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天宇恒创:传感器在设施农业中的应用

我国虽然是农业大国,但要解决十二亿人口的吃饭问题还是个值得重视的问题。这个问题的 解决关键在于提高农业生产效益和增强抗灾能力。随着科学技术的不断发展,当前设施农业 (又称工厂化农业)已成为解决上述关键问题的一种农业新兴产业。设施农业是借助温室及其 配套装置来调节和控制作物生产环境条件的新农业生产方式,是农业摆脱自然制约的有效手 段,是对常规农业的革命性发展,是高产、高效、优质和技术密集型的农业。近年来,国外 如以色列、荷兰等国在设施农业中研究和生产方面已达到很高水平。我国近年来,塑料大棚和日光温室为主体的设施农业正迅速发展,但与国外相比,普遍存在科技含量低、劳动强度大、生产水平和效益低下。因此,迫切需要技术改进,以提高我国设施农业的整体水平。

  要实现高水平的设施农业,涉及到关键技术中信息获取手段是最重要的关键技术之一。因此 ,开发性能价格比高的设施农业用传感器是当务之急。作为传感器技术新世纪的发展方向, 本人认为把重视传感器在设施农业中的应用是势在必行的,这也是促进传感器产业化的重途径之一。

  设施农业用传感器的品种较多,按其检测参数分数,主要有以下几种:

  (1)温度和湿度:作物的生长与温度和湿度有密切关系,塑料大棚的控制参数中,温度与湿 度检测、控制是主要参数之一。

  (2)土壤干燥度:作物生长需要水份,在设施农业中如何灌水,做到既不影响作物生长又不 浪费水资源是至关重要的问题。土壤干燥度的检测,需要用干燥度传感器。目前较广泛采用 的干燥度传感器是由负压传感器与陶瓷过滤管组成的。

  (3)CO2:农作物生长发育离不开光合作用,而光合作用又与CO2有关,所以控制CO2的 浓度,有利于作物的生长发育。

  (4)光照度:设施农业中,采用栽培管理自动化系统其光源完全为人工光,而不用太阳光, 采用光传感器来检测和控制光照强度,使作物可以得到均匀一致的光照。

  (5)土壤养分:土壤养分依赖于施肥,合理施肥不仅可以提高作物产量,而且可以避免过施 肥而造成不必要的损失。土壤养分的测定包括土壤有机质、pH值、氮、磷、钾以及交换性钙 和镁的检测。土壤养分测定,广泛采用离子、生物传感器。

  由于设施农业用传感器是在系统中发挥作用,因此传感器的性能必须符合以下要求:

  (1)长期稳定性好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。

  由于我国农业现代化水平较低,设施农业刚起步,因此为了设施农业的发展,必须从传感器 生产过程中挖潜,尽量降低成本,以满足性价比要求。

  这个新的应用领域开发的策略,本人认为应该是在充分调动传感器生产企业的积极性的同时,又要防止一哄而上,低水平的重复。因此,电子敏感行业协会,应该有一个统一的规划,进行宏观调控,使设施农业用的传感器开发循序渐进,有条不紊地持续发展。

  “九五”计划中,“工厂高效农业工程”已列入国家重点工程项目,并已启动实施。21世纪必将全面推广,传感器技术学术界和产业界应抓住这良好的机遇,把传感器在设施农业中的 应用作为主要服务领域之一,这既能促进我国农业水平的提高,又能促进传感器产业化 自身的发展。

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