海南智慧型（智能化）蔬菜植物工廠研發(fā)進展

肖日新 何陽

智慧型（智能化）植物工廠是現(xiàn)階段農業(yè)設施栽培的最高形式，主要特征有：全產業(yè)鏈高度信息化、環(huán)境控制高度智能化、生產作業(yè)高度機械化、技術規(guī)程高度指標化、生產產品高度一致化。根據(jù)這些特征，目前所謂的智慧型農業(yè)或智能化農業(yè)只是在某些環(huán)節(jié)進行了探索與實踐，真正要在蔬菜生產全過程實現(xiàn)智能化管理，還有相當長的路要走。

下面就海南在智慧型 （智能化）蔬菜植物工廠創(chuàng)建與探索中取得的一些進展歸納總結如下。

1 運用“空氣比熱”的物理學原理，設計推出了系列抗風散熱型大棚

智慧型蔬菜植物工廠必須有相對固定且牢固的保護設施；根據(jù)華南熱區(qū)的氣候特點，應根據(jù)“空氣比熱”原理，以發(fā)展具有“煙沖效應”的散熱型大棚為主。我們通過多年摸索與實踐，先后推出了“單斜式屋脊形或拱圓形”散熱大棚，“雙斜式二坡面小鋸齒”散熱大棚，“單坡面大鋸齒”散熱大棚和“拱圓形頂部半開啟”散熱大棚等。這些散熱型大棚適合不同投資檔次和地域推廣應用。

2 智慧型（智能化）蔬菜植物工廠主要栽培模式集成應用

目前，海南智慧型（智能化）蔬菜植物工廠根據(jù)不同的蔬菜作物主要采取了以下2種栽培模式。

①速生葉菜立體旋轉式基質栽培 該種栽培模式主要是設計向空中發(fā)展的多層“A”字形立體栽培架進行速生葉菜的全天候周年生產，主要技術特點及取得成效：a.通過5.5 m高，設有 20層栽培槽的立架栽培，顯著提高了設施的空間利用效率，單位生產面積是傳統(tǒng)平面栽培的5～6倍。

b.采取水輪式低壓驅動設計，使5.5 m高的摩天輪每天勻速旋轉3～4圈，有效解決光能的合理利用與水肥的定時供給。

c.“A”字架底層小水體及循環(huán)水系的設置，在解決水分定時供給的同時，也有利于帶走熱量從而降低棚內溫度；調節(jié)了棚內小氣候。

d.通過育苗移栽，提高了植物工廠的周年利用效率，3 a的實踐表明，5種速生葉菜平均18～23 d生產1造，全年能生產18～20造。

e.按平面面積測算，667 m2年產量2.75萬～3.00萬kg。

②高稈或藤蔓作物條形擱架懸掛式基質栽培 該種栽培方式主要是針對高稈直立或藤蔓作物，如彩色甜椒、黃燈籠辣椒、優(yōu)質番茄、水果型黃瓜和禮品西甜瓜等，通過引導植株向空中發(fā)展，顯著提高定植密度，獲得較高產量和效益。

主要技術特點和成效：a.條形擱架的設置，不僅利于人性化操作，也利于作物生長期的管理。

b.擱架下圓筒式通風裝置的設置，既利于作物根部散熱，又能促進棚內空氣流動，還能進行CO2施肥。

c.采取植株懸掛式和嚴格的植株調整，有效解決了空間利用問題，能顯著提高定植密度及單位面積產量和效益。

d.藤蔓作物的放蔓、盤蔓和繞蔓，顯著延長了作物采收期，實現(xiàn)了瓜果類蔬菜長季栽培，也利于大幅度提高產量。

e.2 a多來，通過栽培番茄、辣椒、黃瓜等，采收期與單位面積產量分別延長或提高2～3倍。

黃燈籠椒生產車間

3 主要控制技術的研究與應用

控制技術的應用是智慧型（智能化）植物工廠的主要標志。就海南目前的蔬菜植物工廠而言，主要應用了如下控制技術。

①環(huán)境控制技術 生產實踐表明，環(huán)境參數(shù)科學性與控制精準度對作物生長影響很大，目前，主要根據(jù)速生葉菜、辣椒、番茄、黃瓜、西瓜等作物特征特性及保護設施的可控范圍等設置主要環(huán)境控制參數(shù)如氣溫（℃）、光照（lx）、濕度（%）等；如番茄生產大棚外遮陽開啟的棚內氣溫為35～42℃，而頂窗與側窗的開啟氣溫為18～24℃。

