科技日报记者 梁乐
寒冬已至，地处帕米尔高原的新疆塔什库尔干县，上百座温室大棚内却犹如“暖春”，樱桃树进入盛花期；地处沙漠边缘的和田县，一筐筐螺丝椒从温室大棚里装车，“奔向”千家万户。
近年来，新疆设施农业克服沙漠戈壁和高寒地区的恶劣自然条件，在天山南北创造了一个个农业奇迹。这些奇迹离不开科技创新的有力支撑。
今年，由新疆维吾尔自治区农业科学院牵头申报的“新疆现代设施农业发展关键技术及智能装备研究与集成应用”，获得2024年度新疆维吾尔自治区科技进步奖一等奖。“我们历时十余年，通过政产学研用联合攻关，在设施农业理论、技术及装备方面取得了一大批创新成果，多项技术指标达到国际领先水平。”该成果第一完成人、新疆维吾尔自治区农业科学院研究员王国强告诉科技日报记者，通过大力推广示范，近几年来该技术成果累计应用面积达20万亩，新增产值达19亿元，为产业发展和乡村振兴注入了新活力。
打造绿色高效智能温室
近日，走进乌鲁木齐市乌鲁木齐县水西沟镇大庙村的一座日光温室，红彤彤的草莓格外引人注目。得益于一套高效的供暖系统，即便室外气温降至-20℃，大棚里也能保持适宜作物生长的温度。
“新疆煤炭资源丰富，因此以前大部分温室都采用燃煤加温，但存在能耗高、环保性差等明显缺陷。”王国强说，十多年前，为响应国家环保要求，团队摒弃已经成熟的燃煤加温技术，向绿色环保技术转型。
经过反复考察研究和技术论证后，王国强带领团队创制了适用于日光温室深冬生产的高温空气源热泵主动蓄热供热系统。
王国强介绍，这套系统的最大特点就是空气回收和循环利用。白天光照强烈，温室内温度可达40℃以上。空气源热泵将空气余热收集起来并进行转化，再通过地埋水管把热量传递到土壤中储存起来，在深达60厘米的地下“休眠”。到了夜晚，随着温室温度下降，这套设备又会将储存的热量“唤醒”，持续输送回地面。
“这套系统解决了-25℃条件下喜温果菜安全越冬的难题，甚至能抵御-30℃的极寒天气。”王国强说，这套系统不用烧煤，而是依靠少量电力驱动设备，运营成本降低了30%。与此同时，精准的温度控制也提供了更好的生长环境，使作物产量提高15%以上。
在破解温室加温难题的同时，王国强团队针对温室结构及材料进行了大胆创新。
“部分温室大棚使用几年后就会出现钢结构变形、保温性降低等问题，严重制约设施农业可持续发展。”王国强介绍，团队通过与上海孙桥溢佳农业技术股份有限公司深度合作，共同研发出适合新疆的新型温室——高效能组装式深冬生产型日光温室。
项目团队成员、上海孙桥溢佳农业技术股份有限公司董事长卜崇兴告诉记者，新型温室具有低能耗、高储能、宜机化等特点。经过测算，与传统日光温室相比，该温室整体采光量提高12.2%，温度提高3.6℃，温室使用面积超90%，土地利用率提高30%。
“新型温室还有一个特点就是装配式，可以像搭积木一样造温室。”王国强说，这种温室可以四季施工，建造周期也将明显缩短。
此外，为解决温室覆盖材料保温性能差的问题，科研团队还发明了复合保温隔热材料，创制了纳米级柔性保温被及保温墙体，其保温率达96.3%，使用寿命超10年，且具有良好防火性能。
实现全流程自动化种植
嫁接技术具有抗病、抗虫害等抗逆特性，在设施农业生产中应用十分广泛。在新疆，目前仍以人工嫁接为主。
“嫁接是一个细活，切面切得不到位，粘接不牢靠，都会影响嫁接效果，从而影响作物生长。”新疆维吾尔自治区农业科学院研究员张彩虹说，为补齐嫁接机械化这个关键环节，新疆维吾尔自治区农业科学院联合合肥佳富特机器人科技有限责任公司，以“新疆现代设施农业发展关键技术及智能装备研究与集成应用”子课题——“环塔里木盆地现代设施农业发展关键技术研发”项目为支撑开展科研攻关，成功研发出全自动嫁接机器人。
张彩虹介绍，借助机器视觉系统，嫁接机器人的机械臂可以模仿人的手部动作，精准无误地完成嫁接全过程。与人工相比，机器人每小时的嫁接量可达到1200株，效率提高3—4倍，成功率为98%以上，各项指标远超国际同类产品。
目前，团队已成功研发出全自动茄果类蔬菜和瓜类嫁接机器人，并在新疆多家农业龙头企业进行推广应用。
在移栽环节，王国强带领的团队也实现了突破，研制出蔬菜双行全自动移栽机。王国强介绍，这台移栽机通过动态协作机制和多维传感器监测装备，实现了定点、定时、定位高效取苗和栽植。机械抓手能精准地把蔬菜幼苗按设定间距和深度栽入土中，同步完成覆土、浇水。使用全自动移栽机后，生产效率较人工提高了6倍以上，还能确保出苗均匀整齐，从而提升成活率。
在温室大棚叶菜集中成熟阶段，需要大量人工采摘。为了提高采摘效率，王国强带领的团队研制出高效叶菜收获机。该机械可实现对土上及土下叶菜的全面收获，提高对不同叶菜作物的适应性和收获完整性，作业效率可达每小时近2亩地。
“目前，我们研发的农机设备已经基本覆盖了设施农业作物生长全过程，目前正在温室大棚进行示范应用。”王国强说。
近期，农业农村部、新疆维吾尔自治区人民政府研究制定《推动南疆现代设施农业高质量发展工作方案》。该方案明确提出，遴选并推广一批适合南疆地区成熟稳定的先进经济适用设施装备，全链条提升作业效率，降低生产成本。
“新疆设施农业机械化起步晚，且面临复杂的地形、气候等自然因素，因此设施装备研发和推广任重道远。我们团队将坚持‘四个面向’，继续扎根一线，借助人工智能技术，不断提升设备的技术性能和市场属性，推进新疆现代设施农业高质量发展。”王国强说。
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