设施蔬菜病虫害绿色防控系统研制与初步应用

乔晓军，余礼根，张云鹤，段丹丹，贺一民

农业智能装备技术北京市重点实验室，北京 100097；2.农芯科技（北京）有限责任公司，北京 100097）

【摘要】针对设施蔬菜生产中病虫害严重，缺乏有效智能化绿色防控装备的现状，研发团队设计了设施农业病虫害绿色防控设备——机器人化植保系统，采用高压放电法制取臭氧，基于臭氧消毒浓度与释放时间、设施温室环境温湿度的关系模型，根据应用实际需求进行动态调整，为设施蔬菜物理防控提供最佳的杀菌除虫方法，大幅降低农药使用量，有效保证农产品安全，降低了农业生产投入成本。

引言

中国是设施农业大国，温室大棚为园艺作物创造良好生长条件的同时也为病菌和害虫的存活提供了有利条件，而喷洒农药防治病虫害容易导致病菌和害虫产生抗性，农药用量越来越大，又易造成农药残留，农产品的质量安全无法得到保证。针对设施农业病虫害严重、农药使用量持续增加、农产品安全不能保证的现状，国家农业智能装备工程技术研究中心联合农芯科技（北京）有限责任公司共同研制了设施蔬菜病虫害绿色防控系统，该系统以“预防为主、综合防治”为指导思想，从农业生态系统的整体功能出发，在充分了解設施农业生态系统结构与功能的基础上，探索采用物理方法，将有害生物控制在经济损害允许水平之下，达到有效控制设施病虫害的综合防治措施。

系统工作原理

设施蔬菜病虫害绿色防控系统（多功能ZHI保机，图1）产生臭氧，通过高速大流量风机及特殊风道能快速均匀地扩散到温室大棚的整个空间。当臭氧达到一定浓度时，分解细菌和真菌的细胞壁，破坏它们的DNA，使其代谢和繁殖遭到破坏，达到杀灭病菌的目的，从而防治作物病害的发生。根据害虫发育不同时期的特点，分别采用物理和化学方法灭虫。当臭氧达到一定浓度时，其强氧化性会氧化害虫的细胞膜，导致细胞死亡，从而有效杀灭害虫的卵和幼虫[1-4]；利用害虫的趋光性，植保机下部设有黄、蓝色的引虫灯，吸引害虫飞近后，高速旋转的风机产生的吸力把害虫吸入设备内，害虫在较高浓度臭氧及极高压强的环境内被杀死，再定期由虫尸仓口排出。同时配有1000 W的加热管（可选配不同功率的加热管，满足不同地区的需要），遇极端低温天气，可临时加温防治冻害，延长生育期，提高产量。

系统设计构造

设施农业病虫害防控系统能够通过电脑自动控制收集温室环境数据，根据臭氧消毒浓度与温室内空气温湿度的关系模型及与释放时间之间的定量关系，自动调整温室内臭氧浓度[5-8]；通过红外传感器控制风机，利用黄蓝色诱灯进行灭虫。

设施农业病虫害防控系统的控制装置包括电路控制舱模块、风机系统、臭氧发生器模块和变色诱捕灯。该系统采用一体化设计，避免日光温室高温高湿环境对电路控制舱模块、风机系统、臭氧发生器模块和变色诱捕灯的腐蚀与损伤；装置呈半圆碟弧状，以增大臭氧发生器作用空间，利于散热，放电电极之间保持充分的安全距离。顶端设有不锈钢连杆挂钩，环保、节能，节省人工，减少了空间的占有率，便于臭氧的充分扩散，能更好的保证农产品质量。

臭氧发生器模块

臭氧发生器是设施农业病虫害防控系统控制装置的核心组件。臭氧发生器采用模块化设计，包括臭氧电源、臭氧电极、高压包。臭氧电源负责输出高压直流电。臭氧电极是基于沿面发电原理在高频高压作用下电离氧气产生臭氧。控制装置在臭氧施放方面采用了更为周全的设计，采用持续断续性进行施放臭氧，同时控制风机连续送风，增加臭氧与空气混合程度。配套加热管进行辅助加热，增加空气自然对流，最大限度保证臭氧均匀施放。装置设有温室消毒功能，将温室封闭，控制装置可以连续施放高浓度臭氧，最短时间对温室进行消毒。

电路控制舱模块

设施蔬菜病虫害绿色防控系统的控制装置均由微电脑及配套设备远程控制，实现系统的全自动化。通过温湿度传感器采集并监控温室中温度实时数据，并通过加热管进行温度控制。若温度低于某一阈值，则自动启动加热管进行加热，反之，则自动关闭加热管。若湿度低于某一阈值，控制装置自动调节或停止臭氧发生器及风机，反之则根据温室目前的湿度状况进行调节控制。适宜的温湿度有助于增加温室中空气的自然对流性，使臭氧发生器释放的臭氧气体均匀分布。

