(7)--欧洲先进温室园艺设施与装备发展现_省略_兰与德国先进温室园艺技术.pdf

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1、温室园艺2018-1176欧洲先进温室园艺设施与装备发展现状及启示*记荷兰与德国先进温室园艺技术现场参观【摘要】荷兰、德国是全球先进的设施农业代表，同时也是先进设施生产装备的代表，两国在农业设施设计建造，温室精细化、智能化生产以及自动化装备技术方面一直处于世界领先地位。笔者于 2018 年 7 月中旬赴荷兰、德国针对温室自动化、智能化生产装备从科技教育、装备制造、园艺用户 3 个层面进行调研，文章重点介绍荷兰、德国温室园艺自动化装备发展现状和对我国设施园艺自动化装备的启示。环球视野|Global Vision瓦赫宁根大学（Wageningen University&Research）植物研究所

2、荷兰、德国是全球先进设施农业的代表，尤其是是先进设施生产装备的代表，代表团参观了两国温室园艺的生产现场（图 1），针对温室自动化、智能化生产设施和装备进行分析，提出荷兰、德国温室园艺自动化装备发展现状的总结和对中国设施园艺自动化装备的启示。瓦赫宁根大学温室园艺研究中心致力于温室园艺行业的创新研发，为企业提供服务。通过企业-科研机构-政府的合作，针对温室经营管理、作物栽培种植过程中出现的问题，进行应用型研究。研究中心 Smart 科研教育机构Glass 型温室结构（图 2），该类型温室的玻璃尺寸（长 宽）可达 3 m1.67 m，并且为了获得更高的透光率，该类型温室的内保温系统的结构形式与屋面正

3、好相反，从而获得较大的太阳入射角，实现更多太阳光的透入。目前，该类型温室内正在进行单位面积种植密度与水肥控制的耦合试验（图 3）。基地中 1 栋温室内正在进行 甜 椒 温 室 人 工 智 能 生 产 管理系统国际挑战赛（图 4），腾讯公司参与赞助了此项目，图 1 代表团与专家合影 温室园艺2018-1177图 3 种植密度试验图 2 温室开窗及内保温结构图 6 日光温室内部图 4 腾讯赞助的挑战温室 图 5 瓦大试验日光温室 图 10 内部实验温室图 7 World Horti Center 图 8 内部会议中心图 9 实训实验室4 家来自不同团队的专家充分运用人工智能、传感器技术与园艺生产结

4、合，获得最大化利用能源、水肥和植保的前提下，提高温室产量和质量。为 开 发 中 国 设 施 园 艺 市场，中 心 试 建 了 一 栋 中 国 式日光温室（图 5），希望对中国保温节能型温室进行针对性的 研 究 和 提 升。该 温 室 启 用于 2017 年 4 月，进 行 黄 瓜 种植试验，目的是将荷兰的温室环控和生产管理技术与中国农业设施相适应，提高种植产量和 作 物 品 质。温 室 内 配 备 了荷 兰 温 室 常 用 的 技 术 装 备，如 保 温 幕 布、无 土 栽 培、灌溉 单 元 和 气 候 计 算 机，包 含了 Hoogendoorn 的 生 长 管 理系统，斯文森的温室保温膜，

5、RIDDER 的通风和内保温驱动系统以及 HORTIMAX 的灌溉系统，温室由瓦格宁根大学运营管理。主要进行黄瓜、番茄的相关种植试验（图 6）。世界园艺中心（World Horti Center）世界园艺中心是国际温室园艺领域的领先创新中心（图7），是一个商业、教育和政府共同创新、创造和激励的平台。一方面承担设施园艺的科研、教育、创新以及试验工作，另一方面起到集中展示示范作用，年访问人数约 25000 人（图 8）。内部包含实训实验室（图 9）和内部实验温室（图 10）温室园艺2018-1178图 11 isii 系统软件界面图 12 径流与茎秆直径关系曲线图 14 ISO 公司的扦插生产线图

6、 13 ISO 公司的扦插机器人末端执行器 装备生产企业 Hoogendoorn 公 司 主 要从事提供设施农业气候、水、能 源 以 及 生 产 信 息 及 企 业 运行 数 据 管 理 系 统 方 面 的 自 动化 解 决 方 案，以 实 现 高 效 的水、养料和能源利用和最佳的作物产量和质量等工作。通过交流了解到，最新的 isii 系统采 用 模 块 化 设 计（图 11），ISO GROUP 创始于 2002年，是世界先进的种苗自动化生产设备和解决方案供应商，开发出最先进和稳定的自动化嫁接和扦插设备，在种苗和花卉的机器视觉分级方面，以及自动化定植设备方面也有成熟产品。特别是针对小型用户的

