智能化植物工厂的发展现状与展望.pdf

智能化植物工厂的发展现状与展望 任如冰 1 聂茹霞 1 陈小文 1 刘鲁江 1 张天柱 2 1北京中农富通园艺有限公司 北京海淀 100083 2中国农业大学水利与土木工程学院 摘 要 近些年 随着现代农业科技的不断探索 智能化植物工厂产业取得快速发展 在材料 装置和技术方面都取得了快速进步 在介绍植物工厂的发展历史 主要类型 特点及优势的基础上 着重分析了植物工厂的国家分布 技术与产业发展现状 并指出存 在问题及发展对策 最后对未来植物工厂的发展前景进行了展望 关键词 植物工厂 主要类型 发展现状 展望 筑结构为半封闭式 光源为自然光与人工光源 用电较 少 受气候影响较小 作物生产较稳定 实用性强 有利 于推广应用等特点 1 3 植物工厂发展历史 植物工厂的发展大概分为3个阶段 第1个阶段 为20世纪40年代至60年代末的试验阶段 以丹麦约 克里斯顿植物工厂 1957年 1000m 2 奥地利卢斯那 植物工厂 1963年 216m 2 等为代表 具有规模小 采 用人工气候室进行控制 运行成本较高等特点 第2个 阶段为20世纪70年代至80年代中期的示范应用阶 段 以美国波里达卡植物工厂 1980年 3000m 2 日本 日立公司中央研究所植物工厂 1985年 660m 2 等为 代表 具有应用范围广 技术开发力度大 示范效果明 显等特点 第3个阶段为20世纪80年代中期至今的 快速发展阶段 以瑞典爱伯森植物工厂 20世纪80年 代中期 6100m 2 日本神内 21植物工厂 2001年 3000m 2 等为代表 具有技术发展快 规模扩大 多行业 融合 高科技成果得到充分应用等特点 1 4 植物工厂的优势 近年来 随着世界环境 资源等问题日渐突出 植 物工厂的发展优势逐渐显现 表现为 作物生产周期性 1 植物工厂概述 1 1 定义 是指通过计算机对设施内作物生产过程中的温 度 湿度 光照 水肥等生产要素进行自动控制 使植物 不受或很少受自然条件的影响 而实现作物周年生产 的高效生产方式 1 1 2 主要类型及特点 按照光源来源分为人工光型植物工厂 太阳光型 植物工厂 太阳光与人工光并用型植物工厂 1 2 1人工光型植物工厂 是指完全使用人工光源进行 植物生产的设施 具有建筑结构为全封闭式 只利用人 工光源 光源特性好 采用营养液水耕栽培方式 实现 无污染生产 对环境参数可进行精密控制 设施 装备 成本高 能源消耗大等特点 1 2 2 太阳光型植物工厂 是指利用太阳光 不补光 进 行植物生产的温室设施 具有建筑结构为半封闭式 光 源为自然光 配备多种环境因子的监测和调控设备 采 用营养液水耕栽培与基质栽培 主要生产叶菜类和茄 果类蔬菜等特点 1 2 3太阳光与人工光并用型植物工厂 是指利用太阳 光与人工光并用型进行植物生产的温室设施 2 具有建 林管理已成为必然工作 林业部门应对采伐区的管理 工作落实监管 定期检查采伐区 杜绝过度采伐 严惩 违反采伐制度的行为 其次 必须检查树木的质量 严 格控制采伐程序 并建立树木保护系统 除了合理调节 采伐量外 还应合理培育苗木 使林区的树苗保持恒定 的生态平衡 4 结语 在社会经济发展中过程中 由于经济发展需求 对 林业资源进行不合理开发和利用 造成资源的过度浪 费 进而给生态文明建设造成一系列问题 对林业生态 资源的可持续发展造成一定阻碍 不利于我国社会经 济的发展 因此 各地区林业管理部门应树立正确管理 理念 加大管理力度 实现林业资源的合理开发 提高 利用率 通过建立健全的规章制度 对环境效益和经济 2020年第7期 现代园艺 产业谋划 效益进行有效协调 对林业结构进行优化 提高林业管 理水平 完善管理体系促进林业生态资源的可持续发 展 收稿 2019 11 11 参考文献 1 林寿珣 林业生态保护的可持续发展及实现策略阐释 J 绿色科技 2018 3 2 孙丽函 以生态文明为基础的林业管理与可持续发展探析 J 山西 农经 2017 2 77 3 陈学福 生态文明下林业发展的可持续性探究 J 现代园艺 2018 368 20 176 4 彭陈凤 生态文明视角下的林业管理及可持续发展 J 农民致富之 友 2018 23 183 5 杜小勇 生态文明视角下的林业管理及可持续发展分析 J 农业 与技术 2018 38 12 171 172 作者简介 于洋 1986 满族 河北围场人 本科 工程师 研究方 向 森林经营与资源管护 輪輷訛 DOI 10 14051 ki xdyy 2020 07 036 强 可达到周年生产 不施农药 产品安全无污染 多层 立体栽培 资源 土地 水肥 空间等 利用率高 作物生 长周期短 单位面积产量高 机械化 自动化程度高 劳 动强度低 不受或很少受地理 自然环境的影响 