ผู้แต่ง: Changji Zhou, Hongbo Li ฯลฯ

แหล่งที่มาของบทความ: เทคโนโลยีวิศวกรรมการเกษตรด้านพืชสวนเรือนกระจก

นี่คือฐานทดลองของสถาบันวิทยาศาสตร์การเกษตรเขตไห่เตี้ยน และอุทยานวิทยาศาสตร์และนิทรรศการเทคโนโลยีการเกษตรขั้นสูงไห่เตี้ยน ในปี 2017 ผู้เขียนได้นำโรงเรือนทดสอบฟิล์มพลาสติกหลายช่วงที่มีฉนวนกันความร้อนสูงจากเกาหลีใต้เข้ามา ปัจจุบัน ผู้อำนวยการเจิ้งได้เปลี่ยนมันให้เป็นโรงเรือนปลูกสตรอว์เบอร์รีที่ผสานการจัดแสดงเทคโนโลยี การท่องเที่ยว การเก็บเกี่ยว การพักผ่อน และความบันเทิงเข้าด้วยกัน โดยตั้งชื่อว่า “5G Cloud Strawberry” และผมจะพาคุณไปสัมผัสประสบการณ์นี้ด้วยกัน

การปลูกสตรอว์เบอร์รีในเรือนกระจกและการใช้พื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพ

ชั้นวางสตรอว์เบอร์รีแบบยกได้และระบบแขวน

ช่องปลูกและวิธีการปลูก

ช่องเพาะปลูกจะรวมศูนย์การจ่ายน้ำและการระบายน้ำไว้ที่ด้านล่างของช่องเพาะปลูก โดยมีขอบยกขึ้นด้านนอกตรงกลางของพื้นผิวด้านล่างของช่องเพาะปลูกในแนวยาว (จากด้านในของช่องเพาะปลูก จะเกิดเป็นร่องที่ด้านล่าง) ท่อน้ำหลักที่จ่ายให้กับช่องเพาะปลูกจะถูกวางลงในร่องด้านล่างนี้โดยตรง และน้ำที่ชะล้างออกจากวัสดุเพาะปลูกก็จะถูกรวบรวมไว้ในร่องนี้อย่างสม่ำเสมอ ก่อนที่จะระบายออกทางปลายด้านหนึ่งของช่องเพาะปลูก

ข้อดีของการปลูกสตรอว์เบอร์รีในกระถางเพาะคือ ก้นกระถางเพาะจะแยกออกจากก้นกระถางปลูก ทำให้ไม่มีน้ำขังบริเวณด้านล่างของวัสดุปลูก และช่วยระบายอากาศได้ดีขึ้น นอกจากนี้ น้ำจะไหลไปพร้อมกับวัสดุปลูก ทำให้ไม่มีการรั่วซึมขณะติดตั้งวัสดุปลูกในกระถาง และชั้นวางปลูกดูเรียบร้อยสวยงาม ข้อเสียของวิธีนี้คือ การให้น้ำแบบหยดและการปลูกในกระถางเพาะทำให้ต้องลงทุนในอุปกรณ์เพิ่มขึ้น

ช่องปลูกและกระถาง

ระบบแขวนและยกชั้นวางเพาะปลูก

ระบบการแขวนและการยกของชั้นวางเพาะปลูกนั้นโดยพื้นฐานแล้วเหมือนกับชั้นวางเพาะปลูกสตรอว์เบอร์รีแบบยกทั่วไป ตัวล็อกสำหรับแขวนของช่องเพาะปลูกจะล้อมรอบช่องเพาะปลูก และเชื่อมต่อตัวล็อกสำหรับแขวนกับล้อกลับทิศทางด้วยสกรูตะกร้าดอกไม้แบบปรับความยาวได้ (ใช้สำหรับปรับความสูงในการติดตั้งของช่องเพาะปลูกให้คงที่) ส่วนปลายอีกด้านหนึ่งของเชือกด้านล่างจะพันอยู่บนล้อที่เชื่อมต่อกับเพลาขับของมอเตอร์ทดรอบ

