國(guó)內(nèi)外植物工廠及其技術(shù)設(shè)備發(fā)展概況

1、(國(guó)外都市農(nóng)業(yè)信息服務(wù)平臺(tái)第十八刊 國(guó)外農(nóng)業(yè)信息!北 京 市 科 學(xué) 技 術(shù) 情 報(bào) 研 究 所 2011年12月8日國(guó)外植物工廠及其技術(shù)設(shè)備發(fā)展概況一、植物工廠與植物工廠機(jī)械的概念植物工廠是通過(guò)采用現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程和機(jī)械技術(shù),改變自然環(huán)境,為動(dòng)植物生產(chǎn)提供相對(duì)可控制甚至最適宜的溫度、濕度、光照、水肥等環(huán)境條件,而在一定程度上擺脫對(duì)自然環(huán)境的依賴進(jìn)行有效生產(chǎn)的農(nóng)業(yè),有時(shí)也把其稱為可控環(huán)境農(nóng)業(yè)。具有高投入、高技術(shù)含量、高品質(zhì)、高產(chǎn)量、高效益等特點(diǎn),是最有活力的農(nóng)業(yè)新產(chǎn)業(yè)。廣義植物工廠包括設(shè)施栽培和設(shè)施飼養(yǎng),狹義植物工廠是指設(shè)施栽培。本研究項(xiàng)目涉及的植物工廠是狹義植物工廠,即利用設(shè)施栽培,它可以充分發(fā)

2、揮作物的增產(chǎn)潛力,增加產(chǎn)量,改善品質(zhì),并能使作物在相反季節(jié)生長(zhǎng),在有限的空間中相對(duì)較少的時(shí)間里生產(chǎn)出高品質(zhì)的作物。植物工廠機(jī)械,是指適合植物工廠耕作、栽培、收獲等農(nóng)藝特點(diǎn),并在各類設(shè)施中工作的農(nóng)業(yè)機(jī)械。國(guó)外植物工廠起步比較早,作物栽培己具備了成熟成套的技術(shù),植物工廠機(jī)械及作業(yè)設(shè)備也齊全,生產(chǎn)比較規(guī)范,產(chǎn)量穩(wěn)定,質(zhì)量保證性強(qiáng),并在向高層次、高科技和自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展,將形成全新的技術(shù)體系。為適應(yīng)植物工廠的發(fā)展,荷蘭、日本、韓國(guó)、美國(guó)、以色列和意大利等國(guó)家加強(qiáng)了植物工廠作業(yè)機(jī)具的開(kāi)發(fā)、研究、推廣和應(yīng)用。目前其溫室生產(chǎn)過(guò)程中的耕整地、播種、間苗、灌溉、中耕和除草等作業(yè)均已實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。其開(kāi)發(fā)的耕耘

3、機(jī)可以在溫室中進(jìn)行耕整地、移栽、開(kāi)溝、起壟、中耕、鋤草、施肥、培土、噴藥及短途運(yùn)輸?shù)榷喾N作業(yè),大大提高了機(jī)械利用率和生產(chǎn)效率。二、發(fā)達(dá)國(guó)家植物工廠發(fā)展的現(xiàn)狀世界上植物工廠與植物工廠機(jī)械比較發(fā)達(dá)的國(guó)家主要有荷蘭、美國(guó)、英國(guó)、日本、以色列、意大利和韓國(guó)等國(guó)家,由于地理情況的限制,這些國(guó)家的植物工廠發(fā)展都比較早,植物工廠機(jī)械及作業(yè)裝備都已達(dá)到了機(jī)械化水平,有些甚至都達(dá)到了智能化。1.荷蘭荷蘭耕地不足,促使其比任何國(guó)家都更注重提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。因此,大多農(nóng)業(yè)企業(yè)都采用集約化、規(guī)?；纳a(chǎn)方式。荷蘭農(nóng)業(yè)主要包括:農(nóng)田作物,占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的10%;畜牧業(yè),占60%,園藝和林業(yè),占30%;還有輔助工業(yè)如種子、化

