設(shè)施農(nóng)業(yè)條件下蔬菜種子高效繁育技術(shù)與應(yīng)用

摘要：設(shè)施農(nóng)業(yè)條件下的蔬菜種子繁育技術(shù)通過(guò)精準(zhǔn)控制環(huán)境參數(shù)和資源利用效率，顯著提升了種子的發(fā)芽率和生長(zhǎng)質(zhì)量。本文重點(diǎn)探討了環(huán)境控制技術(shù)、無(wú)土栽培與精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)供給、水肥一體化技術(shù)以及智能化監(jiān)控系統(tǒng)在蔬菜種子繁育中的應(yīng)用。通過(guò)調(diào)控溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度等關(guān)鍵因素，結(jié)合水培、氣培等無(wú)土栽培技術(shù)與自動(dòng)化施肥系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了資源的高效利用和繁育效率的提升。此外，還展望了物聯(lián)網(wǎng)與人工智能在設(shè)施農(nóng)業(yè)中的潛在應(yīng)用，推動(dòng)種子繁育技術(shù)向智能化和可持續(xù)方向發(fā)展。

關(guān)鍵詞：種子繁育；設(shè)施農(nóng)業(yè)；環(huán)境控制

隨著全球人口的增長(zhǎng)和氣候變化的加劇，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨越來(lái)越多的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)已難以滿(mǎn)足可持續(xù)發(fā)展的需求。在此背景下，設(shè)施農(nóng)業(yè)憑借其高度可控的環(huán)境調(diào)節(jié)能力，成為蔬菜種子繁育中的重要手段[1]。通過(guò)利用現(xiàn)代化技術(shù)手段，設(shè)施農(nóng)業(yè)能夠精確調(diào)控種子發(fā)芽和幼苗生長(zhǎng)的各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)，實(shí)現(xiàn)種子的高效繁育。同時(shí)，隨著智能化技術(shù)的不斷進(jìn)步，種子繁育過(guò)程中的自動(dòng)化和智能化水平也在不斷提升。

1 設(shè)施農(nóng)業(yè)中的環(huán)境控制技術(shù)

設(shè)施農(nóng)業(yè)中的環(huán)境控制技術(shù)是蔬菜種子高效繁育的核心，通過(guò)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)溫度、濕度、光照和二氧化碳濃度，為種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)提供理想條件。

1.1 溫度與濕度的智能調(diào)控 溫度調(diào)控是影響種子發(fā)芽和生長(zhǎng)的關(guān)鍵。溫控系統(tǒng)依賴(lài)PT100溫度傳感器和PID控制算法，確保溫度在20～30℃之間波動(dòng)，精度控制在±0.5℃。利用熱泵和風(fēng)機(jī)盤(pán)管系統(tǒng)配合，使晝夜溫差保持在4～6℃，有助于提高種子活力。比如，番茄種子在25℃/20℃的晝夜溫度下，發(fā)芽率保持較高水平。溫控系統(tǒng)結(jié)合傳感器和中央控制設(shè)備，自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度，確保波動(dòng)范圍最小。

濕度調(diào)控依托超聲波加濕器與除濕機(jī)，并通過(guò)濕度傳感器實(shí)現(xiàn)精確反饋。濕度通常保持在70%～80%，低濕度可能導(dǎo)致種子干燥，過(guò)高則易增加霉菌風(fēng)險(xiǎn)。濕度調(diào)控的精度為±2%RH，確保環(huán)境穩(wěn)定。比如，胡蘿卜種子在75%相對(duì)濕度條件下，發(fā)芽率和早期生長(zhǎng)速率均有所提升。濕度和溫度控制系統(tǒng)協(xié)同作用，可以保證最優(yōu)的繁育環(huán)境[2]。

1.2 光照與二氧化碳調(diào)控技術(shù) 光照管理通過(guò)全光譜LED照明系統(tǒng)為不同生長(zhǎng)階段提供合適的光譜。早期階段的460nm藍(lán)光促進(jìn)光合作用和細(xì)胞分裂，苗期的660nm紅光有助于生長(zhǎng)素生成，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。LED系統(tǒng)通過(guò)光通量傳感器監(jiān)測(cè)光強(qiáng)，維持在200～400μmol/m2/s之間，避免光飽和影響光合作用效率。常見(jiàn)的光周期管理為12h光/12h暗，有助于平衡光合作用和生長(zhǎng)代謝。

二氧化碳調(diào)控則通過(guò)CO2發(fā)生器和紅外CO2傳感器維持CO2濃度在400～1500mg/kg。CO2濃度的提升可以促進(jìn)光合作用效率，加速植物生長(zhǎng)。系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)光照和環(huán)境參數(shù)自動(dòng)調(diào)整CO2濃度，使其與光合作用需求同步，提高種子發(fā)芽率和生長(zhǎng)速率。