環(huán)境控制參數(shù)確定后，必須安裝環(huán)境控制設施去自動完成，主要由兩部分組成，分別為生產區(qū)域的環(huán)境感應器和中央控制室。環(huán)境感應器及時感知生產區(qū)域的環(huán)境因子變化，并及時自動傳輸?shù)街醒肟刂剖?；中央控制室根?jù)設定的環(huán)境控制參數(shù)下達操作指令，實現(xiàn)膜網等覆蓋物的自動開啟或關閉。

②水肥一體化控制技術 首先根據(jù)不同作物的需肥特性及對水分的需求規(guī)律，制訂分階段的營養(yǎng)液配方、灌水頻率和灌概量標準。這些控制標準應根據(jù)不同品種與栽培地域調整，最好能有精準的單項試驗作支撐；目前的水肥一體化控制指標，仍主要憑經驗制訂，有待不斷完善和精準。

水肥一體自動化的實施，也必須建設水肥控制中心去完成。目前，已建有規(guī)模不一的17座智能化生產大棚，每座智能化生產大棚配有獨立的水肥控制中心；分別有配液、貯液、過濾、傳送及滴液等程序。水肥控制中心也與中央控制室聯(lián)結，實現(xiàn)水肥的自動化精準控制。

③速生葉菜均衡生產精準控制技術 速生葉菜是海南乃至華南熱區(qū)常年菜園的當家蔬菜種類；其均衡供應的程度對整個蔬菜市場的均衡供應起到了決定性的作用。而智慧型蔬菜植物工廠，因環(huán)境條件可控度顯著提高，故而利用均衡生產數(shù)學模型 X=A/（B+C）×W×Y（X：作物每次應播種的面積，A：作物采收期天數(shù)即作物播種間隔天數(shù)；B：作物從播種到采收的天數(shù)；C：2茬作物之間的休耕與備耕天數(shù)；W：基地生產面積；Y：作物種植面積占基地生產總面積的比例）來科學安排全年的速生葉菜生產更具有現(xiàn)實意義。通過2 a多的應用實踐，基本做到了全年365 d日采收量均衡，實現(xiàn)了定單精準供應。

4 有機廢棄物循環(huán)利用

智慧型蔬菜植物工廠是蔬菜設施栽培的最高形式，要求充分利用好有機廢棄物，不能隨意丟棄或使之隨雨水流走，既浪費資源又污染環(huán)境，不利于蔬菜的安全高效生產。因此，在設計智慧型蔬菜植物工廠的同時，還相伴設計了有機廢棄物循環(huán)利用工廠。目前已做到廢舊基質的循環(huán)利用，主要通過高溫消毒、加料攪拌及接種有益微生物等工序，使廢舊基質變成新基質或生物有機肥而實現(xiàn)再利用。下一步還將重點開展生物秸稈的循環(huán)利用，主要通過粉碎、高溫消毒、加料復配及接種有益微生物等工序，使之變成專用栽培基質或生物有機肥。已有的應用效果表明，不同類型的秸稈制作不同類型的栽培基質或專用生物有機肥適宜不同作物生長。

5 智能機械化生產技術的應用

智慧型植物工廠必須最大限度地節(jié)省勞務成本并盡可能減輕勞動強度。這也是復雜農業(yè)生產中難于解決的問題。就海南目前所謂的智慧型植物工廠而言，僅在以下方面得到了初步利用。

①自動化作業(yè)車 主要應用在高稈直立或藤蔓作物的生產車間，因作物能長到3～4 m，通過應用能上下升降及前后左右移動的自動化作業(yè)車，方便工人打杈、引蔓、授粉、采摘等工序，顯著提高了勞動生產力。

②移動式多噴頭噴藥機 現(xiàn)階段智慧型植物工廠的建設規(guī)模不一，海南陵水一個最大的智能化單體大棚達95 000m2，相當于一個大的田垟，為提高工作效率，噴藥施肥時采用移動式多噴頭（12個噴頭）噴霧機，每1 h能噴藥或葉面施肥3 335～4 002 m2，比傳統(tǒng)小型噴霧機械效率提高5倍。

③自動化分級、包裝流水線 隨著標準化生產水平的提高，包裝的規(guī)格化也是衡量現(xiàn)代化農業(yè)企業(yè)的重要標志。即在智慧型蔬菜植物工廠的建造中，也要考慮果蔬產品的自動化分級和包裝。鑒于這部分投入很大，其作用不僅是服務于企業(yè)本身，而是要作為一個平臺，更好地服務于周邊產區(qū)。像海南陵水潤達現(xiàn)代農業(yè)示范基地建設的自動化果蔬包裝加工廠，設計建造了小番茄及小型瓜類2條自動化分級、包裝流水線，每天按8 h計算分級包裝量可達到2.0 t；能更好地服務于陵水國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)園建設，促進果蔬產品包裝規(guī)格的提檔升級，更有利于發(fā)揮品牌效應與提高地方果蔬產業(yè)的整體經濟效益。