如何實(shí)現(xiàn)環(huán)境管理的智能控制

采用智能化控制技術(shù)后,使芽苗菜的生產(chǎn)真正可以實(shí)現(xiàn)智能化自動(dòng)化工廠化與標(biāo)準(zhǔn)化,但這些都得基于環(huán)控技術(shù)基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn),所謂環(huán)控技術(shù)就是能對(duì)芽苗生長(zhǎng)過(guò)程相關(guān)的溫光氣熱水環(huán)境,能夠賴于計(jì)算機(jī)控制技術(shù)得以精///確化的模擬與控制,可以按照不同種類芽苗菜生長(zhǎng)模式的不同需要,進(jìn)行科學(xué)精///確的控制,為其創(chuàng)造出最///佳的生長(zhǎng)環(huán)境.現(xiàn)就芽苗菜栽培中環(huán)控要求及技術(shù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述.

溫度控制:溫度是一切種子萌芽與生長(zhǎng)的最基本條件,不管種子或者植株,它們一切的生理代謝都得在一定的溫度條件下才能進(jìn)行,如果溫度過(guò)低,種子萌發(fā)生長(zhǎng)相關(guān)的各種酶,如淀粉酶,、蛋白質(zhì)水解酶等活性低,不能為種子胚的發(fā)育分化提供更多的呼吸底物,能量的代謝受到抑制,種子胚胎的發(fā)育就變得緩慢,或者停滯生長(zhǎng).只有在溫度適合情況下,才能使種子一切生長(zhǎng)代謝激活,開(kāi)始快su的萌芽與生長(zhǎng),而如果過(guò)高,也會(huì)因呼吸作用過(guò)強(qiáng),消耗大量的營(yíng)養(yǎng),造成胚發(fā)育過(guò)快而纖細(xì),并且纖維化加快,難以培育出品質(zhì)優(yōu)良的苗菜.對(duì)于大多數(shù)芽苗菜種子來(lái)說(shuō),胚發(fā)育所需的溫度范圍以15-28度之間為佳,有些低溫型的種子如香椿,、豌豆、蕎麥,、苜蓿等可適當(dāng)偏低些,高溫型的空心菜、大豆,、紅豆,、黑豆、蘿卜等可適當(dāng)高些,這與該品種的原產(chǎn)地有關(guān).源于北方地區(qū)的品種相對(duì)來(lái)說(shuō)低些,南方的品種相對(duì)高些,但具體溫度范圍可因生產(chǎn)需要及具體品種而定,如豌豆最適溫度為18-23度,香椿為15-20度,大豆,、空心菜為20-25度,而且最///好晚上與白天有1-3度的溫差,更利于芽苗菜的生長(zhǎng)與壯苗.在生產(chǎn)中為了實(shí)現(xiàn)這些不同品種不同適溫的環(huán)境模擬,可以通過(guò)專家系統(tǒng)及分區(qū)控制來(lái)實(shí)現(xiàn),可以把各種不同芽苗菜對(duì)不同適溫的需求參數(shù)預(yù)先寫(xiě)成程序輸入計(jì)算機(jī),使用時(shí)只需選擇相關(guān)品種,就會(huì)自動(dòng)調(diào)出這些已預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行控制與模擬,這就是專家系統(tǒng)的應(yīng)用.而當(dāng)不同品種同時(shí)生產(chǎn)時(shí),可以通過(guò)區(qū)隔不同的栽培房,安裝不同的分控器來(lái)實(shí)現(xiàn)每個(gè)區(qū)相對(duì)獨(dú)立的溫度控制.栽培室內(nèi)溫度控制主要采用空氣加熱線加溫與微噴通風(fēng)降溫法實(shí)現(xiàn),在基地建設(shè)時(shí),可于每層栽培架的上方安裝彌霧管道與噴頭,起到加濕與降溫的雙重效果.當(dāng)溫度超過(guò)適溫上限值時(shí),計(jì)算機(jī)會(huì)發(fā)出降溫指令,自動(dòng)開(kāi)啟電磁閥進(jìn)行微噴降溫,還可結(jié)合通風(fēng)扇進(jìn)行雙重降溫,這些溫度信號(hào)的采集都是賴于集成傳感器智能葉片來(lái)實(shí)現(xiàn)的.所謂智能葉片就是把芽苗菜相關(guān)的生長(zhǎng)發(fā)育參數(shù)如溫度,、濕度,、水份、光照等傳感器集成于一個(gè)外形類似植物葉片的感應(yīng)材料上,實(shí)現(xiàn)溫光氣熱等參數(shù)的集成感應(yīng)與數(shù)據(jù)采集.它是實(shí)現(xiàn)智能控制的核心部件,以下的其它各項(xiàng)參數(shù)都通過(guò)這個(gè)智能葉片進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集.當(dāng)智能葉片感知到環(huán)境溫度低于適溫下限值時(shí),計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)指令加溫線的開(kāi)啟,進(jìn)行環(huán)境加溫,達(dá)到設(shè)定參數(shù)時(shí),則自動(dòng)關(guān)閉.

