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植物工厂 设施农业的终极 垂直农业的前奏 目录 定义与分类特征研究现状关键技术优点发展趋势 1定义与分类特征 是通过设施内高精度环境控制实现农作物周年连续生产的高效农业系统 知识与技术密集的集约型农业生产方式 依托于设施园艺 建筑工程 环境控制 材料科学 生物技术 信息学和计算机 网络通讯 人工智能 模拟与控制 等学科的基础上 定义 分类 全封闭式 屋顶及墙壁材料人工光源植物在线检测和网络技术营养液水耕栽培无污染生产周年均衡生产费用高 能耗大 成本高 应用面窄种苗生产 半封闭式 玻璃 塑料自然光多种环境因子的监测和调控设备水耕栽培和基质栽培易受季节和气候变化的影响叶菜类和茄果类蔬菜 同太阳光利用型太阳光 人工光VS人工光 用电少VS太阳光 气候影响少兼具前两种优点 共同特征 固定的设施计算机和多种传感装置实行自动化 半自动化控制营养液栽培技术产品的数量和质量大幅度提高 2研究现状 发展历史试验研究阶段 20世纪40年代 60年代末 示范应用阶段 20世纪70年代 80年代中期 快速发展阶段 20世纪80年代中期 至今 试验研究阶段 研究 20C40S 美国加州帕萨迪纳建立了第一个人工气候室 1957年 世界上第一座植物工厂在丹麦约克里斯顿农场建成 1963年 奥地利的卢斯纳公司建成一座高30m的塔式植物工厂 特点 建设规模小 一般几十m2 几百m2 范围窄 限实验室 品种单一 芹菜和沙拉莴苣为主 多人工光利用型 人工气候室 示范应用阶段 研究 1973年 英国 营养液膜法水培模式 波兰 罗马尼亚等国 10多家 英国 果树植物工厂 利用固体基质 维也纳 太阳光利用型钢价玻璃结构植物工厂 自动化程度相当高 美 日 英 奥 等20多家企业开展研究 国际著名公司 投巨资联手科研机构进行植物工厂的研究 特点 应用范围广 营养液栽培技术日臻成熟 自动化控制逐渐完善 开发力度加大 示范效果明显 快速发展阶段 研究 20C80S中期 瑞士艾伯森公司 并用型大型植物工厂 美国米德兰都农场 18000m2的植物工厂 加拿大冈本农园 人工光蔬菜工厂 寒冷地区植物工厂的典范 荷兰 计算机应用居世界前列 1985年 日本筑波世博会 三层楼高的塔式人工利用型植物工厂 1989年 成立日本植物工厂学会 特点 发展速度快 涉及到的行业广泛 规模不断扩大 国际学术活动频繁 高科技成果应用广 3关键技术 3 1立体无土栽培技术 营养液栽培技术水培技术及设施基质栽培及设施喷雾栽培及设施 营养液栽培技术 定义 一种不依赖土壤 而是将植物种植在装有一定量的营养液的栽培装置中 或是在配有营养液的砂 砾石 蛭石等非天然土壤基质材料做成的种质床上的栽培技术 又称无土栽培 配方组成 必需营养元素 水和含矿物质元素的化合物 16种必需元素 浓度要求 对大多数作物 总盐分控制在0 4 0 5 氮素选择 无机态氮 铵态氮和硝态氮 与有机态氮 pH值 5 5 6 5 水培技术及设施 主要特征 植物的根系生长在营养液中 确切的讲是一部分根系悬挂生长在培养液中 而另一部分根系则裸露在潮湿的空气中 设施基本功能种子槽能盛装营养液而不渗漏能锚定植株并使根系浸润到营养液营养液和根系处于黑暗之中根系获得足够的氧设施 种植槽 定植槽 贮液池 营养液循环系统等 两种类型 协和式神园式M式水耕装置新和等量交换式 低架型高架型 基质栽培技术及设施 定义 通过基质支持作物根系并提供一定水分和营养元素的栽培模式形式 槽培 袋培 岩棉培等供液方式 滴灌供液系统 开路系统 闭路系统对基质要求 具有一定大小的粒径 具有良好的物理特性 具有稳定的化学性状 设施 种植槽 供液与排液系统 贮液池 自动控制系统等 喷雾栽培技术及设施 定义 利用喷雾装置将营养液雾化直接喷洒射到植物的根系以提供其生长所需的水分和养分的一种营养液栽培技术 优点 解决了根系的水气矛盾 适宜于叶菜类设施 种植槽和供液系统 贮液池 水泵 管道 过滤器和喷头等 3 2环境调控技术 温度调控湿度调控气体调控 温度调控 内外热系统 室外干扰量 室外空气温度 湿度 太阳辐射强度 风速 风向等 室内干扰量 采暖系统 照明及其他设备的散热 作物及栽培床的散热 散湿等 温度调节 湿度调控 相对湿度25 80 气体调控 通风换气排除多余热量 降低室温排除多余水汽 调节湿度方式自然通风强制通风负压通风正压通风等压通风 增加CO2浓度有利于光合速率的提高提高作物的水分利用率CO2肥源酒精酿造工业的副产品碳氢化合物燃烧强酸与碳酸盐化学反应空气分离 3 3光环境调控技术 原理 根据作物的种类及生育阶段 通过一定的措施 调节光照条件 创造良好的光照环境 以提高作物的光合效率 补光调节 高纬度地区或连阴天 光周期临界期遮光调节人工光源选择依据 作物对光的响应其他环境因素的影响作物对光照度 时间和光谱成分的要求可产生最佳效果的光源最均匀光照系统的设计系统的投资及运行费用 常用人工光源 白炽灯 红外线 可见光比例小 发光效率低 辅助光源荧光灯 低压气体放电灯 光谱性能好 使用寿命长 光周期补光金属卤化物灯 新型光源 效率高 光色好 寿命长 高强度光源高 低压钠灯 产热量小 更易接近作物LED光源 绿色光源 光谱分布可调节 冷光源 小型化 寿命长LD光源 体积小 重量轻 低电压 脉冲发光 干涉性好 寿命长等优点 功率高 发光效率好 可用电流直接调节 前景看好光源布置 作物 光照度 温室高度 灯的大小 3 4计算机智能管理 优势 智能调控 对众多的信息进行快速处理 管理 环境 植物体 生产作业 销售和生产资料 系统 生产分析系统生产信息系统经营战略支撑系统 生产资料管理数据库 3 5物联网技术 定义 通过射频识别 RFID 红外感应器 全球定位系统 激光扫描器等信息传感设备 按约定的协议 把任何物体与互联网相连接 进行信息交换和通信 以实现对物体的智能化识别 定位 跟踪 监控和管理的一种网络 物物相连的互联网 TheInternetofthings 核心和基础仍是互联网 是在互联网基础上的延伸和扩展的网络 用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间 进行信息交换和通信 集成加热系统 通风系统 遮荫 保温内帘幕系统 外遮荫系统 C02施肥系统 空气循环系统 植物保护系统 高压喷雾降温系统 湿帘 风机系统 屋顶喷淋系统 补充光照系统 灌溉施肥系统 废液回收 消毒系统 电气与计算机控制系统等于一体 真正实现多功能 多场合运用 4优点 不再靠天吃饭自动化程度高多层栽培生长快高产 绿色 5发展趋势 长春 智能数字植物工厂 国内植物工厂领域重大突破 屋顶绿化到屋顶农业 加拿大卢法农场 日本Pasona地