植物工廠發(fā)展史_楊其長.pdf

4 LIFE WORLD 植物工廠發(fā)展史 撰文 供圖 楊其長 保護區(qū)植被景觀 植物工廠是一種采用人工光源與營養(yǎng)液栽 培技術 在密閉可控且?guī)缀醪皇芡饨鐨夂驐l件 影響的環(huán)境下 進行植物周年連續(xù)工廠化生產 的高效農業(yè)系統(tǒng) 其主要特征為 建筑結構 為 全 封 閉 式 密 閉 性 強 隔 熱 性 好 只 利 用 人工光源 光環(huán)境穩(wěn)定 室內光照 溫度 濕 度 C O 2 濃度以及營養(yǎng)液電導率 EC 酸堿度 pH 溶氧 DO 和液溫等均可進行精確控 制 可實現(xiàn)周年均衡生產 采用營養(yǎng)液水耕栽 培 方 式 完 全 不 用 土 壤 可 以 有 效 地 抑 制 病 原 微生物侵入 不使用農藥 設施建設與技術裝 備投入以及運行成本相對較高 國際植物工廠發(fā)展 植物工廠的發(fā)展始于20世紀50年代歐美等 一些發(fā)達國家 這期間有兩項核心技術的突破 對植物工廠的發(fā)展至關重要 一項被稱為 營 養(yǎng)液栽培技術 20世紀40年代以來以 礦質 粉色的三角梅帶著少女般的羞澀 作者在五大連池采集標本 營養(yǎng)學說 為理論基礎的營養(yǎng)液栽培技術的應 用與推廣 為植物工廠的發(fā)展提供了重要的技 術支撐 另一項就是 人工模擬環(huán)境與控制技 術 以1949年美國植物生理和園藝學家溫特 F W Went 教授在加州帕薩迪納建立的第一 座人工氣候室為標志 引發(fā)了 人工模擬生態(tài)環(huán) 境 領域的革命性突破 國際植物工廠發(fā)展大致分為三個階段 第一個階段為試驗探索階段 1950 1990 年 隨著人工模擬環(huán)境與營養(yǎng)液栽培技術的突 破 1960年美國通用電氣公司開發(fā)出第一個完 全采用人工光源的植物工廠 隨后陸續(xù)有通用食 品公司 賽納拉魯米勒斯公司以及依法德法姆 公司等多家公司開始植物工廠的研發(fā) 1963年 奧地利盧斯那公司建成了一座高30米的塔式人 工光植物工廠 利用上下傳送帶旋轉式立體栽培 方式種植生菜 光源采用高壓鈉燈 1974年日本 日立制作所中央研究所高辻正基帶領課題組開 始進行人工光植物工廠的研究 但真正在日本用 植物工廠燈具類型 左 2000年的紅光LED植物工廠 右 1995年的熒光燈植物工廠 植物工廠裝備系統(tǒng)布局示意圖 封面故事 COVER STORY 5 于生產實踐的第一個人工光植物工廠是1983年 靜岡三浦農場推出的平面式和三角板型植物工 廠 其光源采用高壓鈉燈 栽培方式采用氣霧培 與水耕栽培 1989年4月日本還專門成立了植物 工廠學會 來進行植物技術的普及 但是 這一階段由于高壓鈉燈能耗高 發(fā)熱量大 植物 工廠僅為單層或兩層結構 生產效率較低 產業(yè) 發(fā)展緩慢 第二個階段為示范應用階段 1991 2008 年 這一時期熒光燈逐漸替代高壓鈉燈 紅光 LED等新型光源開始在植物工廠應用 植物工 廠栽培層間距縮短至0 4米左右 空間利用率大 幅提高 能源效率顯著提升 到2008年 日本已 經擁有規(guī)模不等的植物工廠32座 美國 歐洲等 紛紛開展植物工廠研發(fā)與產業(yè)化示范應用 但由 于建設成本和運行成本相對較高 產業(yè)發(fā)展依 然較慢 第三個階段為穩(wěn)定發(fā)展 快速發(fā)展階段 2009 這一時期藍光LED開始推廣應用 紅藍組合LED光源逐漸取代熒光燈 栽培層間 作者在五大連池采集標本 日本靜岡三浦農場三角板型植物工廠 1983 距 進 一 步 縮 短 空 間 利 用 率 大 幅 提 高 日 本 美 國 歐 洲 韓 國 等 積 極 支 持 植 物 工 廠 研 發(fā) 及 產 業(yè)化應用 盈利面擴大 商業(yè)化應用提速 2015 年 日本宮城縣多賀市建成占地面積2 