ระบบชั้นวางสำหรับเพาะปลูกแบบแขวน

บนพื้นฐานของระบบแขวนอเนกประสงค์โดยรวม เพื่อตอบสนองความต้องการของรูปทรงหน้าตัดพิเศษของช่องเพาะปลูกและความต้องการในการจัดแสดงเพื่อการท่องเที่ยว จึงได้มีการออกแบบอุปกรณ์เสริมและสิ่งอำนวยความสะดวกเฉพาะบุคคลเพิ่มเติมอย่างสร้างสรรค์

(1) ตัวแขวนชั้นวางเพาะปลูก ตัวล็อคสำหรับแขวนชั้นวางเพาะปลูกเป็นแบบตัวล็อคแบบวงปิด ซึ่งทำมาจากการดัดและเชื่อมลวดเหล็ก หน้าตัดของแต่ละส่วนของตัวล็อคมีลักษณะเหมือนกัน และคุณสมบัติทางกลก็สม่ำเสมอ ส่วนล่างของช่องก็ใช้การดัดโค้งครึ่งวงกลมที่สอดคล้องกัน ประการที่สามคือการพับตรงกลางของตัวล็อคให้เป็นมุมแหลม และตัวล็อคด้านบนจะเกี่ยวเข้ากับจุดดัดโดยตรง ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยให้จุดศูนย์ถ่วงของช่องเพาะปลูกมีความเสถียรเท่านั้น แต่ยังไม่เกิดการเสียรูปด้านข้าง และยังช่วยให้มั่นใจได้ว่าตัวล็อคจะเกี่ยวได้อย่างน่าเชื่อถือและจะไม่หลุดหรือเคลื่อนที่

ตัวล็อกชั้นวางเพาะปลูก

(2) เชือกแขวนเพื่อความปลอดภัย บนพื้นฐานของระบบแขวนแบบดั้งเดิม จะมีการติดตั้งระบบแขวนเพื่อความปลอดภัยเพิ่มเติมอีกชุดทุกๆ 6 เมตรตามความยาวของช่องเพาะปลูก ข้อกำหนดสำหรับระบบแขวนเพื่อความปลอดภัยเพิ่มเติมนี้ ประการแรก ต้องทำงานพร้อมกันกับระบบแขวนขับเคลื่อน และประการที่สอง ต้องมีความสามารถในการรับน้ำหนักที่เพียงพอ เพื่อให้บรรลุข้อกำหนดการทำงานข้างต้น จึงได้ออกแบบและเลือกใช้ระบบแขวนแบบม้วนสปริงเพื่อดึงเชือกแขวนของช่องเพาะปลูกกลับ ม้วนสปริงจะถูกจัดวางขนานกับเชือกแขวนขับเคลื่อน และแขวนและยึดไว้กับคานล่างของโครงหลังคาเรือนกระจก

ระบบช่วงล่างเพื่อความปลอดภัยเพิ่มเติม

อุปกรณ์เสริมการผลิตของชั้นวางเพาะปลูก

(1) ระบบหวีพืช ระบบหวีพืชที่กล่าวถึงในที่นี้ประกอบด้วยสองส่วนหลักๆ คือ โครงยึดหวีพืชและเชือกสีเงิน โดยโครงยึดหวีพืชเป็นชุดประกอบที่ประกอบด้วยแผ่นพับรูปตัว U ที่โค้งงอบางส่วนและแผ่นพับรูปตัว U ที่มีแท่งจำกัดสองอัน ส่วนล่างและครึ่งล่างของแผ่นพับรูปตัว U มีขนาดพอดีกับขนาดภายนอกของช่องปลูก และล้อมรอบช่องปลูกจากด้านล่าง หลังจากที่กิ่งคู่ของแผ่นพับเกินตำแหน่งเปิดของช่องปลูกแล้ว จะโค้งงอเพื่อเชื่อมต่อกับแท่งจำกัดสองอัน และยังทำหน้าที่จำกัดการเสียรูปของช่องเปิดของช่องปลูกด้วย ส่วนที่โค้งงอเป็นรูปตัว U ขนาดเล็กที่นูนขึ้นด้านบน ใช้สำหรับยึดเชือกแยกใบและผลของสตรอว์เบอร์รี ส่วนบนของแผ่นพับรูปตัว U เป็นส่วนโค้งรูปตัว W สำหรับยึดเชือกหวีกิ่งและใบของสตรอว์เบอร์รี แผ่นพับรูปตัว U และแท่งจำกัดสองอันทำจากลวดเหล็กชุบสังกะสีดัดโค้ง

