生菜自動(dòng)化生產(chǎn)方案設(shè)計(jì)

陳恒峰 郭輝 盛會(huì) 劉宇 楊相飛

摘要：為擴(kuò)大有機(jī)生菜的生產(chǎn)規(guī)模、提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，根據(jù)生菜生長(zhǎng)周期特點(diǎn)設(shè)計(jì)一種生菜工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)方案。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的土壤檢測(cè)改良、植物生長(zhǎng)環(huán)境控制等方面入手，闡述自動(dòng)化控制方案的組成及工作原理，總結(jié)方案實(shí)用實(shí)施效果，為實(shí)現(xiàn)生菜無(wú)公害生產(chǎn)及周年均衡供應(yīng)提供參考。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化生產(chǎn)；生菜；智能控制；種子處理

中圖分類號(hào)：S127 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）07-0034-03

生菜富含豐富的礦物質(zhì)與維生素，具有很好的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與經(jīng)濟(jì)效益，加之其對(duì)病蟲(chóng)害有一定的免疫性，便于無(wú)公害生產(chǎn)，因此是一種優(yōu)良的有機(jī)蔬菜。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，有機(jī)無(wú)公害蔬菜的需求量急劇上升，導(dǎo)致以生菜為帶代表的蔬菜供需矛盾突出。為擴(kuò)大生菜生產(chǎn)規(guī)模，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，解決勞動(dòng)力不足問(wèn)題，減少農(nóng)藥對(duì)作業(yè)人員的危害，發(fā)展智能化控制系統(tǒng)與自動(dòng)化技術(shù)勢(shì)在必行。

農(nóng)業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)是用科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，旨在提高農(nóng)作物的單位產(chǎn)量、節(jié)約資源、保證產(chǎn)品品質(zhì)。用智能控制系統(tǒng)監(jiān)控菜園二氧化碳水平與照明環(huán)境，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題精確處理，可使生菜的產(chǎn)量的品質(zhì)得以保證。為此，根據(jù)生菜生長(zhǎng)周期特點(diǎn)設(shè)計(jì)一套從種植、管理、收割到分銷的自動(dòng)化生產(chǎn)方案。

1 生菜自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生菜自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括：對(duì)土壤進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)成份進(jìn)行檢測(cè)分析；對(duì)土壤運(yùn)用微生物肥料進(jìn)行改良；種植前對(duì)種子進(jìn)行加工處理；對(duì)生菜生長(zhǎng)過(guò)程中的環(huán)境進(jìn)行智能控制；植物收獲后的廢物循環(huán)利用。

1.1 檢測(cè)分析土壤營(yíng)養(yǎng)成分

用YN型土壤肥料測(cè)定儀對(duì)土壤中的植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需化學(xué)元素含量進(jìn)行檢測(cè)，利用濕度傳感器對(duì)土壤的溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。由計(jì)算機(jī)匯總數(shù)據(jù)，并與農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，為土壤改良方案提供數(shù)據(jù)儲(chǔ)備。

1.2 用微生物肥料改良土壤

此次方案基于有機(jī)無(wú)公害綠色食品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，采用微生物技術(shù)改良土壤，一次提供土壤中植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的化學(xué)元素，在土壤中形成以微生物為主體的完整生態(tài)閉合環(huán)境鏈，在植物生長(zhǎng)周期中不間斷提供生長(zhǎng)所需的各種微量元素，簡(jiǎn)化植物護(hù)理工作，僅需適當(dāng)補(bǔ)充水分，無(wú)需施肥。

微生物肥料利用多種有益固氮菌、解磷解鉀菌、益生菌分解土壤中的磷、鉀元素，增加氮元素成分，促使有益微量元素釋放，提高農(nóng)作物吸收效率。微生物新陳代謝產(chǎn)生植物生長(zhǎng)所需要的各種微量元素（如植物生長(zhǎng)激素、小分子氨基酸等）；生菜收割后的根莖廢料經(jīng)過(guò)生物發(fā)酵處理后，是很好的微生物肥料。土壤營(yíng)養(yǎng)檢測(cè)分析與改良控制方法見(jiàn)圖1。

1.3 種子播前加工處理

對(duì)種子進(jìn)行丸粒化處理，使其表面光滑、大小均勻，形狀不規(guī)則的種子能適用于快速播種機(jī)，提高播種效率、質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。將種子發(fā)芽所需要的各種肥料、酵母與防蟲(chóng)配方藥物混合后，均勻覆蓋在種子表面，可以為種子發(fā)芽提供良好環(huán)境，從而提高種子出芽率，確保出苗整齊、植株茁壯、成活率高。

