如何实现环境管理的智能控制

采用智能化控制技术后,使芽苗菜的生产真正可以实现智能化自动化工厂化与标准化,但这些都得基于环控技术基础上才能实现,所谓环控技术就是能对芽苗生长过程相关的温光气热水环境,能够赖于计算机控制技术得以精///确化的模拟与控制,可以按照不同种类芽苗菜生长模式的不同需要,进行科学精///确的控制,为其创造出最///佳的生长环境.现就芽苗菜栽培中环控要求及技术实现进行简要阐述.

温度控制:温度是一切种子萌芽与生长的最基本条件,不管种子或者植株,它们一切的生理代谢都得在一定的温度条件下才能进行,如果温度过低,种子萌发生长相关的各种酶,如淀粉酶、蛋白质水解酶等活性低,不能为种子胚的发育分化提供更多的呼吸底物,能量的代谢受到抑制,种子胚胎的发育就变得缓慢,或者停滞生长.只有在温度适合情况下,才能使种子一切生长代谢激活,开始快su的萌芽与生长,而如果过高,也会因呼吸作用过强,消耗大量的营养,造成胚发育过快而纤细,并且纤维化加快,难以培育出品质优良的苗菜.对于大多数芽苗菜种子来说,胚发育所需的温度范围以15-28度之间为佳,有些低温型的种子如香椿、豌豆、荞麦、苜蓿等可适当偏低些,高温型的空心菜、大豆、红豆、黑豆、萝卜等可适当高些,这与该品种的原产地有关.源于北方地区的品种相对来说低些,南方的品种相对高些,但具体温度范围可因生产需要及具体品种而定,如豌豆最适温度为18-23度,香椿为15-20度,大豆、空心菜为20-25度,而且最///好晚上与白天有1-3度的温差,更利于芽苗菜的生长与壮苗.在生产中为了实现这些不同品种不同适温的环境模拟,可以通过专家系统及分区控制来实现,可以把各种不同芽苗菜对不同适温的需求参数预先写成程序输入计算机,使用时只需选择相关品种,就会自动调出这些已预先设定的数据进行控制与模拟,这就是专家系统的应用.而当不同品种同时生产时,可以通过区隔不同的栽培房,安装不同的分控器来实现每个区相对独立的温度控制.栽培室内温度控制主要采用空气加热线加温与微喷通风降温法实现,在基地建设时,可于每层栽培架的上方安装弥雾管道与喷头,起到加湿与降温的双重效果.当温度超过适温上限值时,计算机会发出降温指令,自动开启电磁阀进行微喷降温,还可结合通风扇进行双重降温,这些温度信号的采集都是赖于集成传感器智能叶片来实现的.所谓智能叶片就是把芽苗菜相关的生长发育参数如温度、湿度、水份、光照等传感器集成于一个外形类似植物叶片的感应材料上,实现温光气热等参数的集成感应与数据采集.它是实现智能控制的核心部件,以下的其它各项参数都通过这个智能叶片进行数据的采集.当智能叶片感知到环境温度低于适温下限值时,计算机会自动指令加温线的开启,进行环境加温,达到设定参数时,则自动关闭.

空气湿度控制:湿度的控制,也与温度控制实现的方式相似,不同的发育阶段及不同的品种都有不同湿度的要求,这些不同的要求与最///佳参数可以通过研究试验获取,然后再把获取的资料作为该品种的生长模式,把它输入计算机控制程序从而形成了该品种的湿度专家参数.使用时,无需再行设定,选好生产品种,就可按这湿度进行智能自动控制.空气湿度调控的实现也是通过管道微喷来进行,当智能叶片检测到空气湿度低于下限值时,会自动开启微喷电磁阀进行弥雾增湿,当空气湿度达到指标时就立即关闭,实现湿度的科学管理.通常一些大种子类型的芽菜,代谢与发育消耗的水量大,对空气湿度及水分的要求也相对高些,如黄豆、花生、黑豆、红豆、绿豆等,这些品种除了蛋白或淀粉含量高造成水解耗水量增大外,在其生物产量的形成中也需更多的水份,所以一般要求湿度控制在前期90%-100/100,后期80-90%之间的高湿度.而对于小种子类的如空心菜、芝麻、葵花籽、荞麦、苜蓿、油菜、香椿、萝卜等,可以适当降低湿度与减少水份,通常前期控制80-90%,后期70-80%,水量过多会造成烂种增加的现象,或者bing害滋生.这些不同湿度间的差异与不同时期的差异,在计算机控制的环境下,可以通过智能叶片的精///确检测及专家系统的科学控制来实现.