เชือกแยกใบและผลใช้สำหรับรวบกิ่งและใบของต้นสตรอว์เบอร์รีไว้ภายในความกว้างของช่องปลูก และแขวนผลสตรอว์เบอร์รีไว้ด้านนอกช่องปลูก ซึ่งไม่เพียงแต่สะดวกในการเก็บผลเท่านั้น แต่ยังช่วยป้องกันสตรอว์เบอร์รีจากการฉีดพ่นยาฆ่าแมลงโดยตรง และยังช่วยเพิ่มคุณภาพด้านความสวยงามของการปลูกสตรอว์เบอร์รีได้อีกด้วย

ระบบการ์ดพืช

(2) ชั้นวางสีเหลืองแบบเคลื่อนที่ได้ ชั้นวางสีเหลืองแบบเคลื่อนที่ได้ได้รับการออกแบบเป็นพิเศษ กล่าวคือ เสาแนวตั้งสำหรับแขวนป้ายสีเหลืองและสีน้ำเงินถูกเชื่อมติดกับขาตั้งสามขา ซึ่งสามารถวางบนพื้นเรือนกระจกได้โดยตรงและสามารถเคลื่อนย้ายได้ตลอดเวลา

(3) รถพ่นสารป้องกันพืชแบบขับเคลื่อนอัตโนมัติ รถคันนี้สามารถติดตั้งเครื่องพ่นสารป้องกันพืชได้ กล่าวคือ เป็นเครื่องพ่นแบบขับเคลื่อนอัตโนมัติ ซึ่งสามารถดำเนินการพ่นสารป้องกันพืชโดยไม่ต้องมีผู้ควบคุมภายในอาคารตามเส้นทางที่วางแผนโดยคอมพิวเตอร์ ซึ่งสามารถปกป้องสุขภาพของผู้ปฏิบัติงานในเรือนกระจกได้

อุปกรณ์ป้องกันพืช

ระบบการจัดหาธาตุอาหารและการชลประทาน

ระบบจ่ายสารละลายธาตุอาหารและระบบชลประทานของโครงการนี้แบ่งออกเป็น 3 ส่วน ได้แก่ ส่วนเตรียมน้ำสะอาด ส่วนระบบชลประทานและให้ปุ๋ยแก่ต้นสตรอว์เบอร์รี และส่วนระบบหมุนเวียนน้ำเพื่อใช้ในการปลูกสตรอว์เบอร์รี อุปกรณ์เตรียมน้ำสะอาดและระบบสารละลายธาตุอาหารเรียกรวมกันว่า หัวจ่ายน้ำ และอุปกรณ์จ่ายและส่งน้ำกลับไปยังพืชเรียกว่า อุปกรณ์ชลประทาน

ระบบการจัดหาธาตุอาหารและการชลประทาน

ด้านหน้าระบบชลประทาน

โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์เตรียมน้ำสะอาดควรติดตั้งตัวกรองทรายและกรวดเพื่อกำจัดทราย และอุปกรณ์ปรับสภาพน้ำเพื่อกำจัดเกลือ น้ำสะอาดที่ผ่านการกรองและปรับสภาพแล้วจะถูกเก็บไว้ในถังเก็บน้ำเพื่อใช้ในภายหลัง

