电子技术在农业领域的应用

电子技术在农业领域的应用电子技术自上世纪中叶发明半导体以来得到了飞速的发展。

电子技术渗透到所有的技术领域，给整个社会经济生活带来了翻天覆地的变化，现代农业正是现代前沿科学技术的结合点，具有极为巨人的发展潜力，科学技术的发展也为全国各地推进现代农业建设带来了重要的机遇和挑战。

一、电子技术在农业中的地位和作用上世纪90年代以来，我国的农业机械与装备，在微电子技术、仪器与控制技术和信息技术的研究和应用方面，着力于向智能化、机电一体化方向迈进；随着电子技术的飞速发展，农业电子技术的广泛研究应用、全球定位系统GPS、地理信息系统GIS 和作物栽培有关模拟模型以及生产管理决策支持系统DDS技术研究的发展，现代农业模式已成为合理利用农业资源、提高农业作物产量、降低生产成本、改善生态环境的一种重要的生产形式。

目前设施农业已由简易塑料大棚、温室发展到具有人工环境控制设施的自动化、机械化程度极高的现代化大型温室和植物工厂。

设施农业在具有高附加值、高效益、高科技含量的设施园艺领域发展迅速，其栽培对象主要为蔬菜、花卉和果树。

近年来，设施畜牧业养殖也在逐渐兴起。

随着电子技术和其它科学的发展，我国设施农业的发展将向着地域化、节能化、专业化发展，向着高科技、自动化、机械化、规模化、产业化的工厂型农业发展，为社会提供更加丰富的无污染、安全、优质的绿色健康食品。

二、我国农业电子技术发展应用的方向自动化是提高效率、实现标准化、规模化的必然选择，它能实现对营养液系统、温度、光照、二氧化碳浓度、施肥等进行综合控制。

这些控制的实现首先依赖相应的电子传感器，而这些传感器应具有：（1）长期稳定性：农业设施用传感器的使用环境比工业更恶劣，如高温、高湿。

因此传感器长期稳定性要更高，需要解决涉及传感器稳定性的关键技术包括材料、工艺等；（2）能适应系统要求：设施农业的实质是实现人为调节和控制作物生长环境条件，是通过一个闭环系统来实现的。

因此传感器的性能都应该与控制系统相适应。

尤其是传感器的长距离布点、传感器灵敏度的一致性、传感器的响应时间等，这样才能使系统真正做到快速反应和调控环境的高效工作；（3）优良的性能价格比：由于用量较大，因此必须要求其价格较低廉，否则难于推广。

农业电子技术应用的重点应在：（1）温度控制机电一体化：变温控制是较理想的措施。

通过温度传感芯片驱动、继电器、电机控制侧面的卷帘，热屏遮荫系统’热屏展开宽度超过4m，收拢时其宽度只有10m，加热系统及热水泵，同时应能监视温度，具有报警功能、系统故障指示等。

这样，一方面能充分利用西北充足的太阳光热资源、白天使作物进行旺盛的光合作用，日落后又促使光合产物的转移，并尽量减少呼吸消耗，这样可大大提高果蔬的产量。

（2）微喷自动化工程：采用微处理芯片、继电器、可控硅、电磁阀等电子元件控制。

根据土壤吸水能力、生产阶段和气候条件等因素，定时、定量、定位给果蔬供水，这样不仅能人幅度提高产量、质量，而且适应了西北缺水的现状。

三、电子自动控制技术在设施农业中的应用由于人口增长、资源短缺和环境变化, 经济发达国家和一些发展中国家, 都在研究21世纪农业可持续发展的问题。

将各种现代化高新技术应用于农业生产, 在有限的自然条件下, 通过人工建造的设施控制环境, 提高农业自动化水平, 于是产生了设施农业。

设施农业就是通过采用现代农业技术, 改变自然环境,为种植业、养殖业以及产品的储藏保鲜等提供适当的环境条件, 而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖进行有效生产的农业。

