项目名称光电子农业关键技术的创新与应用

1、项目名称：光电子农业关键技术的创新与应用推荐奖种：省科学技术进步奖推荐单位：福建省教育厅项目简介：光是影响植物生长发育的重要环境因素，通过改变光的强度、光质、模式、均匀性、方向性、偏振性和相干性等七个维度指标，可显著改善农业生产中种养产品的产量和品质。因此，光电子农业是一种将光电子技术应用于种植、养殖、水产和病虫害防治等领域，促进增产增收、节能减排、环保无害的新型农业技术，是一种高科技含量的综合性关键技术。通过光电子农业技术，可以用工业领域广泛采用的集约化生产、精确流程控制、最优化调节等技术来提高产量和品质，实现更高的经济和社会效益。本项目的主要成果如下：一、提出了光的七个维度的概念及其对植物

2、生长的影响，为光与植物相互作用的研究及最优光环境的设置提供科学依据，揭示了光对种子发芽、形态建成、有效物质积累、光合指标及基因表达等方面的影响规律，为设施种植中最适光环境的配置提供了科学依据。二、系统研究了光伏发电与植物生长需光间的关系提出了用太阳能进行光伏发电与植物栽培的协同优化方法；详细分析了密排型、间歇型和部分透光型光伏温室存在的问题，提出了光伏温室设计的六大原则；发明了一种照度可调且光照分布均匀的光伏发电温室。三、提出了光控温室的概念并发明了相应的智能光控温室发明了一种基于植物生长特性的有色薄膜自适应跟踪和更换的温室系统，以调节太阳光的强度和频率，为植物生长的全阶段提供最佳光照；发明了

3、彩色漫射玻璃温室，在很大程度上解决了当前温室只能调光强不能调光质的现状。四、发明了高光能及空间利用率以及“流水线”式植物工厂首次将植物工厂分成硬件系统和针对具体植物生长规律及特性而实现的具体化、标准化和规范化控制的软件系统，发明了流水线式植物工厂；发明了一种密集型、可移动式的植物培养架，节约了非种植空间，改善了光照均匀性，提高了光效，并在纵向上自动跟踪植株的顶部，使其到LED光源的距离始终维持不变，以便用较小的光功率来满足植物生长过程中所需的光照强度，节能降耗；发明了一种新颖的组培架，能同时调节每种颜色LED芯片的光强和光照时间，光质组合灵活多样，光能利用率提高4倍以上，满足了组培苗在不同阶段

4、对光强、光质和光照时间的需求，极大提高了光能和空间利用率。五、提出了新颖的植物栽培方法，发明了相应的栽培系统发明了一种聚光型菲涅尔透镜培养植物的方法，引导植物沿着光路方向生长，最大限度地提高光能的利用率，减少光能浪费；发明了一种用滤光片培养植物的方法，能精确地截取植物生长所需的太阳光谱，为植物生长提供最佳光质。本项目在植物光环境的研究及技术开发方面有较大创新，关键技术拥有自主知识产权，总体技术水平达到国际先进，实现技术跨越式发展。项目实施期间，培养博硕士研究生23人（其中留学生6人），获授权发明专利13项，实用新型44项；发表论文19篇，其中SCI/EI收录5篇。本成果技术成熟，推广应用效果好

5、，近五年新增销售额15.11188亿元，利税2.41517亿元，经济和社会效益显著。主要完成单位：福建农林大学代表性论文专著目录：1. Y Wu, Z Sun, K Ruan, Yong Xu, and H Zhang. Enhancing photoluminescence with Li-doped CaTiO3:Eu3+ red phosphors prepared by solid state synthesis J. Journal of Luminescence, Vol. 155, No. 11, pp. 269274, 2014. (SCI收入)2. Zou T, Lin S,

6、 Feng Q, et al. Energy-efficient control with harvesting predictions for solar-powered wireless sensor networksJ. Sensors, 2016, 16(1): 53. (SCI收入)3. Zou T, Wang Y, Wang M, et al. A Real-Time Smooth Weighted Data Fusion Algorithm for Greenhouse Sensing Based on Wireless Sensor NetworksJ. Sensors, 20

7、17, 17(11): 2555. (SCI收入)4. TD Liu, XW Zhang, Yong Xu*, SQ Liu, and XW Chen. Light quality modifies the expression of photosynthetic genes in maize seedlings, Photosynthetica, 2017, 55(2): 360367. (SCI收入)5. Xu Y. Seven dimensions of light in regulating plant growth J. Acta Hortic., 2016 (1134): 445-

8、452. (SCI收入)6. 林魁, 黄枝, 林碧英, 徐永*. 光强和红蓝配比对瓠瓜幼苗生长及生理生化特性的影响J. 西北植物学报，2017 (3): 517-525.7. 林魁, 徐永*. LED照明对植物体内功能性化学物质积累的影响J. 植物学报，2015年第2期，2015, 50 (2): 263271.8. 徐永. 光电子农业及其在设施园艺中的应用 J. 山西农业大学学报 (自然科学版)，2016年第2期，pp.77-87.9. 张曦文, 刘铁东, 程国侦, 徐永*. 不同光处理对玉米叶片光响应曲线和二氧化碳响应曲线的影响J. 辽宁农业科学, 2018(01): 13-16.10.

