大棚技術在番茄栽培的應用發展

劉娜 蘇秀堂 申秀峰

番茄由于其獨特的風味和較高的營養價值而深受大家喜愛。其對溫度、濕度和栽培環境要求較為嚴苛，大棚技術則能有效解決上述問題。在可持續發展的現代農業生產下，大棚技術被認為是蔬菜種植不可或缺的技術之一。大棚主要通過控制影響番茄生長的最重要參數，即太陽輻射、溫度、相對濕度、光照強度和二氧化碳水平，以便在所有季節能增加番茄產量，同時還能保護作物免受惡劣氣候條件和害蟲入侵。

隨著信息技術發展和創新決策支持系統的進步，大棚技術正在經歷革命性轉變。事實上，新一代大棚已經從簡單的有蓋大棚，變成了以盡可能低的成本控制農業生產的復雜工廠。因此，本文從大棚的結構特點、小氣候控制和能源管理三個方面，對在番茄栽培上應用和發展的大棚技術進行綜述，以期為大棚技術在番茄栽培上的應用與發展提供參考[1]。

1 結構特點

大棚是一種利用截獲的太陽輻射，來創造更有利于作物生長的小氣候的結構。這種太陽能通過支持其驅動系統，來調節內部小氣候進而降低大棚能源運行成本。大棚接收太陽輻射的最大利用很大程度上取決于大棚的幾何形狀、朝向、通風口開口面積、可用的遮陽系統和覆蓋材料。

番茄種植的大棚幾何形狀，包括其縱橫比和屋頂形狀，是最重要的設計標準之一，因為它對大棚小氣候、生長條件和能源消耗有重大影響[1]。同時，朝向對大棚的整體熱性能有影響，因為它可以限制大棚暴露在太陽輻射的時間。選擇正確的朝向能提高大棚能量和熱舒適性，并且提高番茄生產效益，因為正確的朝向可以讓大棚在冬季和夏季均捕獲最大的太陽能增益。

番茄栽種大棚為了更好地確保番茄生長，常用玻璃、硬質塑料，包括聚碳酸酯、玻璃纖維增強塑料、丙烯酸和聚氯乙烯，以及薄塑料，包括低密度聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯和乙烯四氟乙烯共聚物等作為大棚外覆材料。番茄栽種大棚小氣候的調節主要由通風控制，通風是優化番茄產量的重要手段。通風還被用來管理番茄光合作用過程中涉及的一些關鍵參數，如內部溫度和相對濕度的波動和二氧化碳水平的動態。這些都能確保番茄不受外界環境影響，進而促進其正常生長。

2 小氣候控制

大棚小氣候控制會涉及對影響番茄光合作用因素的有效管理[2]。其控制系統一般由內部和外部傳感器組成，收集番茄生長數據并將其發送給主控制器，主控制器依次計算控制律并將其傳輸給相應的執行器。在大棚中，氣候參數監測被認為是番茄最大化產量的必要條件。傳統大棚監控技術基于有線系統，存在電纜老化、傳感器定位固定、部署困難和配電復雜等限制。

智能傳感器技術發展，無線傳感器網絡已被用來為番茄大棚耕作系統中不同的監測應用，提供有效和經濟的解決方案，其中不乏包括節水灌溉、照明優化、土壤和天氣控制以及肥料施用等。

傳統的番茄栽培大棚環境控制系統是基于傳感器網絡的，它監測影響番茄生長的所有關鍵參數。反饋控制器通過收集這些傳感器數據，并將它們與所需的參考輸入進行比較，從而通過預定義的命令最小化它們之間的計算誤差。這些控制器雖然能耗高，但也能較為準確控制大棚的溫度、濕度、光照、有害氣體、大棚通風和灌溉等環境因素。

當前，更為簡單有效的反饋控制器是目前番茄栽培大棚中最常用的控制器。該控制器主要用于大棚解耦系統，以跟蹤所需的設定值，并顯示出良好的性能。同時，它還與模糊控制器和神經網絡結合應用，以提高其自適應能力。

3 能源管理

大棚運行需要大量能源，大多數大棚番茄種植戶面臨巨大的運營成本，大棚能源管理十分重要。目前，大棚能源管理鼓勵選擇可再生能源，減少傳統煤炭電使用，擺脫對化石燃料的依賴。

在新能源技術支持下，許多番茄栽培大棚考慮大棚并網和孤島模式，以優化控制能源消耗的關鍵參數。同時還通過集光伏板、風力發電機以及電池等能源管理模式，為大棚提供獨立自主運行的智能大棚集成微電網，用以減輕對電網的依賴。

隨著技術發展，人工智能引領的大棚技術在未來幾年會進一步發展。實施這些系統的高成本是現代可持續大棚栽培面臨的主要挑戰。這包括建立大棚的初始成本、維護成本，以及安裝新的智能管理系統、創新決策支持工具和可再生能源生產系統的相關成本。此外，現代大棚管理部門缺乏熟練勞動力，以及缺乏有經驗的推廣人員和農民的專門培訓，仍然是一個需要處理的重大挑戰。

參考文獻

[1] 盧曉欣，毛開國，陳蘋，等.小番茄大棚種植生態全營養栽培管理技術[J].智慧農業導刊，2022，2（14）：46-48.

[2] 沈雷定，竇國勇.設施大棚番茄栽培管理技術[J].南方農業，2022，16（10）：37-39.