喬曉軍，余禮根，張云鶴，段丹丹，賀一民

農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)北京市重點實驗室，北京 100097；2.農(nóng)芯科技（北京）有限責任公司，北京 100097）

【摘要】針對設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中病蟲害嚴重，缺乏有效智能化綠色防控裝備的現(xiàn)狀，研發(fā)團隊設(shè)計了設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害綠色防控設(shè)備——機器人化植保系統(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)用實際需求進行動態(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)造良好生長條件的同時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。針對設(shè)施農(nóng)業(yè)病蟲害嚴重、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)濟損害允許水平之下，達到有效控制設(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，圖1）產(chǎn)生臭氧，通過高速大流量風機及特殊風道能快速均勻地擴散到溫室大棚的整個空間。當臭氧達到一定濃度時，分解細菌和真菌的細胞壁，破壞它們的DNA，使其代謝和繁殖遭到破壞，達到殺滅病菌的目的，從而防治作物病害的發(fā)生。根據(jù)害蟲發(fā)育不同時期的特點，分別采用物理和化學方法滅蟲。當臭氧達到一定濃度時，其強氧化性會氧化害蟲的細胞膜，導致細胞死亡，從而有效殺滅害蟲的卵和幼蟲[1-4]；利用害蟲的趨光性，植保機下部設(shè)有黃、藍色的引蟲燈，吸引害蟲飛近后，高速旋轉(zhuǎn)的風機產(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的環(huán)境內(nèi)被殺死，再定期由蟲尸倉口排出。同時配有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，可臨時加溫防治凍害，延長生育期，提高產(chǎn)量。

系統(tǒng)設(shè)計構(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)系模型及與釋放時間之間的定量關(guān)系，自動調(diào)整溫室內(nèi)臭氧濃度[5-8]；通過紅外傳感器控制風機，利用黃藍色誘燈進行滅蟲。

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、風機系統(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，避免日光溫室高溫高濕環(huán)境對電路控制艙模塊、風機系統(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，便于臭氧的充分擴散，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，包括臭氧電源、臭氧電極、高壓包。臭氧電源負責輸出高壓直流電。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。控制裝置在臭氧施放方面采用了更為周全的設(shè)計，采用持續(xù)斷續(xù)性進行施放臭氧，同時控制風機連續(xù)送風，增加臭氧與空氣混合程度。配套加熱管進行輔助加熱，增加空氣自然對流，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，最短時間對溫室進行消毒。

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)備遠程控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的全自動化。通過溫濕度傳感器采集并監(jiān)控溫室中溫度實時數(shù)據(jù)，并通過加熱管進行溫度控制。若溫度低于某一閾值，則自動啟動加熱管進行加熱，反之，則自動關(guān)閉加熱管。若濕度低于某一閾值，控制裝置自動調(diào)節(jié)或停止臭氧發(fā)生器及風機，反之則根據(jù)溫室目前的濕度狀況進行調(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流性，使臭氧發(fā)生器釋放的臭氧氣體均勻分布。

主動式殺滅害蟲模塊

設(shè)施蔬菜病蟲害綠色防控系統(tǒng)利用黃色、藍色誘捕燈進行誘蟲，利用風機產(chǎn)生負壓，通過氣流，主動將誘捕燈附近的害蟲成蟲吸吹到風道內(nèi)。由于風機壓強很大，害蟲進入系統(tǒng)內(nèi)直接被殺死后落入蟲尸倉。

技術(shù)優(yōu)勢

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：①安全高效低成本的臭氧消毒。臭氧可實現(xiàn)一施多用，同時防治多種病蟲害，而且防治費用低。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)備遠程控制臭氧消毒。該裝置根據(jù)溫室蔬菜的生長特點與環(huán)境特征，確定合適的臭氧消毒濃度與作用時間，規(guī)避臭氧濃度過大對作物植株造成損傷，避免臭氧濃度過小對病蟲害沒有防治效果。③該裝置針對日光溫室生產(chǎn)特點進行的設(shè)計，結(jié)構(gòu)簡潔緊湊、使用簡單方便、安裝省事省力，契合設(shè)施農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際，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、藍色誘捕燈進行誘蟲，風機負壓主動式捕蟲、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)研究中心的試驗溫室中進行了試驗。試驗植株采取的是患有嚴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；一個月后長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，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的臭氧進行消毒時，對比臭氧消毒前后的微生物生長狀況與總數(shù)變化，臭氧消毒對真菌的殺菌率為66.3%，對細菌的殺菌率為55.6%，初步獲得了臭氧對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)，利用臭氧特性對設(shè)施空間和設(shè)施蔬菜進行智能化殺菌消毒處理，集成微電腦及配套設(shè)備遠程控制、光配方式的主動殺滅害蟲技術(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，旨在實現(xiàn)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)良好的生長環(huán)境，進而生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)安全的設(shè)施蔬菜，實現(xiàn)設(shè)施高效、清潔、無污染生產(chǎn)。

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*項目支持：科技部星火計劃重點項目（2015GA600005）；北京市農(nóng)林科學院設(shè)施園藝科技創(chuàng)新團隊（JNKST201615）。

作者簡介：喬曉軍（1965-），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，張云鶴，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.