智能大棚

在大棚环境里，单栋大棚可利用物联网技术，成为无线传感器网络一个测量控制区，采用不同的传感器节点和具有简单执行机构的节点，如风机、低压电机、阀门等工作电流偏低的执行机构，构成无线网络，来测量基质湿度、成分、pH值、温度以及空气湿度、气压、光照强度、二氧化碳浓度等，再通过模型分析，自动调控大棚环境、控制灌溉和施肥作业，从而获得植物生长的最佳条件。

对于大棚成片的农业园区，物联网也可实现自动信息检测与控制。通过配备无线传感节点，每个无线传感节点可监测各类环境参数。通过接收无线传感汇聚节点发来的数据，进行存储、显示和数据管理，可实现所有基地测试点信息的获取、管理和分析处理，并以直观的图表和曲线方式显示给各个大棚的用户，同时根据种植植物的需求提供各种声光报警信息和短信报警信息，实现大棚集约化、网络化远程管理。

此外，物联网技术可应用到大棚生产的不同阶段。在大棚准备投入生产阶段，通过在大棚里布置各类传感器，可以实时分析大棚内部环境信息，从而更好地选择适宜种植的品种;在生产阶段，从业人员可以用物联网技术手段采集大棚内温度、湿度等多类信息，来实现精细管理，例如遮阳网开闭的时间，可以根据大棚内温度、光照等信息来传感控制，加温系统启动时间，可根据采集的温度信息来调控等;在产品收获后，还可以利用物联网采集的信息，把不同阶段植物的表现和环境因子进行分析，反馈到下一轮的生产中，从而实现更精准的管理，获得更优质的产品。

比较人工的控制来说，智能控制最大的好处就是能够相对恒定的控制大棚内部的环境，对于环境要求比较高的植物来说，更能避免因为人为因素而造成生产损失。

相对生产来说，将智能化控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都有极大的提高，对于不同的种植品种而言，提高产量与质量相对不同，对于档次较高的经济作物来说，生产效率可以提高30%以上。

相对运行成本来的核算，对于有一定规模的种植企业来说，极大的降低了劳动力成本，设备的投入与运行，可以完全由节约下来的劳动力成本中核算出来，使用时间越长，光节约的劳动力成本就是一笔巨大的利润。

智能大棚是自动化控制程序用于在温室大棚智能控制的结果:

智能化控制系统应用到大棚种植上，利用最先进的生物模拟技术，模拟出最适合棚内植物生长的环境，采用温度、湿度、CO2、光照度传感器等感知大棚的各项环境指标，并通过微机进行数据分析，由微机对棚内的水帘、风机、遮阳板等设施实施监控，从而改变大棚内部的生物生长环境。

比较人工的控制来说，智能控制最大的好处就是能够相对恒定的控制大棚内部的环境，对于环境要求比较高的植物来说，更能避免因为人为因素而造成生产损失。

相对生产来说，将智能化控制系统应用到大棚生产以后，产量与质量比人工控制的大棚都有极大的提高，对于不同的种植品种而言，提高产量与质量相对不同，对于档次较高的经济作物来说，生产效率可以提高30%以上。

相对运行成本来的核算，对于有一定规模的种植企业来说，极大的降低了劳动力成本，设备的投入与运行，可以完全由节约下来的劳动力成本中核算出来，使用时间越长，光节约的劳动力成本就是一笔巨大的利润。

