如何實現(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)真正可以實現(xiàn)智能化自動化工廠化與標(biāo)準(zhǔn)化,但這些都得基于環(huán)控技術(shù)基礎(chǔ)上才能實現(xiàn),所謂環(huán)控技術(shù)就是能對芽苗生長過程相關(guān)的溫光氣熱水環(huán)境,能夠賴于計算機控制技術(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模式的不同需要,進行科學(xué)精///確的控制,為其創(chuàng)造出最///佳的生長環(huán)境.現(xiàn)就芽苗菜栽培中環(huán)控要求及技術(shù)實現(xiàn)進行簡要闡述.

溫度控制:溫度是一切種子萌芽與生長的最基本條件,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行,如果溫度過低,種子萌發(fā)生長相關(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.只有在溫度適合情況下,才能使種子一切生長代謝激活,開始快su的萌芽與生長,而如果過高,也會因呼吸作用過強,消耗大量的營養(yǎng),造成胚發(fā)育過快而纖細,并且纖維化加快,難以培育出品質(zhì)優(yōu)良的苗菜.對于大多數(shù)芽苗菜種子來說,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)的品種相對來說低些,南方的品種相對高些,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與壯苗.在生產(chǎn)中為了實現(xiàn)這些不同品種不同適溫的環(huán)境模擬,可以通過專家系統(tǒng)及分區(qū)控制來實現(xiàn),可以把各種不同芽苗菜對不同適溫的需求參數(shù)預(yù)先寫成程序輸入計算機,使用時只需選擇相關(guān)品種,就會自動調(diào)出這些已預(yù)先設(shè)定的數(shù)據(jù)進行控制與模擬,這就是專家系統(tǒng)的應(yīng)用.而當(dāng)不同品種同時生產(chǎn)時,可以通過區(qū)隔不同的栽培房,安裝不同的分控器來實現(xiàn)每個區(qū)相對獨立的溫度控制.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)降溫法實現(xiàn),在基地建設(shè)時,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)溫度超過適溫上限值時,計算機會發(fā)出降溫指令,自動開啟電磁閥進行微噴降溫,還可結(jié)合通風(fēng)扇進行雙重降溫,這些溫度信號的采集都是賴于集成傳感器智能葉片來實現(xiàn)的.所謂智能葉片就是把芽苗菜相關(guān)的生長發(fā)育參數(shù)如溫度,、濕度,、水份、光照等傳感器集成于一個外形類似植物葉片的感應(yīng)材料上,實現(xiàn)溫光氣熱等參數(shù)的集成感應(yīng)與數(shù)據(jù)采集.它是實現(xiàn)智能控制的核心部件,以下的其它各項參數(shù)都通過這個智能葉片進行數(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,計算機會自動指令加溫線的開啟,進行環(huán)境加溫,達到設(shè)定參數(shù)時,則自動關(guān)閉.

空氣濕度控制:濕度的控制,也與溫度控制實現(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)可以通過研究試驗獲取,然后再把獲取的資料作為該品種的生長模式,把它輸入計算機控制程序從而形成了該品種的濕度專家參數(shù).使用時,無需再行設(shè)定,選好生產(chǎn)品種,就可按這濕度進行智能自動控制.空氣濕度調(diào)控的實現(xiàn)也是通過管道微噴來進行,當(dāng)智能葉片檢測到空氣濕度低于下限值時,會自動開啟微噴電磁閥進行彌霧增濕,當(dāng)空氣濕度達到指標(biāo)時就立即關(guān)閉,實現(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,對空氣濕度及水分的要求也相對高些,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%,水量過多會造成爛種增加的現(xiàn)象,或者bing害滋生.這些不同濕度間的差異與不同時期的差異,在計算機控制的環(huán)境下,可以通過智能葉片的精///確檢測及專家系統(tǒng)的科學(xué)控制來實現(xiàn).

