植物工厂现状与发展战略

正近年来,植物工厂在东亚、欧美,尤其在日本、中国、韩国、美国、新加坡等国家和地区发展迅速,一些国际知名企业(如飞利浦、GE、三菱等)也纷纷介入植物工厂的技术研发与产业推广,全球植物工厂呈现极为活跃的发展势头。植物工厂通常被定义为一种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的温度、     

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…     

智能植物工厂 让都市田园梦不再遥远

正项目成果:智能植物工厂能效提升与营养品质调控关键技术课题单位:中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所智能植物工厂是一种通过设施内高精度的环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统,是由计算机对植物生育过程的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制,不受或很少受自然条件制约的全新生产方式。     

无需水洗植物工厂让蔬菜“优雅上桌”

正在餐桌上十分平常的蔬菜,在培养板上规整地排列着,没有土壤、无需阳光,仅仅依靠营养液和人工光照就可茁壮生长。这些场景在中国规模最大的密闭型人工光植物工厂内上演。这座植物工厂坐落于福建省泉州市安溪县,在十万级无尘无菌净化车间内,科学家们利用LED光谱技术及自动化设备,通过计算机对温度、湿度、光照、二氧化碳浓度及营养液等因素进行智能控制,克服作物对生产季节、气候等自然条件依赖,实现连续生产,日产蔬菜1.5吨。     

植物工厂育苗微环境及水肥精灌智控系统技术研究进展

建立植物工厂育苗微气候环境及可编程水肥混合一体化精灌智能控制系统,实现“互联网+人工气候模拟”环境下设施育苗等所需的温度、相对湿度、人工光源模组、精量灌溉、精准施肥等要素在设施系统中的智能控制,结合自然光照大型连栋设施系统装备,实现植物工厂育苗环境下的真实模拟,从而满足植物正常生长所需的各项环境因子可控且不受自然气候条件制约,实现设施育苗周年不间断连续生产。以期达到系统精准可控智能化、设施生产规模化、系统技术集成产业化等多功能化融为一体的植物工厂技术创新平台。     

植物工厂系列谈(八)--植物工厂湿度与气体调控

前面,我们对植物工厂中两个重要的环境指标——温度环境和 光环境的调控技术进行了介绍。这里,我们再就植物工厂中的湿度 及气体环境调控作以简要介绍 湿度环境及其控制技术 植物工厂内空气相对湿度决定了作物叶面和周围空气之间的水     

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。     

新型低能耗植物工厂蔬菜高效栽培关键技术研究与进展

研发新型低能耗植物工厂蔬菜高效栽培技术集成系统,实现植物工厂数字化平台的互联网+人工模拟气候环境下设施栽培蔬菜所需的温度、相对湿度、气流组织、循环混合风量、二氧化碳气调、高光效LED模组补充光照、多层光导纤维自然光传导、全角度及分层平移自然光照受控追光装置系统、精量灌溉+精准施肥自动混合水肥一体化及成分分析专家决策模型,实现植物需水量及液肥营养成分的实时监测和相应预测。从而有效解决设施作物生长过程中的水、肥、气、光同补技术关键,最大限度发挥植物的生长潜能,可以达到设施作物高效栽培、周年不断连续规模化生产且系统运行低能耗的效果。     

人工光利用型植物工厂核心技术研究进展

随着对植物生长发育的深入了解和对环境控制技术的不断探索,人们逐步掌握在完全密闭的环境中培育植物的技术,即在人工光利用型植物工厂中栽培作物。主要对人工光利用型植物工厂的产生与发展、优点与不足以及发展方向进行简单介绍,并对人工光利用型植物工厂的核心技术:无土栽培技术、光照技术和环境控制技术进行整理归纳,总结出适合人工光利用型植物工厂的栽培管理方式,以期加深人们对人工光利用型植物工厂的认识和了解,为在人工光利用型植物工厂中栽培作物提供借鉴指导。     

植物工厂

“植物工厂”大都指其生产方式是“工厂化生产”,包括对作物生育环境的控制能够达到周年计划生产、实用并产品定额化,而且从播种至收获等作业工序达到一定的自动化水平。早在1957年,“植物工厂”首先在丹麦克里斯蒂森农场,就以现今的形式经营生产水芹。如图1所示,在全长90米的温室内,设置了六条链式运输带,在其上连续进行从播种至收获作业,是当今工业性设施园艺的代表实例。栽培工程分六个阶段,每阶段需用一天,全过程共需六天。使用全自动播种机播种,发芽后,为使根系发育良好,用机械进行镇压,并逐渐降低气温。冬季因得不到充分的自然光照,在第4、6阶段用高压钠光灯进行补光。在第5阶段用风扇强制通风搅拌,使作物具有独特的苦味。     

