植物工廠的發(fā)展史

1957年世界上第一家植物工廠誕生在丹麥，1974年日本等國也逐步發(fā)展起來,。

美國猶他州立大學(xué)試驗用植物工廠種植小麥,，全生育期不到2月，一年可收獲4-5次,。20世紀(jì)60年代初次進(jìn)行植物工廠的試驗,，并開始推廣。

1964年奧地利開始試驗一種塔式植物工廠(高30米,、面積5000平方米),。該國魯斯納植物工廠公司的塔式植物工廠已在北歐、俄羅斯,、中東國家采用,。

奧地利的一家番茄工廠，工作人員僅30人,，平均日產(chǎn)番茄 13.7噸,，生產(chǎn) 1公斤番茄耗電 9-10kw.h，成本只有露地的60%,。

1971年丹麥也建成了綠葉菜工廠,，快速生產(chǎn)獨行菜、鴨兒芹,、萵苣等,。

1974年日本建成一座電子計算機(jī)調(diào)控的花卉蔬菜工廠，該廠由1棟2層的樓房(830平方米)和兩棟栽培溫室(每棟800平方米)構(gòu)成,，在一年內(nèi)生產(chǎn)兩茬金香,、兩茬壟民花、一茬番茄,，做到周年生產(chǎn),。

至1998年，日本已有用于研究展示,、生產(chǎn)的植物工廠近四十個,，其中生產(chǎn)用植物工廠17個。

2004年,，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)開發(fā)了利用嵌入式網(wǎng)絡(luò)式環(huán)境控制的人工光型密閉式植物工廠,。

集裝箱植物工廠技術(shù)的應(yīng)用

集裝箱式植物工廠是按照清潔生產(chǎn)理念設(shè)計的密閉式立體栽培系統(tǒng)，該產(chǎn)品基于新型節(jié)能高效 LED 燈具作為人工光源,，利用密閉式圍護(hù)結(jié)構(gòu)和循環(huán)式層流通風(fēng)使得室內(nèi)環(huán)境均勻．從而實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)葉菜,、藥草,、種苗的周年計劃性穩(wěn)定生產(chǎn)。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)定銷定產(chǎn)的工業(yè)化植物生產(chǎn),，即每天播種,、每天采收的周年制定離效生產(chǎn)。20 英尺集裝箱的生菜日產(chǎn)規(guī)模為為 92 株／日,、 40 英尺集裝箱則可達(dá)到 184 株/日,，生菜年產(chǎn)量在 200kg/㎡ 以上。植物工廠技術(shù)可為高附加值植物高效生產(chǎn)提供技術(shù)支撐,，是一種基于植物值息進(jìn)行智能反饋調(diào)控的高產(chǎn)高效,、節(jié)能環(huán)保、清潔健康,、生態(tài)智能的未來農(nóng)業(yè)的新興生產(chǎn)方式,。

植物工廠可以大幅提高單位土地利用率、產(chǎn)出率和經(jīng)濟(jì)效益,自動化程度高,具有生產(chǎn)計劃性,使農(nóng)產(chǎn)品安全無污染,生產(chǎn)操作省力等特點,。在極端惡劣的環(huán)境條件進(jìn)行生產(chǎn)有利于擺脫資源與環(huán)境的限制,實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,。

微型植物工廠是將植物工廠的技術(shù)進(jìn)一步濃縮,集成在一個很小密閉的空間里,通過智能自動控制系統(tǒng)調(diào)控植物生長的環(huán)境,為作物提供適宜的光照、溫度,、濕度環(huán)境,以及營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng),、物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)等組成

殼體為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的集裝箱,集裝箱內(nèi)壁先貼一層石棉隔熱層,外面再貼層彩鋼板,使墻體更加美觀,同時有助于箱體的保溫和生產(chǎn)中墻體的清潔。升,、降溫系統(tǒng)主要采用空調(diào)來調(diào)控,搭配新風(fēng)系統(tǒng),保障內(nèi)部空氣的流通性,。合理比例的營養(yǎng)液。集裝箱型植物工廠是微型植物工廠的一種代表形式,。箱體全部由鐵皮包裹,便于運輸,密閉的環(huán)境可以使內(nèi)部種植環(huán)境與外界環(huán)境隔離,。

集裝箱箱體結(jié)構(gòu)

集裝箱植物工廠由集裝箱外殼、栽培系統(tǒng),、環(huán)境調(diào)控系統(tǒng),、栽培種植結(jié)構(gòu)栽培系統(tǒng)采用方便拆卸的鋁合金栽培層架,栽培架一般為層式結(jié)構(gòu);外箱和種植板為PVC發(fā)泡板,利用內(nèi)設(shè)卡扣將其固定在栽培層架上,方便拆卸、視覺美觀,。

每層栽培空間上方布置有LED植燈條,下方布置栽培槽,栽培槽為管道式,采用上下分體式栽培槽,每一層又獨立分為3條栽培槽,每層的回水管設(shè)置濾網(wǎng)和水位控制閥,這種設(shè)計避了殘根和雜物堵塞管道,還可以調(diào)整栽培槽的水位。

供液系統(tǒng)分為營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)和自動配肥系統(tǒng),。一個集裝箱植物工廠只需一套配肥系統(tǒng),共設(shè)置A,、B、C體積為20L的3個母液桶,母液桶內(nèi)部設(shè)置自動攪拌裝置,。根據(jù)中控系統(tǒng)的進(jìn)液量控制,自動將適當(dāng)?shù)哪敢捍蛉胂路降目傄合?再由總液箱輸送到每個栽培架下方的貯液槽中,。