水分的控制:芽苗菜的技術(shù)其實從某種角度來說就是種子在水的作用下進行水份代謝與合成的技術(shù),水是其最主要的成份,占到整個鮮種的90%以上,這些增加的重量全是由水補給.另外,還有大量沒有被吸收的彌霧噴淋水,這樣就需在培育過程中不斷地給予補水,但在補水時以什么程度為準(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衡量,在種子芽體萌發(fā)的初期要求大量的水份,甚至要達到淋水的效果.因此時除了供給水份外,更重要的一點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.因在萌動生長初期是呼吸最旺盛的時期,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)可以通過大水噴淋來解除.如果在基質(zhì)栽培中,可以被基質(zhì)吸附,而在無基質(zhì)栽培條件下,只有通過噴淋來實現(xiàn),這些中間代謝產(chǎn)物如果積累腐化會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,就是這個道理.那么噴淋量的多少可以通過什么方式來達到精///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.對于大種子類的萌動初期保持水膜要厚時間要長,對于小種子類的保持水膜稍薄時間要短,這些可以通過智能葉片水膜檢測與彌霧量的控制實現(xiàn),當(dāng)要求水膜厚保持時間長時,可以增強彌霧強度或時間來達到,需薄與保持時間短時,降低彌霧強度與水量即可.這些技術(shù)要求都可通過專家系統(tǒng)寫入運行運算程序中,實現(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.而綠色的形成其實也就是芽體內(nèi)葉綠體細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到綠化效果.對于智能化栽培中,光照是全人工化的,沒有任何外界太陽光的透入,這樣更利于科學(xué)精///確補光量與時間的控制,也就是全天候的環(huán)境下生產(chǎn),這模式對于實現(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,其中黃化型是在無光照或微光下培育的苗菜,而半綠化型是綠化程度達到淡綠色比的苗菜,而全綠化是達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,是由市場需求或質(zhì)量要求而定,各種類型苗菜其營養(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,因為纖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現(xiàn)光照的科學(xué)控制呢?在栽培室建設(shè)時,可于栽培室頂棚,、層架或側(cè)壁上均勻地布設(shè)補光燈,達到整個空間光照均勻的效果,同時還需考慮補光質(zhì)量,也就是不同光質(zhì)的搭配,對苗菜生長來說,光合作用所需的光照分為紅光與藍光兩種,這兩種光質(zhì)對葉綠素促進各有偏向,其中紅光偏向于形成更多的葉綠素a,藍光促進形成更多的葉綠素b,生產(chǎn)上以紅藍比r/b=5:1或3:1為好,藍光使苗菜更脆嫩,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.而對于光照量的控制可以通過時間來實現(xiàn)也可通過強度來控制,一般苗菜栽培房以光強1000-5000LX為宜,其中小種子類的綠化程度要高些,控制時光強可大些或補光時間長些,大種子類的光強可弱些或補光時間短些.其補光量的控制與測算以強度與時間的乘積為控制量,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)化的貯藏營養(yǎng),而小種子類可轉(zhuǎn)化營養(yǎng)少,需賴于更多的光合產(chǎn)物來提高生物量形成有關(guān).這些光量控制也是通過試驗研究來確定,然后形成生長模式與專家系統(tǒng),再通過光照傳感器記錄強度,時間芯片記錄時間,兩者結(jié)合而達到補光量的精///確測定與調(diào)控.當(dāng)某品種的光量不足時,計算機會自動打開補光系統(tǒng)進行人工補光,達到設(shè)定控制量時就立即關(guān)閉,實現(xiàn)光照的精///確科學(xué)控制,采用這種計算機技術(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技術(shù),采用通風(fēng)可降低溫度與濕度,也可以增強空氣流通增加栽培室中氧氣及二氧化碳的含量,但同時又會造成環(huán)境因子穩(wěn)定性的破壞.那么如何實現(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)扇安裝又分為對流安裝與單向安裝兩種方式,其中對流可用于室內(nèi)空氣對流與室外走道空氣的對流,室內(nèi)空氣對流可促進室內(nèi)環(huán)境因子如空氣濕度與空氣溫度的均衡,室外走道對流可實現(xiàn)栽培房內(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與排出風(fēng)扇,可吸進外界太陽光能所產(chǎn)生的熱量進行加溫,也可利用外環(huán)境的溫差,實現(xiàn)排外降溫,這種方法可以實現(xiàn)節(jié)能化栽培.如冬季中午時,外界溫度較高,可吸進熱空氣進行加溫,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40多度,這樣熱空氣的吸進可以進行整個栽培室的加溫,我們叫節(jié)能化加溫.同時通風(fēng)可以使空氣成份發(fā)生變化,在芽體發(fā)育過程中會消耗空氣中大量的氧氣與二氧化碳,經(jīng)內(nèi)外通風(fēng)對流可以得到換氣補充,不會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)量及時間的控制也是由計算機的溫度傳感器及時間芯片結(jié)合來完成的.當(dāng)室外溫度高于室內(nèi),而室內(nèi)又需加溫時,計算機會自動打開吸進熱空氣的風(fēng)扇,實現(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,計算機還可自動開啟排出風(fēng)扇進行排風(fēng)降溫.當(dāng)室內(nèi)外溫度較穩(wěn)定時,計算機可開啟定時通風(fēng)系統(tǒng).但當(dāng)室外溫度較低的冬季,對流會影響室內(nèi)溫度驟降時,計算機控制系統(tǒng)會選擇最///佳時機,也就是對栽培環(huán)境因子影響最小的時候開啟對流通風(fēng),比如冬季寒冷季節(jié),計算機會利用中午外界溫度最gao時刻進行內(nèi)外對流,這樣因?qū)α髟斐山禍氐挠绊懴鄬⌒?采用計算機控制技術(shù)實現(xiàn)對流通風(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)所達不到的,特別是在冬季能夠結(jié)合對流加溫技術(shù)實現(xiàn)加溫耗能的最小化,真正實現(xiàn)節(jié)能化低成本栽培.