9、张曦文, 刘铁东, 徐永*. 光伏温室技术的发展与应用J. 农业工程技术, 2017, 37(32): 69-76.11. 徐永, 林魁. LED光调控技术在设施农业中的应用研究进展J. 农业工程技术, 2017, 37(13): 10-15, 20.12. 张曦文, 刘铁东, 徐永*. 远红光对玉米叶片叶绿素荧光的影响J. 福建农业科技, 2017(09): 26-31.13. 林魁, 黄枝, 金心怡, 徐永*. 植物生长光调控应用研究进展J. 热带作物学报，2017年第6期，2017 (6): 116370.14. 林魁, 徐永*. LED光调控技术在生菜设施化生产中的应用J. 北方园艺，

10、2016年第22期，2016 (22): 198203.15. 吴义炳，徐永*. 当前植物工厂所面临的主要问题及解决的思路，农业工程技术，2016年第13期, pp. 2428.16. 徐永. 光伏温室若干问题的探讨 J. 农业工程技术，2015年第31期, pp. 2932.17. 徐永. 温室补光及其发展趋势J. 农业工程技术，2015年第28期, pp. 2932.18. 李汉生，徐永*. 光照对叶绿素合成的影响J. 现代农业科技，2014年第21期, pp. 161-164.19. 王鑫，邹腾跃，徐永*. 一种密集型高光能利用率植物工厂的设计J. 农业工程, 2014年第6期, pp.

11、 39-43.主要知识产权证明目录：1. 徐永，吴义炳. 基于植物生长特性和规律的流水线式植物工厂的实现方法P. 发明专利, 专利号：ZL201310414613.5 (2015-09-09 授权).2.徐永，陈美香. 一种光伏发电与植物栽培相协同的太阳能优化利用方法P. 发明专利, 专利号：ZL201310431510.X (2016-05-11 授权).3.徐永，陈美香. 一种基于植物生长特性的彩色漫射玻璃温室P. 发明专利, 专利号：ZL201410204879.1 (2015-09-09 授权).4.徐永, 吴冰. 一种高光能利用率的变光谱型组培架 P. 发明专利，专利号：ZL2016

12、10008060.7. (2017-11-28 授权).5.邹腾跃，徐永，王鑫. 基于植物生长特性的温室有色薄膜自适应跟踪与更换系统P. 发明专利, 专利号：ZL201410014909.2 (2015-08-12 授权).6.邹腾跃，徐永. 一种日光照度可调且光照均匀的光伏发电温室P. 发明专利, 专利号：ZL201510208743.2 (2015-07-29 授权).7.王鑫，邹腾跃，吴作勋，吴传宇，徐永. 一种密集型高光能利用率植物工厂P. 发明专利, 专利号：ZL201410056062.4 (2016-01-27 授权).8.冯利, 徐永. 一种用滤光片培养植物的方法P. 发明专利

13、, 专利号：ZL201410702380.3 (2017-02-22 授权).9.邹腾跃, 林寿英, 基于人体健康信息及空气成分数据的室内植物推荐方法，发明专利，201510034730.8（2017-05-10 授权）10.林魁，徐永，林伟青，高山，陈嘉. 一种农业采摘车P. 发明专利, 专利号：ZL201510759710.7 (2016-03-02 授权).11.李汉生，徐永. 一种用于培养槽清洗的M型电动刷子P. 发明专利，专利号：ZL201510307576.7 (2016-05-04 授权).12.徐永, 林睿. 一种聚光型菲涅尔透镜植物培养箱及其使用方法P. 发明专利, 专利号：

14、ZL201610061945.3 (2018-07-27 授权).13.邹腾跃，林寿英，冯奇杰，等，一种植物生长肥料消耗分析装置及方法，发明专利，201610185326.5（2018-01-12 授权）.14.冯利，徐永. 一种对滤光片进行调节用于培育植物的装置P. 实用新型，专利号：ZL201420729363.4 (2015-06-03 授权).15.徐永, 邹腾跃. 一种光照均匀的漫射玻璃光伏温室P. 实用新型, 专利号：ZL201520265680.X (2015-09-30 授权).16.李汉生，徐永. 一种用于培养槽清洗机的M型刷子P. 实用新型，专利号：ZL2015203859