4、肥、動(dòng)物飼料等。荷蘭植物工廠,無(wú)論是蔬菜還是花卉,一般都是專業(yè)化生產(chǎn),多品種經(jīng)營(yíng)。專業(yè)生產(chǎn)有利于設(shè)施專業(yè)配置、降低生產(chǎn)成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量并形成規(guī)模效益。同時(shí)專業(yè)化生產(chǎn)促進(jìn)了專業(yè)領(lǐng)域的研究,使企業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展,為企業(yè)贏得了市場(chǎng)。專業(yè)化不僅體現(xiàn)在生產(chǎn)上,在溫室產(chǎn)品的專業(yè)經(jīng)營(yíng)方面也顯露出獨(dú)特的魅力。追求經(jīng)濟(jì)利益的最大化,完全按市場(chǎng)需求決定企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)方向,有效地抑制了相同產(chǎn)業(yè)或產(chǎn)品擠占市場(chǎng)“獨(dú)木橋”的弊端。各園藝生產(chǎn)企業(yè)都有各自的經(jīng)營(yíng)特色,使市場(chǎng)行為更加規(guī)范有序。荷蘭植物工廠機(jī)械及作業(yè)裝備在措施方面,主要采取以下幾種措施:(1加溫系統(tǒng)的改進(jìn)荷蘭植物工廠加溫系統(tǒng)的改進(jìn)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代初,當(dāng)時(shí)溫室

5、設(shè)備利用的燃料是從煤發(fā)展到油為第一階段;第二階段是在70年代早期,燃料從油發(fā)展到天然氣,從而也改進(jìn)了溫室的加熱統(tǒng)。(2控制方式的改進(jìn)在60年代中期,荷蘭開(kāi)始了溫室模擬氣候控制系統(tǒng)的研制、開(kāi)發(fā),據(jù)環(huán)境溫度和濕度的變化進(jìn)行加溫和通風(fēng)控制,這就是現(xiàn)今數(shù)字計(jì)算制的前身。(3營(yíng)養(yǎng)液栽培系統(tǒng)的改進(jìn)在設(shè)施栽培中,荷蘭逐漸引進(jìn)和研究控制植物根系條件和營(yíng)養(yǎng)的新的生產(chǎn)方式,通過(guò)栽培基質(zhì)的篩選和滴灌技術(shù)改良的發(fā)展,到今天最先進(jìn)的可控制的重復(fù)循環(huán)的營(yíng)養(yǎng)液栽培系統(tǒng),如營(yíng)養(yǎng)液栽培、巖棉栽培、營(yíng)養(yǎng)液噴霧栽培等。(4實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制80年代以來(lái),荷蘭全面開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng),把溫室生產(chǎn)提高到了一個(gè)新水平。荷蘭溫室農(nóng)業(yè)的發(fā)展體

6、現(xiàn)了政府宏觀調(diào)控的作用。政府在國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展的不同階段所采用的宏觀政策是不同的。就溫室農(nóng)業(yè)而言,19831993年十年中,荷蘭的溫室農(nóng)業(yè)增值一直呈上升趨勢(shì),主要因政府實(shí)行了補(bǔ)貼政策,從事溫室生產(chǎn)的農(nóng)戶均可獲得溫室建設(shè)投資50%的政府資助。同從事溫室農(nóng)業(yè)的農(nóng)民收入也成幾倍上揚(yáng)。幾年后政府取消了補(bǔ)貼政策,溫室農(nóng)業(yè)增值趨緩。在荷蘭植物工廠產(chǎn)業(yè)處于“亞健康”發(fā)展階段時(shí),政府則會(huì)充分發(fā)揮其積極作用,穩(wěn)定生產(chǎn)和市場(chǎng)。2.美國(guó)美國(guó)許多植物工廠技術(shù)是從荷蘭引進(jìn)的。例如在美國(guó)西南部亞利桑那州沙漠地帶建設(shè)的文羅式溫室設(shè)備,達(dá)到了國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)與制造水平,它耐腐蝕,無(wú)銹蝕,使用壽命超長(zhǎng)。文羅式溫室實(shí)際面積大,凈空超

