日本的植物工厂及其新技术

一、概况１．植物工厂的定义、分类和意义“植物工厂（PlantFactory）”一词是日本首先提出的，其概念广义上涵盖了设施园艺，而狭义上则专指人工光型的植物生产系统。根据日本植物工厂的现状，植物工厂是完全控制型和太阳光利用型营养液栽培系统的总称。日本植物工厂学会对植物工厂的定义是：利用环境自动控制、电子技术、生物技术、机器人和新材料等进行植物周年连续生产的系统，也就是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO２浓度、营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受自然气候制约的省力型生产。植物工厂生产的…     

人工光植物工厂技术装备与产业发展的战略思考

人工光植物工厂是设施园艺发展的高级阶段和必然趋势。经过10余年的技术研发,我国人工光植物工厂的众多共性技术和关键技术被攻克,已具备了产业化发展所需的技术、资本、人才和市场基础,生产规模和细分领域不断扩展。阐述了人工光植物工厂技术装备与产业发展的现状及存在问题,总结分析了人工光植物工厂技术装备研发与产业推进的战略重点,并对未来植物工厂的发展进行了展望。除了继续研发围护结构、多层立体栽培、水肥一体化、环境控制、品质调控、智能管理等技术装备外,应重点开展基于植物种类和品种、地理区域气候特征、生产尺度规模差异基础上的连续周年高效生产技术参数、投入产出清单、植物时空管理流水线技术装备研究工作。     

植物钛素营养研究进展

钛能促进植物对一些养分的吸收和运转,促进植物体内多种酶的活性,提高植物叶片中叶绿素的含量,提高作物的产量,并能明显改善作物品质。分析了土壤中钛的来源、存在形态、含量及影响因素;综述了钛素营养在粮食作物、经济作物、果树和蔬菜中的研究进展,提出了进一步加强对钛素营养研究的意义。     

光期湿度对植物工厂生菜干烧心及其营养品质的影响

【背景】 近年来,植物工厂因具有可在垂直立体空间进行周年计划性、省力化和无农药、洁净安全生产等传统农业无可比拟的优势,在全球得到蓬勃发展。然而,由于植物工厂内叶菜生长速度较快,而新叶部位的蒸腾较弱等原因,较易发生干烧心,大幅降低叶菜外观和内在品质。【目的】 研究光期不同湿度对水培生菜干烧心、生长及其营养品质的影响,优化预防或减缓生菜干烧心发生的植物工厂湿度环境参数,为防控生菜干烧心发生,提高植物工厂生菜品质和运行效益提供技术和理论支撑。【方法】 选用在植物工厂环境下较易发生干烧心的‘Tiberius’生菜作为研究对象,在光环境、温度、二氧化碳等环境条件保持一致的情况下,使光期（16 h）各处理空气相对湿度分别维持在50%（RH50）、70%（RH70）和90%（RH90）,暗期（8 h）各处理空气相对湿度保持一致为70%,湿度控制正负误差在5%以内。调查各处理组生菜干烧心发生情况、叶片光合参数、产量及营养品质的差异。【结果】 与RH70和RH90相比：（1）RH50处理显著提高了生菜新叶中钙离子含量,降低了采收时干烧心发生率,并且随着相对湿度水平降低,干烧心的初次发生时间得到显著推迟;（2）RH50处理未对试验光强下生菜的净光合速率产生影响,但却显著增加了生菜气孔导度、蒸腾速率和胞间CO₂浓度,促进了茎叶的钙离子运输;（3）RH50处理未显著降低生菜的总叶面积及茎叶鲜重,但却明显改善了生菜营养品质,使淀粉、抗坏血酸和可溶性蛋白的含量得到显著提高。【结论】 植物工厂高湿环境是生菜干烧心频发的原因之一,通过合理降低湿度水平能够在不显著影响生菜光合能力及产量的情况下,有效减缓生菜干烧心的发生,提高生菜的外观和营养品质,增加其商品价值,保障植物工厂优质高效生产。     

封闭型植物工厂发展现状与展望

经过多年探索和发展,封闭型植物工厂无论在材料、装置和技术都取得了快速进步,生产产量成数倍增长。在介绍发展封闭型植物工厂必要性的基础上,着重分析了封闭型植物工厂的发展现状、设施分类、栽培形式选择、栽培技术选择,最后指出了存在的问题,并对未来的封闭型植物工厂外部设施及其栽培技术进行了展望。     