โดยทั่วไป อุปกรณ์สำหรับการเตรียมสารละลายธาตุอาหารจะประกอบด้วยถังวัตถุดิบ 3 ถังสำหรับปุ๋ย A และ B ถังกรดสำหรับปรับค่า pH และเครื่องผสมปุ๋ยหนึ่งชุด ในระหว่างการทำงาน สารละลายตั้งต้นในถัง A, B และถังกรดจะถูกเตรียมและผสมในสัดส่วนที่เหมาะสมโดยเครื่องผสมปุ๋ยตามสูตรที่กำหนด เพื่อให้ได้สารละลายธาตุอาหารดิบ และสารละลายธาตุอาหารดิบที่เตรียมโดยเครื่องผสมปุ๋ยจะถูกเก็บไว้ในถังเก็บสารละลายตั้งต้นเพื่อสำรองไว้ใช้งาน

อุปกรณ์เตรียมสารละลายธาตุอาหาร

ระบบจ่ายและหมุนเวียนน้ำสำหรับปลูกสตรอว์เบอร์รี

ระบบจ่ายและส่งน้ำสำหรับปลูกสตรอว์เบอร์รีใช้ระบบจ่ายและส่งน้ำแบบรวมศูนย์ที่ปลายด้านหนึ่งของช่องปลูก เนื่องจากช่องปลูกใช้ระบบยกและแขวน จึงใช้ท่อจ่ายและส่งน้ำสองแบบ คือ ท่อแข็งแบบยึดติด และท่ออ่อนที่เคลื่อนที่ขึ้นลงตามช่องปลูก ในระหว่างการรดน้ำและใส่ปุ๋ย น้ำจากถังเก็บน้ำสะอาดและถังเก็บน้ำดิบจะถูกส่งไปยังเครื่องผสมน้ำและปุ๋ยเพื่อผสมตามอัตราส่วนที่กำหนด (วิธีที่ง่ายกว่าคือใช้เครื่องพ่นปุ๋ยแบบสัดส่วน เช่น เวนทูรี เป็นต้น ซึ่งอาจใช้พลังงานหรือไม่ใช้พลังงานก็ได้) จากนั้นส่งไปยังด้านบนของที่แขวนปลูกผ่านท่อจ่ายน้ำหลัก (ท่อจ่ายน้ำหลักติดตั้งบนโครงหลังคาเรือนกระจกตามแนวยาวของเรือนกระจก) และท่อยางอ่อนจะนำน้ำรดน้ำจากท่อจ่ายน้ำหลักไปยังปลายแต่ละชั้นวางปลูก จากนั้นเชื่อมต่อกับท่อจ่ายน้ำสาขาที่ติดตั้งไว้ในช่องปลูก ท่อจ่ายน้ำในร่องเพาะปลูกจะวางเรียงตามความยาวของร่องเพาะปลูก และตลอดทางจะมีท่อน้ำหยดเชื่อมต่อตามตำแหน่งการจัดวางกระถางเพาะปลูก โดยธาตุอาหารจะหยดลงในวัสดุปลูกในกระถางผ่านท่อน้ำหยด สารละลายธาตุอาหารส่วนเกินที่ไหลออกมาจากวัสดุปลูกจะระบายลงในร่องเพาะปลูกผ่านรูระบายน้ำที่ด้านล่างของกระถางเพาะปลูกและรวบรวมไว้ในร่องระบายน้ำที่ด้านล่างของร่องเพาะปลูก ปรับความสูงในการติดตั้งร่องเพาะปลูกเพื่อให้เกิดการไหลอย่างต่อเนื่องจากปลายด้านหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง บนพื้นที่มีความลาดชัน น้ำที่ไหลกลับจากการชลประทานที่รวบรวมได้จากด้านล่างของร่องจะไหลไปรวมกันที่ปลายร่อง จะมีช่องเปิดที่ปลายร่องเพาะปลูกเพื่อเชื่อมต่อกับถังเก็บน้ำที่ไหลกลับ และท่อส่งน้ำที่ไหลกลับจะเชื่อมต่ออยู่ใต้ถังเก็บน้ำ และน้ำที่ไหลกลับที่รวบรวมได้จะถูกรวบรวมและระบายลงในถังเก็บน้ำที่ไหลกลับในที่สุด