7、高,吊掛能力強(qiáng)、光照充足、抗風(fēng)力超強(qiáng),排水性能優(yōu)異,廣泛適合多種氣候和四季運(yùn)作。溫控制部分有多種形式可選,可選擇智能控制、全自動(dòng)控制、半自動(dòng)或手動(dòng)控制。栽培設(shè)施可選擇無(wú)土栽培、苗床培育等。灌溉方式可選擇滴灌、微噴或其他方式。施肥系統(tǒng)可選由計(jì)算機(jī)中央控制的比例施肥系統(tǒng),動(dòng)態(tài)EC與PH檢測(cè)控制,雙回路保險(xiǎn),安全、高效、準(zhǔn)確。20世紀(jì)90年代以來(lái),美國(guó)植物工廠技術(shù)有了較大的發(fā)展,主要有以下幾個(gè)方面:(1建筑材料美國(guó)溫室建筑使用聚碳酸醋板(陽(yáng)光板己進(jìn)入實(shí)用階段。這種材料透光與保溫性能好、耐用、不易破損、防火性能強(qiáng),可以制成雙層的中空板,保溫性能更好?，F(xiàn)在每平方米售價(jià)大約為140180元人民幣。(2環(huán)境

8、綜合控制技術(shù)的開(kāi)發(fā)在美國(guó)亞利桑那州圖森市郊建立的“生物圈2號(hào)”是一個(gè)建筑而積為 1.2公頃的特殊建筑物。里面模仿地球上的海洋、熱帶雨林、熱帶草帶、沙漠地帶、灌木叢地帶、溫帶草原和作物集約耕作區(qū),生產(chǎn)食物,自給自足。目前經(jīng)過(guò)了7年的環(huán)境綜合控制技術(shù)研制與開(kāi)發(fā),雖然不算十分成功,但圈內(nèi)的食物生產(chǎn)比地球上高16倍。(3太空植物生產(chǎn)技術(shù)到目前為止,美國(guó)對(duì)航天飛機(jī)上應(yīng)用的植物生產(chǎn)技術(shù)己經(jīng)進(jìn)行了20多年的研究。美國(guó)宇航中心己經(jīng)采用最先進(jìn)的無(wú)土栽培技術(shù),生產(chǎn)人類在太空中生活必需的食物,并己經(jīng)獲得成功。為了使人類能在太空中生存,美國(guó)肯尼迪宇航中心與大學(xué)訂立研究合同,主要的目的是在失重的條件下,用最小的面積,生

9、產(chǎn)出盡可能多的食物,支持人類在太空中長(zhǎng)期生存。最新技術(shù)每平方米可種1萬(wàn)株小麥, 1.2 平方米的小麥就可滿足一個(gè)人食用,玉米株高僅4050厘米就成熟了,番茄每平方米種100120株,還有綠豆、菜豆和馬鈴薯等作物都已經(jīng)試驗(yàn)成功。目前在太空中吃的包括麥、薯、豆、菜等,每人只需6平方米就夠了,這些作物從種到收一共需5060天。3.英國(guó)英國(guó)農(nóng)業(yè)部對(duì)植物工廠設(shè)施的設(shè)計(jì)和建造是很重視的,在一些農(nóng)業(yè)工程研究中,大量進(jìn)行溫室骨架與荷載、溫室光照與材料、溫室環(huán)境與生理、溫室環(huán)境的計(jì)算機(jī)優(yōu)化、溫室節(jié)能、溫室自動(dòng)化控制、溫室作物栽培與無(wú)土栽培等課題的研究。在7080年代,英國(guó)的溫室的加熱方法主要是用燃油爐,后來(lái)由于

10、石油價(jià)格暴漲,能源產(chǎn)生危機(jī),因此改為使用燃煤,有些地區(qū)也采用燃?xì)忮仩t和利用工廠余熱。溫室管理全部采用計(jì)算管理,主要控制溫度、濕度、光照、通風(fēng)、營(yíng)養(yǎng)液供給溫度和PH值等。在溫室群的建設(shè)中,英國(guó)特別注意溫室的防風(fēng)處理,他們采用以樹(shù)木作為屏障,這樣既美化了環(huán)境,又可以防風(fēng)。4.日本日本是一個(gè)島國(guó),農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)水稻為主,日本政府為農(nóng)民提供大量的補(bǔ)貼,保證稻谷比世界市場(chǎng)高23倍的價(jià)格水平,促進(jìn)了水稻產(chǎn)量逐年提高。日本在60年代末實(shí)現(xiàn)了水稻自給有余,與此同時(shí),日本設(shè)施農(nóng)業(yè)也大體完成了機(jī)械化。植物工廠主要涉及的領(lǐng)域是蔬菜、花卉和水果。進(jìn)入80年代末以來(lái),日本在這些領(lǐng)域的生產(chǎn)總額躍居為世界第一?，F(xiàn)在,植物工廠生