7、定制型复杂情况，将工业自动化 技 术 用 于 设 备，达 到 了 创新、稳定、易操作、低成本的效果。目前全球用户超过 500提供温室生产综合管理系统的 Hoogendoorn 公司方便灵活快速安装，同时保证系统稳定性，不但可以直观了解温室环境参数，还可以监测植物生理参数，例如监测径流与 茎 秆 直 径 关 系（图 12）。生 产 管 理 者 可 以 通 过 Lets grow 平台实现不同温室项目数据的集中呈现，荷兰种植户之间会自行形成生产联合，小区 域 内 种 植 户 之 间 的 实 时 环境参数监测合格数据共享，可以 帮 助 种 植 户 快 速 发 现 与 其他种植户温室状态的差异，从而

8、实 现 系 统 预 警 和 种 植 经 验交流，保证种植产量，减少风险，快速学习经验，这种种植户间竞争联合的关系，值得我们学习。专注嫁接扦插自动化的 ISO GROUP 公司家，通过交流了解到，目前最先进的嫁接设备可以完成单人操作，实现 1000 株/h 的作业效率，成功率达到 99%以上，可以应用于实际生产；高速扦插设备可以达到 4000 株/h（图温室园艺2018-1179图 16 TTA 公司的补苗生产线图 15 TTA 公司的劣苗剔除设备图 18 BERG 公司的植保喷雾车图 17 BERG 公司生产车间13），通 过 室 内 物 流 串 联 和缓 存，1 人 可 管 理 12 台 设

9、 备同时运行。设备以及机器视觉识别定位，SCARA 机器手臂带动定制性拾取手，拾取扦插苗，单循环可完成 5 株幼苗的扦 插（图 14），该 设 备 已 成熟运行 8 年，并始终保持高水平运行状态。企业还开发有幼苗数据采集系统，通过弧形背光源和 8 台摄像头构建 3D 建模系统，可以快速建立幼苗的3D 模型，并准确提取幼苗的苗径、苗高、子叶面积、角度等参数，用于表型组学研究。还有基于 2 维俯拍图像识别的幼苗分级移栽设备，分级效率为 7000 株/h。专注于先进穴盘苗移栽装备的 TTA 公司TTA 创始于 1996 年，是世界先进的种苗移栽设备和解决方案供应商，有很强的自主创新能力，在种苗移栽、

10、分选、扦插、花卉分级等领域都有成形的设备。目前有来自 26 个国家和地区的 600 多个客户。专业针对种苗生产过程中涉及到的疏苗移穴或移盆、除杂补苗 以 及 分 级 作 业（图 15），通过多年的实际经验开发出了结构极其简单同时非常稳定的幼苗拾取手，在专业性方面针对不同的移栽幼苗改进出 200多 种 不 同 的 拾 取 手，可 以 实现 最 大 60000 株/h 的 疏 苗 作业、20000 株/h 的 补 苗 作 业和 40000 株/h 的分级作业（图16）。最 先 进 的 移 栽 设 备 采用了线性感应电机技术，实现了移动部件的无线化，消除管路和线路老化的问题，使设备运行更稳定。设备运

11、行需要前端和后端设备联动，控制模式采用标准化的信号模式，即下一 步 设 备 的 由 上 一 部 设 备 单词循环结束信号控制，由此实现不同厂家设备的快速集成。BERG hortimotive 公司专 注 生 产 温 室 内 运 输 作 业 设备 创 新，产 品 领 域 涉 及 升 降专注于温室内物流运输的 BERG hortimotive 公司作 业 车（图 17）、地 面 植 保车（图 18）、AGV 运 输 车系 统 等，最 新 的 技 术 开 发 出了基于 Gripping Map 室内导航 技 术 的 巡 检 车，在 种 植 区域 的 巡 检 运 行，通 过 高 清 摄像 头 可 以

12、实 时 定 位 获 取 植 株的 生 长 状 态、病 虫 害 情 况，从而将数据和位置上传系统，配 套 的 植 保 设 备 即 可 完 成 对靶 喷 施，还 可 以 通 过 挂 果 情况 进 行 产 量 预 测，从 而 辅 助生产管理。温室园艺2018-1180图 21 幼苗分级设备图 22 4 个枝的健壮番茄种苗 设施园艺生产企业通过参观 De Bakker、Gebr.van der Voort 番茄种植企业，了解了荷兰模式下番茄生产的整 个 流 程（图 19），通 过 交流荷兰种植者在温室管理方面的经验了解到，温室智能控制系统已经成了温室生产的必需设备，种植者凭借丰富的种植经验和管理软件的

13、帮助，可实现温室内温度、湿度、光照等参数智能控制。运用采集和显示软件可以看到环境参数的期望曲线和实际控制曲线的拟合度非常高，可见在荷兰冬暖夏凉的气候条件下系统控制十分高效。而中国幅员辽阔，不同果菜生产企业地域气候条件差异很大，在温室 类 型、结 构、环 控 设 备 以及 控 制 模 型 等 方 面 还 有 很 长的路要走。为提高生产效率，减少人工作业强度，升降作业车、物流运输车、穴盘清洗设备（图 20）应用十分广泛。番 茄 产 后 包 装 的 自 动 化程 度 也 非 常 高，从 纸 箱 成 形到 番 茄 摆 放、称 重、码 垛，整 个 过 程 只 需 要 1 人 进 行 称重后的增减调整，1