ระบบจ่ายและส่งคืนน้ำเพื่อการชลประทาน

การใช้ประโยชน์จากของเหลวที่ไหลกลับ

ระบบน้ำไหลกลับสำหรับการชลประทานในเรือนกระจกนี้ไม่ได้ใช้ระบบหมุนเวียนแบบปิดเหมือนกับระบบปลูกสตรอว์เบอร์รี แต่จะรวบรวมน้ำไหลกลับจากแปลงปลูกสตรอว์เบอร์รีและนำไปใช้ปลูกผักประดับโดยตรง โดยจะติดตั้งแปลงปลูกที่มีความสูงคงที่เท่ากับแปลงปลูกสตรอว์เบอร์รีไว้ที่ผนังทั้งสี่ด้านของเรือนกระจก และเติมวัสดุปลูกลงในแปลงปลูกผักประดับ น้ำไหลกลับจากสตรอว์เบอร์รีจะถูกนำไปรดน้ำผักประดับโดยตรง โดยใช้น้ำสะอาดจากถังเก็บน้ำสำหรับการรดน้ำในแต่ละวัน นอกจากนี้ ท่อส่งน้ำและท่อส่งกลับของน้ำในแปลงปลูกยังถูกรวมเข้าด้วยกัน และใช้ระบบการชลประทานแบบน้ำขึ้นน้ำลงในแปลงปลูก ในช่วงเวลาที่มีการส่งน้ำ วาล์วของท่อส่งน้ำจะเปิด และวาล์วของท่อส่งกลับจะปิด ส่วนในช่วงเวลาที่วาล์วของท่อส่งน้ำปิด วาล์วของท่อส่งน้ำจะเปิด วิธีการชลประทานแบบนี้ช่วยประหยัดท่อส่งน้ำและท่อย่อยในแปลงปลูก ประหยัดการลงทุน และโดยพื้นฐานแล้วไม่มีผลกระทบต่อการผลิตผักประดับ

การปลูกผักประดับโดยใช้น้ำที่เหลือจากการเพาะปลูก

เรือนกระจกและสิ่งอำนวยความสะดวกสนับสนุน

เรือนกระจกนี้ถูกนำเข้าจากเกาหลีใต้ทั้งหมดในปี 2017 มีความยาว 47 เมตร ความกว้าง 23 เมตร และมีพื้นที่รวม 1081 ตารางเมตร² เรือนกระจกมีช่วงกว้าง 7 เมตร ระยะห่างระหว่างเสา 3 เมตร ความสูงของชายคา 4.5 เมตร และความสูงของสันหลังคา 6.4 เมตร รวมทั้งหมด 3 ช่วงกว้างและ 15 ช่อง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการเป็นฉนวนกันความร้อน จึงได้ติดตั้งทางเดินฉนวนกันความร้อนกว้าง 1 เมตร รอบเรือนกระจก และออกแบบม่านฉนวนกันความร้อนสองชั้นภายในอาคาร ในระหว่างการปรับปรุงโครงสร้าง คานแนวนอนด้านบนของเสาระหว่างช่วงกว้างของเรือนกระจกเดิมถูกแทนที่ด้วยคานโครงถัก

โครงสร้างเรือนกระจก

การปรับปรุงระบบฉนวนกันความร้อนของเรือนกระจกยังคงรักษารูปแบบเดิมของระบบฉนวนกันความร้อนของหลังคาและผนังที่มีฉนวนกันความร้อนภายในสองชั้น อย่างไรก็ตาม หลังจากใช้งานไป 3 ปี ตาข่ายบังแดดฉนวนกันความร้อนเดิมเริ่มเสื่อมสภาพและเสียหายบางส่วน ในการปรับปรุงเรือนกระจกครั้งนี้ จึงได้เปลี่ยนผ้าม่านฉนวนกันความร้อนทั้งหมดเป็นผ้าห่มฉนวนกันความร้อนจากใยฝ้ายผสมอะคริลิก ซึ่งมีน้ำหนักเบากว่าและเป็นฉนวนกันความร้อนที่ดีกว่า ผลิตในประเทศ จากการใช้งานจริง พบว่ารอยต่อระหว่างผ้าม่านฉนวนกันความร้อนของหลังคา ผ้าห่มฉนวนกันความร้อนของผนัง และผ้าห่มฉนวนกันความร้อนของหลังคาซ้อนทับกัน ทำให้ระบบฉนวนกันความร้อนทั้งหมดปิดสนิทอย่างแน่นหนา

