大棚技術(shù)在番茄栽培的應(yīng)用發(fā)展

劉娜 蘇秀堂 申秀峰

番茄由于其獨(dú)特的風(fēng)味和較高的營養(yǎng)價(jià)值而深受大家喜愛。其對溫度、濕度和栽培環(huán)境要求較為嚴(yán)苛，大棚技術(shù)則能有效解決上述問題。在可持續(xù)發(fā)展的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)下，大棚技術(shù)被認(rèn)為是蔬菜種植不可或缺的技術(shù)之一。大棚主要通過控制影響番茄生長的最重要參數(shù)，即太陽輻射、溫度、相對濕度、光照強(qiáng)度和二氧化碳水平，以便在所有季節(jié)能增加番茄產(chǎn)量，同時(shí)還能保護(hù)作物免受惡劣氣候條件和害蟲入侵。

隨著信息技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新決策支持系統(tǒng)的進(jìn)步，大棚技術(shù)正在經(jīng)歷革命性轉(zhuǎn)變。事實(shí)上，新一代大棚已經(jīng)從簡單的有蓋大棚，變成了以盡可能低的成本控制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜工廠。因此，本文從大棚的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、小氣候控制和能源管理三個(gè)方面，對在番茄栽培上應(yīng)用和發(fā)展的大棚技術(shù)進(jìn)行綜述，以期為大棚技術(shù)在番茄栽培上的應(yīng)用與發(fā)展提供參考[1]。

1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

大棚是一種利用截獲的太陽輻射，來創(chuàng)造更有利于作物生長的小氣候的結(jié)構(gòu)。這種太陽能通過支持其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，來調(diào)節(jié)內(nèi)部小氣候進(jìn)而降低大棚能源運(yùn)行成本。大棚接收太陽輻射的最大利用很大程度上取決于大棚的幾何形狀、朝向、通風(fēng)口開口面積、可用的遮陽系統(tǒng)和覆蓋材料。

番茄種植的大棚幾何形狀，包括其縱橫比和屋頂形狀，是最重要的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)之一，因?yàn)樗鼘Υ笈镄夂颉⑸L條件和能源消耗有重大影響[1]。同時(shí)，朝向?qū)Υ笈锏恼w熱性能有影響，因?yàn)樗梢韵拗拼笈锉┞对谔栞椛涞臅r(shí)間。選擇正確的朝向能提高大棚能量和熱舒適性，并且提高番茄生產(chǎn)效益，因?yàn)檎_的朝向可以讓大棚在冬季和夏季均捕獲最大的太陽能增益。

番茄栽種大棚為了更好地確保番茄生長，常用玻璃、硬質(zhì)塑料，包括聚碳酸酯、玻璃纖維增強(qiáng)塑料、丙烯酸和聚氯乙烯，以及薄塑料，包括低密度聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯和乙烯四氟乙烯共聚物等作為大棚外覆材料。番茄栽種大棚小氣候的調(diào)節(jié)主要由通風(fēng)控制，通風(fēng)是優(yōu)化番茄產(chǎn)量的重要手段。通風(fēng)還被用來管理番茄光合作用過程中涉及的一些關(guān)鍵參數(shù)，如內(nèi)部溫度和相對濕度的波動(dòng)和二氧化碳水平的動(dòng)態(tài)。這些都能確保番茄不受外界環(huán)境影響，進(jìn)而促進(jìn)其正常生長。

2 小氣候控制

大棚小氣候控制會(huì)涉及對影響番茄光合作用因素的有效管理[2]。其控制系統(tǒng)一般由內(nèi)部和外部傳感器組成，收集番茄生長數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給主控制器，主控制器依次計(jì)算控制律并將其傳輸給相應(yīng)的執(zhí)行器。在大棚中，氣候參數(shù)監(jiān)測被認(rèn)為是番茄最大化產(chǎn)量的必要條件。傳統(tǒng)大棚監(jiān)控技術(shù)基于有線系統(tǒng)，存在電纜老化、傳感器定位固定、部署困難和配電復(fù)雜等限制。

智能傳感器技術(shù)發(fā)展，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)已被用來為番茄大棚耕作系統(tǒng)中不同的監(jiān)測應(yīng)用，提供有效和經(jīng)濟(jì)的解決方案，其中不乏包括節(jié)水灌溉、照明優(yōu)化、土壤和天氣控制以及肥料施用等。

傳統(tǒng)的番茄栽培大棚環(huán)境控制系統(tǒng)是基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的，它監(jiān)測影響番茄生長的所有關(guān)鍵參數(shù)。反饋控制器通過收集這些傳感器數(shù)據(jù)，并將它們與所需的參考輸入進(jìn)行比較，從而通過預(yù)定義的命令最小化它們之間的計(jì)算誤差。這些控制器雖然能耗高，但也能較為準(zhǔn)確控制大棚的溫度、濕度、光照、有害氣體、大棚通風(fēng)和灌溉等環(huán)境因素。

當(dāng)前，更為簡單有效的反饋控制器是目前番茄栽培大棚中最常用的控制器。該控制器主要用于大棚解耦系統(tǒng)，以跟蹤所需的設(shè)定值，并顯示出良好的性能。同時(shí)，它還與模糊控制器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合應(yīng)用，以提高其自適應(yīng)能力。

3 能源管理

大棚運(yùn)行需要大量能源，大多數(shù)大棚番茄種植戶面臨巨大的運(yùn)營成本，大棚能源管理十分重要。目前，大棚能源管理鼓勵(lì)選擇可再生能源，減少傳統(tǒng)煤炭電使用，擺脫對化石燃料的依賴。

在新能源技術(shù)支持下，許多番茄栽培大棚考慮大棚并網(wǎng)和孤島模式，以優(yōu)化控制能源消耗的關(guān)鍵參數(shù)。同時(shí)還通過集光伏板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)以及電池等能源管理模式，為大棚提供獨(dú)立自主運(yùn)行的智能大棚集成微電網(wǎng)，用以減輕對電網(wǎng)的依賴。

隨著技術(shù)發(fā)展，人工智能引領(lǐng)的大棚技術(shù)在未來幾年會(huì)進(jìn)一步發(fā)展。實(shí)施這些系統(tǒng)的高成本是現(xiàn)代可持續(xù)大棚栽培面臨的主要挑戰(zhàn)。這包括建立大棚的初始成本、維護(hù)成本，以及安裝新的智能管理系統(tǒng)、創(chuàng)新決策支持工具和可再生能源生產(chǎn)系統(tǒng)的相關(guān)成本。此外，現(xiàn)代大棚管理部門缺乏熟練勞動(dòng)力，以及缺乏有經(jīng)驗(yàn)的推廣人員和農(nóng)民的專門培訓(xùn)，仍然是一個(gè)需要處理的重大挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 盧曉欣，毛開國，陳蘋，等.小番茄大棚種植生態(tài)全營養(yǎng)栽培管理技術(shù)[J].智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊，2022，2（14）：46-48.

[2] 沈雷定，竇國勇.設(shè)施大棚番茄栽培管理技術(shù)[J].南方農(nóng)業(yè)，2022，16（10）：37-39.