農業農村部發布國產化連棟溫室智慧種植模式典型案例！

壽光市智慧農業科技園于 2019 年組建,占地 240 畝,總投資4.5億元,旨在通過在園區內對設施農業新裝備、新設施、新技術進行示范應用,提升壽光設施蔬菜智能化水平。 在國家農業智能裝備工程技術研究中心的技術支持下,完成了單體 8 萬平方米外保溫連棟溫室及配套智能生產管控系統裝備設計建造。生產實踐證明,該國產化連棟智能溫室系統同比有效降低運行能耗 30% 以上、關鍵水肥環控模型及核心部件實現 100% 國產化替代。

二、信息技術裝備應用情況

(一)生產實際問題

通過將我國日光溫室較好的蓄熱保溫性能與荷蘭文洛型溫室空間利用率高、宜機化智能化程度高等優勢進行有機結合,形成國產化新型大型玻璃溫室結構及其配套裝備。 為解決我國北方地區大型溫室技術裝備依賴進口、運行成本居高不下等問題,探索出一條本土化創新發展道路。

(二)做法模式

一是創新大型連棟玻璃溫室外保溫結構設計。 以“下沉式、大斜面、外保溫”為創新設計特色,融合了日光溫室和文洛型連棟溫室的優勢。 溫室采用大屋面設計,在降溫的同時保證充足光照;采用地面下沉式設計(低于地平面 80—100 cm)提高溫室保溫、蓄熱能力;四周立面采用三玻兩腔玻璃構筑,大幅提升熱阻值和保溫能力。 溫室南北走向天溝處安裝滑動平鋪式外保溫被,使屋面熱損失降低 36% ,大幅降低冬季采暖熱負荷;同時,通過配置智能控制系統,可根據太陽方位角變化對東西屋面外保溫進行分時控制,高效利用太陽能光熱資源。

二是正壓通風溫室環境綜合智能調控。集成應用空氣源熱泵、正壓濕簾冷暖風機組、通風管道、循環水管道及控制系統等,具有加溫、降溫、增濕、除濕及空氣過濾功能,兼容 CO2 補施及臭氧消毒功能,從源頭控制空氣質量,提高溫室環境調控能力。 溫室安裝 22 臺風機,每小時通風量 280 萬立方米,夏季可創造低于室外10℃的環境溫度,正壓環境大幅降低病蟲害發生幾率。

三是智能二氧化碳氣肥聯合增施。 集成氣源、氣液轉換器、CO2 發生器、控制器與控制系統、應用終端等。 采用工業源 CO2 ,經過分子篩等三級過濾,將清潔的 CO2 用于溫室蔬菜生產。 園區共配備 4 套高通量和 2 套中通量 CO2 智能調控系統,可根據種植種類、生育期及環境條件實現環境與水肥智能聯調及分區控制,提升栽培區氣肥濃度且無毒副產品,提高果蔬品質,增產幅度達30%左右。

四是智能集控托管式閉環水肥一體化綜合管理。 包含水源處理、智能水肥一體化系統、營養液消毒再利用系統三部分,共配有2 套反滲透水處理系統、7 套智能水肥一體化系統、4 套慢砂智能組合式營養液消毒系統,可實現生產水源的過濾凈化、營養液灌溉、回液回收再利用。

五是設施果菜全流程多方位精準高效無土栽培。 以資源高效利用和全程數字化高效管理為目標設計建設,采用高架無土栽培模式,由內收幾字形栽培槽、軌道式吊蔓、水肥藥一體化裝備、營養液回收消毒裝置、微環境調控與消毒設備、數字化智能監測與控制系統、手機 APP 遠程管控系統等組成,可實現設施果菜栽培中環境與營養液的全程數字化監測與全自動管理和遠程控制。 系統內嵌栽培管理專家模塊,可進行生產管理建議與記錄。 通過該系統可按需進行環境、營養液、田間生產的高效、便捷化管理,節約資源、提高勞動效率,實現節能、高效、清潔、零排放生產。

六是設施農業機器人作業。 包含智慧管控服務機器人、農業園區巡檢機器人、設施農業路軌兩用自主導航運輸機器人、設施農業無人噴藥機器人、設施番茄自適應授粉機器人和機器人調度系統,在運輸、打藥、授粉、搬運和溫室管控等環節實現了無人化或少人化作業,提高了溫室作物種植全流程高精準管控能力。

七是搭建可視化溫室智慧管控云服務平臺。 由云組態監控、數據采集分析、視覺、人工智能服務、模型決策、專家系統、展示推送和設備巡檢調度等 8 部分組成,可有效解決大型園區種植區域較多、分布范圍廣、種植作物復雜、管理難度大、高度依賴種植者經驗等問題,建立了設施番茄全產業鏈智慧化托管生產模式。

(三)技術創新

一是自主研發溫室環境調控算法。 借鑒荷蘭調控模式,采用基于環境調控模型的設置點追蹤最優控制算法,尋求溫室環境最優軌線,使能耗最低,建立了適用我國北方地區氣候類型的本土化溫室環境調控算法。

二是自主研發作物水肥決策模型。 以植株生長模型和水肥需求模型為驅動,結合植株品種、定植時間、氣象環境對作物水肥供給和根區環境進行自主管理決策,實現了營養液精量配比、精準淋灌,滿足作物生長水肥的同時,避免了作物根區鹽分和有毒物質的累積,實現了水肥調控設備和控制決策模型的 100% 國產化替代。

三是自主研發設施作業機器人。 圍繞連棟溫室生產作業過程中關鍵用工環節,研發了番茄授粉、植保打藥、采后運輸、綜合調度等國產化設施作業機器人裝備,在果菜類生產部分環節實現無人化或少人化作業,大大降低了生產用工成本,提高溫室作物種植全流程高精準管控能力。

三、成本效益

外保溫智能連棟溫室,與傳統文洛型連棟溫室相比,整個越冬生產加溫季的節能率在50% 左右;與日光溫室相比,土地利用率從40% 提升到 80% 以上;與傳統土壤滴灌生產模式相比,提高水肥利用效率 1 倍以上;與傳統生產模式相比,用工減少 2/3 以上。外保溫智能連棟溫室建設成本 2000—2500 元/ 平方米,使用期限 20 年(設備 10 年),年運行能耗低于 50 元/ 平方米,相比常規玻璃溫室降低 30% 以上。