發(fā)達國家設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展現(xiàn)狀、趨向分析

 

 

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化是將現(xiàn)代生物工程技術(shù)、農(nóng)業(yè)工程技術(shù)、環(huán)境工程技術(shù)、信息技術(shù)和自動化技術(shù)應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，根據(jù)動植物生長的最適宜生態(tài)條件在現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)內(nèi)進行四季恒定的環(huán)境自動控制，使其不受氣候條件的影響，生產(chǎn)呈自動化、標準化和智能化，農(nóng)產(chǎn)品周年生產(chǎn)、均衡上市，實現(xiàn)生產(chǎn)高速度、高產(chǎn)出和益。

 

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化包括設(shè)施工程、環(huán)境調(diào)控以及栽培、養(yǎng)殖技術(shù)等方面標準化、自動化、信息化，其核心是農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控。設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控智能化是在一定的空間內(nèi)，用不同功能的傳感器探測頭，準確采集設(shè)施內(nèi)環(huán)境因子(光、熱、水、氣、肥)以及作物生育狀況等參數(shù)，通過數(shù)字電路轉(zhuǎn)換后傳回計算機，并對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析和智能化處理后形成專家系統(tǒng)，根據(jù)作物生長所需條件，由計算機智能系統(tǒng)發(fā)出指令，使有關(guān)系統(tǒng)、裝置及設(shè)備有規(guī)律運作，將設(shè)施內(nèi)溫、光、水、肥、氣等諸因素綜合協(xié)調(diào)到狀態(tài)，確保一切生產(chǎn)活動科學(xué)、有序、規(guī)范、持續(xù)地進行。目前設(shè)施農(nóng)業(yè)環(huán)境調(diào)控智能化研究已成為當今各國展示農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平的重要標志。

 

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)歷史久遠，早在l5～16世紀，英格蘭、荷蘭、法國、日本等就開始建造簡易的溫室，栽培時令蔬菜或小水果。進入20世紀特別是50年代后，隨著現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透和微電子技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)施農(nóng)業(yè)在全球迅速崛起，特別是在美國、荷蘭、日本等一些發(fā)達設(shè)施農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展，形成了一個強大的支柱產(chǎn)業(yè)。隨著科學(xué)技術(shù)特別是信息技術(shù)、環(huán)境工程技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)向農(nóng)業(yè)的滲透和現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)，包括機械技術(shù)、工程技術(shù)、電子技術(shù)、計算機管理技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、生物技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)施農(nóng)業(yè)不斷向智能化方向發(fā)展。

 

　　早在20世紀80年代美國雨鳥公司、摩托羅拉等幾家公司就合作開發(fā)了智能中央計算機灌溉控制系統(tǒng)，開始將計算機應(yīng)用于溫室控制和管理，此后溫室計算機控制及管理技術(shù)便先是在發(fā)達得到廣泛應(yīng)用，后來各發(fā)展中也都紛紛引進、開發(fā)出適合自己的系統(tǒng)。20世紀90年代，美國開發(fā)的溫室計算機控制與管理系統(tǒng)可以根據(jù)溫室作物的特點和要求，對溫室內(nèi)光照、溫度、水、氣、肥等諸多因子進行自動調(diào)控，還可利用差溫管理技術(shù)實現(xiàn)對花卉、果蔬等產(chǎn)品的開花和成熟期進行控制，以滿足生產(chǎn)和市場的需要。目前，美國已將全球定位系統(tǒng)、電腦和遙感遙測等高新技術(shù)應(yīng)用于溫室生產(chǎn)，有82%的溫室使用計算機進行控制，有67%的農(nóng)戶使用計算機，其中27%的農(nóng)戶還運用了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

 