水分的控制:芽苗菜的技术其实从某种角度来说就是种子在水的作用下进行水份代谢与合成的技术,水是其最主要的成份,占到整个鲜种的90%以上,这些增加的重量全是由水补给.另外,还有大量没有被吸收的弥雾喷淋水,这样就需在培育过程中不断地给予补水,但在补水时以什么程度为准,多少量为宜.这除了上面的空气湿度指标外,还有一个重要的指标就是芽体表面水份分布的指标.在芽体表面水份分布的多少以水膜的厚薄来衡量,在种子芽体萌发的初期要求大量的水份,甚至要达到淋水的效果.因此时除了供给水份外,更重要的一点是需把种子表面的一些代谢排泄物冲淋或稀释走,起到淋除呼吸代谢产物的作用.因在萌动生长初期是呼吸最旺盛的时期,常在芽体表面形成粘状物或胶状物,这些产物一方面是厌氧呼吸造成,也有些是种子生物膜渗透性破坏引起内含物的外泄,还有些是菌类滋生形成,这些物质可以通过大水喷淋来解除.如果在基质栽培中,可以被基质吸附,而在无基质栽培条件下,只有通过喷淋来实现,这些中间代谢产物如果积累腐化会形成异味或杂菌的滋生,从而造成bing害发生或者种子中毒烂苗.所以芽苗菜在无基质栽培中,大水喷淋也是芽体发育初期所需做到的.一些喷淋不均匀或淋不到水的部位常有烂种现象产生,就是这个道理.那么喷淋量的多少可以通过什么方式来达到精///确控制呢?可以利用智能叶片的水膜传感器,水膜传感器是由高度密集的回形电路组成,可因叶片表面水膜分布的不同广度与厚度的而显示不同的参数,我们可称之为水膜的厚薄传感器.对于大种子类的萌动初期保持水膜要厚时间要长,对于小种子类的保持水膜稍薄时间要短,这些可以通过智能叶片水膜检测与弥雾量的控制实现,当要求水膜厚保持时间长时,可以增强弥雾强度或时间来达到,需薄与保持时间短时,降低弥雾强度与水量即可.这些技术要求都可通过专家系统写入运行运算程序中,实现智能化科学化的调控.