空氣濕度控制:濕度的控制,也與溫度控制實(shí)現(xiàn)的方式相似,不同的發(fā)育階段及不同的品種都有不同濕度的要求,這些不同的要求與最///佳參數(shù)可以通過(guò)研究試驗(yàn)獲取,然后再把獲取的資料作為該品種的生長(zhǎng)模式,把它輸入計(jì)算機(jī)控制程序從而形成了該品種的濕度專家參數(shù).使用時(shí),無(wú)需再行設(shè)定,選好生產(chǎn)品種,就可按這濕度進(jìn)行智能自動(dòng)控制.空氣濕度調(diào)控的實(shí)現(xiàn)也是通過(guò)管道微噴來(lái)進(jìn)行,當(dāng)智能葉片檢測(cè)到空氣濕度低于下限值時(shí),會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟微噴電磁閥進(jìn)行彌霧增濕,當(dāng)空氣濕度達(dá)到指標(biāo)時(shí)就立即關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)濕度的科學(xué)管理.通常一些大種子類型的芽菜,代謝與發(fā)育消耗的水量大,對(duì)空氣濕度及水分的要求也相對(duì)高些,如黃豆,、花生,、黑豆、紅豆,、綠豆等,這些品種除了蛋白或淀粉含量高造成水解耗水量增大外,在其生物產(chǎn)量的形成中也需更多的水份,所以一般要求濕度控制在前期90%-100/100,后期80-90%之間的高濕度.而對(duì)于小種子類的如空心菜,、芝麻、葵花籽,、蕎麥,、苜蓿、油菜,、香椿,、蘿卜等,可以適當(dāng)降低濕度與減少水份,通常前期控制80-90%,后期70-80%,水量過(guò)多會(huì)造成爛種增加的現(xiàn)象,或者bing害滋生.這些不同濕度間的差異與不同時(shí)期的差異,在計(jì)算機(jī)控制的環(huán)境下,可以通過(guò)智能葉片的精///確檢測(cè)及專家系統(tǒng)的科學(xué)控制來(lái)實(shí)現(xiàn).

水分的控制:芽苗菜的技術(shù)其實(shí)從某種角度來(lái)說(shuō)就是種子在水的作用下進(jìn)行水份代謝與合成的技術(shù),水是其最主要的成份,占到整個(gè)鮮種的90%以上,這些增加的重量全是由水補(bǔ)給.另外,還有大量沒(méi)有被吸收的彌霧噴淋水,這樣就需在培育過(guò)程中不斷地給予補(bǔ)水,但在補(bǔ)水時(shí)以什么程度為準(zhǔn),多少量為宜.這除了上面的空氣濕度指標(biāo)外,還有一個(gè)重要的指標(biāo)就是芽體表面水份分布的指標(biāo).在芽體表面水份分布的多少以水膜的厚薄來(lái)衡量,在種子芽體萌發(fā)的初期要求大量的水份,甚至要達(dá)到淋水的效果.因此時(shí)除了供給水份外,更重要的一點(diǎn)是需把種子表面的一些代謝排泄物沖淋或稀釋走,起到淋除呼吸代謝產(chǎn)物的作用.因在萌動(dòng)生長(zhǎng)初期是呼吸最旺盛的時(shí)期,常在芽體表面形成粘狀物或膠狀物,這些產(chǎn)物一方面是厭氧呼吸造成,也有些是種子生物膜滲透性破壞引起內(nèi)含物的外泄,還有些是菌類滋生形成,這些物質(zhì)可以通過(guò)大水噴淋來(lái)解除.如果在基質(zhì)栽培中,可以被基質(zhì)吸附,而在無(wú)基質(zhì)栽培條件下,只有通過(guò)噴淋來(lái)實(shí)現(xiàn),這些中間代謝產(chǎn)物如果積累腐化會(huì)形成異味或雜菌的滋生,從而造成bing害發(fā)生或者種子中毒爛苗.所以芽苗菜在無(wú)基質(zhì)栽培中,大水噴淋也是芽體發(fā)育初期所需做到的.一些噴淋不均勻或淋不到水的部位常有爛種現(xiàn)象產(chǎn)生,就是這個(gè)道理.那么噴淋量的多少可以通過(guò)什么方式來(lái)達(dá)到精///確控制呢?可以利用智能葉片的水膜傳感器,水膜傳感器是由高度密集的回形電路組成,可因葉片表面水膜分布的不同廣度與厚度的而顯示不同的參數(shù),我們可稱之為水膜的厚薄傳感器.對(duì)于大種子類的萌動(dòng)初期保持水膜要厚時(shí)間要長(zhǎng),對(duì)于小種子類的保持水膜稍薄時(shí)間要短,這些可以通過(guò)智能葉片水膜檢測(cè)與彌霧量的控制實(shí)現(xiàn),當(dāng)要求水膜厚保持時(shí)間長(zhǎng)時(shí),可以增強(qiáng)彌霧強(qiáng)度或時(shí)間來(lái)達(dá)到,需薄與保持時(shí)間短時(shí),降低彌霧強(qiáng)度與水量即可.這些技術(shù)要求都可通過(guò)專家系統(tǒng)寫(xiě)入運(yùn)行運(yùn)算程序中,實(shí)現(xiàn)智能化科學(xué)化的調(diào)控.

