設施農業的智能化管理技術應用研究

河南省科學技術信息研究院 趙曦陽 張桂玲河南省高技術創業服務中心 張保柱

設施農業的智能化管理技術應用研究

河南省科學技術信息研究院 趙曦陽 張桂玲
河南省高技術創業服務中心 張保柱

在世界近代農業發展史上，大致經歷了三次技術革命。第一次是以拖拉機等農機具為標志的農業機械技術在農業生產上的廣泛應用；第二次是以現代遺傳學理論、化學肥料、有機農藥為標志的生物和化學技術在農業生產中的應用；第三次是以生物技術和信息技術為核心的新技術革命。如果說以往的農業技術革命是以單項技術突破為主，新興的世界性農業新技術革命則是以生物技術、信息技術、新材料技術、資源可持續利用技術等綜合配套技術為主。新技術在農業領域內的綜合應用，為農業生產開辟了前所未有的景象，以智能化信息技術為主的專家系統則是現代設施農業中新技術的立體呈現。

一、設施農業概述

設施農業是指綜合利用現代農業工程和機械技術、生物技術和環境技術，通過改變溫濕度、光照和水肥等局部環境條件，為動植物的生長發育營造最適宜環境條件，從而在一定程度上擺脫農業生產對自然環境的依賴。設施農業包括兩大類：一類是設施栽培，主要是園藝植物的設施栽培，主要設施有塑料棚、溫室等；另一類是設施養殖，主要是畜禽、水產品和特種動物的設施養殖，主要設施有集約化飼養畜禽舍配套設施設備等。

二、智能化技術在設施農業中的應用

智能化信息技術從20世紀70年代末開始應用于農業生產領域，發展速度很快。設施農業智能化主要包括設施工程、環境調控以及栽培、養殖技術等方面的信息化、自動化和標準化，其核心內容是農業環境調控。具體來說，設施農業環境調控智能化，是指在特定空間內用各種感應裝置準確采集各環境因子（水、光、氣、熱、肥等）以及動、植物生長發育狀況等具體參數，并將這些參數通過數字轉換傳到計算機中，利用計算機對數據進行統計分析和智能化處理，然后結合專家數據庫中作物生長所需要的最佳條件，由計算機智能系統制定出合理化的解決方案，并發出相關指令，使有關系統、裝置及設備有規律運作，將設施內的各種環境因子整合到最佳的狀態，以保證作物生長發育和相關農業生產活動科學、有序、規范、持續地進行。目前，設施農業環境調控的智能化研究水平已經成為世界各國農業科技發展水平的重要標志。

1.國外農業智能化技術應用狀況。20世紀80年代，美國的摩托羅拉和雨鳥等多家公司合作研發的智能中央計算機灌溉控制系統，第一次將計算機用于溫室的控制和管理。20世紀90年代，根據相關作物的生長發育特點和不同需求，對設施內的水、光、氣、熱、肥等因素進行自動化智能調控的溫室計算機控制與管理系統也在美國研發成功。該系統可以利用現代化溫差管理技術對果蔬、花卉等農產品的開花和結果過程進行控制。目前，該系統已廣泛應用于美國的設施農業生產當中。

農業智能化控制和管理技術在亞洲地區也同樣得到了極大發展。日本研制出的遙感溫室環境控制系統，將分散的溫度群與計算機控制中心聯結，實現了大范圍的溫室自動化管理。

2.國內農業智能化技術的應用與開發。從20世紀70年代末期到80年代，國內先后開發了蠶育種專家系統、砂漿黑土小麥施肥專家系統。到20世紀90年代，國內專家系統的研發取得一定成效，如小麥高產技術專家系統，水果果形判別人工神經網絡專家系統，基于規則和圖形的蘋果、梨病蟲害診斷及防治專家系統，基于作為生長特征的作物栽培專家系統，基于生長模型的小麥管理專家系統等。這些農業專家系統充分利用先進的信息采集系統，將降雨、日照等氣象信息，土地的土壤類型、肥力等土壤信息，以及農業生產動態等信息搜集起來，并利用信息分析系統對它們進行綜合分析處理，從而決定耕作的種類、方式；在生產過程中使用具有變量施肥、噴藥功能的農用機械，根據不同地塊的具體情況進行精耕細作，有效提高了產出、節約了投入、減少了環境污染，促進了農業科技成果的應用與推廣。

三、關于我國設施農業發展的幾點思考

目前，我國農業部門利用新技術獲取農產品生產信息的水平較低，難以滿足農業部門與實際生產者的管理與決策需要。再加上我國利用衛星監測系統和航空航天技術搜集氣候、災害、面積、單產等信息的工作起步較晚，對大部分農業信息的搜集仍采取傳統上報方式，人為因素影響較大，嚴重影響了信息的準確性。因此，一方面要借鑒和學習國外的先進經驗和技術；另一方面要結合實際，根據我國的氣候特征和基本國情，進行必要的、科學的、系統的非重復性的相關基礎研究。我國有關設施農業技術研究的重點應放在選育適合設施栽培的作物專用品種，研究設施作物營養、產量、品質生理及其與環境關系的規律，設施作物微氣象模擬模型、基于環境-作物-技術措施的作物生長發育和品質模擬模型研究，溫室生產廢料循環利用和處理新技術研究，溫室作物病蟲害預測預警和生物防治技術研究等上。同時，要從市場需求和實用性的角度開發系統，讓系統走向市場，研究不同層次用戶的需求，找出亟待解決的問題，要考慮到主要服務對象（廣大農戶）的設備和通訊條件、信息基礎，從實用的角度為他們設計最合適的體系環境。

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河南省科技成果轉化計劃項目“溫室娃娃（設施農業智能便攜式管理儀器）的示范與推廣”研究成果之一（10 2 2 0 1110 0 3 3）。