14、 人进行辅助和基本管理，1 人将码好垛的 番 茄 用 叉 车 运 至 卡 车 内 即可，实 现 番 茄 的 快 速 省 力 化出货。图 20 穴盘清洗设备图 19 番茄种植情况通 过 参 观 WKP、Deliflor Hoogveid 以 及 Schneider 种 苗生产企业，了解了荷兰、德国模式下番茄育苗的整个流程。以岩棉块育苗为例，播种后 10天进行幼苗分级并疏苗移栽（图21），成苗后进行嫁接作业。据生产管理者透露，生产番茄时，95%的幼苗为嫁接苗，嫁接后移回潮汐灌溉区域继续培育，之后移入椰糠或基质袋中，根据客户需要掐头将单株幼苗培育成 2个枝或 4 个枝的壮苗，直至开花形成商品苗出售（

15、图 22），整个生产过程环境控制和物流技术运用成熟（图 2324）。种苗生产企业图 24 基质袋阵列设备图 23 温室内环境参数采集设备器件温室园艺2018-1181 总结和启示科研创新持续领先荷兰农业尤其是设施农业科研成果转化体制动力强劲，一侧政府投入前沿科技研发的支持力度持续稳定，另一侧企业资助和转化需求旺盛。世界大农学类最高学府瓦赫宁根大学，其温室园艺研究中心致力于温室园艺行业的创新研发，并为企业提供科研咨询服务。通过企业-科研机构-政府合作，开展应用型研究，在该领域节能技术、新型温室结构、作物自动化种植设备、环境智能控制等方面的研究成果丰厚。对此我国应该进一步推动产学研结合，加大温室园

16、艺生产装备的科研支持力度，同时适当调整设施农业相关农机购置补贴扶持政策，从而进一步推进设施农业智能装备的科技转化和推广应用。设施农业生产流程与设施装备先进完善荷兰设施结构参数精细化做到了极致，在世界领先的温室结构基础上不断追求温度、光照的最优化。基本实现了设施农业生产流程标准化，智能生产装备完善，其作业性能稳定。种植企业按照标准化流程，在种苗工程、设施生产、产地物流、综合管理各环节配套自动化、智能化硬件设备，大大提高了生产效率，减少劳动强度。在软件方面，温室生产管理系统智能化程度高，构建了完善的植物生长-环境调控模型，涉及到包括环境、水肥、植保、能源、劳动力管理等方面。温室内环境参数的期望曲线

17、和实际控制曲线拟合度非常高。设备生产企业则坚持产品专业化，大多数专注于单类设备产品，通过多年积累的生产流程经验和与客户的沟通交流，形成了不同客户需求的成套方案。这些企业客户数量并不大，但非常注重售后服务。同时注重创新，不断结合先进技术进行产品升级。我国设施农业生产现状还是以小型个体种植户为主，生产者间信息共享和沟通缺乏，相同气候区域的种植模式差异很大，对现有设施园艺生产装备的标准化形成挑战。建议各地梳理标准化设施农业生产流程，为农机农艺结合打好基础，为装备研发单位和企业提供良好的开发对象和目标参数，以利农机鉴定和推广部门推广成系统的设施农业生产模式。同时自动化装备研发企业应当注重产品专业化，创

18、新性和服务性，提升企业形象，推动产品性能服务的提升。荷 兰、德 国 生 产 企 业 多为 家 族 式 经 营，几 代 人 累 积的 单 一 品 种 种 植 生 产 经 验 丰富，同 时 能 够 主 动 接 受 先 进生 产 技 术。同 区 域 生 产 者 间自 发 形 成 良 性 的 生 产 同 盟，借 助 大 数 据 和 物 联 网 技 术，在 LETS GROW 等 网 络 平 台共 享 数 据、相 互 沟 通，交 流环 境 控 制 经 验，大 大 加 快 了管 理 能 力 提 升 和 种 植 经 验 积累 速 度。同 时 管 理 者 对 于 所用 的 自 动 化 生 产 设 备 和 生 产计 算 机 端 的 环 境 管 理 软 件 应用 十 分 熟 练，大 大 提 升 了 生产 效 率。我 国 普 通 生 产 者 对于 新 装 备 新 技 术 的 接 受 意 愿和 接 受 能 力 还 很 有 限，建 议一 方 面 做 好 农 技 推 广 工 作，另 一 方 面 重 视 新 型 职 业 农 民的 培 养，为 新 一 轮 设 施 农 业技术发展高潮做好准备。生产者经验共享传承，整体素质水平高