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盆栽蔬菜 鱼菜共生

鱼菜共生

一、基本情况 

  重庆市农业科学院属正厅级全民所有制公益性科研事业单位,位于重庆市高新区白市驿镇,隶属重庆市农业委员会管理。重庆市农业科学院建有国家、部和市级重点实验室、工程技术中心等科技创新平台34个,科研实验示范基地43个,分布在市内21个区县,总面积15212亩。获得省部级以上科技奖励55项,专利授权207项,在核心期刊发表论文1500多篇。目前已在农业工程智能化技术装备;丘陵山地粮油、蔬菜、茶叶、柑橘、中药材等作物农机装备关键技术研究与新产品开发;丘陵山地农业机械共性技术、智能与信息化技术研究,通用动力平台、核心零部件研发等农业遥感、农业物联网、山地数字农业、智慧农业信息技术研究等方面开展了有关研究,取得了大量的研究成果,为开展农业人工智能研究积累了一定的研究基础。 

  二、示范应用情况 

  重庆市农业科学院鱼菜共生AI工厂主要围绕工厂化农业生产关键技术创新研发,研究绿色循环高效安全生产模式工艺,可实现蔬菜播种、移栽、定植、运输、灌溉、环控、采收、切根、包装等生产环节的智能化无人操作。应用5G、机器人、自动化生产线等新一代人工智能技术,攻克农业人工智能关键技术,研制鱼菜共生工厂化生产成套智能装备,自动化智能化程度高,实现了蔬菜从“一粒种子到一颗菜”的全程无人化作业生产。养鱼投饵、分级、水质环境自动控制、设备自动变频等智能化调控,极大地降低了劳动力投入、提高了作业的精准性、减少了能源消耗。开展周年生产示范,获取动植物全阶段生长生理数据,分析形成鱼菜生长决策模型。形成面向市场的工厂化农业生产成套技术装备和解决方案,具有示范和推广价值。 

  1.叶菜全程无人化生产示范应用 

  针对目前重庆设施蔬菜机械化率低、生产水平低,亟需设施蔬菜智能装备的市场需求,围绕蔬菜高效工厂化生产,以信息技术、自动化技术为依托,创新研究种苗柔性夹持与移植、伺服控制栽培盘抓取、多传感器融合定位导航、路径智能规划和控制、蔬菜智能收割等关键技术;研制低能耗水力驱动蔬菜立体栽培、移栽定植作业、智能物流运输、栽培盘智能取放、蔬菜智能收割等智能化设备;建立移栽、运输、栽培、采收、栽培盘清洗和消毒全程自动化高效生产技术装备及系统,形成蔬菜工厂化生产示范。 

  (1)低能耗水力驱动蔬菜立体栽培设备 

  低能耗水力驱动蔬菜立体栽培设备,采用水力驱动代替电力,可提升温室空间利用率,增加叶菜单位面积产量,减少栽培设备单位面积日耗电量。 

  (2)智能化物流输送系统 

  基于自动导引运输车(AGV)的温室智能物流系统,采用TSP旅行商算法以时间最短为优化目标对AGV运输车、取放机器人、运输路线、运输时长进行优化调度,可实现栽培盘物流运输的无人化操作和智能化管控,提高转运速度和效率,节省劳动力投入。 

  (3)蔬菜智能收割系统 

  蔬菜智能收割系统,可实现叶菜采收环节中根菜分离、净菜收集包装、定植杯(盘)清洗回收全程智能化控制,整线工作效率2333颗/小时,节省劳动力投入65%以上。

  (4)移栽定植作业设备 

  移栽定植作业设备可实现钵体菜苗移栽、育苗盘清洗整理的无人化操作,平均移植速度31.95株/min,移栽精准率97.5%,提高移栽环节工作效率60%以上,节省劳动力投入80%以上。 

  (5)栽培盘智能取放机器人 

  栽培盘智能取放机器人可实现栽培盘从立体栽培架上的取放无人化操作。固定作业机器人作业能力达到962.02公斤/小时,移动作业机器人作业能力达到453.16公斤/小时,作业成功率均达到100%,节省劳动力投入80%以上。 

 

  (6)潮汐式无人化育苗系统 

  潮汐式无人化育苗系统,实现了基质处理、定植盘解垛、定植杯装盘、精量播种、育苗盘摆/取盘、潮汐式水肥一体化灌溉、人工补光等作业全程无人化。播种效率300育苗盘/小时。 

  2.高密度循环水养鱼生产示范应用 

  基地搭建了1套工厂化循环水养鱼系统(RAS),水体体积约1000立方米,最大养殖密度100公斤/立方米,配套养鱼水质在线监控系统,实现了智能化控制。采用全自动投饵机、吸鱼分鱼机等智能装备,极大降低了劳动力投入。 

  (1)循环水生化过滤系统 

  采用沸腾式移动床生物滤器,拼装式保温发酵罐+多面马鞍型轻质填料+曝氧系统,滤材在充足溶氧的气力推动和循环水泵入的条件下,经水体中硝化菌和亚硝化菌等微生物充分反应快速消解氨氮等物质。生物填料比表面积=600㎡/m³,硝化速率0.45g/㎡·d,含高低水位自动启停保护。 