蔬菜大棚、塑料大棚、透光塑料大棚、温室大棚、阳光板大棚、智能大棚、单栋温室、连栋温室、单屋面温室、双屋面温室、加温温室、不加温温室等等。

普通大棚:成本低，构造简单。但是可添加设备少。

温室大棚:成本高于普通大棚，构造复杂，可以安装一定的设备。

智能大棚:成本高，构造复杂，比较设备齐全。

1957年由北京向天津、沈阳及东北地区、太原等地推广使用，受到各地的欢迎。1958年我国已能自行生产农用聚乙烯薄膜，因而小棚覆盖的蔬菜生产已很广泛。60年代中期小棚已定形为拱 形，高1米左右，宽1.5-2.0米，故称为小拱棚。由于棚型矮小不适于在东北冷凉地区应用，1966年长春市郊区首先把小拱棚改建成2米高的方形棚。但因抗雪的能力差而倒塌，经过多次的改建试用，终于创造了高2米左右，宽15米，占地为1亩的拱形大棚。1970年向北方 各地推广。1975、1976及1978年连续召开了三次"全国塑料大棚蔬菜生产科研协作会"会议对大棚生产的发展起了推动作用。1976年太原市郊区建造了29种不同规格的大棚，为大棚的棚型结构、建造规模提供了丰富的经验。1978年大棚生产已推广到南方各地，全国大棚面积已达10万亩。到目前为止，全国大棚面积已基本稳定在10多万亩。其中在我国北方干旱区各省、市约有7万多亩。预计"七五"期间大棚栽培面积将发展到20万亩左右。 大棚覆盖的材料为塑料薄膜。适于大面积覆盖，因为它质量轻，透光保温性能好，可塑性强，价格低廉。又 由于可使用轻便 的骨架材料，容易建造和造形，可就地取格，建筑投资较少，经济效益较高。并能抵抗自然灾害，防寒保温，抗旱、涝，提早栽培，延后栽培，延长作物的生长期，达到早熟、晚熟、增产稳产的目的，深受生产者的欢迎。因此，在我国北方旱区发展很快。

大棚的应用范围尚在开发。尤其在高寒地区、沙荒及干旱地区为抗御低温干旱及风沙危害起着重大作用。世界各国为发展农业生产先后建成塑料大棚，日本在70年代末塑料大棚的面积为10-20公顷。西班牙的阿尔梅里利地区全部土地面积为315平方公里，是个旱区，为了发展蔬菜生产而覆盖了120平方公里的大棚，是世界最大的大棚。

大棚的组成是用竹木杆、水泥杆、轻型钢管或管材等材料做骨架，做成立柱、拉杆，拱杆及压杆，覆盖塑料薄膜而成为拱圆形的料棚。 塑料大棚一般覆盖的面积为1-3亩，管理方便。但可进行多个棚大面积的覆盖。由于棚体高大不便用草帘进行防寒，而在棚内用多层薄膜进行内防寒，棚内的温度主要来自太阳辐射。主要生产季节是春、夏、秋。冬季气温在-15℃以上的地区可种植一些耐寒性强的作物，或用火炉进行临时性补充加温。因为其棚型比中、小棚高大，又不同于温室的建筑结构，故称其为大棚。在我国北方旱区，春寒，冻土层深、风雪大，多采用跨度、高度较大的拱形圆棚。 大棚建造的形式有多种。其中单栋大棚的形式有拱圆形和屋脊形两种。高度2.2-2.6米，宽度(跨度)10-15米，长度为45-66米，占地面积为660平方米左右，便于管理有利生产。或屋脊形大棚相连接而成。单栋的跨度为4-12米，每栋占地面积约为1亩，连栋后占地为2-5亩，或10亩、几十亩。连栋大棚覆盖的面积大，土地利用充分，棚内温度高，温度稳定，缓冲力强，但因通风不好，往往造成棚内高温、高湿危害或造成病害发生的条件，而且管理不便。因此连栋的数目 不宜过多，跨度不宜太大。 为了加强防寒保温，提高大棚内夜间的温度，减少夜间的热辐射而采用多层薄膜覆盖。多层覆盖是在大棚内再覆盖一层或几层薄膜，进行内防寒，俗称二层幕。白天将二层幕拉开受光，夜间再覆盖严格保温。二层幕与大棚薄膜之间隔，一般为30-50厘米。除两层幕外，大棚内还可覆盖小拱棚及地膜等，多层覆盖使用的薄膜为0.1毫米厚度的聚乙烯薄膜，或厚度为0.06毫米的银灰色反光膜，0.015毫米厚的聚乙烯地膜。或用丰收布(无纺布或称不织布)其保温效果如表4-2-1所示 : 表4-2-1大棚保温幕的种类及效果 项目保温幕种类减少热损耗% 一层聚乙烯 聚氯乙烯 不织布 含铝薄膜 镀铝薄膜30 35 25 45 50 二层聚乙烯 聚乙烯加含铝或镀铝膜45 65 早春在大棚内加盖小棚，棚温可提高2-4℃，北京地区在覆盖草帘的中棚内加盖小棚，1月份于日出前观测棚温可提高5℃左右。使用多层薄膜覆盖也获得较好效果，如表4-2-2所示: 表4-2-2多层覆盖的温度效果 层数 温度 日期平均最低气温10厘米平均地温 单层双层三层单层双层三层 3月8日-13日-3.80.21.84.55.78.5 3月24日-31日2.76.39.010.810.814.0 4月1日-11日5.08.511.714.314.017.0 大棚覆盖面积较大，空间大，热效应较好，容易建造，且造价较低，是当前应用较广的保护设施。可种植高秧支架的瓜、果、豆类等蔬菜。一般比露地可提早收获20-40天，秋后可延长生长期25天左右。随着工农业的发展和不断的革新，新的大棚类型及覆盖方式也将不断出现，当前应用的大棚，依其建造所用的材料的不同，其棚型结构可分为竹木结构、钢材结构和竹木、钢材、水泥构件等多种材料的混合结构。由于大棚的迅速发展，目前国内已在应薄壁钢管装配式大棚。它是由工厂按标准规格进行商品生产，配套供应使用单位。生产的棚型规格有5.4米、6米、8米、及10米跨度，高度有2.4米，2.6米，2.8米及3.0米。这种棚型结构，具有一定的规格标准，结构合理、坚固耐用、装卸方便、容易折迁换地。唯其造价较高，是当前推广应用的棚型结构。但在发展过程中也存在不少问题，如结构不合理，规格无标准，采材不易，用料较多，施工质量低等问题，生产中经常造成棚体变形、倒塌、"跑棚"等事故。