11、產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)在日本普及。植物工廠用鈉蒸氣燈取代太陽(yáng)光,并通過(guò)計(jì)算機(jī)將溫度、濕度、二氧化碳濃度和肥料等控制在最適合蔬菜生長(zhǎng)發(fā)育的水平。同旱地栽培相比,蔬菜的生長(zhǎng)速度快了45倍。并且不受氣候影響,不施農(nóng)藥,一年四季穩(wěn)定生產(chǎn)。在寒冷地帶、沙漠地帶,甚至在宇宙空間和地下空間,也能提供新鮮的蔬菜?，F(xiàn)在已能利用植物工廠生產(chǎn)豆芽菜、蘑菇、鴨兒芹、白蘿卜和生菜等。如日本的一家公司設(shè)計(jì)出一種完全自動(dòng)化的培育生菜的工廠,其生產(chǎn)速度要比通常速度高3倍。這對(duì)于土地少、需要進(jìn)口大量蔬菜的日本來(lái)說(shuō),確實(shí)是一項(xiàng)成功的發(fā)明。日本在鳥(niǎo)取縣的沙漠地帶進(jìn)行塑料大棚的蔬菜種植,取得了良好的效果。日本北海道大棚的育苗灌水實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化,自

12、走噴灌機(jī)行走速度和噴水量可自行調(diào)節(jié),以達(dá)到合理灌水的目的。該機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是解決了大棚灌水費(fèi)工、噴灌不均勻等問(wèn)題,從而使水稻大棚育秧實(shí)現(xiàn)了灌水機(jī)械化。日本農(nóng)業(yè)生產(chǎn)設(shè)施(塑料大棚或溫室內(nèi)的以移植為前提的莖葉類蔬菜種苗生產(chǎn)過(guò)程大體可以分為播種、施肥管理、搬運(yùn)三個(gè)過(guò)程。由于種苗生產(chǎn)設(shè)施內(nèi)高溫、多濕等不良環(huán)境,且從生產(chǎn)過(guò)程看又類似于工廠生產(chǎn)的條件,因此,最近日本重視以大田移植苗生產(chǎn)為目的的,設(shè)施內(nèi)播種、苗的接觸刺激、苗灌水、不良苗的除去、苗的搬運(yùn)等作業(yè)的自動(dòng)化、無(wú)人化的研究。同時(shí)日本也進(jìn)行有關(guān)種苗的特性、優(yōu)質(zhì)種苗的選擇方法、間苗方法等基礎(chǔ)技術(shù)的研究。5.韓國(guó)韓國(guó)也是發(fā)展以水稻為主的農(nóng)業(yè),農(nóng)業(yè)機(jī)械化也是以水

13、稻生產(chǎn)為中心而進(jìn)行的。但隨著國(guó)民收入的增加,生活水平的提高,食品的消費(fèi)方式從以谷物為中心,逐漸地向以各種高級(jí)新鮮的園藝產(chǎn)品發(fā)展。設(shè)施園藝領(lǐng)域引人注目,特別是從1992年開(kāi)始韓國(guó)政府把設(shè)施園藝作為重點(diǎn)事業(yè)來(lái)推進(jìn)中外植物工廠機(jī)械及作業(yè)裝備的比較研究發(fā)展,認(rèn)為利用小規(guī)模的耕地來(lái)提高競(jìng)爭(zhēng)力的有效方法就是發(fā)展設(shè)施園藝。到1992年為止,韓國(guó)設(shè)施栽培面積為:蔬菜50064公頃,花卉是248濃度、窗簾自動(dòng)開(kāi)閉公頃,果樹(shù)是574公頃。近年來(lái),暖房、換氣、灌水、CO2等環(huán)境控制的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)設(shè)施的設(shè)置面積,占韓國(guó)設(shè)施農(nóng)業(yè)面積的10%左右。目前韓國(guó)的設(shè)施經(jīng)營(yíng)規(guī)模大部分是小規(guī)模的,擴(kuò)大規(guī)模是其發(fā)展勢(shì)。三、國(guó)外植物工廠