光照的控制:光照是芽苗綠化所必需的外界環(huán)境條件與控制參數(shù)之一,也是芽苗菜與當(dāng)前豆芽產(chǎn)品zui大的區(qū)別所在,豆芽是白化或黃化不帶葉綠素的芽體,無(wú)需光照即可生產(chǎn),而苗菜是綠色芽體甚至是帶真葉的幼苗.而綠色的形成其實(shí)也就是芽體內(nèi)葉綠體細(xì)胞的形成與葉綠素的合成,這些都得在有光照的情況下才可以達(dá)到綠化效果.對(duì)于智能化栽培中,光照是全人工化的,沒(méi)有任何外界太陽(yáng)光的透入,這樣更利于科學(xué)精///確補(bǔ)光量與時(shí)間的控制,也就是全天候的環(huán)境下生產(chǎn),這模式對(duì)于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)綠化較易做到.芽苗菜按照綠化程度的不同可分為黃化型、半綠化型,、全綠化型兩種,其中黃化型是在無(wú)光照或微光下培育的苗菜,而半綠化型是綠化程度達(dá)到淡綠色比的苗菜,而全綠化是達(dá)到子葉真葉全綠或濃綠程度的苗菜,至于生產(chǎn)什么類型的苗菜,是由市場(chǎng)需求或質(zhì)量要求而定,各種類型苗菜其營(yíng)養(yǎng)及品質(zhì)外觀都有所不同,全綠化型苗菜的葉綠素及VC含量高些,淡綠或黃化的可溶性蛋白或氨///基酸類相對(duì)高些,另外有些類型纖維素含量也是與綠化程度成正比的,綠化程度高則纖維素含量相應(yīng)也高些,但也不絕///對(duì),因?yàn)槔w維素合成所需的碳水化合物可由部份光合產(chǎn)物供給.那么在芽苗菜栽培室中是如何實(shí)現(xiàn)光照的科學(xué)控制呢?在栽培室建設(shè)時(shí),可于栽培室頂棚,、層架或側(cè)壁上均勻地布設(shè)補(bǔ)光燈,達(dá)到整個(gè)空間光照均勻的效果,同時(shí)還需考慮補(bǔ)光質(zhì)量,也就是不同光質(zhì)的搭配,對(duì)苗菜生長(zhǎng)來(lái)說(shuō),光合作用所需的光照分為紅光與藍(lán)光兩種,這兩種光質(zhì)對(duì)葉綠素促進(jìn)各有偏向,其中紅光偏向于形成更多的葉綠素a,藍(lán)光促進(jìn)形成更多的葉綠素b,生產(chǎn)上以紅藍(lán)比r/b=5:1或3:1為好,藍(lán)光使苗菜更脆嫩,紅光使苗菜產(chǎn)量更高色更濃綠,兩者科學(xué)結(jié)合為最///好的光質(zhì)搭配模式.而對(duì)于光照量的控制可以通過(guò)時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)也可通過(guò)強(qiáng)度來(lái)控制,一般苗菜栽培房以光強(qiáng)1000-5000LX為宜,其中小種子類的綠化程度要高些,控制時(shí)光強(qiáng)可大些或補(bǔ)光時(shí)間長(zhǎng)些,大種子類的光強(qiáng)可弱些或補(bǔ)光時(shí)間短些.其補(bǔ)光量的控制與測(cè)算以強(qiáng)度與時(shí)間的乘積為控制量,而且不同品種與不同階段控制量都有所不同,前期少后期多,小種子多大種子少的原則,這與芽苗菜生物產(chǎn)量的形成有關(guān),大種子有更多的可轉(zhuǎn)化的貯藏營(yíng)養(yǎng),而小種子類可轉(zhuǎn)化營(yíng)養(yǎng)少,需賴于更多的光合產(chǎn)物來(lái)提高生物量形成有關(guān).這些光量控制也是通過(guò)試驗(yàn)研究來(lái)確定,然后形成生長(zhǎng)模式與專家系統(tǒng),再通過(guò)光照傳感器記錄強(qiáng)度,時(shí)間芯片記錄時(shí)間,兩者結(jié)合而達(dá)到補(bǔ)光量的精///確測(cè)定與調(diào)控.當(dāng)某品種的光量不足時(shí),計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)補(bǔ)光系統(tǒng)進(jìn)行人工補(bǔ)光,達(dá)到設(shè)定控制量時(shí)就立即關(guān)閉,實(shí)現(xiàn)光照的精///確科學(xué)控制,采用這種計(jì)算機(jī)技術(shù)控制光照量的生產(chǎn)方式,能夠生產(chǎn)出色澤一致的標(biāo)準(zhǔn)化商品苗菜,可以按人為意志生產(chǎn)出各種類型的產(chǎn)品,其控制的精///確性與均衡性是傳統(tǒng)栽培所不可比擬.

