設施農業氣象裝備技術現狀與對策

周彥鵬

（呼倫貝爾市氣象局，內蒙古呼倫貝爾 021000）

目前，中國大中拱棚以上的設施農業面積和連棟溫室面積持續增長[1]，高科技設施逐漸成為發展趨勢。與傳統露天種植相比，設施農業具有控制氣候、減少災害、提高產量、擴大農產品供給和改善勞動條件等諸多優勢。然而，在設施農業發展的過程中，還存在著溫室氣象災害等影響設施農業生產的問題。

1 溫室氣象災害及預警

溫室災害與氣象災害之間有著千絲萬縷的聯系。氣象災害是指由自然氣象現象引起的災害事件，這些現象包括了大風、暴雨、冰雹等極端天氣現象。當這些氣象災害影響到溫室設施時，就會造成溫室氣象災害。極端天氣（如風暴、冰雹、大雪等）會對溫室設施造成破壞，進而影響到設施內的作物。對于南方地區來說，存在強降溫、連陰天、久陰驟晴和高溫等氣象現象，也影響室溫農作物的生長。目前，現有的溫室作物氣象災害預警方法，包括實時觀測數據對比判斷標準，結合氣象臺預報結果進行預警；還可用數值預報產品結合溫室內外氣象要素，建立預報模型，進行農用天氣預報。

2 溫室內環境監測設施及氣象調控

在對氣象災害標準和農用天氣預報進行研究時，需要對溫室中的氣候變化過程和垂直分布規律等進行詳盡分析。針對氣候變化所帶來的影響，可以通過合理調節溫室內的溫濕度、增加植物的光照時間和二氧化碳濃度等來優化環境。

2.1 溫度控制

不同的植物需要不同的溫度條件，因此應根據不同類型的作物進行相應的調控。當溫度過低時，可以適當增加供暖設備，或者在陽光強度較大的時候打開溫室大門進行通風換氣，以提高溫度[2]。此外，還應量化所使用的溫室材料的熱傳遞系數及其對光線的吸收率，以制定更科學的調控方案。

2.2 濕度調節

濕度可以通過減少灌溉量、增加通風次數或時間等方式進行調控。在調節濕度時也需要關注保濕措施，如使用潤濕劑防止土壤水分蒸發等。

2.3 光照控制

充足的光照是植物正常生長的必要條件，可通過延長光照時間來促進植物的生長。同時，應根據不同季節、不同作物的特性，合理設置溫室內的光照時間，并根據需要增加補光設施。

2.4 大棚膜選擇

不同的大棚膜對光、熱的透過程度及耐用性等存在差異，應根據具體的種植需求選用合適的大棚膜。

3 不同領域的設施農業氣象裝備技術的應用現狀

目前設施農業裝備的主要應用是在不同的種植、養殖方式下利用技術手段來提高產量和質量，并改善生產環境。其中主要包括設施園藝、設施養殖、食用菌生產以及水產養殖等。

3.1 設施園藝

設施園藝利用農業氣象裝備包括物理增產技術裝備、物理植保技術裝備、耕耙、灌溉類機械裝置等。氣象裝備可以通過控制溫度、濕度等環境因素，來促進植物的生長、發育和果實的產生；物理植保技術裝備則通過灰霉病菌的生長機理來實現防治，對于其他常見的病蟲害，也存在各種綜合防治方法。

3.2 設施養殖

利用新型的農業氣象設施裝備有助于提高養殖效益和質量，同時降低生產成本[3]。設施養殖農業氣象裝備主要包括防疫裝備和生產輔助設備。常見的防疫裝備包括殺菌設備、消毒設備，能夠有效地預防和控制疾病的傳播。生產輔助設備包括喂養、測量等機械裝置，能有效地提高飼養效益和質量。

3.3 食用菌生產

設施農業氣象裝備在食用菌生產方面的運用，主要包括建設環境安全型菇房、配備空間電場滅菌防病技術裝備和促進食用菌生長。這些裝備包括空氣凈化設備、溫度控制設備、濕度控制設備等。這些設備不僅可以保證菌房內環境優良，而且還能夠減少傳染病的發生，并促進食用菌的健康生長。

3.4 水產養殖

水產養殖現在常用的是聚乙烯網片制作的網箱，主要涉及的設施農業氣象裝備為增氧機。網箱的作用是能夠有效地防止魚苗走失和損失，而增氧設備可以為水中的動物提供足夠的氧氣，以便其正常的生活和生長。

此外，還有4種新型溫室設施裝備技術系統，即溫室移栽系統、溫室控制系統、溫室灌溉系統和溫室通風系統。這些氣象技術裝備可以有效地控制農業生產環境，確保植物的正常生長和養殖動物的健康成長。

4 設施農業氣象觀測數據準確性的提升對策

4.1 應用溫度觀測裝備，提升溫度精度

設施農業氣象觀測是現代農業生產中不可或缺的一部分，而溫度是重要的觀測指標之一。在設施農業氣象觀測中，常用的溫度傳感器類型有熱電耦式、鉑電阻式和電容式等。

熱電偶式傳感器原理，是利用2 種不同金屬間接觸的端子產生熱電勢差，通過測量熱電勢差來計算溫度值。鉑電阻式傳感器則利用鉑電阻體的電阻值隨溫度變化而發生改變的特性進行測量，由于其穩定性較好而被廣泛使用。不過，在設施農業氣象觀測中，最常用的還是電容式溫度傳感器。

