我国智能植物工厂生产技术与产品的国际竞争力全面提升

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　植物工厂作为一种在人工可控环境下进行作物周年连续生产的高效农业方式，对缓解人口、资源、环境压力，大幅度提高资源利用效率，提升我国农业现代化水平具有十分重要的意义。针对植物工厂生产对高技术的迫切需求，立足于自主创新与集成创新，形成具有我国自主知识产权的智能植物工厂高技术产业体系，提升我国在国际上农业高技术领域的科技竞争力。科技部于2013年1月适时启动了国家“十二五”863计划“智能化植物工厂生产技术研究”主题项目，由中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所牵头，国内16家优势科研单位与企业联合组成的攻关团队负责实施。2014年9月26日，项目组在北京召开了推进会，863计划主题专家对项目执行情况进行了点评与推进指导。

　　通过近两年的联合攻关，项目已经在植物工厂LED节能光源及其光环境智能控制技术、立体多层栽培系统及其配套装备研制、基于光温耦合的节能环境控制系统及装备研发、营养液在线监控与蔬菜品质调控装备研制以及基于网络管理的植物工厂智能化管控装备研发等关键技术领域取得重要突破。研发出基于植物工厂叶菜、果菜光环境优化指标的LED光源控制软件3套，研制出植物工厂专用LED光源装置4套，与荧光灯相比，提高光能利用率30%；研制出植物工厂叶菜、果菜多层立体栽培系统装备2套、关键作业装备2台；研发出光温耦合节能环控实验平台及智能能耗测算系统2套；构建了植物工厂营养液在线监测系统实验平台，研发出3种紫外-臭氧营养液消毒样机，最大处理量5-6m3/h；研制出植物工厂空气温湿度、光环境、二氧化碳、液温、叶温传感器样机，以及基于无线数据传输的采集器样机各1套；并构建了人工光植物工厂、自然光植物工厂技术集成与示范基地各1处。截止2014年9月，项目已获省部级科技成果奖励2项，申报国家发明专利29件，软件著作权9件，发表论文65篇，其中SCI/EI收录21篇。

　　通过863计划“智能化植物工厂生产技术研究”项目的实施，已初步形成了我国植物工厂高技术研究的研发平台，获得了一批具有完全自主知识产权的技术成果，培育了一批勇于争先的人才队伍，为我国加快我国智能植物工厂生产技术的发展、提升植物工厂高技术产品的国际竞争力，提供了强有力的科技保障。
植物工厂 相关知识
植物工厂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，是利用计算机对植物生育的温度、湿度、光照、CO2浓度以及营养液等环境条件进行自动控制，使设施内植物生育不受或很少受自然条件制约的省力型生产。2009年9月7日，国内第一例以智能控制为核心的植物工厂研发成功，并在长春农博园投入运行，该植物工厂的研制成功，标志着中国在设施农业高技术领域已取得重大突破，成为世界上少数几个掌握植物工厂核心技术的国家之一，将对中国现代农业的发展产生深远的影响。
目录
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1 工厂概述
2 研发历史
3 分类特征
4 主要特征
4.1 环境要求
4.2 收获快速
5 营养生长
6 LED灯照明
7 成本较高
8 研究意义
9 中国制造
10 工厂介绍
11 工厂特色
1 工厂概述
植物工厂_互动百科
植物工厂_互动百科
植物工厂是现代设施农业发展的高级阶段，是一种高投入、高技术、精装备的生产体系，集生物技术、工程技术和系统管理于一体，使农业生产从自然生态束缚中脱离出来，按计划周年性进行植物产品生产的工厂化农业系统，是农业产业化进程中吸收应用高新技术成果最具活力和潜力的领域之一，代表着未来农业的发展方向。植物工厂的共同特征是：有固定的设施；利用计算机和多种传感装置实行自动化、半自动化空盒子；采用营养液栽培技术；产品的数量和质量大幅度提高。
2 研发历史