大棚覆盖材料有以下几种:

1、普通膜:以聚乙烯或聚氯乙烯为原料，膜厚0.1毫米，无色透明。使用寿命约为半年。

2、多功能长寿膜:是在聚乙烯吹塑过程中加入适量的防老化料和表面活性剂制成，使用寿命比普通膜长一倍，夜间棚温比其他材料高1-2℃。而且膜不易结水滴，覆盖效果好。

3、草被、草苫:用稻草纺织而成，保温性能好，是夜间保温材料。

4、聚乙烯高发泡软片:是白色多气泡的塑料软片，宽1米、厚0.4-0.5厘米，质轻能卷起，保温性与草被相近。

5、无纺布:为一种涤纶长丝，不经织纺的布状物。分黑、白两种，并有不同的密度和厚度，常用规格50克/?，除保温外还常作遮阳网用。

6、遮阳网:一种塑料织丝网。常用的有黑色和银灰色两种，并有数种密度规格，遮光率各有不同。主要用于夏天遮阳防雨，也可作冬天保温覆盖用。

选择向阳、避风、高燥、排水良好，没有土壤传染性病害的地方搭棚。

扣膜时要尽量避免棚膜的机械损伤，特别是竹架大棚，在扣膜前应先把架表面突出的部分削平，或用旧布包扎好。用弹簧固定时，在卡槽处应加垫一层旧报纸。另外要注意避免新旧薄膜长期接触，以免加速新膜的老化。在通风换气时要小心操作。 薄膜受冻或曝晒，会促进老化，钢管在夏天经太阳曝晒，温度可上升到60-70℃，从而加速薄膜老化破碎。 薄膜使用过程中，难免有破孔，要及时用粘合剂或胶带粘补。 二、环境特点与调控 大棚因有塑料薄膜覆盖，形成了相对封闭与露地不同的特殊小气候。进行蔬菜大棚栽培，必须掌握大棚内环境的特点，并采取相应的调控措施，满足蔬菜生长发育的条件，从而获得优质高产。

(一)温度条件

塑料薄膜具有保温性。覆盖薄膜后，大棚内的浊度将随着外界气温的升高而升高，随着外界气温下降而下降。并存在着明显的季节变化和较大的昼夜温差。越是低温期温差越大。一般在寒季大棚内日增温可达3-6℃，阴天或夜间增温能力仅1-2℃。春暖时节棚内和露地的温差逐渐加大，增温可达6-15℃。外界气温升高时，棚肉增温相对加大，最高可达20℃以上，因此大棚内存在着高温及冰冻危害，需进行人工调整。在高温季节棚内可产生50℃以上的高温。进行全棚通风，棚外覆盖草帘或搭成"凉棚"，可比露地气温低1-2℃。冬季晴天时，夜间最低温度可比露地高1-3℃，阴天时几科与露地相同。因此大棚的主要生产季节为春、夏、秋季。通过保温及通风降温可使棚温保持在15-30℃的生长适温。

