的荷載時，應盡量選用輕型材料并簡化結構，既不能影響受光，又要保護堅固，經濟實用。 表4-2-3 不同棚型結構的受光量 大棚類型透光量勒克斯(萬)透光率(%) 單棟鋼材結構 單棟竹木結構 單棟硬塑結構 連棟鋼筋水泥 露地對照7.67 6.65 7.65 5.99 10.6472.0 62.5 71.9 56.3 100 薄膜在覆蓋期間由于灰塵污染而會大大降低透光率，新薄膜使用兩天后，灰塵污染可使透光率降低14.5%。10天后會降低25%，半月后降低28%以下。一般情況下，因塵染可使透光率降低10-20%。嚴重污染時，棚內受光量只有7%，而造成不能使用的程度。一般薄膜又易吸附水蒸氣，在薄膜上凝聚成水滴，使薄膜的透光率減少10-30%。因此，防止薄膜污染，防止凝聚水滴是重要的措施。再者薄膜在使用期間，由于高溫、低溫和受太陽光紫外線的影響，使薄膜"老化"。薄膜老化后透光率降低20-40%，甚至失去使用價值。因此大棚覆蓋的薄膜，應選用耐溫防老化、除塵無滴的長壽膜，以增強棚內受光、增溫、延長使用期。

(三)濕度條件

薄膜的氣密性較強，因此在覆蓋后棚內土壤水分蒸發(fā)和作物蒸騰造成棚內空氣高溫，如不進行通風，棚內相對濕度很高。當棚溫升高時，相對濕度降低，棚溫降低相對濕度升高。晴天、風天時，相對溫度低，陰、雨(霧)天時相對溫度增高。在不通風的情況下，棚內白天相對濕度可達60-80%，夜間經常在90%左右，最高達100%。 棚內適宜的空氣相對濕度依作物種類不同而異，一般白天要求維持在50-60%，夜間在80-90%。為了減輕病害的危害，夜間的濕度宜控制在80%左右。棚內相對濕度達到飽和時，提高棚溫可以降低濕度，如濕度在5℃時，每提高1℃氣溫，約降低5%的濕度，當溫度在10℃時，每提高1℃氣溫，濕度則降低3-4%。在不增加棚內空氣中的水汽含量時，棚溫在15℃時，相對濕度約為7%左右;提高到20℃時，相對濕度約為50%左右。 由于棚內空氣溫度大，土壤的蒸發(fā)量小，因此在冬春寒季要減少灌水量。但是，大棚內溫度升高，或溫度過高時需要通風，又會造成濕度下降，加速作物的蒸騰，致使植物體內缺水蒸騰速度下降，或造成生理失調。因此，棚內必須按作物的要求，保持適宜的濕度。 四、栽培季節(jié)與條件 塑料大棚的栽培以春、夏、秋季為主。冬季最低氣溫為-15℃--17℃的地區(qū)，可用于耐寒作物在棚內防寒越冬。高寒地區(qū)、干旱地區(qū)可提早就在用大棚進行栽培。北方地區(qū)，于冬季，在溫室中育苗，以便早春將幼苗提早定植于大棚內，進行早熟栽培。夏播，秋后進行延后栽培，1年種植兩茬。由于春提前，秋延后而使大棚的栽培期延長兩個月之久。東北、內蒙古一些冷凍地區(qū)于春季定植，秋后拉秧，全年種植一茬，黃瓜的畝產量比露地提高2-4倍。黑龍江省用大棚種植西瓜獲得成功。西北及內蒙古邊疆風沙、干旱地區(qū)利用大棚達到全年生產，于冬季在大棚內種植耐寒性蔬菜，開創(chuàng)了大棚冬季種植的先例。為了提高大棚的利用率，春季提早，秋季延后栽培，往往采取在棚內臨時加溫，加設二層幕防寒，大棚內筑陽畦，加設小拱棚或中棚，覆蓋地膜，大棚周邊圍蓋稻草簾等防寒保溫措施，以便延長生長期，增加種植茬次，增加產量。

(四)、空氣濕度的調控 :

