設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控系統(tǒng)研制與初步應(yīng)用

喬曉軍，余禮根，張?jiān)弃Q，段丹丹，賀一民

農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100097；2.農(nóng)芯科技（北京）有限責(zé)任公司，北京 100097）

【摘要】針對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中病蟲害嚴(yán)重，缺乏有效智能化綠色防控裝備的現(xiàn)狀，研發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害綠色防控設(shè)備——機(jī)器人化植保系統(tǒng)，采用高壓放電法制取臭氧，基于臭氧消毒濃度與釋放時(shí)間、設(shè)施溫室環(huán)境溫濕度的關(guān)系模型，根據(jù)應(yīng)用實(shí)際需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，為設(shè)施蔬菜物理防控提供最佳的殺菌除蟲方法，大幅降低農(nóng)藥使用量，有效保證農(nóng)產(chǎn)品安全，降低了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入成本。

引言

中國是設(shè)施農(nóng)業(yè)大國，溫室大棚為園藝作物創(chuàng)造良好生長(zhǎng)條件的同時(shí)也為病菌和害蟲的存活提供了有利條件，而噴灑農(nóng)藥防治病蟲害容易導(dǎo)致病菌和害蟲產(chǎn)生抗性，農(nóng)藥用量越來越大，又易造成農(nóng)藥殘留，農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全無法得到保證。針對(duì)設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害嚴(yán)重、農(nóng)藥使用量持續(xù)增加、農(nóng)產(chǎn)品安全不能保證的現(xiàn)狀，國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心聯(lián)合農(nóng)芯科技（北京）有限責(zé)任公司共同研制了設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控系統(tǒng)，該系統(tǒng)以“預(yù)防為主、綜合防治”為指導(dǎo)思想，從農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的整體功能出發(fā)，在充分了解設(shè)施農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)上，探索采用物理方法，將有害生物控制在經(jīng)濟(jì)損害允許水平之下，達(dá)到有效控制設(shè)施病蟲害的綜合防治措施。

系統(tǒng)工作原理

設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控系統(tǒng)（多功能ZHI保機(jī)，圖1）產(chǎn)生臭氧，通過高速大流量風(fēng)機(jī)及特殊風(fēng)道能快速均勻地?cái)U(kuò)散到溫室大棚的整個(gè)空間。當(dāng)臭氧達(dá)到一定濃度時(shí)，分解細(xì)菌和真菌的細(xì)胞壁，破壞它們的DNA，使其代謝和繁殖遭到破壞，達(dá)到殺滅病菌的目的，從而防治作物病害的發(fā)生。根據(jù)害蟲發(fā)育不同時(shí)期的特點(diǎn)，分別采用物理和化學(xué)方法滅蟲。當(dāng)臭氧達(dá)到一定濃度時(shí)，其強(qiáng)氧化性會(huì)氧化害蟲的細(xì)胞膜，導(dǎo)致細(xì)胞死亡，從而有效殺滅害蟲的卵和幼蟲[1-4]；利用害蟲的趨光性，植保機(jī)下部設(shè)有黃、藍(lán)色的引蟲燈，吸引害蟲飛近后，高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的吸力把害蟲吸入設(shè)備內(nèi)，害蟲在較高濃度臭氧及極高壓強(qiáng)的環(huán)境內(nèi)被殺死，再定期由蟲尸倉口排出。同時(shí)配有1000 W的加熱管（可選配不同功率的加熱管，滿足不同地區(qū)的需要），遇極端低溫天氣，可臨時(shí)加溫防治凍害，延長(zhǎng)生育期，提高產(chǎn)量。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)造

設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害防控系統(tǒng)能夠通過電腦自動(dòng)控制收集溫室環(huán)境數(shù)據(jù)，根據(jù)臭氧消毒濃度與溫室內(nèi)空氣溫濕度的關(guān)系模型及與釋放時(shí)間之間的定量關(guān)系，自動(dòng)調(diào)整溫室內(nèi)臭氧濃度[5-8]；通過紅外傳感器控制風(fēng)機(jī)，利用黃藍(lán)色誘燈進(jìn)行滅蟲。

設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害防控系統(tǒng)的控制裝置包括電路控制艙模塊、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、臭氧發(fā)生器模塊和變色誘捕燈。該系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，避免日光溫室高溫高濕環(huán)境對(duì)電路控制艙模塊、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、臭氧發(fā)生器模塊和變色誘捕燈的腐蝕與損傷；裝置呈半圓碟弧狀，以增大臭氧發(fā)生器作用空間，利于散熱，放電電極之間保持充分的安全距離。頂端設(shè)有不銹鋼連桿掛鉤，環(huán)保、節(jié)能，節(jié)省人工，減少了空間的占有率，便于臭氧的充分?jǐn)U散，能更好的保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量。

臭氧發(fā)生器模塊

臭氧發(fā)生器是設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害防控系統(tǒng)控制裝置的核心組件。臭氧發(fā)生器采用模塊化設(shè)計(jì)，包括臭氧電源、臭氧電極、高壓包。臭氧電源負(fù)責(zé)輸出高壓直流電。臭氧電極是基于沿面發(fā)電原理在高頻高壓作用下電離氧氣產(chǎn)生臭氧?？刂蒲b置在臭氧施放方面采用了更為周全的設(shè)計(jì)，采用持續(xù)斷續(xù)性進(jìn)行施放臭氧，同時(shí)控制風(fēng)機(jī)連續(xù)送風(fēng)，增加臭氧與空氣混合程度。配套加熱管進(jìn)行輔助加熱，增加空氣自然對(duì)流，最大限度保證臭氧均勻施放。裝置設(shè)有溫室消毒功能，將溫室封閉，控制裝置可以連續(xù)施放高濃度臭氧，最短時(shí)間對(duì)溫室進(jìn)行消毒。