14、機(jī)械及作業(yè)裝備發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢(shì)1.植物工廠機(jī)械及作業(yè)裝備發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的植物工廠機(jī)械和作業(yè)裝備已經(jīng)具有很高的發(fā)展水平,作業(yè)機(jī)具己經(jīng)是非常成熟的產(chǎn)品,制造工藝講究,性能質(zhì)量穩(wěn)定,因此具有很好效果。(1土壤耕整機(jī)械植物工廠比大田農(nóng)業(yè)對(duì)作物土壤的要求更高,要保證良好的翻土、碎土性能,耕后地表殘茬、雜草和肥料應(yīng)能充分覆蓋。同時(shí)要求耕作的深度一致,作業(yè)深度達(dá)到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的要求。因此,如何使土壤細(xì)碎,地表平整,表層松軟和下層密實(shí),這就要求小型耕耘機(jī)械對(duì)作物土壤進(jìn)行作業(yè),提高土壤團(tuán)粒性、滲透性和保水性,加深有效表土,使作物根系發(fā)育旺盛,促進(jìn)作物生長(zhǎng)。耕地是植物工廠生產(chǎn)作業(yè)中的重要環(huán)節(jié),對(duì)植物工廠作物要求

15、更高,需要精耕細(xì)作,這就要求研制小型多功能的作業(yè)機(jī)具,而且機(jī)具具有靈活方便、污染較小的特點(diǎn)。國(guó)外植物工廠耕作機(jī)械技術(shù)已經(jīng)非常成熟,作業(yè)性能穩(wěn)定,功能齊全,小巧輕便。日本、意大利、荷蘭和以色列等國(guó)家的產(chǎn)品廣泛用于旋耕、犁耕、開(kāi)溝、作畦、起壟、中耕、培土、鋪膜、打孔、播種、灌概和施肥等作業(yè)項(xiàng)目。目前國(guó)外已有許多生產(chǎn)小型耕耘機(jī)的公司,例如專門(mén)生產(chǎn)小型拖拉機(jī)的美國(guó)吉爾森公司,生產(chǎn)的自走式旋耕機(jī),直接由底盤(pán)驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng),機(jī)體重量全部壓在旋耕刀片上,刀盤(pán)直徑為35厘米,耕地幅度為30.466厘米,傳動(dòng)形式為鏈傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)兩種型式,功率為3.68千瓦左右,適于花圃、菜園、溫室等小地塊作業(yè)。不進(jìn)行旋耕作業(yè)

16、時(shí)可換上輪子配帶其他農(nóng)具:翻轉(zhuǎn)犁、除草鏟、中耕鏟、齒耙等作業(yè)機(jī)具。意大利M.B公司生產(chǎn)一種單輪驅(qū)動(dòng)軸旋耕機(jī),動(dòng)力為3.3千瓦汽油機(jī),單機(jī)重量為40千克。適于菜園、花圃中耕作業(yè),一次完成旋耕培土兩項(xiàng)作業(yè)。該公司還生產(chǎn)5.897.36千瓦多用自走底盤(pán),由驅(qū)動(dòng)軸配帶旋耕機(jī)完成田間旋耕作業(yè),換上輪胎后又可完成犁耕、運(yùn)輸、噴霧等作業(yè)。日本和韓國(guó)的蔬菜育苗、種植、田間管理收獲、產(chǎn)品處理與加工等工序,現(xiàn)在基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。機(jī)具具有精小、耐用的特點(diǎn),使用起來(lái)輕松自如。例如日本生產(chǎn)的適于溫室作業(yè)的帶驅(qū)動(dòng)輪行走式旋耕機(jī),韓國(guó)生產(chǎn)的管理機(jī),一臺(tái)主機(jī)配帶40多種農(nóng)機(jī)具,可用于農(nóng)田作業(yè),也可用于低矮樹(shù)枝下、溫室大棚等地塊

17、作業(yè)。美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家的小型耕耘機(jī)多為2.28千瓦的汽油機(jī)力,為減少對(duì)室內(nèi)的空氣污染,便研發(fā)了用電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的小型自走耕耘機(jī)?，F(xiàn)在日本研制出了多種小型電動(dòng)除草機(jī)不僅能在花圃除草,而能在溫室內(nèi)進(jìn)行中耕作業(yè)。(2配套栽培機(jī)械移栽機(jī)。溫室設(shè)施內(nèi)缽苗栽植的關(guān)鍵技術(shù)是缽苗移栽機(jī),配套機(jī)械主要有穴盤(pán)育缽盤(pán)育苗設(shè)備、高效機(jī)械化制缽機(jī)等。移栽機(jī)能保證移栽深淺一致、均勻,有利于作物成活和生長(zhǎng),促進(jìn)高產(chǎn)。溫室設(shè)施栽培包括耕耘、育苗、定植、收獲、包裝等,需要反復(fù)進(jìn)行的作業(yè)種類如摘葉、防除、搬運(yùn)等作業(yè),需要投入大量的勞動(dòng)又由于設(shè)施內(nèi)高溫、高濕等不良勞動(dòng)環(huán)境,所以,非常需要發(fā)展作業(yè)的化。目前,蔬菜、花卉和苗木生產(chǎn)