15、95.8 (2015-11-11 授权).17.林魁, 黄枝, 林伟青, 徐永, 陈嘉. 一种可控光的植物培养架P. 实用新型，专利号：ZL201520537890.X (2015-12-09 授权).18.林魁, 黄枝, 张开畅, 徐永, 林伟青, 吴睿. 一种农业采摘车P. 实用新型，专利号：ZL201520890951.0 (2016-03-30 授权).19.徐永, 林睿. 一种聚光型菲涅尔透镜植物培养箱P. 实用新型，专利号：ZL201620089922.9 (2016-08-31 授权).20.林魁, 徐永, 钟奕辉, 王建强, 林毅鑫. 一种LED智能驱虫装置P. 实用新型, 专

16、利号：ZL201620272645.5 (2016-09-07 授权).21.林魁, 徐永, 林伟青, 郭国幸. 一种吊藤线多线盘绕线机P. 实用新型，专利号：ZL201620355222.X (2016-10-05 授权).22.吴义炳, 徐永. 一种基于植物生长特性的高效温室玻璃P. 实用新型, 专利号：ZL201620085841.1 (2016-10-05 授权).23.林魁, 徐永, 王建强. 一种应用于植物生长灯的光照检测装置P. 实用新型, 专利号：ZL201620398225.1 (2016-10-05 授权).24.吴冰，徐永. 一种高光能利用率的组培架 P. 实用新型，专利

17、号：ZL201521077516.2. (2016-11-30 授权).25.龙博, 徐永. 用于防止水肥滴灌系统堵塞的自动检测装置P. 实用新型, 专利号：ZL201620578238.7 (2016-11-16 授权).26.林魁, 徐永, 王星剑. 一种简易可调实验观测架P. 实用新型, 专利号：ZL201620355199.4 (2016-12-14 授权).27.徐永，吴征毅，郑书河，吴冰，皇甫森森. 用于光照可调的光伏温室的折叠式遮阳帘装置P. 实用新型，专利号：ZL 201621144929.2. (2017-05-10 授权).28.林魁，邓延平，申宝营，徐永，陈鹏涛，郭容芳.

18、 一种带有储物筐的脚踏采摘车P. 实用新型，专利号：ZL 201621300810.X. (2017-06-06 授权).29.林魁，徐永，张亚峰，夏木凤，陈鹏涛. 一种植物培养架的灯光控制电路P. 实用新型，专利号：ZL 201621445676.2. (2017-07-07 授权).30.林魁，徐永，邓延平，郭容芳，陈鹏涛. 一种带有伸缩工作台的脚踏采摘车P. 实用新型，专利号：ZL 201621299512.3. (2017-07-07 授权).31.林魁，徐永，张亚峰，夏木凤，陈鹏涛. 一种可控均光植物培养架P. 实用新型，专利号：ZL 201621446404.4. (2017-08

19、-08 授权).32.皇甫森森，徐永，罗清. 一种利用自然光培育铁皮石斛的组培装置P. 实用新型，专利号：ZL201720039168.2. (2017-09-29 授权).33.张曦文，徐永，刘铁东. 一种防光污染的通风植物培养架P. 实用新型，专利号：ZL 201720317392.3. (2017-11-17 授权).34.林魁，王文婷，柯彦，徐永，黄枝. 一种智能水肥机P. 实用新型，专利号：ZL 201720358541.0. (2017-11-17 授权).35.张曦文，徐永，刘铁东. 一种高光能利用率的自适应植物工厂光照培养装置P. 实用新型，专利号：ZL 20172026310

20、0.2. (2017-11-24 授权).36.林魁，王文婷，柯彦，徐永，黄枝. 一种智能上料水肥机P. 实用新型，专利号：ZL 201720358543.X. (2017-12-01 授权).37.林魁，徐永，王文婷，黄枝. 适于生菜光环境下水培的简易栽培装置P. 实用新型，专利号：ZL 201720319239.4. (2017-12-05 授权).38.张曦文，徐永，刘铁东. 一种高种植空间和光能利用率的植物生长架P. 实用新型，专利号：ZL201720415024.2. (2017-12-05 授权).39.龙博，徐永. 基于太阳光伏发电的山区农田水肥滴灌系统P. 实用新型，专利号：Z

