智能化植物工廠的發(fā)展現(xiàn)狀與展望.pdf

智能化植物工廠的發(fā)展現(xiàn)狀與展望 任如冰 1 聶茹霞 1 陳小文 1 劉魯江 1 張?zhí)熘?2 1北京中農(nóng)富通園藝有限公司 北京海淀 100083 2中國農(nóng)業(yè)大學水利與土木工程學院 摘 要 近些年 隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的不斷探索 智能化植物工廠產(chǎn)業(yè)取得快速發(fā)展 在材料 裝置和技術方面都取得了快速進步 在介紹植物工廠的發(fā)展歷史 主要類型 特點及優(yōu)勢的基礎上 著重分析了植物工廠的國家分布 技術與產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 并指出存 在問題及發(fā)展對策 最后對未來植物工廠的發(fā)展前景進行了展望 關鍵詞 植物工廠 主要類型 發(fā)展現(xiàn)狀 展望 筑結構為半封閉式 光源為自然光與人工光源 用電較 少 受氣候影響較小 作物生產(chǎn)較穩(wěn)定 實用性強 有利 于推廣應用等特點 1 3 植物工廠發(fā)展歷史 植物工廠的發(fā)展大概分為3個階段 第1個階段 為20世紀40年代至60年代末的試驗階段 以丹麥約 克里斯頓植物工廠 1957年 1000m 2 奧地利盧斯那 植物工廠 1963年 216m 2 等為代表 具有規(guī)模小 采 用人工氣候室進行控制 運行成本較高等特點 第2個 階段為20世紀70年代至80年代中期的示范應用階 段 以美國波里達卡植物工廠 1980年 3000m 2 日本 日立公司中央研究所植物工廠 1985年 660m 2 等為 代表 具有應用范圍廣 技術開發(fā)力度大 示范效果明 顯等特點 第3個階段為20世紀80年代中期至今的 快速發(fā)展階段 以瑞典愛伯森植物工廠 20世紀80年 代中期 6100m 2 日本神內(nèi) 21植物工廠 2001年 3000m 2 等為代表 具有技術發(fā)展快 規(guī)模擴大 多行業(yè) 融合 高科技成果得到充分應用等特點 1 4 植物工廠的優(yōu)勢 近年來 隨著世界環(huán)境 資源等問題日漸突出 植 物工廠的發(fā)展優(yōu)勢逐漸顯現(xiàn) 表現(xiàn)為 作物生產(chǎn)周期性 1 植物工廠概述 1 1 定義 是指通過計算機對設施內(nèi)作物生產(chǎn)過程中的溫 度 濕度 光照 水肥等生產(chǎn)要素進行自動控制 使植物 不受或很少受自然條件的影響 而實現(xiàn)作物周年生產(chǎn) 的高效生產(chǎn)方式 1 1 2 主要類型及特點 按照光源來源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 1 2 1人工光型植物工廠 是指完全使用人工光源進行 植物生產(chǎn)的設施 具有建筑結構為全封閉式 只利用人 工光源 光源特性好 采用營養(yǎng)液水耕栽培方式 實現(xiàn) 無污染生產(chǎn) 對環(huán)境參數(shù)可進行精密控制 設施 裝備 成本高 能源消耗大等特點 1 2 2 太陽光型植物工廠 是指利用太陽光 不補光 進 行植物生產(chǎn)的溫室設施 具有建筑結構為半封閉式 光 源為自然光 配備多種環(huán)境因子的監(jiān)測和調(diào)控設備 采 用營養(yǎng)液水耕栽培與基質栽培 主要生產(chǎn)葉菜類和茄 果類蔬菜等特點 1 2 3太陽光與人工光并用型植物工廠 是指利用太陽 光與人工光并用型進行植物生產(chǎn)的溫室設施 2 具有建 林管理已成為必然工作 林業(yè)部門應對采伐區(qū)的管理 工作落實監(jiān)管 定期檢查采伐區(qū) 杜絕過度采伐 嚴懲 違反采伐制度的行為 其次 必須檢查樹木的質量 嚴 格控制采伐程序 并建立樹木保護系統(tǒng) 除了合理調(diào)節(jié) 采伐量外 還應合理培育苗木 使林區(qū)的樹苗保持恒定 的生態(tài)平衡 4 結語 在社會經(jīng)濟發(fā)展中過程中 由于經(jīng)濟發(fā)展需求 對 林業(yè)資源進行不合理開發(fā)和利用 造成資源的過度浪 費 進而給生態(tài)文明建設造成一系列問題 對林業(yè)生態(tài) 