18、的數(shù)量不斷增加,育苗中移苗工作需要多個(gè)勞動(dòng)力,而人工成本不斷上升,便由此發(fā)明了機(jī)器人移苗機(jī),用于作物的栽培及育苗工作。進(jìn)行大量的株苗移栽的繁重勞動(dòng),對(duì)機(jī)器人是輕而易舉的。它通過(guò)本身安裝的光學(xué)系統(tǒng)能辨別好苗與壞苗,具體操作簡(jiǎn)便,可以把合格的苗準(zhǔn)確地移栽到預(yù)定的位置上,把不合格的苗篩選出來(lái)。而且機(jī)器人移苗機(jī)還能保證移栽深淺一致,間距均勻,有利于作物成活和生長(zhǎng),促進(jìn)高產(chǎn)。機(jī)器移苗機(jī)還能根據(jù)光反射和折射的原理,準(zhǔn)確地測(cè)定植物需水量和灌溉的控制。為此,一些發(fā)達(dá)國(guó)家也進(jìn)行了相關(guān)種苗的特性、優(yōu)質(zhì)種選擇、間苗方法等基礎(chǔ)技術(shù)的研究。德國(guó)、意大利等國(guó)的小型移栽機(jī)廣泛應(yīng)用于設(shè)施內(nèi)作物的栽培,均為2.944.41千瓦

19、的汽油機(jī)。種苗的播種成套設(shè)備。植物工廠需要小型精密或精量播種機(jī),要求行距、穴距及播種的深度可以控制準(zhǔn)確,能適應(yīng)設(shè)施內(nèi)的作業(yè)要求。這樣不僅可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高效率,還有利于培育健壯的缽苗。植物工廠發(fā)達(dá)國(guó)家研制的播種機(jī)的播種精度高,能滿足播種時(shí)行距和穴距可調(diào)的要求,且控制準(zhǔn)確,能適應(yīng)設(shè)施內(nèi)的作業(yè)要求。與缽盤(pán)育苗播種成套設(shè)施配套的高效機(jī)械化制缽機(jī)生產(chǎn)率達(dá)5萬(wàn)缽/小時(shí),可依次完成缽盤(pán)裝土、刮平、壓窩、播種、覆土和澆水等多道工序。種苗生產(chǎn)是當(dāng)今世界植物工廠技術(shù)的一項(xiàng)高新科技,采用計(jì)算機(jī)仿真控制技術(shù),使種苗在最佳狀態(tài)下正?；蚍醇竟?jié)生產(chǎn),而且品質(zhì)優(yōu)良。植物工廠發(fā)達(dá)國(guó)家早已應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù),種苗的播種成套設(shè)備已

20、經(jīng)廣泛應(yīng)用于蔬菜、花卉、綠化苗的規(guī)模生產(chǎn)中。1999年美國(guó)銷售的250億株小苗中,有95%是利用種苗的播種成套設(shè)備。其它機(jī)械。與耕作及栽培有關(guān)的配套植物工廠機(jī)械還有地膜(殘膜回收機(jī)、農(nóng)作物嫁接機(jī)器等。機(jī)械回收殘膜有利于降低勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)率,保護(hù)設(shè)施內(nèi)土質(zhì),符合環(huán)保要求。合理嫁接可培育優(yōu)良品種,生產(chǎn)名優(yōu)產(chǎn)品,提高設(shè)施效益。目前這些配套機(jī)械的研制也處于起步試驗(yàn)階段。(3收獲機(jī)械蔬菜的可食用部分有根、莖、葉、花、果實(shí)和種子等,多為鮮嫩多汁,不同品種外形和部位差異很大,一般收獲機(jī)械很難通用,因此,需要根據(jù)不同品種研制專用機(jī)械化裝備。目前,發(fā)達(dá)國(guó)家在塊根(莖菜、葉菜、蔥頭和加工用果菜以及西瓜、橘子等