ระบบฉนวนกันความร้อนสำหรับเรือนกระจก

เพื่อให้แน่ใจว่าพืชได้รับแสงสว่างเพียงพอต่อการเจริญเติบโต จึงได้เพิ่มระบบไฟเสริมเข้าไปในการปรับปรุงเรือนกระจก ระบบไฟเสริมนี้ใช้ไฟ LED ที่มีผลทางชีวภาพ โดยไฟ LED สำหรับปลูกพืชแต่ละดวงมีกำลังไฟ 50 วัตต์ จัดเรียงเป็น 2 แถวต่อช่วง ระยะห่างระหว่างแถวไฟแต่ละแถวคือ 3 เมตร กำลังไฟรวมทั้งหมดคือ 4.5 กิโลวัตต์ หรือเทียบเท่า 4.61 วัตต์ต่อตารางเมตร² ต่อหน่วยพื้นที่ ความเข้มแสงที่ความสูง 1 เมตร สามารถสูงถึงมากกว่า 2000 ลักซ์

พร้อมกับการติดตั้งไฟเสริมสำหรับพืช ก็มีการติดตั้งไฟ UVB เป็นแถวบนแต่ละช่วง โดยเว้นระยะห่าง 2 เมตร ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับการฆ่าเชื้อโรคในอากาศภายในเรือนกระจกเป็นระยะๆ กำลังไฟของไฟ UVB แต่ละดวงคือ 40 วัตต์ และกำลังไฟที่ติดตั้งทั้งหมดคือ 4.36 กิโลวัตต์ หรือเทียบเท่ากับ 4.47 วัตต์/ตารางเมตร² ต่อหน่วยพื้นที่

ระบบทำความร้อนในเรือนกระจกใช้ปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศซึ่งเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า โดยส่งอากาศร้อนเข้าไปในเรือนกระจกผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน กำลังไฟฟ้ารวมของปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศในเรือนกระจกคือ 210 กิโลวัตต์ และมีพัดลมแลกเปลี่ยนความร้อน 38 ตัวกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วห้อง พัดลมแต่ละตัวสามารถระบายความร้อนได้ 5.5 กิโลวัตต์ ซึ่งสามารถรักษาอุณหภูมิอากาศในเรือนกระจกให้สูงกว่า 5 องศาเซลเซียสได้แม้ในอุณหภูมิภายนอกที่ -15 องศาเซลเซียสในวันที่หนาวที่สุดของปักกิ่ง จึงมั่นใจได้ว่าการปลูกสตรอว์เบอร์รีในเรือนกระจกจะปลอดภัย

เพื่อให้มั่นใจได้ว่าอุณหภูมิและความชื้นในอากาศภายในเรือนกระจกมีความสม่ำเสมอ และเพื่อให้เกิดการไหลเวียนของอากาศภายในอาคาร เรือนกระจกจึงติดตั้งพัดลมหมุนเวียนอากาศแนวนอน พัดลมหมุนเวียนอากาศเหล่านี้จัดเรียงอยู่ตรงกลางของเรือนกระจกโดยมีระยะห่าง 18 เมตร และพัดลมแต่ละตัวมีกำลังไฟ 0.12 กิโลวัตต์

เรือนกระจกที่รองรับอุปกรณ์ควบคุมสภาพแวดล้อม

ข้อมูลอ้างอิง:

ชางจีโจว, หงโป, หลี่, เหอเจิ้ง ฯลฯดร.โจวตรวจสอบที่แขวนสตรอว์เบอร์รีแบบยกขึ้นได้สำหรับชมวิว Shiling (หนึ่งร้อยยี่สิบหก) และสิ่งอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์สนับสนุน[J] เทคโนโลยีวิศวกรรมเกษตร, 2022, 42(7): 36-42