现代农业植物工厂-太阳能光伏植物工厂

现代农业植物工厂——太阳能光伏植物工厂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、工厂技术和系统管理于一体，通过设备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。利用计算机对植物的温度、湿度、光照、CO2浓度及营养液等环境条件进行自动控制，让植物在最适合的环境下生产发育，可以实现真正的免农药生产栽培，是植物栽培的最高境界，是农业生产与科研的象牙塔，而太阳能型植物工厂的发展则是太阳能光伏发电和现代设施农业完美结合的典范。人工光源是植物工厂中最重要的部分，也是有别于其他栽培模式的最大分野点，它创造了一个完全人工的工业化生产环境。以LED为光源的新型植物工厂称为LED植物工厂，是新生代植物工厂。LED是一种高亮度，高效率，长寿命人工光源：波长类型丰富、正好与植物光合成和光形态建成的光谱范围温和；频谱波宽度半宽窄，可以按照需要组合获得纯正单色光与复合光谱；可以集中特定波长的光均衡地照射作物；不仅可以调节作物开花与结实，而且还能控制株高和植物的营养成分；系统发热少，占用空间少，可以用于多层栽培立体组合系统，实现了低热负荷和生产空间小型化。韩国的太阳能植物工厂中/日/韩/美/荷兰5国植物工厂大比拼1949年，美国植物学家和园艺学家在加州帕萨迪纳建立了第一座人工气候室，其出现就是植物工厂的早期模型，为植物工厂的完善和发展进行了成功的探索和实践，引发了模拟生态环境领域里的一场风暴。随后，日本和前苏联也先后建立了这种人工气候室。在人工气候室的基础上，从某种意义上说，1957年丹麦在哥本哈根市郊约克里斯顿农场真正建起了世界上第一座真正意义上的植物工厂，因为其规模达到了1000m2，采用人工光和太阳能并用技术，从播种到收获采用全自动传送带流水作业，且产400万袋水芹（100万kg），而这些是植物工厂的重要特征。1、日本日本认为，植物工厂是解决土地问题、人口问题、粮食问题、食品安全问题、能源问题、农业人员老年化问题、气候问题、环境和可持续发展问题等的根本途径；是“活化地域的起爆剂”，为地域生产发展、技术聚集、人员就业、生态环境、经济繁荣带来变化；是“中间产业”，不仅能带动农业发展，而且还能带动工业、健康产业、信息产业等的发展。所以，日本政府对植物工厂发展非常重视。日本政府对建设植物工厂企业和个人直接补贴50%以上，从而促进了植物工厂的快速发展。截至2012年6月，日本植物工厂就已经建起了130多家，截至2014年8月，已发展到304家，植物工厂数量为世界之最。日本植物工厂发展经历了从人工气候模拟环境到计算机控制转变过程，从少量品种向多品种栽培的转变过程，从基质栽培向水耕雾耕的转变过程，从平面栽培向平面多层立体栽培的转变过程，从日光灯向LED光使用的转变过程（日本已建起了全球最大的LED人工光2300m2的植物工厂），从人工作业到机器人作业的转变过程。现阶段，由于制造业的优势，日本人工光型植物工厂技术全球领先，装备先进，技术配套，智能化、自动化程度高。日本植物工厂已完全处于商业化、产业化发展阶段。近年来，由于世界经济发展缓慢，日本工业衰退，农业政策便逐渐向提高产业国际竞争力的方向转变。植物工厂作为其有效方法之一而受到关注。日本植物工厂现已呈现两大趋势：（1）多功能趋势日本大坂府立大学植物工厂研究中心主任安保正一教授2014年9月宣布，利用植物工厂制造氢气，关键技术是光催化剂，方法是利用以阳光或灯光等可见光激活氧化钛（TiO2）光催化剂来分解水，生成氢气和氧气。日本富士通公司宣布利用植物工厂生产低钾蔬菜，为肾病患者提供食材；东芝无尘植物工厂生产多酚和维生素V含量高的叶类蔬菜。（2）技术出口趋势日本东芝公司准备在海外新建植物工厂，已经开始考虑在中国等亚洲国家建设大型植物工厂。这是因为中国等地也在逐渐形成生吃蔬菜的习惯，可能对在无尘室培育的清洁、安全蔬菜产生巨大需求。除此之外，有效利用宝贵水源的蔬菜生产在中东全年稳定供应以及在俄罗斯等寒冷地区也将分别成为强有力的武器。