21、水果的收獲中已基本實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是逐步提高選擇性收獲機(jī)械使用的比例,使得收獲過(guò)程減少浪費(fèi),具有更好的經(jīng)濟(jì)效益。植物工廠作物不像小麥、玉米有固定的成熟期,一年內(nèi)有多個(gè)收獲期,勞動(dòng)強(qiáng)度非常大。為減小人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,一些國(guó)家研制了作物收獲機(jī)械。例如韓國(guó)研究了一種采摘西紅柿的機(jī)器人,通過(guò)機(jī)器人的識(shí)別系統(tǒng)對(duì)顏色的判別,能以果實(shí)紅色的深淺度分辨西紅柿的成熟度,有選擇地摘取成熟果實(shí);日本也研制出了收獲櫻桃的機(jī)器人,但這種機(jī)器人的反應(yīng)較慢,動(dòng)作笨拙,離形成產(chǎn)品還有較長(zhǎng)的路要走。(4節(jié)水灌溉設(shè)備美國(guó)是目前世界上微灌面積推廣最多的國(guó)家,1991年就已超過(guò)了60萬(wàn)公頃,約占全國(guó)當(dāng)時(shí)總灌溉面積的3%,美國(guó)公

22、司,雨鳥(niǎo)(Rain-Bird公司生產(chǎn)流量為ZL/h,4L/h,SL/h的壓力補(bǔ)償?shù)晤^、非壓力補(bǔ)償?shù)晤^及應(yīng)用廣泛的紊流壓力補(bǔ)償?shù)喂鄮?。這種滴灌出水均勻,抗堵塞性較好,壓力補(bǔ)償功能使得出水均勻,長(zhǎng)距離可鋪達(dá)300 米。并可埋于地下,減少蒸發(fā)損失。微噴頭品種較豐富,主要有折射式和旋轉(zhuǎn)式,每個(gè)系列有多種噴嘴和多種噴灑形式,并能方便裝拆和清洗。配套產(chǎn)品也很發(fā)達(dá),包括多系列的濾網(wǎng)過(guò)濾器、壓力調(diào)節(jié)器、化肥-農(nóng)藥注入器及各種型式的控制器?；?農(nóng)藥注入器是由泵輔助將溶液連續(xù)定量注入微灌管道的專用裝置,擁有14個(gè)流路,注入流量為0 57升/小時(shí),每一路均配有流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥。同時(shí)也生產(chǎn)系列“文丘里式”的化肥-農(nóng)藥

23、注入器。電磁閥品種規(guī)格非常豐富,有的產(chǎn)品帶過(guò)濾功能,能在運(yùn)行狀態(tài)下清洗,還有的產(chǎn)品帶調(diào)壓組件,保證壓力恒定,控制器有機(jī)械電子式和電子式,交流與直流多種自動(dòng)控制其中ESP-MC控制器分8、12、16、24、32及40站6種型號(hào),最多可控制個(gè)電磁閥,可設(shè)置4種控制程序,在溫室等處使用自動(dòng)灌溉控制效果尤為明顯。澳大利亞是世界上推廣節(jié)水灌溉面積最多的國(guó)家。其制造的噴水設(shè)備貼壓在滴灌帶內(nèi)壁上,可以進(jìn)行多進(jìn)口的入口過(guò)濾、紊流流道提高了防堵能力,同時(shí)減少了根草侵入。同時(shí)還開(kāi)發(fā)出許多補(bǔ)償式微噴頭。微噴頭利用均流器使其具有壓 力補(bǔ)償作用，當(dāng)壓力變化時(shí)保持出水均勻，并提拱各種噴灑圖形，滿足作物不同 生育期和作物大

24、小的灌溉需要。 英國(guó)一家灌溉公司生產(chǎn)多噴頭式噴管系統(tǒng)。設(shè)計(jì)是模仿天然降雨，水輕柔， 可調(diào)噴灑角度，方形水覆蓋，適合于架空噴或地面噴。擴(kuò)散面經(jīng)過(guò)精細(xì)打磨，特 別平滑，水霧細(xì)而密，能創(chuàng)造出一個(gè)濕度很高的小氣候環(huán)境，極適宜育苗床、扦 插繁應(yīng)用。 法國(guó)的 DOSATRON 肥料農(nóng)藥混合器代表了當(dāng)今國(guó)際領(lǐng)先水平。它的原理是水 流進(jìn)入混合器內(nèi)，驅(qū)動(dòng)主活塞，與之相連的注入器活塞跟隨運(yùn)動(dòng)，從而吸入需要 注入的物品溶液進(jìn)人混合室，其特點(diǎn)是不用電力依靠水動(dòng)，能調(diào)節(jié)濃度，有較好 的精度控制。 工作壓力為 0.36.0bar， 調(diào)整 0.2%10%的注入比例。 流量為 10 20 升/小時(shí)。較普通壓差式精度有很大提高

