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【IAIC專場】智慧化植物工廠的研究進展

作者:中農富通 來源:中農富通 更新時間:2018-10-23

導 讀

10月13日,為期兩天的“第三屆國際農業創新研討會(IAIC2018)”在北京圓滿落幕。來自中國、美國、芬蘭、挪威、英國、波蘭、印度、印度尼西亞、荷蘭、新加坡、泰國等20多個國家的杰出學者和專家代表100余人參與了此次由國際農業永續學會(IAAS)、亞太農業研究機構協會(APAARI)、北京中農富通園藝有限公司聯合主辦的以“全球農業創新與發展(Grobal Agricultural Innovation and Development)”為主題的研討會。


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此次研討會大咖云集,內容豐富,精彩紛呈,會議上,不同國家的專家就全球農業創新主題發表了專題演講,會場反響熱烈。來自北京中農富通園藝有限公司的任如冰在農業智能科技研究與應用專題研討會上就智慧化植物工廠的研究進行了觀點分享,發言內容經小編整理,分享給您,希望對您有所幫助。

 

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植物工廠概況

1、植物工廠的定義

通過設施內高精度環境控制,實現作物周年連續生產的高效農業系統,是由計算機對作物生長過程中溫度、濕度、光照、CO2濃度以及營養液等環境要素進行自動控制,不受或很少受自然條件制約的省力型生產方式

2、植物工廠的主要類型

植物工廠按照光能利用方式分為人工光型植物工廠、太陽光型植物工廠、太陽光與人工光并用型植物工廠。

 人工光型植物工廠

特點:①建筑結構全封閉式;②人工光源;③無污染生產;④多采用營養液水耕栽培方式;⑤環境參數可進行精密控制,實現周年均衡生產;⑥技術裝備和設施建設費用高,能源消耗大,運行成本高。

太陽光型植物工廠

特點:①建筑結構半封閉式;②自然光;③配備多種環境因子的監測和調控設備;④營養液水耕栽培和基質栽培為主;⑤生產環境易受季節和氣候變化的影響。

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太陽光與人工光并用型植物工廠

特點:①溫室結構、栽培方式與太陽光型植物工廠相似;②白天利用太陽光,夜晚或白天連續陰雨寡照時,采用人工光源補充;③用電較少,受氣候影響較小。


3、植物工廠發展歷史


試驗階段(20世紀40年代至60年代末):規模??;主要局限在實驗室。

示范應用階段(20世紀70年代至80年代中期):應用范圍廣;廣泛應用營養液配方技術,自動化控制系統逐漸完善;技術開發力度大,示范效果明顯。

快速發展階段(20世紀80年代中期至今):技術發展快;規模擴大,多行業融合;高科技成果得到充分應用。


植物工廠的優勢

作物生產計劃性強,可達到周年生產

不施農藥,產品安全無污染

多層立體栽培,資源(土地、水肥、空間等)利用率高

作物生長周期短,單位面積產量高,生產效率可達到露地栽培的40—108倍

機械化、自動化程度高,勞動強度低

不受或很少受地理、自然環境的影響,甚至可在極端氣候區、外層空間等地區進行農業生產

 

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植物工廠發展現狀

1、國家分布與發展模式

發展現狀

目前,植物工廠主要分布在東亞和歐美國家,以日本、荷蘭、中國最具代表性。

日本在人工光型植物工廠方面研發與產業化較快,居領先水平。目前,日本大約有250余座人工光型植物工廠在運營。荷蘭在太陽光及其與人工光并用型植物工廠技術領域是真正的世界領先,最高產量高達90kg/m2。中國是植物工廠研發與產業化最活躍的國家,通過引進消化、自主研發、應用推廣三個階段,各類型植物工廠正在快速、均衡發展。


發展模式

世界各國植物工廠發展模式正由企業主導型、科研院所主導型、政府主導型逐漸向政府、企業、科研院所和用戶企業協同建立、運營植物工廠的多種創新模式轉變。

 

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2、技術發展現狀

栽培形式與栽培技術

目前,平面多層立體栽培、多面體立體栽培、幕墻式立體栽培、圓柱形立體栽培等栽培形式與之配套的營養液水培、基質培、潮溪培、霧培等栽培技術,因為其作物生產效率高、水肥,空間,土地等利用率高等優勢在各國植物工廠被廣泛應用。

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人工光照明技術

LED光源因為其?節能、環保、壽命長;?光強、光質和光周期可控性強;?冷光源,可貼近植物照射,空間利用率高;?可按植物生長發育需求調制光譜等優勢被廣泛應用。

目前,已有面板燈、條燈、燈管、燈帶等植物工廠用燈被開發應用。同時,太陽光型植物工廠多款LED補光燈也被開發出來,包括行間冠層補光燈、花期燈、條燈等。

智能環境控制技術

環境控制的目標就是節能高效,優質高產??刂埔蜃影囟?、濕度、光照、CO2濃度、氣流、營養液供給等多種生產要素。智能環境控制難度較大,其控制策略具有時間和空間要求,也需要和其他環境要素統籌控制,是今后研究開發的重點。

植物生產自動化管控技術

主要包括植物機械化自動化移栽、定植、收獲等生產管理技術。植物生產自動化管控技術裝備是植物工廠流水線作業的主體裝備,有利于提高生產效率和管控水平。

3、產業發展現狀

近年來,我國植物工廠產業蓬勃發展。但是,植物工廠規模偏??;生產植物單一(葉菜為主);環控技術裝備水平參差不齊;而且示范展示性和研究性植物工廠居多,商業化運行的植物工廠較少,亟待大力推進。

存在問題與發展對策

1、存在問題

投入成本高(人工光源;營養液設備;智能調控、監控系統等投入)

運行成本較高,能耗較大(電能消耗巨大)

栽培作物種類較少(葉菜為主)

植物工廠智能化程度低(高成本、低產出)

自動化程度低,育苗、移栽定植、收獲等人工成本高

商業化模式日漸成熟,但盈利點需要探索

2、發展對策

研發節能高效植物工廠生產技術裝備,實現周年優質高產

研發高附加值植物工廠化生產技術參數,推高盈利起點(藥用植物、保健植物、珍稀特蔬菜等)

構建多種植物工廠類型及產品,拓展盈利模式(家庭型、商用型、社區型等)

加強植物工廠自動化、智能化技術的研究,提升集約化、精細化的管理水平 

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四、發展前景與展望

1、國家和企業加大了植物工廠的研究與開發投入力度,業界信心倍增

①國家:植物工廠資源高效利用關鍵技術被列為農業部“十三五”農業科技發展規劃中;植物工廠項目被列入中科院“十三五”重點培育方向;植物工廠項目也列入了福建省重點支持項目。

②企業:不僅是科研界,電子、醫療、能源、材料、房地產等產業界和企業也大量投資研究開發植物工廠技術。

 

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2、植物工廠研發類型多樣,應用范圍廣闊,符合多元的市場需求。

3、植物工廠能夠提供無污染、高品質的植物產品,對保障城鄉居民飲食安全具有重大意義,深受消費者青睞。

4、植物工廠發展的基礎技術儲備已經成熟,產業雛形已經形成,將很快進入商業化快速發展期。

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