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【IAIC专场】智慧化植物工厂的研究进展

作者:中农富通 来源:中农富通 更新时间:2018-10-23

导 读

10月13日,为期两天的“第三届国际农业创新研讨会(IAIC2018)”在北京圆满落幕。来自中国、美国、芬兰、挪威、英国、波兰、印度、印度尼西亚、荷兰、新加坡、泰国等20多个国家的杰出学者和专家代表100余人参与了此次由国际农业永续学会(IAAS)、亚太农业研究机构协会(APAARI)、北京中农富通园艺有限公司联合主办的以“全球农业创新与发展(Grobal Agricultural Innovation and Development)”为主题的研讨会。


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此次研讨会大咖云集,内容丰富,精彩纷呈,会议上,不同国家的专家就全球农业创新主题发表了专题演讲,会场反响热烈。来自北京中农富通园艺有限公司的任如冰在农业智能科技研究与应用专题研讨会上就智慧化植物工厂的研究进行了观点分享,发言内容经小编整理,分享给您,希望对您有所帮助。

 

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植物工厂概况

1、植物工厂的定义

通过设施内高精度环境控制,实现作物周年连续生产的高效农业系统,是由计算机对作物生长过程中温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境要素进行自动控制,不受或很少受自然条件制约的省力型生产方式

2、植物工厂的主要类型

植物工厂按照光能利用方式分为人工光型植物工厂、太阳光型植物工厂、太阳光与人工光并用型植物工厂。

 人工光型植物工厂

特点:①建筑结构全封闭式;②人工光源;③无污染生产;④多采用营养液水耕栽培方式;⑤环境参数可进行精密控制,实现周年均衡生产;⑥技术装备和设施建设费用高,能源消耗大,运行成本高。

太阳光型植物工厂

特点:①建筑结构半封闭式;②自然光;③配备多种环境因子的监测和调控设备;④营养液水耕栽培和基质栽培为主;⑤生产环境易受季节和气候变化的影响。

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太阳光与人工光并用型植物工厂

特点:①温室结构、栽培方式与太阳光型植物工厂相似;②白天利用太阳光,夜晚或白天连续阴雨寡照时,采用人工光源补充;③用电较少,受气候影响较小。


3、植物工厂发展历史


试验阶段(20世纪40年代至60年代末):规模小;主要局限在实验室。

示范应用阶段(20世纪70年代至80年代中期):应用范围广;广泛应用营养液配方技术,自动化控制系统逐渐完善;技术开发力度大,示范效果明显。

快速发展阶段(20世纪80年代中期至今):技术发展快;规模扩大,多行业融合;高科技成果得到充分应用。


植物工厂的优势

作物生产计划性强,可达到周年生产

不施农药,产品安全无污染

多层立体栽培,资源(土地、水肥、空间等)利用率高

作物生长周期短,单位面积产量高,生产效率可达到露地栽培的40—108倍

机械化、自动化程度高,劳动强度低

不受或很少受地理、自然环境的影响,甚至可在极端气候区、外层空间等地区进行农业生产

 

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植物工厂发展现状

1、国家分布与发展模式

发展现状

目前,植物工厂主要分布在东亚和欧美国家,以日本、荷兰、中国最具代表性。

日本在人工光型植物工厂方面研发与产业化较快,居领先水平。目前,日本大约有250余座人工光型植物工厂在运营。荷兰在太阳光及其与人工光并用型植物工厂技术领域是真正的世界领先,最高产量高达90kg/m2。中国是植物工厂研发与产业化最活跃的国家,通过引进消化、自主研发、应用推广三个阶段,各类型植物工厂正在快速、均衡发展。


发展模式

世界各国植物工厂发展模式正由企业主导型、科研院所主导型、政府主导型逐渐向政府、企业、科研院所和用户企业协同建立、运营植物工厂的多种创新模式转变。

 

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2、技术发展现状

栽培形式与栽培技术

目前,平面多层立体栽培、多面体立体栽培、幕墙式立体栽培、圆柱形立体栽培等栽培形式与之配套的营养液水培、基质培、潮溪培、雾培等栽培技术,因为其作物生产效率高、水肥,空间,土地等利用率高等优势在各国植物工厂被广泛应用。

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人工光照明技术

LED光源因为其节能、环保、寿命长;‚光强、光质和光周期可控性强;ƒ冷光源,可贴近植物照射,空间利用率高;„可按植物生长发育需求调制光谱等优势被广泛应用。

目前,已有面板灯、条灯、灯管、灯带等植物工厂用灯被开发应用。同时,太阳光型植物工厂多款LED补光灯也被开发出来,包括行间冠层补光灯、花期灯、条灯等。

智能环境控制技术

环境控制的目标就是节能高效,优质高产。控制因子包括温度、湿度、光照、CO2浓度、气流、营养液供给等多种生产要素。智能环境控制难度较大,其控制策略具有时间和空间要求,也需要和其他环境要素统筹控制,是今后研究开发的重点。

植物生产自动化管控技术

主要包括植物机械化自动化移栽、定植、收获等生产管理技术。植物生产自动化管控技术装备是植物工厂流水线作业的主体装备,有利于提高生产效率和管控水平。

3、产业发展现状

近年来,我国植物工厂产业蓬勃发展。但是,植物工厂规模偏小;生产植物单一(叶菜为主);环控技术装备水平参差不齐;而且示范展示性和研究性植物工厂居多,商业化运行的植物工厂较少,亟待大力推进。

存在问题与发展对策

1、存在问题

投入成本高(人工光源;营养液设备;智能调控、监控系统等投入)

运行成本较高,能耗较大(电能消耗巨大)

栽培作物种类较少(叶菜为主)

植物工厂智能化程度低(高成本、低产出)

自动化程度低,育苗、移栽定植、收获等人工成本高

商业化模式日渐成熟,但盈利点需要探索

2、发展对策

研发节能高效植物工厂生产技术装备,实现周年优质高产

研发高附加值植物工厂化生产技术参数,推高盈利起点(药用植物、保健植物、珍稀特蔬菜等)

构建多种植物工厂类型及产品,拓展盈利模式(家庭型、商用型、社区型等)

加强植物工厂自动化、智能化技术的研究,提升集约化、精细化的管理水平 

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四、发展前景与展望

1、国家和企业加大了植物工厂的研究与开发投入力度,业界信心倍增

①国家:植物工厂资源高效利用关键技术被列为农业部“十三五”农业科技发展规划中;植物工厂项目被列入中科院“十三五”重点培育方向;植物工厂项目也列入了福建省重点支持项目。

②企业:不仅是科研界,电子、医疗、能源、材料、房地产等产业界和企业也大量投资研究开发植物工厂技术。

 

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2、植物工厂研发类型多样,应用范围广阔,符合多元的市场需求。

3、植物工厂能够提供无污染、高品质的植物产品,对保障城乡居民饮食安全具有重大意义,深受消费者青睐。

4、植物工厂发展的基础技术储备已经成熟,产业雏形已经形成,将很快进入商业化快速发展期。

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