日本三菱化学控股集团将与中国农业合作社组织携手，在中国全境启动蔬菜栽培系统的销售，5月下旬它们将合资成立无农药蔬菜自动栽培系统的销售公司，2017年之前将在江苏省等15个省份的50个地点开始销售这一“植物工厂”，日本植物工厂技术和装备正在向中国、俄罗斯、韩国、波兰、中东等输出。2、美国1987—1989年，美国在亚利桑那州图森市北部的爱德华建起了目前全球最大的超大型植物工厂——生物圈二号，占地1.3万m2，约有8层楼高，为圆顶形密封钢架结构玻璃建筑物。生物圈二号被用于测试人类是否能在以及如何在一个封闭的生物圈中生活和工作，也探索了在未来的太空殖民中封闭生态系统可能的用途。生物圈二号使得人们能在不伤害地球的前提下，对生物圈进行研究与控制。现今美国温室面积达1.9万hm2，温室设施材料大多为双层充气膜、阳光板和玻璃。温控、环控设备全球领先，全球消费电子、家电与照明大厂飞利浦（Philips）宣布与美国芝加哥农业企业GreenSenseFarms（GSF）策略合作，将针对特定作物使用LED生长光源打造室内植物工厂，而这座植物工厂预计将成为全球最大的植物工厂之一。美国垂直空中植物工厂、太空植物工厂已开始由设计图向现实转变。3、荷兰荷兰农业资源有限，政府提出了“温室村（Zonneterp）”概念，即资源循环利用概念，把植物工厂作为发展目标之一。利用植物工厂主要发展蔬菜和花卉，对建造植物工厂的企业实行60%补贴，从而使荷兰每年生产蔬菜收入35亿欧元、花卉收入45亿欧元，是世界上设施园艺产品出口量最大的国家。荷兰植物工厂机械化、自动化、智能化、无人化程度高，太阳光型植物工厂技术全球领先，现已把太阳光型植物工厂全套技术和设备作为强项产业，向中东、非洲、中国等出口。4、韩国韩国植物工厂技术起步较晚，但当前政府极为重视，将植物工厂列为韩国七大前沿技术之首加以开发，一方面从日本引进人工光植物工厂技术，从中国引进鸟巢式植物工厂设施，对企业和个人植物工厂建设成本直补60%～65%；另一方面，汇集了数百博士以上的高科技人才对植物工厂进行研究和创新。5、中国我国植物工厂相比于欧、美、日等发达国家，起步较晚，但我国植物工厂建设发展速度是前所未有的，在这个过程中我国采取走出去、引进来策略，加强技术交流，对植物工厂相关技术经过了吸收、消化、创新再创新的过程。中国植物工厂是指对植物进行资金、技术密集性投入、创造植物生长最佳环境、创新植物生产模式、进行高产量、高品质、高效益和可持续生产的系统。中国植物工厂创新了生产“环境设施化、形式立体化、资源节能化、流程数字化、管理智能化、技术集成化”的生产模式。1980年浙江省农业科学院，在引进吸收基础上，研制出浮板毛管水培（FCH）技术。此后，沈阳农业大学、中国农业大学、南京农业大学、华南农业大学等也先后研制出简易营养液膜（NFT）栽培技术。国家科学技术委员会“九五”期间立项“国家重大科技产业化工程—工厂化高效农业示范工程”，在北京市、上海市、广东省、浙江省、辽宁省同时展开。1999年北京和深圳分别从加拿大引进两套植物工厂水耕栽培技术系统。进入20世纪以来，中国农业科学院、中国农业大学、华南农业大学、南京农业大学等科教单位也先后在水耕栽培方面进行了一些研究与开发，并取得了阶段性成果。在实验示范阶段，我国先后有浙江丽水农业科学研究院与国防科技大学合作，于2004年成功建起我国第4座植物工厂，标志着我国具有自主知识产权植物工厂的正式诞生，中国智能农业从这里开始。2009年7月长春农展馆出现了小型展示用的植物工厂。2009年中国农业科学院杨其长教授等成功研制出智能植物工厂，实现了智能植物工厂关键技术的突破。同年10月密云县太庄建起了两幢温室计1200m2的蔬菜植物工厂。2010年余锡寿等在北京通州建起了1289m2植物工厂。我国丽水农业科学研究院球形（鸟巢）智能温室创新技术和植物气雾培技术已经成熟。这些都说明我国迈入了国际设施农业高技术拥有国行列，成为世界上少数几个掌握植物工厂核心技术的国家之一，并将对提升我国植物工厂竞争力和对我国现代农业的发展产生深远影响。后来，中