(二)光照条件

新的塑料薄膜透光率可达80-90%，但在使用期间由于灰尘污染、吸附水滴、薄膜老化等原因、而使透光率减少10-30%。大棚内的光照条件受季节、天气状况、覆盖方式(棚形结构、方位、规模大小等)、薄膜种类及使用新旧程度情况的不同等，而产生很大差异。大棚越高大，棚内垂直方向的辐射照度差异越大，棚内上层及地面的辐照度相差达20-30%。在冬春季节以东西延长的大棚光照条件较好、它比南北延长的大棚光照条件为好，局部光照条件所差无几。但东西延长的大棚南北两侧辐照度可差达10-20%。 不同棚型结构对棚内受光的影响很大，双层薄膜覆盖虽然保温性能较好，但受光条件可比单层薄膜盖的棚减少一半左右。 此外，连栋大棚及采用不同的建棚材料等对受光也产生很大的影响(表4-2-3)。从表中可看出，以单栋钢材及硬塑结构的大棚受光较好，只比露地减少透光率28%。连栋棚受光条件较差。因此建棚采用的材料在能承受一定的荷载时，应尽量选用轻型材料并简化结构，既不能影响受光，又要保护坚固，经济实用。 表4-2-3 不同棚型结构的受光量 大棚类型透光量勒克斯(万)透光率(%) 单栋钢材结构 单栋竹木结构 单栋硬塑结构 连栋钢筋水泥 露地对照7.67 6.65 7.65 5.99 10.6472.0 62.5 71.9 56.3 100 薄膜在覆盖期间由于灰尘污染而会大大降低透光率，新薄膜使用两天后，灰尘污染可使透光率降低14.5%。10天后会降低25%，半月后降低28%以下。一般情况下，因尘染可使透光率降低10-20%。严重污染时，棚内受光量只有7%，而造成不能使用的程度。一般薄膜又易吸附水蒸气，在薄膜上凝聚成水滴，使薄膜的透光率减少10-30%。因此，防止薄膜污染，防止凝聚水滴是重要的措施。再者薄膜在使用期间，由于高温、低温和受太阳光紫外线的影响，使薄膜"老化"。薄膜老化后透光率降低20-40%，甚至失去使用价值。因此大棚覆盖的薄膜，应选用耐温防老化、除尘无滴的长寿膜，以增强棚内受光、增温、延长使用期。

(三)湿度条件

薄膜的气密性较强，因此在覆盖后棚内土壤水分蒸发和作物蒸腾造成棚内空气高温，如不进行通风，棚内相对湿度很高。当棚温升高时，相对湿度降低，棚温降低相对湿度升高。晴天、风天时，相对温度低，阴、雨(雾)天时相对温度增高。在不通风的情况下，棚内白天相对湿度可达60-80%，夜间经常在90%左右，最高达100%。 棚内适宜的空气相对湿度依作物种类不同而异，一般白天要求维持在50-60%，夜间在80-90%。为了减轻病害的危害，夜间的湿度宜控制在80%左右。棚内相对湿度达到饱和时，提高棚温可以降低湿度，如湿度在5℃时，每提高1℃气温，约降低5%的湿度，当温度在10℃时，每提高1℃气温，湿度则降低3-4%。在不增加棚内空气中的水汽含量时，棚温在15℃时，相对湿度约为7%左右;提高到20℃时，相对湿度约为50%左右。 由于棚内空气温度大，土壤的蒸发量小，因此在冬春寒季要减少灌水量。但是，大棚内温度升高，或温度过高时需要通风，又会造成湿度下降，加速作物的蒸腾，致使植物体内缺水蒸腾速度下降，或造成生理失调。因此，棚内必须按作物的要求，保持适宜的湿度。 四、栽培季节与条件 塑料大棚的栽培以春、夏、秋季为主。冬季最低气温为-15℃--17℃的地区，可用于耐寒作物在棚内防寒越冬。高寒地区、干旱地区可提早就在用大棚进行栽培。北方地区，于冬季，在温室中育苗，以便早春将幼苗提早定植于大棚内，进行早熟栽培。夏播，秋后进行延后栽培，1年种植两茬。由于春提前，秋延后而使大棚的栽培期延长两个月之久。东北、内蒙古一些冷冻地区于春季定植，秋后拉秧，全年种植一茬，黄瓜的亩产量比露地提高2-4倍。黑龙江省用大棚种植西瓜获得成功。西北及内蒙古边疆风沙、干旱地区利用大棚达到全年生产，于冬季在大棚内种植耐寒性蔬菜，开创了大棚冬季种植的先例。为了提高大棚的利用率，春季提早，秋季延后栽培，往往采取在棚内临时加温，加设二层幕防寒，大棚内筑阳畦，加设小拱棚或中棚，覆盖地膜，大棚周边围盖稻草帘等防寒保温措施，以便延长生长期，增加种植茬次，增加产量。