資源的可持續(xù)發(fā)展造成一定阻礙 不利于我國社會經(jīng) 濟的發(fā)展 因此 各地區(qū)林業(yè)管理部門應樹立正確管理 理念 加大管理力度 實現(xiàn)林業(yè)資源的合理開發(fā) 提高 利用率 通過建立健全的規(guī)章制度 對環(huán)境效益和經(jīng)濟 2020年第7期 現(xiàn)代園藝 產(chǎn)業(yè)謀劃 效益進行有效協(xié)調(diào) 對林業(yè)結構進行優(yōu)化 提高林業(yè)管 理水平 完善管理體系促進林業(yè)生態(tài)資源的可持續(xù)發(fā) 展 收稿 2019 11 11 參考文獻 1 林壽珣 林業(yè)生態(tài)保護的可持續(xù)發(fā)展及實現(xiàn)策略闡釋 J 綠色科技 2018 3 2 孫麗函 以生態(tài)文明為基礎的林業(yè)管理與可持續(xù)發(fā)展探析 J 山西 農(nóng)經(jīng) 2017 2 77 3 陳學福 生態(tài)文明下林業(yè)發(fā)展的可持續(xù)性探究 J 現(xiàn)代園藝 2018 368 20 176 4 彭陳鳳 生態(tài)文明視角下的林業(yè)管理及可持續(xù)發(fā)展 J 農(nóng)民致富之 友 2018 23 183 5 杜小勇 生態(tài)文明視角下的林業(yè)管理及可持續(xù)發(fā)展分析 J 農(nóng)業(yè) 與技術 2018 38 12 171 172 作者簡介 于洋 1986 滿族 河北圍場人 本科 工程師 研究方 向 森林經(jīng)營與資源管護 輪輷訛 DOI 10 14051 ki xdyy 2020 07 036 強 可達到周年生產(chǎn) 不施農(nóng)藥 產(chǎn)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(chǎn)量高 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(huán)境的影響 甚至 可在極端氣候區(qū) 外層空間等地區(qū)進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等 3 4 2 植物工廠發(fā)展現(xiàn)狀 2 1 國家分布 目前 植物工廠的發(fā)展以日本 荷蘭 中國最具代 表性 其中 日本在人工光型植物工廠方面研發(fā)與產(chǎn)業(yè) 化較快 居領先水平 目前在運營的250余座人工光型 植物工廠中 僅有20 處于虧損階段 其余80 保持 持平及盈利階段 涉及植物種類有生菜 藥草 種苗等 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(chǎn)量高達90kg m 2 中國是植 物工廠研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化最活躍的國家 通過引進消化 自 主研發(fā)創(chuàng)新 應用推廣3個階段 各類型植物工廠正在 快速 均衡發(fā)展 3 2 2 技術發(fā)展現(xiàn)狀 2 2 1 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(yǎng)液水培 基質培 潮溪培 霧 培等栽培技術 因為其作物生產(chǎn)效率高 水肥 空間 土 地等利用率高等優(yōu)勢在各國植物工廠被廣泛應用 5 2 2 2 人工光照明技術 LED光源因為其節(jié)能 環(huán)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(fā)育需求調(diào)制 光譜等優(yōu)勢被廣泛應用 目前在人工光型植物工廠中 被開發(fā)應用的有面板燈 條燈 燈管 燈帶等 同時 行 間冠層補光燈 花期燈 條燈等多款LED補光燈在太 陽光型植物工廠中也被開發(fā)應用 2 2 3 智能環(huán)境控制及自動化管控技術 智能環(huán)境控制 及自動化管控技術是通過控制設施內(nèi)溫度 光照 CO 2 濃度 營養(yǎng)液供給等多種生產(chǎn)要素 而達到節(jié)能高效 優(yōu)質高產(chǎn)的目的 智能環(huán)境控制及自動化管控技術難 度較大 需要和其他環(huán)境要素統(tǒng)籌控制 