1957年世界上第一家植物工厂诞生在丹麦，1974年日本等国也逐步发展起来。美国犹他州立大学试验用植物工厂种植小麦，全生育期不到2月，一年可收获4－5次。20世纪60年代初次进行植物工厂的试，并开始推。1964年奥地利开始试验一种塔式植物工厂（高30米、面积5000平方米）。该国鲁斯纳公司的塔式植物工厂已在北欧、俄罗斯、中东国家采用。奥地利的一家番茄工厂，工作人员仅30人，平均日产番茄 13.7吨，生产 1公斤番茄耗电 9－10kw.h，成本只有露地的60％。1971年丹麦也建成了绿叶菜工厂，快速生产独行菜、鸭儿芹、莴苣等。1974年日本建成一座电子计算机调控的花卉蔬菜工厂，该厂由1栋2层的楼房（830平方米）和两栋栽培温室（每栋800平方米）构成，在一年内生产两茬金香、两茬垄民花、一茬番茄，做到周年生产。至1998年，日本已有用于研究展示、生产的植物工厂近四十个，其中生产用植物工厂17个。2004年，中国农业大学开发了利用嵌入式网络式环境控制的人工光型密闭式植物工厂。
3 分类特征
关于植物工厂的分类，因所持的角度不同，其划分方式也各异。
1、从建设规模上来分可分为大型（1000m以上）、中型（300~1000m）和小型（300m以下）三种；
2、从生产功能上来分可分为植物种苗工厂和商品菜（果、花）植物工厂；
3、从其研究对象的层次上又可分为以研究植物体为主的植物工厂、以研究植物组织为主的组培植物工厂、以研究植物细胞为主的细胞培养植物工厂。
4、但目前比较习惯的分类方法是按照植物生长中最重要的条件之一——光能的利用方式不同来划分，共有三种类型，即太阳光利用型、人工光利用型、太阳光和人工光并用型。其中人工光利用型被视为狭义的植物工厂，称为密闭式植物工厂，它是植物工厂发展的高级阶段。
4 主要特征
4.1 环境要求
走进植物工厂，室内布满栽培架，上面种满生菜、小白菜等蔬菜植物。墙上的显示屏正报告着温度、湿度等数据。植物工厂是给植物提供合适生长环境的系统设备，分为植物苗工厂和蔬菜工厂两部分。植物工厂是国际上公认的设施农业最高级发展阶段，是一种技术高度密集、不受或很少受自然条件制约的全新生产方式。目前，仅有日本、美国等少数发达国家掌握这项技术。植物工厂以节能植物生长灯和LED为人工光源，采用制冷—加热双向调温控湿、光照—二氧化碳耦联光合与气肥调控、营养液在线检测与控制等13个相互关联的控制子系统，可实时对植物工厂的温度、湿度、光照、气流、二氧化碳浓度以及营养液等环境要素进行自动监控，实现智能化管理。
4.2 收获快速
通过对工厂内环境的高精度控制，植物的生长在这里几乎不受自然条件的制约，生长周期加快。现在工厂内种植的生菜、小白菜等，20天左右就能收获，而在普通的大田里，则需要一个月到40天的时间。除了收获快，空间利用率高也是植物工厂的重要特点。在工厂内看到的都是三层的栽培架，从面积上就相当于同样大小露天耕地的三倍，加上其种植密度大，因此，植物工厂的产量可以达到常规栽培的几十甚至上百倍。菜种植之外，植物工厂在育苗上也有应用。在黄瓜和番茄的育苗方面都做了实验。相比蔬菜生产，育苗的周期更短，一般为一周左右。虽然常规栽培的周期也不是很长，但在育苗的整齐和健壮度上不如工厂的产品。毕竟大田的不可控因素太多，今天光照也许很好，但明天可能阴天，后天有可能降温，而这些在工厂里都可以得到控制。
5 营养生长
不靠太阳不用土，这是营养液在循环，用来固定植株的塑料泡沫板掀起，原来植物的根系根本不是生长在土壤里，而是完全浸泡在营养液中，土壤的作用是提供营养元素和水分，而营养液除了提供水分，也提供了植物生长所需的各种元素，包括氮磷钾等大量元素及锌铁锰等微量元素，因此没有必要使用土壤栽培。无土栽培的技术现在已经非常成熟，而且水栽比土栽的生长周期要快很多，也是使用水栽的重要原因。
墙上显示器上有营养液监控的数据，那是对营养液温度控制的参数。在寒冷的天气中，系统会对营养液进行加热，如果温度很低，会对植物的根系造成伤害。植物工厂的小屋没有窗户，外界的光线几乎无法进入，万物生长靠太阳这句俗语人人皆知，但工厂内的植物却不见天日，难道它们生长不靠阳光？
6 LED灯照明
“完全不用阳光”，在每个栽培架上，都装有一块灯板。不同的是左侧是LED(发光二极管)灯，右侧是荧光灯。两种灯光都能满足植物生长的需要，只是LED比荧光灯更加节能。