　　以園藝業(yè)著稱的荷蘭從20世紀80年代以來就開始開發(fā)溫室計算機自動控制系統(tǒng)，并不斷開發(fā)模擬控制軟件。到80年代中期，已有5000多臺計算機應(yīng)用于溫室，目前荷蘭擁有玻璃溫室1.2萬多hm2，占的1/4以上，有85%的溫室種植者使用環(huán)境控制計算機，種植者只需從軟件公司購買溫室控制軟件，從化學(xué)公司購買營養(yǎng)液后，即可按照不同作物的特點進行自動控制，從而滿足作物生長發(fā)育的最適要求。目前，荷蘭建有1.2萬hm2現(xiàn)代化自動控制溫室，在生產(chǎn)觀葉園藝植物的現(xiàn)代化大型自控溫室中，盆觀植物均置放在栽培床上，從基質(zhì)攪拌、裝缽、定植、栽培、施肥、灌溉、缽體移動全部實現(xiàn)機械運作，室內(nèi)溫度、光照、濕度、作物生長情況、環(huán)境等全部由計算機監(jiān)控，在計算機智能化、溫室環(huán)境調(diào)控方面也居地位。

 

　　英國的智能溫室系統(tǒng)、西班牙和奧地利的遙控溫室系統(tǒng)都是計算機控制與管理在溫室中的成功應(yīng)用。另外，德國已經(jīng)把3S技術(shù)(地理信息系統(tǒng)GIS、全球定位系統(tǒng)GPS、遙感技術(shù)RS)應(yīng)用于溫室。與此同時，溫室計算機控制和管理技術(shù)在亞洲同樣得到了極大的發(fā)展。

 

　　日本在20世紀80年代中期應(yīng)用于溫室中的計算機就達到1000多臺，到1995年達6000多臺，目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門中計算機的普及率高達92%。日本還建造了上最為先進的植物工廠，采用完全封閉生產(chǎn)、人工補充光照，全部由計算機控制。日本的甜瓜農(nóng)場應(yīng)用一種新型的智能計算機系統(tǒng)，對7個溫室群進行管理，實現(xiàn)控制。近年來日本還研制了一種遙感溫室環(huán)境控制系統(tǒng)，將分散的溫度群與計算機控制中心連接，從而實現(xiàn)更大范圍的溫室自動化管理。

 

　　以色列用光熱資源的優(yōu)勢和節(jié)水灌溉技術(shù)，主要生產(chǎn)花卉和蔬菜，采用大型塑料溫室，在作物附近都安裝了傳感器以測定水、肥狀況，利用辦公室里的中心計算機通過田間的控制器收集和儲存全天溫室內(nèi)部和外部的溫度和濕度數(shù)據(jù)，通過程序進行數(shù)據(jù)分析，并可通過引入新數(shù)據(jù)來改變操作程序，很方便地遙控灌溉和施肥，系統(tǒng)還可自動控制卷簾、熱屏遮陰系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)以及灌溉區(qū)的流量控制系統(tǒng)，可靠，節(jié)省人力，原本資源匱乏的以色列現(xiàn)已成為沙漠上的蔬菜出口國。

 

　　三、發(fā)達設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展趨向

 

　　目前，發(fā)達設(shè)施農(nóng)業(yè)已具備了技術(shù)成套、設(shè)施設(shè)備完善、生產(chǎn)比較規(guī)范，產(chǎn)量穩(wěn)定、質(zhì)量保證性強等特點，形成了設(shè)施制造、環(huán)控調(diào)節(jié)、生產(chǎn)資材為一體的產(chǎn)業(yè)體系，能根據(jù)動植物生長的最適宜生態(tài)條件在現(xiàn)代化設(shè)施農(nóng)業(yè)內(nèi)進行四季恒定的環(huán)境自動控制，使得不受氣候條件的影響，實現(xiàn)了周年生產(chǎn)、均衡上市。

 

　　設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的標志，是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。智能化程度越高，設(shè)施農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)科技發(fā)展水平越高。從初級自動化控制向高級智能化轉(zhuǎn)變，從非標準化設(shè)施向標準化產(chǎn)品過渡，控制系統(tǒng)從自動化向智能化轉(zhuǎn)變是設(shè)施農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，突出體現(xiàn)在現(xiàn)代化溫室和植物工廠等方面。