植物工厂不同静电场强度生菜的产量、品质及烧心程度

【目的】探明植物工厂电场强度对蔬菜生长动态、产量品质及烧心程度的影响,为解决生菜类蔬菜在植物工厂栽培中因烧心引起的品质及产量下降问题提供技术支撑。【方法】以意大利生菜为试验材料,采用无土栽培方法,研究不同电场强度(0kV/cm、0～0.2kV/cm、0.2～2kV/cm、2kV/cm)处理下植物工厂内生菜产量、品质的变化及生菜烧心的发生情况。【结果】0.2～2kV/cm电场强度处理对意大利生菜产量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量的促进效果最佳,较其他处理显著降低硝酸盐含量;静电场处理能够降低植物工厂内意大利生菜烧心的程度,尤其当电场强度高于2kV/cm时,还未出现严重烧心植株,生菜烧心的情况明显好转。【结论】在植物工厂栽培生菜,通过0.2～2kV/cm电场强度处理,可提高生菜产量、品质,并有效避免烧心现象发生。     

家庭植物工厂环境因子调控系统设计

针对家庭植物工厂生产对环境条件的要求,开发了以空调与风机为执行设备的环境因子调控系统,设计了多因素模糊控制策略,实现了环境温度、CO_2浓度的综合调控。试验结果表明:系统运行状态下,环境温度控制偏差小于0.3℃,温度上升响应速度大于1.24℃/h;CO_2浓度调控偏差小于24 ppm,湿度上升响应速度大于52.4 ppm/h。所设计环境因子调控系统整体性能稳定可靠,能够满足家庭植物工厂生长所需环境要求。     

植物提取物的生物学功能及其在肉鸡生产中的应用进展

植物提取物是通过物理化学等方式从植物中提取的一类单一或混合的化合物,具有促生长、抗氧 化、抗菌、抗病毒和增强免疫等生物学功能。植物提取物作为饲料添加剂,可提高肉鸡的生长性能,改善肉品质, 提高机体抗氧化能力和免疫力,维持肠道健康等。植物提取物的提取工艺、提取物中的活性成分和试验条件等 因素影响植物提取物的作用效果。总结了植物提取物的生物学功能、影响因素及其在肉鸡生产中的应用,为植 物提取物更广泛应用在肉鸡生产上提供依据。     

植物生长调节剂在杧果生产中的应用

植物生长调节剂在杧果生产中具有调节花期,提高开花质量和座果率,改善果实外观,提高果实品质,延长果实储藏期及防治病虫害的作用,在杧果生产中的应用也逐年增多,但在使用中存在药剂残留,使用技术难以精准把握及过分依赖植物生长调节剂的问题。建议在杧果生产中制订出科学合理的技术规范,加强对杧果生理生化机理的研究,筛选出适用于杧果的植物生长调节剂新产品,同时加强农民种植技术培训,使植物生长调节剂在杧果生产上安全使用,更好服务于杧果生产。     

植物工厂自动移栽收获机控制系统的开发与应用

针对植物工厂叶菜车间自动化生产运行的需要,开发了自动移栽收获机控制系统。该系统基于S7-200主从网络控制,利用编码器检测自动移栽收获机动轨、移栽车的位置坐标,利用PLC+变频器控制动轨、移栽车的运行速度和启停定位,利用触摸屏作为上位机进行过程可视化控制。该系统可控制质量大、惯量大的设备有效动作并实现坐标平面内任意一点位置的准确定位。该系统的成功应用实现了植物工厂叶菜车间生产运营的智能化、自动化,对植物工厂在国内继续推广具有重要意义。     

基于Linux的家用微型植物工厂

试验研究的家用微型植物工厂,具有全自动发面和生豆芽的功能,还可在室内完成种菜的全过程。植物工厂内部利用温、湿度传感器,CO2浓度探测器以及LED灯来精确控制内部的小气候环境,不受外界环境影响,确保各功能的完好实现。植物工厂提供了可以人工控制的用户接口,应用基于web的B/S(Browser/Server)和浏览器/服务器模式,引入了嵌入式SQLITE数据库,可针对不同的植物生长进行人工调控、适时的自动控制和管理。试验结果表明:家用微型植物工厂能正确显示、精确控制工厂内的环境,系统运行可靠稳定,达到了预期的设计目的,可应用于家庭生活或餐馆的小菜种植。     