2 無(wú)土栽培與精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)供給

無(wú)土栽培是設(shè)施農(nóng)業(yè)中的核心技術(shù)，通過(guò)精準(zhǔn)控制水分和養(yǎng)分供給，確保蔬菜種子的高效繁育。常見(jiàn)的無(wú)土栽培系統(tǒng)包括水培、氣培和基質(zhì)栽培，這些系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化管理實(shí)現(xiàn)對(duì)水分、營(yíng)養(yǎng)液成分的精準(zhǔn)控制。

水培系統(tǒng)依賴(lài)于營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)供應(yīng)植物所需的養(yǎng)分，營(yíng)養(yǎng)液中的pH值（通?？刂圃?.5～6.5之間）和電導(dǎo)率（EC值，一般為1.5～2.5mS/cm）是關(guān)鍵控制參數(shù)。水培系統(tǒng)通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控這些參數(shù)，并結(jié)合閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化水資源利用，可使水資源利用率達(dá)90%以上。此外，水培系統(tǒng)通過(guò)營(yíng)養(yǎng)液的循環(huán)減少了病蟲(chóng)害的風(fēng)險(xiǎn)，并提升了種子發(fā)芽率。

氣（霧）培系統(tǒng)采用超聲波霧化技術(shù)，將營(yíng)養(yǎng)液霧化后噴灑至根系，根系懸掛在空氣中，充分吸收營(yíng)養(yǎng)和氧氣。霧化顆粒的粒徑控制在5～50μm，以確保營(yíng)養(yǎng)液充分附著并被植物根系吸收。氣培系統(tǒng)配備噴霧定時(shí)器與營(yíng)養(yǎng)液傳感器，自動(dòng)調(diào)節(jié)噴霧頻率，實(shí)現(xiàn)根系的高效吸收，促進(jìn)種子的快速生長(zhǎng)。3種常見(jiàn)的氣（霧）栽培種植槽見(jiàn)圖1所示。

第1種為金字塔型，適用于培育葉菜類(lèi)植物。第2種為苗床型，兩側(cè)可培育矮小的葉菜類(lèi)蔬菜，頂部也可進(jìn)行吊架栽培。第3種為立柱式，其優(yōu)勢(shì)在于空間利用率高。

營(yíng)養(yǎng)液的智能供應(yīng)與管理基于傳感器網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的pH值、EC值和營(yíng)養(yǎng)液成分。自動(dòng)配方管理系統(tǒng)能夠根據(jù)植物生長(zhǎng)階段的需求自動(dòng)調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液成分，確保植物在各個(gè)生長(zhǎng)階段獲得適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)分。通過(guò)閉環(huán)控制系統(tǒng)和精準(zhǔn)滴灌技術(shù)，營(yíng)養(yǎng)液的使用效率可提升30%以上，并有效減少了水肥流失。智能化營(yíng)養(yǎng)液管理系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)調(diào)控，能夠?qū)崿F(xiàn)精準(zhǔn)的養(yǎng)分供給，減少了人為干預(yù)的不確定性，顯著提升蔬菜種子繁育的成功率和資源利用效率。

3 水肥一體化技術(shù)與灌溉系統(tǒng)

水肥一體化技術(shù)是設(shè)施農(nóng)業(yè)中實(shí)現(xiàn)高效資源利用和蔬菜種子繁育的關(guān)鍵，通過(guò)精準(zhǔn)控制水分和肥料的供給，提高了水肥的利用效率，確保了種子繁育過(guò)程中的最佳生長(zhǎng)條件。

3.1 精確灌溉技術(shù)與實(shí)施 精確灌溉技術(shù)通過(guò)滴灌和微噴灌系統(tǒng)，結(jié)合傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)土壤水分或基質(zhì)濕度，確保水分供應(yīng)的精準(zhǔn)性。水分管理依賴(lài)于土壤濕度傳感器和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境條件和種子生長(zhǎng)階段的需求，自動(dòng)調(diào)節(jié)灌溉頻率和水量，避免過(guò)度灌溉或缺水問(wèn)題。滴灌技術(shù)可將水資源利用率提升至90%以上，顯著減少水資源浪費(fèi)[3]。

設(shè)施農(nóng)業(yè)中的精確灌溉還可結(jié)合蒸騰模型和天氣預(yù)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)傳感器收集的數(shù)據(jù)自動(dòng)預(yù)測(cè)植物的水分需求，調(diào)整灌溉策略，保證各階段水分供給的穩(wěn)定性和一致性。這種灌溉模式有助于保持種子發(fā)芽階段的適宜濕度環(huán)境，同時(shí)避免土壤積水和營(yíng)養(yǎng)流失。