设施农业以其技术含量高、品质高、产量高、效益高和集约化等优点, 在国外发达国家得到了快速发展。

国外发达国家一直致力于把自动控制技术应用于设施农业中, 即将自动化技术应用于农作物耕种、施肥、灌溉、防治病虫害、收获的全过程,畜禽水产品等饲养全过程, 以及农产品加工、储藏、保鲜的全过程。

随着农业自动化的发展, 发达国家的设施农业,已形成设施设备技术完备、生产规范、质量保证性强的特点, 并向高度自动化、智能化方向发展, 成为推动现代农业发展的重要方面。

目前, 设施农业比较发达的国家主要有荷兰、以色列、美国和日本。

另外, 法国、西班牙、澳大利亚、英国和韩国等国家的设施农业也都达到了比较高的水平。

农业设施自动化的基本特征就是以农业自动化设施代替人的劳作, 完成农业生产的部分或全部作业。

建立在以计算机技术、自动传感和控制技术基础上的农业自动化技术在设施农业中的应用主要体现在: 节水灌溉作业的自动控制、农业温室的自动控制、果实收获作业的自动控制、农产品加工的自动控制和农业生产工厂化等方面。

设施农业按主体不同, 可分为设施栽培( 主要设施有各类温室、塑料棚和人工气候室及其配套设备等) 和设施养殖( 主要设施有各类保温、遮阴棚舍与现代集约化饲养畜舍及配套设备等) 。

按设施和设备的复杂程度又可分为简易覆盖型、简易设施型、一般设施型和复杂设施型( 主要指借助于大型现代化温室的工厂化农业)。

1.自动控制技术在设施栽培中的应用设施栽培的发展在欧洲已经有100 多年的历史了, 荷兰农民从19 世纪末就开始把玻璃盆覆盖在植物上用于透光和保温。

但大规模的现代化设施农业是近年来随着农业环境工程技术的突破而迅速发展起来的一种集约化程度很高的农业生产技术。

随着现代自动控制技术向农业的渗透和应用, 设施栽培的设施设备、栽培和管理技术形成完整的技术体系, 克服了环境的不利影响, 使产量成倍增长、品质大幅度提高。

(1) 膜覆盖栽培属于简易覆盖型设施农业, 它是用塑料薄膜覆盖地面的一项保护地栽培技术, 用地膜覆盖农田, 可以提高地温, 防旱抗旱, 为作物苗期或生育前期创造一个较早而适宜的生长环境, 争得有效生长时期, 提高作物产量, 对提高产品品质也有一定作用。

(2) 简易设施型主要包括中、小拱棚, 以塑料薄膜低空( 一般低于2 m) 覆盖为主, 其主要作用是在蔬菜生长不适季节为其提供一个优越的温度条件, 使其生育期提前, 及早进入市场, 获得较高效益。

(3) 一般设施型主要指温室控制系统以及节水灌溉系统等。

近代作物温室栽培主要包括塑料大棚温室栽培和现代化玻璃温室栽培2 类。

目前世界上塑料大棚最多的国家是中国、意大利、西班牙、法国、日本等国。

荷兰、日本、英国、法国、德国等国家主要以现代化玻璃温室为主。

由于这种温室可以自动控制室内的温度、湿度、灌溉、通风、二氧化碳浓度和光照, 每平方米温室年产量相当于露地栽培产量的10 倍以上。

世界各国的温室控制技术发展很快, 一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展。

温室的计算机智能化调控装置系统采用不同功能的传感器探测头, 准确采集设施内环境参数和作物生育状况等参数, 通过数字电路转换后传回计算机, 并对数据进行统计分析和智能化处理。

以色列的设施栽培发展很快, 最引人注目的是温室大棚、滴灌系统和电脑控制的现代化栽培技术体系。

由于干旱和沙漠气候, 其水资源十分匮乏, 所以其节水灌溉技术先进, 这些节水灌溉方法都是由计算机控制的, 它能自动监测, 精确可靠, 节省人力, 当系统显示水或肥料出现偏差时, 设备会自动关闭。