是今后研究開 發(fā)的重點 2 3 產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 近年來 我國植物工廠產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展 但是 植物 工廠規(guī)模偏小 生產(chǎn)植物單一 智能環(huán)境控制技術裝備 水平參差不齊 且示范 展示性植物工廠居多 達到商 業(yè)化運行的植物工廠較少 亟待大力推進 3 存在問題與發(fā)展對策 3 1 存在問題 植物工廠是未來設施園藝發(fā)展的趨勢 發(fā)展前景 廣闊 但不可否認 當前植物工廠的發(fā)展面臨諸多問 題 投入成本高 主要包括人工光源 營養(yǎng)液設備和 智能環(huán)境調(diào)控 監(jiān)控系統(tǒng)等投入 而這些設備等成本比 較高 運行成本較高 能耗較大 其中電能消耗巨大 栽培作物種類較少 主要以葉菜為主 植物工廠智 能化程度低 高成本 低產(chǎn)出 自動化程度低 育苗 移栽 定植 收獲等人工成本高 商業(yè)化模式日漸成 熟 但贏利點需要探索 4 3 2 發(fā)展對策 針對植物工廠產(chǎn)業(yè)面臨的問題 需要從技術 運營 等多方面開展研究 針對當前存在的問題 應對措施如 下 1 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 自動化 智能化水平的提 升 有助于實現(xiàn)植物工廠集約化 精細化管理 可大幅 度縮減勞動成本 節(jié)約勞動力 2 開發(fā)集約高效的植 物工廠技術裝備 實現(xiàn)周年優(yōu)質高產(chǎn) 開發(fā)高效的栽培 設施裝備 節(jié)能的照明技術裝備 智能的環(huán)控裝備等 提升植物工廠智能化水平 有利于實現(xiàn)周年高效生產(chǎn) 3 開展藥用植物 保健植物 珍稀特蔬菜等高附加值 植物工廠化栽培技術研究 增加植物工廠栽培作物種 類 拓寬盈利渠道 提高盈利起點 4 開展家用型 商 用型等植物工廠研究 豐富植物工廠類型 實現(xiàn)多種功 能持續(xù)盈利 4 發(fā)展前景與展望 政府和企業(yè)更加重視 政府層面 植物工廠資源高 效利用關鍵技術被列為農(nóng)業(yè)部 十三五 農(nóng)業(yè)科技發(fā)展 規(guī)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 企業(yè)方面 不僅是科研界 電子 醫(yī)療 能源 材料 房地 產(chǎn)等產(chǎn)業(yè)界和企業(yè)也大量投資研究開發(fā)植物工廠技 術 植物工廠研發(fā)類型多樣 應用范圍廣闊 符合多元 的市場需求 植物工廠發(fā)展的技術儲備已經(jīng)成熟 產(chǎn)業(yè) 雛形已經(jīng)形成 將很快進入商業(yè)化快速發(fā)展期 收稿 2019 11 08 參考文獻 1 余錫壽 劉躍萍 中國植物工廠產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及展望 J 農(nóng)業(yè)展望 2014 10 12 50 55 2 賀冬仙 植物工廠的概念與國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 J 農(nóng)業(yè)工程技術 2016 36 10 13 15 3 劉文科 植物工廠的發(fā)展現(xiàn)狀與展望 J 中國照明電器 2016 12 5 9 4 邱兆美 趙龍 賈海波 植物工廠發(fā)展趨勢與存在問題分析 J 農(nóng)機 化研究 2013 35 10 230 233 5 余錫壽 劉躍萍 封閉型植物工廠發(fā)展現(xiàn)狀與展望 J 農(nóng)業(yè)展望 2015 11 07 46 49 作者簡介 任如冰 1990 男 山西聞喜人 碩士研究生 園藝作物 栽培方向 聶茹霞 1990 女 山西稷山人 碩士研究生 園藝作物 栽培方向 通信作者 張?zhí)熘?1968 男 教授 現(xiàn)主要從事農(nóng)業(yè)生物環(huán)境與能 源工程等教學與科研工作 產(chǎn)業(yè)謀劃 現(xiàn)代園藝 2020年第7期 輫輮訛