主动式杀灭害虫模块

设施蔬菜病虫害绿色防控系统利用黄色、蓝色诱捕灯进行诱虫，利用风机产生负压，通过气流，主动将诱捕灯附近的害虫成虫吸吹到风道内。由于风机压强很大，害虫进入系统内直接被杀死后落入虫尸仓。

技术优势

与现有的技术比较[9-11]，设施农业病虫害防控系统具有以下技术优势：①安全高效低成本的臭氧消毒。臭氧可实现一施多用，同时防治多种病虫害，而且防治费用低。与喷施农药相比，施放臭氧更为方便、高效、安全，可大大减少农药的使用量，避免施用高毒、高残留农药，从而降低用药成本。②微电脑及配套设备远程控制臭氧消毒。该装置根据温室蔬菜的生长特点与环境特征，确定合适的臭氧消毒浓度与作用时间，规避臭氧浓度过大对作物植株造成损伤，避免臭氧浓度过小对病虫害没有防治效果。③该装置针对日光温室生产特点进行的设计，结构简洁紧凑、使用简单方便、安装省事省力，契合设施农业生产实际，可广泛用于日光温室消毒、杀菌，生产无公害蔬菜，为日光温室病虫害防治提供了一种设定式温室臭氧消毒方法。利用黄色、蓝色诱捕灯进行诱虫，风机负压主动式捕虫、杀虫。

应用效果

2017年，设施农业病虫害防控系统在国家农业智能装备工程技术研究中心的试验温室中进行了试验。试验植株采取的是患有严重白粉病的叶菜类蔬菜。结果表明，使用一周设施农业病虫害防控系统后，植株上的白粉病显著减轻，害虫大量减少；一个月后长出的新叶完全没有了白粉和病斑，如图2、图3所示。

通过日光温室臭氧消毒试验，利用设施农业病虫害防控系统产生臭氧，通过塑料管进行传输，每隔5.0 m均匀布置有Φ2.5 mm的臭氧出气孔，施用浓度为10.5 mg/m3的臭氧进行消毒时，对比臭氧消毒前后的微生物生长状况与总数变化，臭氧消毒对真菌的杀菌率为66.3%，对细菌的杀菌率为55.6%，初步获得了臭氧对于日光温室杀菌消毒的应用效果。

设施蔬菜病虫害绿色防控系统综合了信息技术、智能技术在植保领域的应用推广，形成了一体化的智能型的物理防控装备及高效绿色防控技术，利用臭氧特性对设施空间和设施蔬菜进行智能化杀菌消毒处理，集成微电脑及配套设备远程控制、光配方式的主动杀灭害虫技术和传感信息互联互通技术，综合解决设施蔬菜生产面临的病虫害及冻害问题，旨在实现设施蔬菜生产良好的生长环境，进而生产优质安全的设施蔬菜，实现设施高效、清洁、无污染生产。

参考文献

[1] 王晓青，曹金娟，郑建秋，等.臭氧防治植物病害的研究进展[J].中国植保导刊，2011，31（4）：17-19.

[2] Miller F A， Silva C L M， Brand?o T R S. A Review on ozone-based treatments for fruit and vegetables preservation[J]. Food Engineering Reviews， 2013， 5（2）： 77-106.

[3] 杨秀兰，李滨，曲万波，等. 臭氧在温室蔬菜生产中的应用[J].新疆农机化，2009（5）：32-33.

[4] 王芳.臭氧技术在温室无公害蔬菜生产中的应用[J].现代农业，2006（4）：9-11.

[5] 王超铁，石宝才，宫亚军，等.臭氧在棚室蔬菜的释放浓度试验[J].农业新技术，2003（6）：26-27.

[6] 余礼根，刘楠，赵倩，等.不同臭氧浓度处理对盆栽茄子生长发育的影响[J].北方园艺，2017（19）：1-5.

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[10] 李毅，李英梅，张淑莲，等. 臭氧对设施蔬菜病虫害的应用效果[J].农业工程，2012，2（S1）：31-34.

[11] 柴新君，马俊贵.臭氧在设施农业及畜禽舍的应用研究[J].中国农机化学报，2014，35（4）：140-142.

*项目支持：科技部星火计划重点项目（2015GA600005）；北京市农林科学院设施园艺科技创新团队（JNKST201615）。

作者简介：乔晓军（1965-），博士，研究员，北京农业智能装备技术研究中心副主任，主要从事农业设施控制系统与智能装备的研究开发工作。

[引用信息]乔晓军，余礼根，张云鹤，等.设施蔬菜病虫害绿色防控系统研制与初步应用[J].农业工程技术，2017，37（31）：29-31.