因此, 以色列利用光热资源的优势和节水灌溉技术, 主要生产花卉和高档蔬菜, 采用大型塑料温室, 温室自动控制采用计算机收集和储存全天温室内部和外部的温度和湿度数据, 通过程序进行数据分析, 并可通过引入新数据来改变操作程序。

可自动控制卷帘、热屏遮阴系统、加热系统以及灌溉区的流量控制系统。

荷兰的土地资源非常紧缺, 人均耕地较少。

因此,荷兰大力发展设施农业, 建造了大面积的玻璃温室,依靠设施园艺高新技术和畜产品, 使农业迅猛发展,成为仅次于美、法的世界第三大农产品出口国。

荷兰的花卉产业十分发达, 主要靠设施栽培, 是世界第一大花卉出口国。

目前荷兰花卉生产已普遍实现了机械化和自动化设施栽培, 全国70%的花卉生产面积采用温室栽培,使花卉生产中的温度、湿度、光照、施肥、喷药等, 实现了电脑自动控制。

美国的设施农业也十分先进, 农田灌溉调控自动化技术已相当成熟, 在亚利桑那州西南部大片沙漠地带安装了世界上最大的灌溉调控系统, 这不但能节省50%以上的用水量和能量, 而且能减少盐分的集结，最终使产量增加一倍。

现在温室控制正在向大型化温室方向发展, 很多大型连栋玻璃温室在对温、光、水、气及营养供给实现全面自动调控的基础上, 又进一步改进设备与操作供应流程, 工人不需进入种植区就可完成全部作业, 不仅使温室的空间利用达到了最大化, 而且节省了劳力, 大幅度地提高了劳动生产率和单位面积产出率。

(4) 复杂设施型主要指借助于大型现代化温室的工厂化农业。

一般包括加热系统、降温系统、通风系统、遮阳系统、滴灌系统和中心控制系统。

农业生产工厂化的关键技术是无土栽培和环境的自动控制。

当代发达的设施农业以及植物工厂,就是用人为的方式创造一个人工气候, 消除一些对植物不利的环境因素。

植物工厂是继温室栽培之后发展的一种高度自动化、现代化的设施农业。

植物工厂是在全封闭的设施内周年生产作物的高度自动化控制生产体系, 植物工厂内以采用营养液栽培和自动化综合环境调控为重要标志, 为使植物工厂内栽培环境达到高度自动化调控,设备建造及运转费用很高。

植物工厂能免受外界不良环境影响, 实现高技术密集型省力化作业, 它与温室生产不同点在于, 完全摆脱大田生产条件下自然条件和气候的制约, 应用现代先进设备, 完全由人工控制环境条件, 全年均衡供应农产品。

目前, 高效益的植物工厂在一些发达国家发展迅速, 初步实现了工厂化生产蔬菜、食用菌和名贵花木等。

奥地利、丹麦、美国、英国、日本等国都先后建立了一批植物工厂, 用于试验研究和示范。

美国现在正在研究利用“植物工厂”种植小麦、水稻, 以及进行植物组织培养和脱毒、快繁。

以色列温室设施已更新3 代, 面积大大增加, 促进了工厂化农业大发展。

日本已建立了一些农业生产自动化管理系统, 如植物工厂的蔬菜生产管理系统、陆田水田耕作、畜牧生产、家畜卫生系统、农业工程和机械管理系统等。

2.自动控制技术在设施养殖中的应用将自动控制技术应用于设施栽培使农作物生产脱离了自然条件的束缚, 实现了温室环境自动控制,有效利用了资源, 大大提高了生产效率。

将自动控制技术应用于设施养殖中, 同样可以摆脱传统农业生产条件下的自然气候、季节的制约, 提高农牧产品的产量和质量, 使设施养殖实现大规模、集约化、工厂化生产。

工厂化养畜禽就是创造畜禽舍最适宜的卫生环境和气候环境, 以自动化装置和设备代替手工劳动,以先进的畜牧业技术改善生产流程, 提高劳动生产率, 节约资源, 取得最大的经济效益。

现在已发展到工厂化养鸡、养猪、养肉羊和养奶牛等生产领域。