電容式溫度傳感器的濕敏元件具有良好的感濕能力，這也是其在農業氣象觀測中被廣泛應用的原因之一。不過，在評定電容式溫度傳感器性能時，需要重點考慮線性度、響應時間和濕潤帶等特性。線性度是指傳感器輸出信號與被測量之間的線性關系程度。響應時間則是指傳感器響應信號的速度，而濕潤帶則是指在高濕度環境下，傳感器輸出的數據偏離真實值的程度。

除此之外，濕敏元件技術主要包括濕滯和動態響應特性、水蒸氣傳質機理等方面。其中，濕滯和動態響應特性是指濕敏元件對于濕度變化的響應速度和穩定性；而水蒸氣傳質機理則是指在不同溫度和濕度條件下，濕敏元件吸收和釋放水分的過程。

在設施農業氣象觀測中，溫室大棚這種密閉的環境下，若無法選擇合適的濕敏元件，將會對濕度觀測數據的準確性產生很大影響。因此，在選購溫度傳感器時，需要根據實際情況綜合考慮多方面因素，選擇性能穩定、線性度高、響應時間快、適應高濕度環境的電容式溫度傳感器，從而保證測量數據的準確性和可靠性。

4.2 應用土壤水分觀測裝備，實現生長精控

土壤水分監測是農業生產中的一項重要工作，能夠幫助農民更好地管理作物種植，提高作物的產量和質量。而土壤容積含水率是農業生產中比較關鍵的一個指標，它反映了土壤中存儲的水的多少。因此，在進行土壤水分監測時，測量土壤容積含水率非常重要。

目前，使用土壤水分監測儀器來進行土壤容積含水率的測量已經成為常規做法。在長期實踐中，人們發現自動監測儀器的觀測結果與人工觀測烘干稱重法得到的數據存在一定差異。這是由于自動監測儀器的準確性，受到土層的土壤常數值和修正值的影響[4]，為了保證數據準確性，需要在線比對自動監測儀器和人工觀測獲得的數據，定期修正。自動監測儀器是根據土壤電容或者土壤導電度等特性來測量土壤水分含量，而人工觀測烘干稱重法則是通過將一定質量的土壤樣品放入高溫烘箱中烘干，并根據烘前和烘后的質量差異計算土壤水分含量。

在進行土壤水分監測時，還需要考慮土層的土壤常數值和修正值對監測結果的影響。土壤常數值是指土壤的相對介電常數，在某一頻率下的測量值，通常用于描述土壤中水分的含量；而修正值是指由各種因素引起的影響需要進行修正的值。這些因素包括土壤類型、土壤結構、季節變化、氣候條件等。不同土壤類型對應的土壤常數值和修正值是不同的，因此在進行數據處理時要進行精細地校準，以確保監測結果的準確性。

為了減小兩者之間的差異，相關人員需要進行設施農業氣象觀測數據的準確性檢驗，對不準確的數據進行修正。在進行比對時，應選擇相同的土壤層位、土壤類型、采樣時期等條件下進行比對。相關人員考慮采用多種方法共同進行監測和校驗，包括自動土壤水分監測儀器、人工觀測烘干稱重法、駐波比法、電容感應法等方法。另外，利用土壤水分監測儀器進行土壤容積含水率的測量也是農業生產中非常重要的工作。雖然自動監測儀器的觀測結果與人工觀測烘干稱重法得到的數據存在一定差異，但通過在線比對和定期修正，可以最大限度地縮小這種差異，保證設施農業氣象觀測數據的準確性。同時，也需要注重裝備的維護和更新，提高監測數據的可靠性和精確度，為農業生產提供更加科學、準確的決策支持。

5 設施農業氣象裝備的發展方向

近年來，隨著全球氣候變化和人口增長的影響，設施農業成為解決食品安全和糧食供應的重要手段之一。而氣象裝備作為設施農業中至關重要的組成部分，其發展情況和研究方向也成為當前需要深入關注的問題。

在當前階段，我國設施農業氣象裝備的應用在不斷發展與逐步完善，但還面臨著一些挑戰。一方面，受自然環境波動的影響，農作物的產量和質量仍然受到一定的影響。另一方面，氣象觀測手段以及設備的精度、準確性等方面仍有較大的提升空間。為進一步把握設施農業氣象裝備的發展方向，可以從以下幾個方面入手。

首先，要將自然災害的防災減災作為設施農業氣象裝備發展的主要方向，有效預防洪水、干旱、溫度異常等氣象災害對農業生產的影響。其次，需要確保觀測裝備使用的觀測手段在不同層次和觀測要素中均有所調整，以適用不同的地域和氣候，可將航空、軍事及其他領域的新型氣象技術與農業氣象裝備融合。最后，相關人員要加強植保部門的溝通，實現農業氣象和植保設備的有機結合，提高觀測數據精度[5]。

通過深入研究太陽光譜、二氧化碳濃度與作物生長、病蟲害之間的理論關系，可以更好地掌握農業生產中的環境因素變化對作物生長的影響規律，并進行有效調控。先進的氣象設施和數值預報裝置，實現對溫室大棚天氣的準確預測，以保證溫室農作物品質和促進設施農業的發展。

在加強關鍵技術裝備研制方面，需要注重已成熟觀測裝備技術研究的同時，也需要加大對空氣和土壤濕度傳感器等新興技術研發的力度，并加強對農業生產環境中各因素間關系的深入研究。同時，在氣象設施和數值預報產品的日益完善趨勢下，加強溫室大棚農用天氣預報研究與監測工作，不斷提高設施農業發展的水平。

6 結語

設施農業氣象裝備技術是現代化設施農業的重要支撐，對于實現設施農業生產的現代化、智能化、精準化具有重要意義。借助應用溫度觀測裝備的關鍵技術、土壤水分觀測的關鍵技術，可以為人們提供更多健康、安全、高品質的農產品。