  (2)消毒杀菌系统 

  采用“紫外线+臭氧”组合,对杀灭绝大多数可能进入水体中的小型或微型生物,目的是防止一些生物可能带来的疾病,或成为潜在的捕食者或生存竞争者。在专用紫外杀菌消毒器内部采用浸没式布置紫外灯,紫外波长250~260nm、紫外线剂量32000um/s.cm2,对自流横向穿越水中病毒进行杀灭。 

  (3)尾水收集处理系统 

  通过三路流通方式,在鱼池底部设双排污底盘,池外侧的竖流沉淀器,池壁设表面排污和溢流口。3路收集回路目的是将鱼粪、残饵等物质通过竖流沉淀、带反冲洗转鼓式过滤等物理或机械方式进行处理,滤清水回流到养殖系统低位集水池;滤除高浓物质经收集池泵送到种植池转化利用。竖流沉淀器处理量=16m³/h;转鼓式过滤处理量≥80m³/h。 

  (4)鱼饵料精准投喂机器人 

  鱼饵料精准投喂机器人可实现鱼饵料的自动吸饵、称重、自动行走、定时定量定位撒料、自动充电等功能。 

  3.养鱼尾水生化处理示范应用 

  养鱼尾水处理包括鱼粪收集与浓缩、生化处理等关键环节。采用鱼粪浓缩机,可将鱼粪TS浓度0.06%提高至4.21%,浓缩70倍,解决养鱼尾水TS浓度低的问题,。通过养鱼尾水生化处理工艺,实现将鱼粪浓度浓缩至TS3-5%,氨氮去除率67.42%,硝态氮浓度>2000mg/L,提高70.64%,亚硝氮浓度<0.2mg/L,提高了养鱼尾水的利用率。通过鱼粪水肥一体化灌溉系统,将处理后的养鱼尾水自动配比成蔬菜栽培的营养液,进行循环灌溉。智能化、精细化管理,提高劳动生产效率,降低生产成本。 

  三、经验成效 

  1.经济效益 

  鱼菜共生AI工厂采用全智能工厂生产模式,可实现蔬菜播种、移栽、定植、运输、灌溉、环控、采收、切根、包装等生产环节的智能化无人操作,大大降低了人工投入成本。工厂内养殖墨瑞鳕鱼、胭脂鱼、加州鲈鱼等高价值品种,最大养殖密度可达100公斤/立方米,可实现温度、PH、DO、氨氮等水体指标的在线精准化调控,日平均补水量≤3%。年亩产优质绿色蔬菜22.5吨,高档淡水鱼100吨,年产值合计约800万元,实现“高科技、高产出、高效益”。 

  2.社会效益 

  传统的栽培方式主要靠人工操作,机械化程度较低,劳动强度大、集约化程度低。且露地栽培一般情况下年产4茬生菜,种植密度和茬数少上容易受到自然气候的影响,严重时甚至绝收。蔬菜工厂智能装备的研制和投产,为温室设施条件下的叶菜(生菜为主)周年生产提供了菜苗移栽定植作业设备、低功耗水力驱动蔬菜立体栽培设备、栽培盘智能取放机器人、智能化物流输送系统、蔬菜智能收割系统等关键智能设备,大大提升了机械化水平,最大程度上实现了叶菜工厂化水培生产的高效利用温室空间和“机器换人”。同时,建成了示范基地,鱼菜共生AI工厂智能装备的研制与应用,完善了科研与应用平台建设,产学研联合攻关也促进了工厂化农业产业发展,体现了鱼菜共生工厂化生产领域的产业技术协同创新成果水平,以及相关机械设备制造的产业发展,培育了相关生产企业,社会效益显著。 

  3.生态效益 

  温室设施内进行叶菜工厂化水培生产与鱼的高密度循环水养殖,可以有效开展温室环境与养殖水体调控,避免了蔬菜露地生产可能遭遇的洪涝、干旱等自然风险,避免了池塘养殖因为水体污染等原因造成翻糖等;利用鱼粪通过发酵形成营养液循环灌溉,避免了大量用水和化学肥料长期侵蚀露地土壤耕作层的酸化影响;通过生物防治方法的应用,避免了化学农药的使用,促进化肥农药减量化;基质替代土壤的固根栽培和回收利用,以及尾菜的无害化处理资源化利用,提高了农业废弃物的资源化处理利用,减少了环境污染,促进发展绿色生态循环农业,生态效益显著。 

2022年5月11日 07:43
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设施蔬菜机械化率低、生产水平低,亟需设施蔬菜智能装备的市场需求,围绕蔬菜高效工厂化生产,以信息技术、自动化技术为依托,创新研究种苗柔性夹持与移植、伺服控制栽培盘抓取、多传感器融合定位导航、路径智能规划和控制、蔬菜智能收割等关键技术;研制低能耗水力驱动蔬菜立体栽培、移栽定植作业、智能物流运输、栽培盘智能取放、蔬菜智能收割等智能化设备;建立移栽、运输、栽培、采收、栽培盘清洗和消毒全程自动化高效生产技术装备及系统,形成蔬菜工厂化生产示范。

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