3.2 自動(dòng)施肥與營(yíng)養(yǎng)供給系統(tǒng) 自動(dòng)施肥系統(tǒng)是水肥一體化技術(shù)的重要組成部分，通過(guò)結(jié)合肥料濃度傳感器、pH值監(jiān)測(cè)設(shè)備和EC傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控營(yíng)養(yǎng)液中的主要養(yǎng)分濃度，并根據(jù)植物生長(zhǎng)需求自動(dòng)調(diào)整肥料供給量。施肥系統(tǒng)結(jié)合灌溉系統(tǒng)一體化操作，確保肥料通過(guò)灌溉水均勻輸送至植物根系，提高肥料利用率。

設(shè)施農(nóng)業(yè)中的自動(dòng)施肥系統(tǒng)能夠根據(jù)作物生長(zhǎng)模型和實(shí)時(shí)反饋的養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)，調(diào)整營(yíng)養(yǎng)液的成分配比，避免養(yǎng)分過(guò)?；虿蛔愕那闆r發(fā)生。常用的宏量元素如氮（N）、磷（P）、鉀（K）的供給比例會(huì)根據(jù)不同生長(zhǎng)階段進(jìn)行精確調(diào)配。例如，發(fā)芽期更注重氮的供給以促進(jìn)葉綠素合成，而苗期則需要更多磷來(lái)促進(jìn)根系發(fā)育。結(jié)合閉環(huán)灌溉與施肥系統(tǒng)，營(yíng)養(yǎng)液通過(guò)滴灌或微噴系統(tǒng)精準(zhǔn)輸送至植物根部，確保水肥的高效利用率。此類(lèi)系統(tǒng)不僅減少了肥料的浪費(fèi)，還減少了土壤中肥料的積累，從而減少了環(huán)境污染。在資源利用方面，水肥一體化系統(tǒng)能夠?qū)⒎柿侠寐侍嵘?0%～50%，同時(shí)減少了不必要的人工操作，使得種子繁育過(guò)程更加智能化和高效。

4 未來(lái)技術(shù)發(fā)展與優(yōu)化方向

設(shè)施農(nóng)業(yè)中的種子繁育技術(shù)正朝著更智能、更可持續(xù)的方向發(fā)展，未來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新將進(jìn)一步提升繁育效率和資源利用率。

4.1 物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的深度融合 物聯(lián)網(wǎng)（IOT）技術(shù)將繼續(xù)深化，未來(lái)設(shè)施農(nóng)業(yè)中的每個(gè)傳感器、控制器和設(shè)備都將通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。結(jié)合邊緣計(jì)算技術(shù)，數(shù)據(jù)的處理速度和決策反應(yīng)時(shí)間將進(jìn)一步縮短，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)種子繁育環(huán)境的實(shí)時(shí)優(yōu)化。同時(shí)人工智能（AI）將廣泛應(yīng)用于繁育系統(tǒng)中，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，AI能夠自主學(xué)習(xí)各類(lèi)環(huán)境調(diào)控策略，并根據(jù)種子的具體需求自動(dòng)生成最優(yōu)繁育方案[4]。

4.2 資源節(jié)約與可持續(xù)發(fā)展 未來(lái)的設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)將更注重水資源與肥料的節(jié)約。新型水肥回收系統(tǒng)和閉環(huán)管理系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)更高的資源利用率，減少對(duì)環(huán)境的影響。同時(shí)，綠色能源（如太陽(yáng)能和風(fēng)能）將在未來(lái)的設(shè)施農(nóng)業(yè)中廣泛應(yīng)用，減少溫室大棚的碳排放，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。通過(guò)技術(shù)的持續(xù)優(yōu)化和智能化的提升，設(shè)施農(nóng)業(yè)將進(jìn)一步提高蔬菜種子繁育的效率和穩(wěn)定性，推動(dòng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

設(shè)施農(nóng)業(yè)的高效繁育技術(shù)為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)提供了可靠的解決方案，通過(guò)環(huán)境控制、無(wú)土栽培和智能化管理系統(tǒng)的結(jié)合，大大提高了蔬菜種子的繁育效率和質(zhì)量。同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的引入，種子繁育過(guò)程正逐步實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化和智能化。未來(lái)，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，設(shè)施農(nóng)業(yè)有望實(shí)現(xiàn)更加精準(zhǔn)、可持續(xù)的生產(chǎn)模式，進(jìn)一步提升資源利用率，減少環(huán)境負(fù)荷，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]劉士華，劉士莉，徐丹，文雯，王晶，唐朝．農(nóng)業(yè)信息化技術(shù)在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的典型應(yīng)用．農(nóng)業(yè)工程，2024，14（2）：57-60

[2]王山松．北京市大興區(qū)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化分析．農(nóng)業(yè)工程，2024，14（5）：59-62

[3]徐凱，徐蘭婷，張怡文，王小迪，詹曉慧，元賢良，姚明華，王飛．智慧農(nóng)業(yè)及其在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中的應(yīng)用．辣椒雜志，2024，22（1）：60-66

[4]何靜，曹明光．農(nóng)業(yè)技術(shù)指導(dǎo)下設(shè)施蔬菜生產(chǎn)的研究．棉花科學(xué)，2024，46（1）：131-133