植物工厂作物栽培微环境及数字化平台技术构建

植物工厂是未来设施农业生产工业化的重要形式之一,其发展依赖于植物学研究的新技术、设施环境与植物互作、现代农业装备与物联网信息化技术应用、人工智能与数据服务等。研发新型低能耗植物工厂作物高效栽培系统与环境智能控制技术集成系统,建立基于互联网的植物工厂数字化平台加人工模拟气候环境下设施作物栽培所需的温湿度、气流组织、二氧化碳、LED人工补光模组、肥水精灌一体化结合作物需水量及营养成分分析,形成作物微环境和作物生长机理互作专家决策数字模型,有效解决设施作物生长过程中的水、肥、气、光同补技术关键和实时监控,最大限度地发挥植物的生长潜能。     

LED不同光照模式植物培养系统的研制

影响植物生长发育的光环境主要包括光质、光强、光周期3个因素,为了更加深入研究植物实际生长周期所需要的光照总量及其对光谱的响应,设计了一种基于LED不同光照模式的植物培养系统,该系统主要包括LED灯具设计及光温检测控制系统和植物水培生长装置。结果表明,该系统不仅光照分布均匀,且光环境因子和温度参数简易可控;既可对植物生长所需光环境因子和温度进行灵活设置,又能为探索植物在不同生长阶段的最优光照模式的设定方式及调控策略提供依据。     

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。     

植物工厂系列谈(六)--植物工厂主要设备与特征

机械化、自动化是植物工厂的重要特征之一,各类机械设备和配套装置在植物工厂内所占的比重较大,除了对象作物和营养液之外,绝大多数都属于机械与设备的范畴,包括营养液栽培系统、环境调控系统、计算机控制系统以及相关的配套设备等。这里主要针对育苗、定植、移栽、收获、包装、预冷贮藏等辅助设备加以介绍。育苗设备精量播种生产线在植物工厂内依据其栽培作物的品种与栽培方式不同,所采取的育苗播种手段也不同,有些是采用工厂化穴盘育苗精量播种生产线来完成作业。主要工艺过程包括:基质筛选→混拌→提升装料→穴盘装料→刷平→压穴→精量…     

基于LED光源优势的植物工厂光照策略探讨

LED是半导体固态电光源,具有节能、光效高、寿命长、响应快、环保、体积小和坚固耐用等众多传统光源无法比拟的光电优势,更兼具按需调制光谱、智能控制和冷光源等在植物工厂应用中的独特优势,被誉为人工光植物工厂的理想光源。LED光源所提供的光环境(光质和光强及其持续时长)及其时间转换智能可控的特性赋予了LED在植物工厂中应用的诱人潜力和广阔前景。因此,LED光源植物工厂具备调控智慧生产光环境的能力,通常可以在纳米波长光质、PPFD基本单位光强和分钟尺度时长等方面对光环境进行管控,也可实现内涵丰富的连续光照、间歇光照和交替光照等特殊光照模式及其集成应用。对植物工厂光照策略的制定,应针对各种植物种类及品种构建出集成了多种光照模式的光照策略,实现提高植物生产力和植物工厂生产效率的光调控目标。因此,应加强对各种光照模式植物生理效应和能耗的研究和评价,筛选出基于植物种类或品种的适宜集成机制,以获得高效节能的植物工厂光照策略。     

植物工厂补光照明方法现状与趋势

植物工厂的主要特征之一就是利用全人工光源实现光环境的智能控制。基于植物生长发育合理需求的电光源产品及其智能光控设备的研发与应用是今后植物工厂及栽培方法革新的核心内容。本文阐述了植物工厂中常见的补光照明方法的特性与优点,介绍了典型作物补光系统的设计思路,并对LED光源在植物工厂中的应用发展前景进行趋势分析。     

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。     

集装箱植物工厂技术的应用

集装箱植物工厂是一种自动化程度高、不受外界环境限制的微型植物工厂。本文介绍了集装箱植物工厂的外部结构、栽培系统、补光系统、环境控制系统、智能控制系统和远程操作系统,并通过2茬的生产测试,2种叶菜品种生长周期均比日光温室作业短,单株产量比日光温室作业高、生长速度快,生长性能更加稳定。     

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。     

国内第一本植物工厂专著——《植物工厂概论》正式出版发行

由中国农业科学院杨其长研究员和张成波研究员共同撰写的《植物工厂概论》一书,已由中国农业科学技术出版社正式出版发行。该书是我国第一部有关植物工厂内容的学术著作,作者在参阅大量国际上的有关植物工厂研究资料的基础上,进行了总结与提炼,第一次全面系统地介绍了世界植物工厂的发展历程、结构类型、主要特征、存在的问题及解决途径,对植物工厂的主要配套技术如营养液栽培、环境控制、关键设备等进行了逐章阐述,对目前正在运行的植物工厂的典型案例进行了介绍和评价,对高新技术在植物工厂的应用和当前的热点研究领域进行了系统的介绍,同…