21、L 201720456137.7. (2017-12-08 授权).40.刘正义，徐永. 一种分光取色的温室系统P. 实用新型，专利号：ZL 201720341510.4. (2018-01-05 授权).41.刘正义，徐永. 整体转动追光式光伏温室P. 实用新型，专利号：ZL 201720340658.6. (2018-01-09 授权).42.林魁，王文婷，柯彦，黄枝，徐永. 一种可升降式智能上料水肥机P. 实用新型，专利号：201720750052.X. (2018-02-09 授权).43.林魁，王文婷，柯彦，黄枝，徐永. 一种可移动式智能上料水肥机P. 实用新型，专利号：201720

22、750051.5. (2018-02-09 授权).44.林魁，王文婷，柯彦，黄枝，徐永. 料筒导轨可调式水肥机P. 实用新型，专利号：201720743538.0. (2018-02-09 授权).45.林魁，王文婷，柯彦，黄枝，徐永. 导轨可调带毛刷式水肥机P. 实用新型，专利号：201720743450.9. (2018-02-09 授权).46.林魁，徐永，王文婷，黄枝. 一种光温可控植物培养架P. 实用新型，专利号：201720832716.7. (2018-04-13 授权).47.皇甫森森, 徐永, 罗清. 一种智能型铁皮石斛植物培养箱P. 实用新型，专利号：2017212440

23、74.5. (2018-05-25 授权).48.林添堤, 林魁, 杨浩, 徐永, 皇甫森森. 一种用于植物大棚的灭虫灯笼P. 实用新型，专利号：201721478553.3. (2018-06-26 授权).49.林魁, 罗清, 王文婷, 徐永, 杨浩. 升降式植物水培装置P. 实用新型，专利号：201721473114.3. (2018-06-26 授权).50.林魁, 杨浩, 罗清, 徐永, 林添堤. 一种带导轨的植物培养箱P. 实用新型，专利号：201721515126.8. (2018-06-26 授权).51.杨浩, 林魁, 林添堤, 徐永, 李家奥. 简易升降的高能效光照大棚P.

24、 实用新型，专利号：201721497596.6. (2018-06-26 授权).52.林魁, 林添堤, 罗清, 徐永. 一种光照射角度可调的植物培养观测台P. 实用新型，专利号：201721514166.0. (2018-06-26 授权).53.杨浩, 林魁, 林添堤, 徐永. 基于植物生长特性的LED光照灯箱P. 实用新型，专利号：201721497593.2. (2018-06-26 授权).54.林魁, 罗清, 林添堤, 徐永, 杨浩. 一种基于自然光照射的智能补光装置P. 实用新型，专利号：201721725574.0. (2018-07-13 授权).55.林添堤, 林魁, 杨

25、浩, 徐永, 李家奥. 一种新型植物驱虫装置P. 实用新型，专利号：201721670907.4. (2018-07-13 授权).56.林添堤, 林魁, 杨浩, 徐永, 罗清. 一体式可控光的组培装置P. 实用新型，专利号：201721670303.X. (2018-07-13 授权).57.林魁, 罗清, 王文婷, 徐永, 林添堤. 简易升降式植物水培装置P. 实用新型，专利号：201721473098.8. (2018-07-13 授权).推广应用情况：1.建成一座面积为1200平方米的三连通的彩色玻璃漫射温室，位于福建省三明市尤溪县洋中镇，于2015年5月正式建成投入使用。温室内实现了

26、植物的立体栽培，并常年种植有菠萝、树葡萄、三角梅、马樱丹、鸡蛋花、草莓、西红柿、辣椒等植物。该彩色玻璃温室能够很好的解决作物生长过程中对光的需求，而且增强温室的保温效果。2016年初福建三明地区遭受罕见持续低温，普通大棚内种植的西红柿等作物全部受动死亡，而该温室内种植的树葡萄等热带作物无一受冻，全部安全过冬。2.福建洋塔园艺有限公司与福建农林大学光电子农业科研团队长期合作，2014年起将光电子农业科研团队研发的全国独有专利技术应用于花卉生产，获得了良好的效益。通过专利技术生产的产品深受市场和消费者的喜爱，取得了显著的经济和社会效益，2014年1月至2018年1-6月新增产值910万元，利税273万元。3.福清佳家农业综合开发有限公司与福建农林大学光电子农业科研团队长期合作，2014年起将团队研发的专利技术应用于铁皮石斛生产，获得了良好的效益，也是公司核心竞争优势所在。通过该专利技术生产的铁皮石斛连续荣获了第十届和第十二届海峡两岸林业博览会暨投资贸易洽谈会金奖，产品深受市场和消费者喜爱，开创了铁皮石斛的健康新时代，取得了显著的经济和社会效益，2015年1月至20