光照的控制:光照是芽苗绿化所必需的外界环境条件与控制参数之一,也是芽苗菜与当前豆芽产品zui大的区别所在,豆芽是白化或黄化不带叶绿素的芽体,无需光照即可生产,而苗菜是绿色芽体甚至是带真叶的幼苗.而绿色的形成其实也就是芽体内叶绿体细胞的形成与叶绿素的合成,这些都得在有光照的情况下才可以达到绿化效果.对于智能化栽培中,光照是全人工化的,没有任何外界太阳光的透入,这样更利于科学精///确补光量与时间的控制,也就是全天候的环境下生产,这模式对于实现标准绿化较易做到.芽苗菜按照绿化程度的不同可分为黄化型、半绿化型、全绿化型两种,其中黄化型是在无光照或微光下培育的苗菜,而半绿化型是绿化程度达到淡绿色比的苗菜,而全绿化是达到子叶真叶全绿或浓绿程度的苗菜,至于生产什么类型的苗菜,是由市场需求或质量要求而定,各种类型苗菜其营养及品质外观都有所不同,全绿化型苗菜的叶绿素及VC含量高些,淡绿或黄化的可溶性蛋白或氨///基酸类相对高些,另外有些类型纤维素含量也是与绿化程度成正比的,绿化程度高则纤维素含量相应也高些,但也不绝///对,因为纤维素合成所需的碳水化合物可由部份光合产物供给.那么在芽苗菜栽培室中是如何实现光照的科学控制呢?在栽培室建设时,可于栽培室顶棚、层架或侧壁上均匀地布设补光灯,达到整个空间光照均匀的效果,同时还需考虑补光质量,也就是不同光质的搭配,对苗菜生长来说,光合作用所需的光照分为红光与蓝光两种,这两种光质对叶绿素促进各有偏向,其中红光偏向于形成更多的叶绿素a,蓝光促进形成更多的叶绿素b,生产上以红蓝比r/b=5:1或3:1为好,蓝光使苗菜更脆嫩,红光使苗菜产量更高色更浓绿,两者科学结合为最///好的光质搭配模式.而对于光照量的控制可以通过时间来实现也可通过强度来控制,一般苗菜栽培房以光强1000-5000LX为宜,其中小种子类的绿化程度要高些,控制时光强可大些或补光时间长些,大种子类的光强可弱些或补光时间短些.其补光量的控制与测算以强度与时间的乘积为控制量,而且不同品种与不同阶段控制量都有所不同,前期少后期多,小种子多大种子少的原则,这与芽苗菜生物产量的形成有关,大种子有更多的可转化的贮藏营养,而小种子类可转化营养少,需赖于更多的光合产物来提高生物量形成有关.这些光量控制也是通过试验研究来确定,然后形成生长模式与专家系统,再通过光照传感器记录强度,时间芯片记录时间,两者结合而达到补光量的精///确测定与调控.当某品种的光量不足时,计算机会自动打开补光系统进行人工补光,达到设定控制量时就立即关闭,实现光照的精///确科学控制,采用这种计算机技术控制光照量的生产方式,能够生产出色泽一致的标准化商品苗菜,可以按人为意志生产出各种类型的产品,其控制的精///确性与均衡性是传统栽培所不可比拟.

通风的控制:通风也是芽苗菜科学栽培中较为重要的一个技术,采用通风可降低温度与湿度,也可以增强空气流通增加栽培室中氧气及二氧化碳的含量,但同时又会造成环境因子稳定性的破坏.那么如何实现通风的科学控制呢?通风选用的执行部件通常为风扇,风扇安装又分为对流安装与单向安装两种方式,其中对流可用于室内空气对流与室外走道空气的对流,室内空气对流可促进室内环境因子如空气湿度与空气温度的均衡,室外走道对流可实现栽培房内环境与外环境相关因子的调控,如在走道顶棚安装吸进与排出风扇,可吸进外界太阳光能所产生的热量进行加温,也可利用外环境的温差,实现排外降温,这种方法可以实现节能化栽培.如冬季中午时,外界温度较高,可吸进热空气进行加温,特别是在晴朗的中午,因栽培泡沫房外扣闷塑料大棚的情况下,拱形棚顶的温度因温室效应而骤然升高,甚至可达40多度,这样热空气的吸进可以进行整个栽培室的加温,我们叫节能化加温.同时通风可以使空气成份发生变化,在芽体发育过程中会消耗空气中大量的氧气与二氧化碳,经内外通风对流可以得到换气补充,不会因缺氧少二氧化碳而影响发育与生物产量的形成.一般通风量及时间的控制也是由计算机的温度传感器及时间芯片结合来完成的.当室外温度高于室内,而室内又需加温时,计算机会自动打开吸进热空气的风扇,实现节能加温.当室外温度低于室内,而室内又需降温时,计算机还可自动开启排出风扇进行排风降温.当室内外温度较稳定时,计算机可开启定时通风系统.但当室外温度较低的冬季,对流会影响室内温度骤降时,计算机控制系统会选择最///佳时机,也就是对栽培环境因子影响最小的时候开启对流通风,比如冬季寒冷季节,计算机会利用中午外界温度最gao时刻进行内外对流,这样因对流造成降温的影响相对会小些.采用计算机控制技术实现对流通风控制是当前最科学最节能的一种方法,是人工通风所达不到的,特别是在冬季能够结合对流加温技术实现加温耗能的最小化,真正实现节能化低成本栽培.