甚至 可在极端气候区 外层空间等地区进行农业生产等 3 4 2 植物工厂发展现状 2 1 国家分布 目前 植物工厂的发展以日本 荷兰 中国最具代 表性 其中 日本在人工光型植物工厂方面研发与产业 化较快 居领先水平 目前在运营的250余座人工光型 植物工厂中 仅有20 处于亏损阶段 其余80 保持 持平及盈利阶段 涉及植物种类有生菜 药草 种苗等 荷兰在太阳光及其与人工光并用型植物工厂技术领域 是真正的世界领先 最高产量高达90kg m 2 中国是植 物工厂研发与产业化最活跃的国家 通过引进消化 自 主研发创新 应用推广3个阶段 各类型植物工厂正在 快速 均衡发展 3 2 2 技术发展现状 2 2 1 栽培形式与栽培技术 目前 平面多层立体栽培 多面体立体栽培 幕墙式立体栽培 圆柱形立体栽培等 栽培形式与之配套的营养液水培 基质培 潮溪培 雾 培等栽培技术 因为其作物生产效率高 水肥 空间 土 地等利用率高等优势在各国植物工厂被广泛应用 5 2 2 2 人工光照明技术 LED光源因为其节能 环保 寿命长 光强 光质和光周期可控性强 冷光源 可贴近 植物照射 空间利用率高 可按植物生长发育需求调制 光谱等优势被广泛应用 目前在人工光型植物工厂中 被开发应用的有面板灯 条灯 灯管 灯带等 同时 行 间冠层补光灯 花期灯 条灯等多款LED补光灯在太 阳光型植物工厂中也被开发应用 2 2 3 智能环境控制及自动化管控技术 智能环境控制 及自动化管控技术是通过控制设施内温度 光照 CO 2 浓度 营养液供给等多种生产要素 而达到节能高效 优质高产的目的 智能环境控制及自动化管控技术难 度较大 需要和其他环境要素统筹控制 是今后研究开 发的重点 2 3 产业发展现状 近年来 我国植物工厂产业蓬勃发展 但是 植物 工厂规模偏小 生产植物单一 智能环境控制技术装备 水平参差不齐 且示范 展示性植物工厂居多 达到商 业化运行的植物工厂较少 亟待大力推进 3 存在问题与发展对策 3 1 存在问题 植物工厂是未来设施园艺发展的趋势 发展前景 广阔 但不可否认 当前植物工厂的发展面临诸多问 题 投入成本高 主要包括人工光源 营养液设备和 智能环境调控 监控系统等投入 而这些设备等成本比 较高 运行成本较高 能耗较大 其中电能消耗巨大 栽培作物种类较少 主要以叶菜为主 植物工厂智 能化程度低 高成本 低产出 自动化程度低 育苗 移栽 定植 收获等人工成本高 商业化模式日渐成 熟 但赢利点需要探索 4 3 2 发展对策 针对植物工厂产业面临的问题 需要从技术 运营 等多方面开展研究 针对当前存在的问题 应对措施如 下 1 加强植物工厂自动化 智能化技术的研究 提升 集约化 精细化的管理水平 自动化 智能化水平的提 升 有助于实现植物工厂集约化 精细化管理 可大幅 度缩减劳动成本 节约劳动力 2 开发集约高效的植 物工厂技术装备 实现周年优质高产 开发高效的栽培 设施装备 节能的照明技术装备 智能的环控装备等 提升植物工厂智能化水平 有利于实现周年高效生产 3 开展药用植物 保健植物 珍稀特蔬菜等高附加值 植物工厂化栽培技术研究 增加植物工厂栽培作物种 类 拓宽盈利渠道 提高盈利起点 4 开展家用型 商 用型等植物工厂研究 丰富植物工厂类型 实现多种功 能持续盈利 4 发展前景与展望 政府和企业更加重视 政府层面 植物工厂资源高 效利用关键技术被列为农业部 十三五 农业科技发展 规划中 植物工厂项目被列入中科院 十三五 重点培 育方向 植物工厂项目也列入了福建省重点支持项目 企业方面 不仅是科研界 电子 医疗 能源 材料 房地 产等产业界和企业也大量投资研究开发植物工厂技 术 植物工厂研发类型多样 应用范围广阔 符合多元 的市场需求 植物工厂发展的技术储备已经成熟 产业 雏形已经形成 将很快进入商业化快速发展期 收稿 2019 11 08 参考文献 1 余锡寿 刘跃萍 中国植物工厂产业发展现状及展望 J 农业展望 2014 10 12 50 55 2 贺冬仙 植物工厂的概念与国内外发展现状 J 农业工程技术 2016 36 10 13 15 3 刘文科 植物工厂的发展现状与展望 J 中国照明电器 2016 12 5 9 4 邱兆美 赵龙 贾海波 植物工厂发展趋势与存在问题分析 J 农机 化研究 2013 35 10 230 233 5 余锡寿 刘跃萍 封闭型植物工厂发展现状与展望 J 农业展望 2015 11 07 46 49 作者简介 任如冰 1990 男 山西闻喜人 硕士研究生 园艺作物 栽培方向 聂茹霞 1990 女 山西稷山人 硕士研究生 园艺作物 栽培方向 通信作者 张天柱 1968 男 教授 现主要从事农业生物环境与能 源工程等教学与科研工作 产业谋划 现代园艺 2020年第7期 輫輮訛