农业农村部发布国产化连栋温室智慧种植模式典型案例！

近日，农业农村部发布了全国14个智慧农业典型案例，为智慧农业发展提供参考和借鉴。

一、基本情况

寿光市智慧农业科技园于 2019 年组建,占地 240 亩,总投资4.5亿元,旨在通过在园区内对设施农业新装备、新设施、新技术进行示范应用,提升寿光设施蔬菜智能化水平。 在国家农业智能装备工程技术研究中心的技术支持下,完成了单体 8 万平方米外保温连栋温室及配套智能生产管控系统装备设计建造。生产实践证明,该国产化连栋智能温室系统同比有效降低运行能耗 30% 以上、关键水肥环控模型及核心部件实现 100% 国产化替代。

二、信息技术装备应用情况

(一)生产实际问题

通过将我国日光温室较好的蓄热保温性能与荷兰文洛型温室空间利用率高、宜机化智能化程度高等优势进行有机结合,形成国产化新型大型玻璃温室结构及其配套装备。 为解决我国北方地区大型温室技术装备依赖进口、运行成本居高不下等问题,探索出一条本土化创新发展道路。

(二)做法模式

一是创新大型连栋玻璃温室外保温结构设计。 以“下沉式、大斜面、外保温”为创新设计特色,融合了日光温室和文洛型连栋温室的优势。 温室采用大屋面设计,在降温的同时保证充足光照;采用地面下沉式设计(低于地平面 80—100 cm)提高温室保温、蓄热能力;四周立面采用三玻两腔玻璃构筑,大幅提升热阻值和保温能力。 温室南北走向天沟处安装滑动平铺式外保温被,使屋面热损失降低 36% ,大幅降低冬季采暖热负荷;同时,通过配置智能控制系统,可根据太阳方位角变化对东西屋面外保温进行分时控制,高效利用太阳能光热资源。

二是正压通风温室环境综合智能调控。集成应用空气源热泵、正压湿帘冷暖风机组、通风管道、循环水管道及控制系统等,具有加温、降温、增湿、除湿及空气过滤功能,兼容 CO2 补施及臭氧消毒功能,从源头控制空气质量,提高温室环境调控能力。 温室安装 22 台风机,每小时通风量 280 万立方米,夏季可创造低于室外10℃的环境温度,正压环境大幅降低病虫害发生几率。

三是智能二氧化碳气肥联合增施。 集成气源、气液转换器、CO2 发生器、控制器与控制系统、应用终端等。 采用工业源 CO2 ,经过分子筛等三级过滤,将清洁的 CO2 用于温室蔬菜生产。 园区共配备 4 套高通量和 2 套中通量 CO2 智能调控系统,可根据种植种类、生育期及环境条件实现环境与水肥智能联调及分区控制,提升栽培区气肥浓度且无毒副产品,提高果蔬品质,增产幅度达30%左右。

四是智能集控托管式闭环水肥一体化综合管理。 包含水源处理、智能水肥一体化系统、营养液消毒再利用系统三部分,共配有2 套反渗透水处理系统、7 套智能水肥一体化系统、4 套慢砂智能组合式营养液消毒系统,可实现生产水源的过滤净化、营养液灌溉、回液回收再利用。

五是设施果菜全流程多方位精准高效无土栽培。 以资源高效利用和全程数字化高效管理为目标设计建设,采用高架无土栽培模式,由内收几字形栽培槽、轨道式吊蔓、水肥药一体化装备、营养液回收消毒装置、微环境调控与消毒设备、数字化智能监测与控制系统、手机 APP 远程管控系统等组成,可实现设施果菜栽培中环境与营养液的全程数字化监测与全自动管理和远程控制。 系统内嵌栽培管理专家模块,可进行生产管理建议与记录。 通过该系统可按需进行环境、营养液、田间生产的高效、便捷化管理,节约资源、提高劳动效率,实现节能、高效、清洁、零排放生产。

六是设施农业机器人作业。 包含智慧管控服务机器人、农业园区巡检机器人、设施农业路轨两用自主导航运输机器人、设施农业无人喷药机器人、设施番茄自适应授粉机器人和机器人调度系统,在运输、打药、授粉、搬运和温室管控等环节实现了无人化或少人化作业,提高了温室作物种植全流程高精准管控能力。

七是搭建可视化温室智慧管控云服务平台。 由云组态监控、数据采集分析、视觉、人工智能服务、模型决策、专家系统、展示推送和设备巡检调度等 8 部分组成,可有效解决大型园区种植区域较多、分布范围广、种植作物复杂、管理难度大、高度依赖种植者经验等问题,建立了设施番茄全产业链智慧化托管生产模式。

(三)技术创新

一是自主研发温室环境调控算法。 借鉴荷兰调控模式,采用基于环境调控模型的设置点追踪最优控制算法,寻求温室环境最优轨线,使能耗最低,建立了适用我国北方地区气候类型的本土化温室环境调控算法。

二是自主研发作物水肥决策模型。 以植株生长模型和水肥需求模型为驱动,结合植株品种、定植时间、气象环境对作物水肥供给和根区环境进行自主管理决策,实现了营养液精量配比、精准淋灌,满足作物生长水肥的同时,避免了作物根区盐分和有毒物质的累积,实现了水肥调控设备和控制决策模型的 100% 国产化替代。

三是自主研发设施作业机器人。 围绕连栋温室生产作业过程中关键用工环节,研发了番茄授粉、植保打药、采后运输、综合调度等国产化设施作业机器人装备,在果菜类生产部分环节实现无人化或少人化作业,大大降低了生产用工成本,提高温室作物种植全流程高精准管控能力。

三、成本效益

外保温智能连栋温室,与传统文洛型连栋温室相比,整个越冬生产加温季的节能率在50% 左右;与日光温室相比,土地利用率从40% 提升到 80% 以上;与传统土壤滴灌生产模式相比,提高水肥利用效率 1 倍以上;与传统生产模式相比,用工减少 2/3 以上。外保温智能连栋温室建设成本 2000—2500 元/ 平方米,使用期限 20 年(设备 10 年),年运行能耗低于 50 元/ 平方米,相比常规玻璃温室降低 30% 以上。

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