大棚技术在番茄栽培的应用发展

刘娜 苏秀堂 申秀峰

番茄由于其独特的风味和较高的营养价值而深受大家喜爱。其对温度、湿度和栽培环境要求较为严苛，大棚技术则能有效解决上述问题。在可持续发展的现代农业生产下，大棚技术被认为是蔬菜种植不可或缺的技术之一。大棚主要通过控制影响番茄生长的最重要参数，即太阳辐射、温度、相对湿度、光照强度和二氧化碳水平，以便在所有季节能增加番茄产量，同时还能保护作物免受恶劣气候条件和害虫入侵。

随着信息技术发展和创新决策支持系统的进步，大棚技术正在经历革命性转变。事实上，新一代大棚已经从简单的有盖大棚，变成了以尽可能低的成本控制农业生产的复杂工厂。因此，本文从大棚的结构特点、小气候控制和能源管理三个方面，对在番茄栽培上应用和发展的大棚技术进行综述，以期为大棚技术在番茄栽培上的应用与发展提供参考[1]。

1 结构特点

大棚是一种利用截获的太阳辐射，来创造更有利于作物生长的小气候的结构。这种太阳能通过支持其驱动系统，来调节内部小气候进而降低大棚能源运行成本。大棚接收太阳辐射的最大利用很大程度上取决于大棚的几何形状、朝向、通风口开口面积、可用的遮阳系统和覆盖材料。

番茄种植的大棚几何形状，包括其纵横比和屋顶形状，是最重要的设计标准之一，因为它对大棚小气候、生长条件和能源消耗有重大影响[1]。同时，朝向对大棚的整体热性能有影响，因为它可以限制大棚暴露在太阳辐射的时间。选择正确的朝向能提高大棚能量和热舒适性，并且提高番茄生产效益，因为正确的朝向可以让大棚在冬季和夏季均捕获最大的太阳能增益。

番茄栽种大棚为了更好地确保番茄生长，常用玻璃、硬质塑料，包括聚碳酸酯、玻璃纤维增强塑料、丙烯酸和聚氯乙烯，以及薄塑料，包括低密度聚乙烯、乙烯醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯和乙烯四氟乙烯共聚物等作为大棚外覆材料。番茄栽种大棚小气候的调节主要由通风控制，通风是优化番茄产量的重要手段。通风还被用来管理番茄光合作用过程中涉及的一些关键参数，如内部温度和相对湿度的波动和二氧化碳水平的动态。这些都能确保番茄不受外界环境影响，进而促进其正常生长。

2 小气候控制

大棚小气候控制会涉及对影响番茄光合作用因素的有效管理[2]。其控制系统一般由内部和外部传感器组成，收集番茄生长数据并将其发送给主控制器，主控制器依次计算控制律并将其传输给相应的执行器。在大棚中，气候参数监测被认为是番茄最大化产量的必要条件。传统大棚监控技术基于有线系统，存在电缆老化、传感器定位固定、部署困难和配电复杂等限制。

智能传感器技术发展，无线传感器网络已被用来为番茄大棚耕作系统中不同的监测应用，提供有效和经济的解决方案，其中不乏包括节水灌溉、照明优化、土壤和天气控制以及肥料施用等。

传统的番茄栽培大棚环境控制系统是基于传感器网络的，它监测影响番茄生长的所有关键参数。反馈控制器通过收集这些传感器数据，并将它们与所需的参考输入进行比较，从而通过预定义的命令最小化它们之间的计算误差。这些控制器虽然能耗高，但也能较为准确控制大棚的温度、湿度、光照、有害气体、大棚通风和灌溉等环境因素。

当前，更为简单有效的反馈控制器是目前番茄栽培大棚中最常用的控制器。该控制器主要用于大棚解耦系统，以跟踪所需的设定值，并显示出良好的性能。同时，它还与模糊控制器和神经网络结合应用，以提高其自适应能力。

3 能源管理

大棚运行需要大量能源，大多数大棚番茄种植户面临巨大的运营成本，大棚能源管理十分重要。目前，大棚能源管理鼓励选择可再生能源，减少传统煤炭电使用，摆脱对化石燃料的依赖。

在新能源技术支持下，许多番茄栽培大棚考虑大棚并网和孤岛模式，以优化控制能源消耗的关键参数。同时还通过集光伏板、风力发电机以及电池等能源管理模式，为大棚提供独立自主运行的智能大棚集成微电网，用以减轻对电网的依赖。

随着技术发展，人工智能引领的大棚技术在未来几年会进一步发展。实施这些系统的高成本是现代可持续大棚栽培面临的主要挑战。这包括建立大棚的初始成本、维护成本，以及安装新的智能管理系统、创新决策支持工具和可再生能源生产系统的相关成本。此外，现代大棚管理部门缺乏熟练劳动力，以及缺乏有经驗的推广人员和农民的专门培训，仍然是一个需要处理的重大挑战。

参考文献

[1] 卢晓欣，毛开国，陈苹，等.小番茄大棚种植生态全营养栽培管理技术[J].智慧农业导刊，2022，2（14）：46-48.

[2] 沈雷定，窦国勇.设施大棚番茄栽培管理技术[J].南方农业，2022，16（10）：37-39.