通風(fēng)的控制:通風(fēng)也是芽苗菜科學(xué)栽培中較為重要的一個(gè)技術(shù),采用通風(fēng)可降低溫度與濕度,也可以增強(qiáng)空氣流通增加栽培室中氧氣及二氧化碳的含量,但同時(shí)又會(huì)造成環(huán)境因子穩(wěn)定性的破壞.那么如何實(shí)現(xiàn)通風(fēng)的科學(xué)控制呢?通風(fēng)選用的執(zhí)行部件通常為風(fēng)扇,風(fēng)扇安裝又分為對(duì)流安裝與單向安裝兩種方式,其中對(duì)流可用于室內(nèi)空氣對(duì)流與室外走道空氣的對(duì)流,室內(nèi)空氣對(duì)流可促進(jìn)室內(nèi)環(huán)境因子如空氣濕度與空氣溫度的均衡,室外走道對(duì)流可實(shí)現(xiàn)栽培房?jī)?nèi)環(huán)境與外環(huán)境相關(guān)因子的調(diào)控,如在走道頂棚安裝吸進(jìn)與排出風(fēng)扇,可吸進(jìn)外界太陽(yáng)光能所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行加溫,也可利用外環(huán)境的溫差,實(shí)現(xiàn)排外降溫,這種方法可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能化栽培.如冬季中午時(shí),外界溫度較高,可吸進(jìn)熱空氣進(jìn)行加溫,特別是在晴朗的中午,因栽培泡沫房外扣悶塑料大棚的情況下,拱形棚頂?shù)臏囟纫驕厥倚?yīng)而驟然升高,甚至可達(dá)40多度,這樣熱空氣的吸進(jìn)可以進(jìn)行整個(gè)栽培室的加溫,我們叫節(jié)能化加溫.同時(shí)通風(fēng)可以使空氣成份發(fā)生變化,在芽體發(fā)育過(guò)程中會(huì)消耗空氣中大量的氧氣與二氧化碳,經(jīng)內(nèi)外通風(fēng)對(duì)流可以得到換氣補(bǔ)充,不會(huì)因缺氧少二氧化碳而影響發(fā)育與生物產(chǎn)量的形成.一般通風(fēng)量及時(shí)間的控制也是由計(jì)算機(jī)的溫度傳感器及時(shí)間芯片結(jié)合來(lái)完成的.當(dāng)室外溫度高于室內(nèi),而室內(nèi)又需加溫時(shí),計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)吸進(jìn)熱空氣的風(fēng)扇,實(shí)現(xiàn)節(jié)能加溫.當(dāng)室外溫度低于室內(nèi),而室內(nèi)又需降溫時(shí),計(jì)算機(jī)還可自動(dòng)開(kāi)啟排出風(fēng)扇進(jìn)行排風(fēng)降溫.當(dāng)室內(nèi)外溫度較穩(wěn)定時(shí),計(jì)算機(jī)可開(kāi)啟定時(shí)通風(fēng)系統(tǒng).但當(dāng)室外溫度較低的冬季,對(duì)流會(huì)影響室內(nèi)溫度驟降時(shí),計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)會(huì)選擇最///佳時(shí)機(jī),也就是對(duì)栽培環(huán)境因子影響最小的時(shí)候開(kāi)啟對(duì)流通風(fēng),比如冬季寒冷季節(jié),計(jì)算機(jī)會(huì)利用中午外界溫度最gao時(shí)刻進(jìn)行內(nèi)外對(duì)流,這樣因?qū)α髟斐山禍氐挠绊懴鄬?duì)會(huì)小些.采用計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)流通風(fēng)控制是當(dāng)前最科學(xué)最節(jié)能的一種方法,是人工通風(fēng)所達(dá)不到的,特別是在冬季能夠結(jié)合對(duì)流加溫技術(shù)實(shí)現(xiàn)加溫耗能的最小化,真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能化低成本栽培.