300平 方米 15層立體栽培架 日產葉菜10 000棵的 LED植物工廠 以及大阪府立大學建成占地面 積550平方米 18層栽培架 日產葉菜5 300棵 日本宮城縣植物工廠 6 LIFE WORLD 的LED植物工廠 到2018年底 日本已經建成 的植物工廠在300座以上 2009年以來 韓國 的植物工廠技術也得到了快速發(fā)展 目前已建 成的植物工廠在30座左右 近幾年 美國也開 始利用植物工廠進行種苗 芽苗菜 嫩葉菜 大麻等經濟效益較好的植物產品的生產 位于 新澤西州紐瓦克市附近的Areofarm植物工廠 占地面積3 000平方米 栽培層數達12層 采用 LED光源和氣霧培進行嫩葉菜的生產 所生產 的嫩葉菜16天即可收獲 售價約12美元1磅 這 一階段 能耗成本大幅降低 經濟效益逐步得 到體現(xiàn) 商業(yè)化應用不斷提速 國內植物工廠發(fā)展 國內植物工廠的研究起步較晚 但發(fā)展迅 速 目前已經成為世界上規(guī)模最大的植物工廠生 產 國 之 一 2 0 0 6 年 3 月 中 國 農 業(yè) 科 學 院 設 施 植 物環(huán)境工程團隊 在國內建成一座20平方米的小 型植物工廠試驗系統(tǒng) 一半采用LED光源 一半 采用熒光燈 采用水耕栽培系統(tǒng) 由計算機對室 內環(huán)境要素和營養(yǎng)液進行自動監(jiān)測與控制 這是 國內最早的植物工廠試驗系統(tǒng) 2009年又在此 基礎上建成100平方米LED植物工廠試驗系統(tǒng) 為我國植物工廠的研究奠定了基礎 2 0 0 9 年 9 月 8 日 是 中 國 植 物 工 廠 發(fā) 展 史 上 值得紀念的一天 這一天第七屆中國國際農產 品交易會與第八屆中國長春國際農業(yè) 食品博覽 交易 會在長春開幕 國內第一例智能型植物 工廠亮相博覽會 該植物工廠的建筑面積為200 平方米 由蔬菜工廠和植物苗工廠兩部分組成 以節(jié)能熒光燈和LED為人工光源 采用DFT 深 液流 水耕栽培模式 植物工廠所有環(huán)境與營 養(yǎng)要素均可由計算機實現(xiàn)智能化管理 繼國內 第一例智能型植物工廠研制成功后 中國農業(yè) 科學院 設施植物環(huán)境工程團隊 與北京中環(huán)易 達設施園藝科技有限公司應上海世博會組委會 的邀請 為世博會研制出了全球首款 低碳 智 能 家庭植物工廠 并于2010年5 10月在上 海世博園成功展出 為植物工廠走向都市生活 上 國內最早的植物工廠 中國農業(yè)科學院 2006 中 100平方米LED植物工廠 中國農業(yè)科學院 2009 下 美國Areofarm植物工廠 封面故事 COVER STORY 7 提供了示范樣板 近年來 植物工廠在中國呈現(xiàn)快速發(fā)展的 勢頭 據不完全統(tǒng)計 截至2018年底 中國實 際運行且有一定規(guī)模的人工光植物工廠有200 余 座 主 要 分 布 在 廣 東 北 京 上 海 浙 江 江 蘇 山東 陜西 福建等地 其中栽培面積超過 20 000平方米的植物工廠有兩座 一批知名企 業(yè) 如 富 士 康 三 安 京 東 等 也 紛 紛 加 入 植 物 工 廠 行列 有力地推動了中國植物工廠產業(yè)的發(fā)展 作者簡介 楊其長 研究員 博士生導師 中國農業(yè)科學院都市 農 業(yè) 研 究 所 副 所 長 國 際 園 藝 學 會 設 施 植 物 生 產 系 統(tǒng)設計與智能化專業(yè)委員會主席 國家智慧植物工 廠創(chuàng)新聯(lián)盟主席 責編 桑新華 中國農業(yè)科學院 設施植物環(huán)境工程團隊 與北京中環(huán)易達設施園藝科技 有限公司為上海世博會研制出的全球首款 低碳 智能 家庭植物工廠 左 中科生物栽培面積超過20 000平方米的植物工廠 供圖 李生云 右 富士康栽培面積超過20 000平方米的植物工廠