LED植物工厂光质生物学研究与应用现状

植物工厂是设施园艺发展的必然趋势和高级阶段,其本质优势在于包括人工光照明在内所有生产要素可实现智能控制。LED光源是植物工厂应用的优选光源,可提供植物生理有效辐射范围内所有波长的光质,丰富了光生物学内涵,LED光源研发与应用催生了光生物学的分支即光质生物学学科。LED植物工厂是植物光质生物学研究与应用的理想场所和设施类型,植物光质生物学研究及LED光环境调控具有提高植物工厂植物产品产量与品质的重大应用价值,LED植物工厂产业的可持续发展有待于植物光质生物学的深入揭示。总结了LED植物工厂光质生物学的定义、内涵,并着重阐明了红蓝光替代全光谱的充要性、红蓝光质比优化、红蓝光连续光照、UV-LED光质生物学和昼夜节律等重点方向国内外研究与应用新动态,指出了未来LED植物工厂植物光质生物学研发与应用重点。     

中国植物工厂产业发展现状及展望

近几年来,随着国民经济快速发展,中国植物工厂新兴高技术产业得到快速推进。在对比分析国内外植物工厂发展现状的基础上指出,植物工厂在中国的发展已取得一定的成就,政府越来越重视植物工厂的建设和发展,应用范围越来越广,投资规模越来越大,科技含量越来越高,培训人数越来越多,但未来中国植物工厂的发展仍有一些问题需要关注,如技术专利化、专利标准化、标准国际化等。     

动植物检疫实验室的质量控制研究

介绍了动植物检疫实验室质量控制,提出动植物检疫实验室质量控制主要由3部分组成,即实验室环境控制、实验室内部质量控制和实验室的外部质量控制,并对影响质量控制的因素进行研究。     

植物工厂栽培技术的发展及其展望

随着植物工厂的不断发展,各种无土栽培新技术在植物工厂中不断得到应用,对植物工厂创造出比传统农业高出数十倍甚至上百倍的产量和效益起着有力的技术支撑作用。介绍了当前植物工厂中应用的栽培技术,如基质栽培、营养液栽培、潮溪栽培和雾培等,分析了其技术特点和发展现状,指出了植物工厂栽培技术存在的问题和解决方法,并对未来植物工厂栽培技术的发展进行了展望。     

饲草植物工厂栽培技术与发展展望

中国人口众多,随着人们收入水平的不断提高和消费观念的不断转变,人畜争粮问题、肉食品生产与需求问题、肉价不断增长等问题日益突出。在介绍和分析饲草植物工厂产生背景的前提下,引入饲草植物工厂的概念和意义,介绍了饲草植物工厂栽培技术以及饲草栽培品种的选择,指出牛羊肉消费需求增长催生饲草植物工厂栽培发展,利用植物工厂技术种植饲草发展草食性牲畜产业是解决上述问题的最佳选择。     

张家口市污水处理厂植物景观设计

以张家口市污水处理厂植物景观设计为例,通过对工厂环境设计理念的分析,介绍了在厂区不同区域采用适宜的植物品种及各具特色的植物配植方式,通过植物造景来营造一个清新、优美、舒适的现代花园式厂区环境.     

密闭式植物种苗工厂的设计及其光环境研究

密闭式植物苗工厂具有节能、环保、控制精度高、生产成本低等特点,发展前景广阔。利用不透光的绝热材料建设人工光型密闭式植物工厂,设计开发了高精度的环境控制系统,为植物生长提供优化的物理环境。研制了种苗繁育LED光环境调控装置、光照距离可调式荧光灯板,有效地改善植物生长所需的光环境,提高植物的光能利用率。通过对环境控制系统的试验研究以及相关的生物学试验,为密闭式植物工厂以及人工光源在育苗领域的应用研究提供了理论和试验依据。LED、荧光灯与自然光条件下黄瓜育苗对比试验表明LED光环境下植株生长速率高于其他处理,表现出一定的生长优越性。     

植物工厂LED光质调控对生菜幼苗生长的影响

为探讨植物工厂中不同光质对生菜幼苗生长的影响,本研究选用5种不同红蓝光配比的LED光质开展了试验。结果表明：红光∶蓝光=3∶2的光质配比下生菜叶片数、株高、茎粗、主根长、叶面积、植株干重、地上部干重和地下部干重均最大,有利于生菜的营养生长;红光∶蓝光=1∶1与红光∶蓝光=3∶2的光质配比下植株鲜重和壮苗指数均较大,且差异不显著;红光∶蓝光=3∶2的光质配比有利于生菜叶片叶绿素和氮含量的增加,能促进光合作用,提高光能利用率。综合各指标表明,红光∶蓝光=3∶2是适于植物工厂生菜育苗的光质配比。