(1)大棚空氣濕度的變化規(guī)律:塑料膜封閉性強，棚內空氣與外界空氣交換受到阻礙，土壤蒸發(fā)和葉面蒸騰的水氣難以發(fā)散。因此，棚內濕度大。白天，大棚通風情況下，棚內空氣相對濕度為70-80%。陰雨天或灌水后可達90%以上。棚內空氣相對濕度隨著溫度的升高而降低，夜間常為100%。棚內濕空氣遇冷后凝結成水膜或水滴附著于薄膜內表面或植株上。

(2)空氣濕度的調控:大棚內空氣濕度過大，不僅直接影響蔬菜的光合作用和對礦質營養(yǎng)的吸收，而且還有利于病菌孢子的發(fā)芽和侵染。因此，要進行通風換氣，促進棚內高濕空氣與外界低濕空氣相交換，可以有效地降低棚內的相對濕度。棚內地熱線加溫，也可降低相對濕度。采用滴灌技術，并結合地膜覆蓋栽培，減少土壤水分蒸發(fā)，可以大幅度降低空氣濕度(20%左右)。

(五)、棚內空氣成分:

由于薄膜覆蓋，棚內空氣流動和交換受到限制，在蔬菜植株高大、枝葉茂盛的情況下，棚內空氣中的二氧化碳濃度變化很劇烈。早上日出之前由于作物呼吸和土壤釋放，棚內二氧化碳濃度比棚外濃度高2-3倍，(330PPM左右);8-9時以后，隨著葉片光合作用的增強，可降至100PPM以下。因此，日出后就要酌情進行通風換氣，及時補充棚內二氧化碳。另外，可進行人工二氧化碳施肥，濃度為800-1000PPM，在日出后至通風換氣前使用。人工施用二氧化碳，在冬春季光照弱、溫度低的情況下，增產效果十分顯著。 在低溫季節(jié)，大棚經常密閉保溫，很容易積累有毒氣體，如氨氣、二氧化氮、二氧化硫、乙烯等造成危害。當大棚內氨氣達5PPM時，植株葉片先端會產生水浸狀斑點，繼而變黑枯死;當二氧化氮達2.5-3PPM時，葉片發(fā)生不規(guī)則的綠白色斑點，嚴重時除葉脈外，全葉都被漂白。氨氣和二氧化氮的產生，主要是由于氮肥使用不當所致。一氧化碳和二氧化硫產生，主要是用煤火加溫，燃燒不完全，或煤的質量差造成的。由于薄膜老化(塑料管)可釋放出乙烯，引起植株早衰，所以過量使用乙烯產品也是原因之一。 為了防止棚內有害氣體的積累，不能使用新鮮廄肥作基肥，也不能用尚未腐熟的糞肥作追肥;嚴禁使用碳酸銨作追肥，用尿素或硫酸銨作追肥時要摻水澆施或穴施后及時覆土;肥料用量要適當不能施用過量;低溫季節(jié)也要適當通風，以便排除有害氣體。另外，用煤質量要好，要充分燃燒。有條件的要用熱風或熱水管加溫，把燃后的廢氣排出棚外。

(六)、土壤濕度和鹽分:

大棚土壤濕度分布不均勻。靠近棚架兩側的土壤，由于棚外水分滲透較多，加上棚膜上水滴的流淌濕度較大。棚中部則比較干燥。春季大棚種植的黃瓜、茄子特別是地膜栽培的，土壤水分常因不足而嚴重影響質量。最好能鋪設軟管滴灌帶，根據實際需要隨時施放肥水，是一項有效的增產措施。由于大棚長期覆蓋，缺少雨水淋洗，鹽分隨地下水由下向上移動，容易引起耕作層土壤鹽分過量積累，造成鹽漬化。因此，要注意適當深耕，施用有機肥，避免長期施用含氯離子或硫酸根離子的肥料。追肥宜淡，最好進行測土施肥。每年要有一定時間不蓋膜，或在夏天只蓋遮陽網進行遮陽栽培，使土壤得到雨水的溶淋。土壤鹽漬化嚴重時，可采用淹水壓鹽，效果很好。另外，采用無土栽培技術是防止土壤鹽漬化的一項根本措施。 3 大浪淀鄉(xiāng)大棚蔬菜栽培技術 三、大棚蔬菜周年茬口安排 大棚只有春季茄果類的早熟栽培，一年只利用4-5個月，利用率及效益不高。如果在秋冬季和夏季也利用大棚進行栽培、育苗及留種，可提高生產效益。