電路控制艙模塊

設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控系統(tǒng)的控制裝置均由微電腦及配套設(shè)備遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全自動(dòng)化。通過溫濕度傳感器采集并監(jiān)控溫室中溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并通過加熱管進(jìn)行溫度控制。若溫度低于某一閾值，則自動(dòng)啟動(dòng)加熱管進(jìn)行加熱，反之，則自動(dòng)關(guān)閉加熱管。若濕度低于某一閾值，控制裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)或停止臭氧發(fā)生器及風(fēng)機(jī)，反之則根據(jù)溫室目前的濕度狀況進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。適宜的溫濕度有助于增加溫室中空氣的自然對(duì)流性，使臭氧發(fā)生器釋放的臭氧氣體均勻分布。

主動(dòng)式殺滅害蟲模塊

設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控系統(tǒng)利用黃色、藍(lán)色誘捕燈進(jìn)行誘蟲，利用風(fēng)機(jī)產(chǎn)生負(fù)壓，通過氣流，主動(dòng)將誘捕燈附近的害蟲成蟲吸吹到風(fēng)道內(nèi)。由于風(fēng)機(jī)壓強(qiáng)很大，害蟲進(jìn)入系統(tǒng)內(nèi)直接被殺死后落入蟲尸倉。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與現(xiàn)有的技術(shù)比較[9-11]，設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害防控系統(tǒng)具有以下技術(shù)優(yōu)勢(shì)：①安全高效低成本的臭氧消毒。臭氧可實(shí)現(xiàn)一施多用，同時(shí)防治多種病蟲害，而且防治費(fèi)用低。與噴施農(nóng)藥相比，施放臭氧更為方便、高效、安全，可大大減少農(nóng)藥的使用量，避免施用高毒、高殘留農(nóng)藥，從而降低用藥成本。②微電腦及配套設(shè)備遠(yuǎn)程控制臭氧消毒。該裝置根據(jù)溫室蔬菜的生長(zhǎng)特點(diǎn)與環(huán)境特征，確定合適的臭氧消毒濃度與作用時(shí)間，規(guī)避臭氧濃度過大對(duì)作物植株造成損傷，避免臭氧濃度過小對(duì)病蟲害沒有防治效果。③該裝置針對(duì)日光溫室生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔緊湊、使用簡(jiǎn)單方便、安裝省事省力，契合設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際，可廣泛用于日光溫室消毒、殺菌，生產(chǎn)無公害蔬菜，為日光溫室病蟲害防治提供了一種設(shè)定式溫室臭氧消毒方法。利用黃色、藍(lán)色誘捕燈進(jìn)行誘蟲，風(fēng)機(jī)負(fù)壓主動(dòng)式捕蟲、殺蟲。

應(yīng)用效果

2017年，設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害防控系統(tǒng)在國家農(nóng)業(yè)智能裝備工程技術(shù)研究中心的試驗(yàn)溫室中進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)植株采取的是患有嚴(yán)重白粉病的葉菜類蔬菜。結(jié)果表明，使用一周設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害防控系統(tǒng)后，植株上的白粉病顯著減輕，害蟲大量減少；一個(gè)月后長(zhǎng)出的新葉完全沒有了白粉和病斑，如圖2、圖3所示。

通過日光溫室臭氧消毒試驗(yàn)，利用設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害防控系統(tǒng)產(chǎn)生臭氧，通過塑料管進(jìn)行傳輸，每隔5.0 m均勻布置有Φ2.5 mm的臭氧出氣孔，施用濃度為10.5 mg/m3的臭氧進(jìn)行消毒時(shí)，對(duì)比臭氧消毒前后的微生物生長(zhǎng)狀況與總數(shù)變化，臭氧消毒對(duì)真菌的殺菌率為66.3%，對(duì)細(xì)菌的殺菌率為55.6%，初步獲得了臭氧對(duì)于日光溫室殺菌消毒的應(yīng)用效果。

設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控系統(tǒng)綜合了信息技術(shù)、智能技術(shù)在植保領(lǐng)域的應(yīng)用推廣，形成了一體化的智能型的物理防控裝備及高效綠色防控技術(shù)，利用臭氧特性對(duì)設(shè)施空間和設(shè)施蔬菜進(jìn)行智能化殺菌消毒處理，集成微電腦及配套設(shè)備遠(yuǎn)程控制、光配方式的主動(dòng)殺滅害蟲技術(shù)和傳感信息互聯(lián)互通技術(shù)，綜合解決設(shè)施蔬菜生產(chǎn)面臨的病蟲害及凍害問題，旨在實(shí)現(xiàn)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，進(jìn)而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)安全的設(shè)施蔬菜，實(shí)現(xiàn)設(shè)施高效、清潔、無污染生產(chǎn)。

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*項(xiàng)目支持：科技部星火計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2015GA600005）；北京市農(nóng)林科學(xué)院設(shè)施園藝科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（JNKST201615）。

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)虝攒姡?965-），博士，研究員，北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心副主任，主要從事農(nóng)業(yè)設(shè)施控制系統(tǒng)與智能裝備的研究開發(fā)工作。

[引用信息]喬曉軍，余禮根，張?jiān)弃Q，等.設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控系統(tǒng)研制與初步應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù)，2017，37（31）：29-31.