(四)、空气湿度的调控 :

(1)大棚空气湿度的变化规律:塑料膜封闭性强，棚内空气与外界空气交换受到阻碍，土壤蒸发和叶面蒸腾的水气难以发散。因此，棚内湿度大。白天，大棚通风情况下，棚内空气相对湿度为70-80%。阴雨天或灌水后可达90%以上。棚内空气相对湿度随着温度的升高而降低，夜间常为100%。棚内湿空气遇冷后凝结成水膜或水滴附着于薄膜内表面或植株上。

(2)空气湿度的调控:大棚内空气湿度过大，不仅直接影响蔬菜的光合作用和对矿质营养的吸收，而且还有利于病菌孢子的发芽和侵染。因此，要进行通风换气，促进棚内高湿空气与外界低湿空气相交换，可以有效地降低棚内的相对湿度。棚内地热线加温，也可降低相对湿度。采用滴灌技术，并结合地膜覆盖栽培，减少土壤水分蒸发，可以大幅度降低空气湿度(20%左右)。

(五)、棚内空气成分:

由于薄膜覆盖，棚内空气流动和交换受到限制，在蔬菜植株高大、枝叶茂盛的情况下，棚内空气中的二氧化碳浓度变化很剧烈。早上日出之前由于作物呼吸和土壤释放，棚内二氧化碳浓度比棚外浓度高2-3倍，(330PPM左右);8-9时以后，随着叶片光合作用的增强，可降至100PPM以下。因此，日出后就要酌情进行通风换气，及时补充棚内二氧化碳。另外，可进行人工二氧化碳施肥，浓度为800-1000PPM，在日出后至通风换气前使用。人工施用二氧化碳，在冬春季光照弱、温度低的情况下，增产效果十分显著。 在低温季节，大棚经常密闭保温，很容易积累有毒气体，如氨气、二氧化氮、二氧化硫、乙烯等造成危害。当大棚内氨气达5PPM时，植株叶片先端会产生水浸状斑点，继而变黑枯死;当二氧化氮达2.5-3PPM时，叶片发生不规则的绿白色斑点，严重时除叶脉外，全叶都被漂白。氨气和二氧化氮的产生，主要是由于氮肥使用不当所致。一氧化碳和二氧化硫产生，主要是用煤火加温，燃烧不完全，或煤的质量差造成的。由于薄膜老化(塑料管)可释放出乙烯，引起植株早衰，所以过量使用乙烯产品也是原因之一。 为了防止棚内有害气体的积累，不能使用新鲜厩肥作基肥，也不能用尚未腐熟的粪肥作追肥;严禁使用碳酸铵作追肥，用尿素或硫酸铵作追肥时要掺水浇施或穴施后及时覆土;肥料用量要适当不能施用过量;低温季节也要适当通风，以便排除有害气体。另外，用煤质量要好，要充分燃烧。有条件的要用热风或热水管加温，把燃后的废气排出棚外。

(六)、土壤湿度和盐分:

大棚土壤湿度分布不均匀。靠近棚架两侧的土壤，由于棚外水分渗透较多，加上棚膜上水滴的流淌湿度较大。棚中部则比较干燥。春季大棚种植的黄瓜、茄子特别是地膜栽培的，土壤水分常因不足而严重影响质量。最好能铺设软管滴灌带，根据实际需要随时施放肥水，是一项有效的增产措施。由于大棚长期覆盖，缺少雨水淋洗，盐分随地下水由下向上移动，容易引起耕作层土壤盐分过量积累，造成盐渍化。因此，要注意适当深耕，施用有机肥，避免长期施用含氯离子或硫酸根离子的肥料。追肥宜淡，最好进行测土施肥。每年要有一定时间不盖膜，或在夏天只盖遮阳网进行遮阳栽培，使土壤得到雨水的溶淋。土壤盐渍化严重时，可采用淹水压盐，效果很好。另外，采用无土栽培技术是防止土壤盐渍化的一项根本措施。 3 大浪淀乡大棚蔬菜栽培技术 三、大棚蔬菜周年茬口安排 大棚只有春季茄果类的早熟栽培，一年只利用4-5个月，利用率及效益不高。如果在秋冬季和夏季也利用大棚进行栽培、育苗及留种，可提高生产效益。