1.4 生菜生長(zhǎng)環(huán)境智能控制

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)與生菜大棚工業(yè)化生產(chǎn)相結(jié)合，通過(guò)數(shù)字傳感技術(shù)設(shè)備對(duì)生菜大棚內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采集光照射強(qiáng)度、空間溫度、空氣潮濕度、土壤濕潤(rùn)度、二氧化碳含量濃度等數(shù)據(jù)；集散控制中心將數(shù)據(jù)與農(nóng)產(chǎn)品生長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析后，對(duì)棚內(nèi)設(shè)備進(jìn)行精確控制（如噴淋系統(tǒng)開(kāi)關(guān)、通風(fēng)系統(tǒng)關(guān)合、led植物生長(zhǎng)燈系統(tǒng)開(kāi)關(guān)、卷簾系統(tǒng)升降等），實(shí)現(xiàn)生菜生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化管理。植物生長(zhǎng)過(guò)程中的環(huán)境控制見(jiàn)圖2，自動(dòng)控制系統(tǒng)工作原理見(jiàn)圖3。

同時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控中的溯源系統(tǒng)使植物生長(zhǎng)過(guò)程中的信息公開(kāi)透明化，生產(chǎn)者與消費(fèi)者可以通過(guò)電腦控制系統(tǒng)或手機(jī)終端執(zhí)行器了解生菜的生長(zhǎng)全過(guò)程，對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行安全監(jiān)控，消除消費(fèi)者的使用顧慮，提升產(chǎn)品品牌認(rèn)識(shí)度，解決后期銷售中品牌知名度的問(wèn)題。

1.5 生菜收獲后廢物循環(huán)利用

在生菜收獲結(jié)束后，將落葉、根莖與使用過(guò)的營(yíng)養(yǎng)土壤進(jìn)行堆積發(fā)酵，加入家禽與牲畜的糞尿進(jìn)行混合、過(guò)篩、曬干，可作為微生物培養(yǎng)土，實(shí)現(xiàn)廢物循環(huán)利用，利于環(huán)境保護(hù)。循環(huán)生產(chǎn)程序見(jiàn)圖4。

2 生菜自動(dòng)化控制系統(tǒng)應(yīng)用效果

在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)計(jì)方案達(dá)到的實(shí)際效果為：播種為機(jī)械播種、種植穴盤，效率為人工播種的10倍；種子種植前進(jìn)行加工處理的同時(shí)，運(yùn)用有機(jī)肥料發(fā)酵機(jī)對(duì)土壤進(jìn)行微生物肥料改良，保證種子成活率達(dá)99.5%以上，利用高溫滅草機(jī)對(duì)土壤進(jìn)行除菌處理，使田間無(wú)雜草；植物生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)環(huán)境進(jìn)行智能控制，使植物生長(zhǎng)周期縮減1/3，產(chǎn)量增加4倍，水資源使用量下降70%，經(jīng)濟(jì)效益大幅提升；對(duì)植物收獲后的廢物循環(huán)利用，減少環(huán)境污染的同時(shí)節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本30%左右；使用led光源對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行補(bǔ)充照射，種植架上可以多層分布，生產(chǎn)效率提高60～70倍。

3 結(jié)論

生菜自動(dòng)化生產(chǎn)方案可以在單位面積上大幅度提高產(chǎn)量，減少資源浪費(fèi)；通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控中的溯源系統(tǒng)可以使消費(fèi)者了解植物生產(chǎn)全過(guò)程，更加放心消費(fèi)；為實(shí)現(xiàn)數(shù)字智能化生產(chǎn)提供一種可以借鑒的模式，是發(fā)展經(jīng)濟(jì)節(jié)約型社會(huì)的優(yōu)秀案例。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳廣慶，孫愛(ài)芹，徐克寶.基于PLC和組態(tài)軟件的溫室控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（34）：19827-19828.

[2] 徐向峰.基于模糊物元的日光溫室群環(huán)境控制系統(tǒng)評(píng)價(jià)研究[J].中國(guó)農(nóng)機(jī)化，2010（1）：67-69.

[3] 魯紅，周威.奶油生菜植物工廠栽培的設(shè)施建設(shè)及主要生產(chǎn)技術(shù)[J].吉林農(nóng)業(yè)：下半月，2015（6）：91-92.

[4] 辜松，楊艷麗，張躍峰.荷蘭溫室盆花自動(dòng)化生產(chǎn)裝備系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012（19）：1-8.