LED灯板以红灯为主，中间按一定距离均匀分布着蓝灯，比例大概为8∶1到9∶1，太阳光对于植物而言是全波段的，红光、蓝光、紫外线、红外线等都包括，但实验显示，植物吸收的光线波段主要是红光和蓝光，比例超过60%。因此将红光和蓝光按照一定配比制成光源，就能满足植物生长需求。红外和远红外等成分主要以热量的形式出现，而且耗能严重。去掉那些部分，不会影响植物品质。他们做过实验，这种环境下成长起来的植物，维生素和糖的含量几乎没有变化。由于植物工厂内环境可控性强，栽培环境的二氧化碳浓度可以得到大幅增加，使植物的光合效率提高，植物生物量的形成和营养物质的积累，都是常规栽培的几倍。
7 成本较高
尽管植物工厂在产量和效率方面优点突出，但存在的问题也同样明显，那就是高昂的成本，在一定程度上影响了它的推广。一个一般规模的植物工厂，建成需要十几万元的投入，后期的运行和维护也是一笔花销，因此如何降低成本是下一步所要面对的问题。
在降低建设成本方面，他们将主要致力于新材料的研发，制作出成本低、隔热保温性能好、便于安装的新材料。而在运营方面，除了尽可能减少动力方面的消耗外，新能源的利用也是重要的手段。如果能使用太阳能、风能等清洁能源，虽然会增加前期投入，但运营费用也会大大降低。那么植物工厂这种生产方式，植物工厂将来肯定会走向普及，但由于其需要一定的投入，因此全部使用它来供应粮食蔬菜并不现实，但在一些特殊环境下，比如极地或太空中，它作为主要供应方式还是有可能的。
8 研究意义
植物工厂技术的突破将会解决人类发展面临的诸多瓶颈，甚至可以实现在荒漠、戈壁、海岛、水面等非可耕地，以及在城市的摩天大楼里进行正常生产。利用取之不尽的太阳能和其它各种清洁能源，加上一定的种子、水源和矿质营养，就可源源不断地为人类生产所需要的农产品。因此被认为是21世纪解决粮食安全、人口、资源、环境问题的重要途径，也是未来航天工程、月球和其他星球探索过程中实现食物自给的重要手段。
9 中国制造
北京市农业机械研究所及其孵化企业京鹏环球科技股份有限公司，在市科委的大力支持下，通过三年的研发攻关共同设计建成了国内规模最大、具有国际先进水平的植物工厂。2010年8月22日，北京市科委“十一五”重大科技攻关示范项目—市农业机械研究所京鹏植物工厂，在通州落成正式投入运营。
具有科研、生产、示范、孵化等功能的京鹏植物工厂，主体采用单层结构，配有人工光利用型、太阳光利用型、太阳光和人工光并用型三种不同模式的工厂化生产车间，以生产种苗为主，同时兼顾水培生菜及茄果类高档蔬菜生产，每年可产出组培苗12万株，机播良种苗1500万株，共计1512万株，预计产值可达1500万元以上。种苗除满足园区温室示范需求外，全年可为园区外2.5万亩设施蔬菜提供种苗，可以辐射通州及周边地区的种苗需求。
10 工厂介绍
占地1289平方米的植物工厂，外形像一艘由钢架和玻璃构成的航空母舰。根据国际分类，超过1000平方米的就可以算作大型植物工厂，我们的植物工厂可谓名副其实的“航母”。
进入植物工厂左手第一间即总控制室，电脑内储存着每种植物生长所需条件的相关数据，工作人员只需事先设定好温度、湿度、光照、二氧化碳浓度以及营养液等信息，自动培养箱就可以给种子提供它最适宜的发芽条件。
工厂内的植物不是种在泥土中，而是利用水耕法，靠营养液生长。植物的形状和味道，可以通过控制营养液的种类和数量等方式，加以控制和改变。
11 工厂特色
在这里，植物不完全需要靠阳光生长，加上新科技确保植物不会在人造灯的照射下，表面温度过高，所以植物工厂内的蔬菜，不必像在农田里那样，一字排开地种植，而是可以种在多层架子上，节省了许多空间，提升了产量。
由于是在干净无尘的环境中生长，加上没有使用杀虫剂，植物工厂种植出来的蔬菜营养健全，口感不比露天蔬菜差,不需要清洗就能直接品尝。
除了生菜，这儿还有西红柿、油菜等品种，以及一些高档花卉种苗的组培。植物工厂的生产面积利用率可达到常规温室的3至5倍。同时，由于拥有最为适宜的生长条件，植物工厂生长的植物比土壤栽培的植物生长周期要短很多，植物工厂栽培的生菜从种植到采收仅需30天左右，比常规栽培周期缩短30%以上。
能源供给来源于浅层地源热泵、太阳能光伏发电等新能源新技术。由于采用计算机智能控制系统，从生产种植到包装出品，偌大一座植物工厂，仅需几名科研人员就能够管理。

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