25、。 2植物工廠機(jī)械及作業(yè)裝備發(fā)展趨勢(shì) 世界上采用塑料大棚栽培作物最多的國(guó)家是西班牙、法國(guó)、日本等面積達(dá) 500035000 公頃。玻璃溫室是荷蘭、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)、日國(guó)家發(fā)展的一種現(xiàn) 代化溫室，由于這種溫室可以自動(dòng)控制室內(nèi)的溫度、度、灌溉、通風(fēng)、二氧化碳 濃度和光照， 每平方米一季可產(chǎn)番茄 3050 千克， 是露地栽培產(chǎn)量的 10 倍以上。 荷蘭通過(guò)大力發(fā)展工廠化業(yè)，重點(diǎn)發(fā)展蔬菜和花卉產(chǎn)業(yè)，用 6%的土地創(chuàng)造出 30% 的農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值，成為世界高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的典范。今后，植物工廠機(jī)械及作業(yè)裝備 發(fā)展趨勢(shì)主要有以下方面： （1）溫室 單體溫室規(guī)模大型化、溫室高大化、內(nèi)部設(shè)施完善化。由于材料與建筑結(jié)構(gòu)

26、 的進(jìn)步，溫室高度逐漸加高。以荷蘭為例，20 世紀(jì) 60 年代高度為 3 米，1995 年以來(lái)，高的溫室已經(jīng)比較常見(jiàn)。溫室高度加高，能夠利用的上方空間加大，許 多機(jī)具如自走式噴灑設(shè)備、行走式天車輸送設(shè)備等都可以在上方空間活動(dòng)，溫室  10     面積越大， 機(jī)器利用率越高。 溫室內(nèi)部設(shè)施日趨完善， 自然通風(fēng)、 風(fēng)機(jī)降溫系統(tǒng)、 內(nèi)外遮蔭、加溫系統(tǒng)、灌溉系統(tǒng)、施肥等環(huán)境控制設(shè)備，大都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。發(fā) 展以節(jié)能及能源多元化為核心的相關(guān)技術(shù)。如室內(nèi)采用變溫管理、地下熱交換、 保溫簾、雙層玻璃、多層覆蓋和利用太陽(yáng)能等技術(shù)措施，節(jié)省能源 50%左右。另 外，開(kāi)始加

27、強(qiáng)對(duì)溫室新能源和工廠余熱的開(kāi)發(fā)與利用。 （2）控制技術(shù) 環(huán)境目標(biāo)不僅是滿足作物生長(zhǎng)的基本需求，也要考慮病蟲(chóng)害的活動(dòng)環(huán)境。在 生物防治的應(yīng)用比例逐漸增加時(shí)， 利用計(jì)算機(jī)環(huán)境控制技術(shù)使作物生長(zhǎng)與生物防 治的環(huán)境需求達(dá)到最佳化。 荷蘭由于應(yīng)用了生物防治， 農(nóng)藥的使用量已經(jīng)降低了。 （3）種苗生產(chǎn)自動(dòng)化 穴盤(pán)育苗技術(shù)源于美國(guó)，歷經(jīng) 20 余年發(fā)展，已趨于成熟完善。這種以草炭、 蜂石、椰子皮、珍珠巖等輕基質(zhì)做育苗基質(zhì)。用穴盤(pán)做育苗容器，采用機(jī)械化精 量、高精度播種、工廠化穴盤(pán)育苗在美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家已形成一個(gè)新的行業(yè)。它的 出現(xiàn)帶動(dòng)了溫室制造業(yè)、穴盤(pán)制造業(yè)、基質(zhì)加工業(yè)等一批相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。 機(jī)械化育苗采用精量播種，一次成苗。工廠化育苗由于采用機(jī)械化播種生產(chǎn)線， 高精度的點(diǎn)播技術(shù)，使種子在播種