 

 

　　現(xiàn)代化溫室是荷蘭、英國、法國、德國、日本等設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化的主要表現(xiàn)形式。這種溫室可以自動控制室內(nèi)的溫度、濕度、灌溉、通風(fēng)、CO2濃度和光照，每平方米溫室一季可產(chǎn)番茄30～50kg，黃瓜40kg，或產(chǎn)月季花180枝左右，相當于露地栽培產(chǎn)量l0倍以上。當前，現(xiàn)代化溫室發(fā)展的主要問題是能源消耗大、成本高，因此其發(fā)展趨向重點是研究節(jié)能措施，如室內(nèi)采用保溫簾、雙層玻璃、多層覆蓋和利用太陽能等技術(shù)措施。有些，如美國、日本、意大利等國開始把溫室建在適于喜溫作物生長的溫暖地區(qū)，減少了能源消耗。以色列則研究開發(fā)電腦自動調(diào)溫、調(diào)濕、調(diào)氣、調(diào)光的溫室，用于雞、魚等家禽和水產(chǎn)的飼養(yǎng)。荷蘭設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化重點是畜牧業(yè)生產(chǎn)的自動化程度和標準化，奶牛飼養(yǎng)、擠奶、牛奶的罐裝、冷藏及圈養(yǎng)時的喂料、喂水、清圈等過程自動控制;美國的畜禽飼養(yǎng)計算機化也已經(jīng)相當普遍，正向畜禽生產(chǎn)管理自動化發(fā)展，例如管理豬生產(chǎn)的計算機系統(tǒng)中存儲著分娩死亡、生長、出售、食物比例和管理過程中所需的各種數(shù)據(jù)和信息，它可以分析、預(yù)測豬的銷售、交配、產(chǎn)仔母豬所需飼料、豬種退化以及良種替代等。

 

　　植物工廠是目前智能化水平的設(shè)施農(nóng)業(yè)，是繼溫室栽培之后發(fā)展的一種高度專業(yè)化、現(xiàn)代化的設(shè)施農(nóng)業(yè)。植物工廠與溫室生產(chǎn)不同點在于，完全擺脫大田生產(chǎn)條件下自然條件和氣候條件的制約，應(yīng)用近代先進設(shè)備，完全由人工控制環(huán)境條件，全年均衡供應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品。

 

　　目前，植物工廠在一些發(fā)達得到了較快發(fā)展，初步實現(xiàn)了工廠化生產(chǎn)蔬菜、食用菌和名貴花木等，其設(shè)施內(nèi)部環(huán)境因素(如溫度、濕度、光照度、CO2濃度等)的調(diào)控由過去單因子控制向利用環(huán)境、計算機多因子動態(tài)控制系統(tǒng)發(fā)展、實現(xiàn)了播種、育苗、定植、管理、收獲、包裝、運輸?shù)茸鳂I(yè)的智能化。美國、荷蘭等發(fā)達，還一直在美國研究利用“植物工廠”種植小麥、水稻以及進行植物組織培養(yǎng)和快繁、脫毒。由于這種植物工廠的作物生產(chǎn)環(huán)境不受外界氣候等條件影響，蔬菜如生菜種苗移栽2周后，即可收獲，全年收獲產(chǎn)品20茬以上，蔬菜年產(chǎn)量是露地栽培的數(shù)10倍，是溫室栽培的l0倍以上。荷蘭、美國采用工廠化生產(chǎn)蘑菇，每年可栽培6.5個周期，每周期只需20d，產(chǎn)蘑菇25.27kg/m2。此外，在植物工廠可實現(xiàn)無土栽培，不用農(nóng)藥，能生產(chǎn)無污染的蔬菜等。

 

　　目前，上只有30多個植物工廠，由于設(shè)備投資大，耗電多(占生產(chǎn)成本一半以上)，如何降低成本和“工廠化”成套技術(shù)研究是現(xiàn)在和將來設(shè)施農(nóng)業(yè)智能化的發(fā)展趨向。