營養(yǎng)液循環(huán)系統(tǒng)主要由營養(yǎng)液貯液槽、循環(huán)泵營養(yǎng)液供液管路,、營養(yǎng)液回液管路等裝置組成,主要功能是使?fàn)I養(yǎng)液在栽培槽中循環(huán)流動,。一列栽培架下各有2個貯液槽,則液槽內(nèi)的循環(huán)泵可將營養(yǎng)液供給到上部栽培架植物,保證植物的正常生長,營養(yǎng)液再經(jīng)過過濾孔流回貯液槽,。貯液槽內(nèi)設(shè)置有高、低水位液位器和EC,、pH,、溫度傳感器,進(jìn)水、進(jìn)液,、出水口,可以自動控制補(bǔ)液量,、補(bǔ)液濃度和補(bǔ)水量。

補(bǔ)光系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

光質(zhì)會影響植物的生物合成,光配方的變化會影響蔬菜化學(xué)成分的含量,。UV-A可誘導(dǎo)生菜的花青素積累;藍(lán)光可增加番茄花青素的含量,同時可增加生菜和小松菜中的抗壞血酸含量;紅光還可使生菜中的類酚類物質(zhì)增長6%;不同的R/FR比會使在一些物種中花青素含量降低,。經(jīng)過光學(xué)試驗,該集裝箱使用的LED燈的紅光波段為660nm,藍(lán)光波段為450m。

為了滿足種植架種植空間的充分應(yīng)用,植物照明設(shè)備應(yīng)選擇防水性能好,安裝方便,空間占用體積小的條形燈類別,。LED燈可根據(jù)植物生長需求與光合反應(yīng)吸收相符合的特性光譜提供不同波長的單色光,。該集裝箱使用的LED燈條采用合理紅藍(lán)光配比,柔和白光的視覺設(shè)計,不會刺激人眼。

環(huán)境調(diào)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

每種作物都有自己適合的生長環(huán)境,苣科植物喜涼,最適溫度為18-22葉菜種植集裝箱白天可將溫度控制在15~26℃;夜間控制在10~18℃最適溫度為10~15℃,盡量保證晝夜溫差6-10℃,。集裝箱植物工廠的環(huán)境控制系統(tǒng)主要利用空調(diào),、排風(fēng)扇的作用,空調(diào)控制溫度、濕度變化;風(fēng)機(jī),、排氣扇促進(jìn)內(nèi)部空氣流通,通風(fēng)散熱C2裝置可調(diào)節(jié)室內(nèi)氣體變化,。

有數(shù)據(jù)顯示,在外界空氣溫度允許的情況下,利用風(fēng)機(jī)引進(jìn)外界低溫空氣降溫,通過減少空調(diào)的運行時間,特別是在低制冷負(fù)荷下的運行時間,可以增加其節(jié)能效果,降低其運行成本。與僅利用空調(diào)進(jìn)行植物工廠內(nèi)溫度調(diào)控相比,利用風(fēng)機(jī)和空調(diào)協(xié)同降溫方法,明期能耗減少了36.6%~82.0%,暗期能耗減少了16.3%~64.2%

智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)由各控制參數(shù)的傳感器及各種智能設(shè)備連接起來,以計算機(jī)系統(tǒng)為核心,實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測采集,信息反饋,工作命令控制執(zhí)行,。集裝箱植物工廠智能系統(tǒng)主要用于植物工廠內(nèi)環(huán)境的調(diào)控,包括溫度,、濕度的實時監(jiān)測,并根據(jù)目標(biāo)溫度調(diào)節(jié)制冷、供暖,、濕度,實現(xiàn)營養(yǎng)液分層循環(huán),、定時供液,能夠按照設(shè)定時間自動控制LED光源的閉合與斷開,實現(xiàn)不同光照周期的轉(zhuǎn)換、自動配肥和營養(yǎng)液循環(huán)灌溉控制,。

自動控制系統(tǒng)主要包括控制器,、傳感器(溫濕度、液位)和觸摸操作屏環(huán)境控制和信息技術(shù)在可控環(huán)境農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用,，是獲得優(yōu)質(zhì)作物產(chǎn)品和降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)手段和一項必不可少的核心技術(shù),。

集裝箱植物工廠物聯(lián)網(wǎng)平臺是基于植物工廠集裝箱設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺,對接植物工廠生產(chǎn)需求,便于員工遠(yuǎn)程控制集裝箱開關(guān)和參數(shù),遠(yuǎn)程監(jiān)控集裝箱環(huán)境數(shù)據(jù),方便生產(chǎn)管理。其功能有遠(yuǎn)程監(jiān)管,、遠(yuǎn)程控制,、多對多管理。遠(yuǎn)程監(jiān)管可通過移動設(shè)備遠(yuǎn)程查看集裝箱環(huán)境數(shù)據(jù)和開關(guān)時間以及時長遠(yuǎn)程控制可通過傳感器反饋環(huán)境參數(shù)信息遠(yuǎn)程控制集裝箱營養(yǎng)液循環(huán),、環(huán)控,、LED燈等設(shè)備的參數(shù)設(shè)置;多對多管理,集裝箱設(shè)備支持多用戶監(jiān)控管理,同時用戶也可以監(jiān)管多個集裝箱設(shè)備。

集裝箱植物工廠的優(yōu)點

1.環(huán)境氣候可控

集裝箱植物工廠相當(dāng)于為蔬菜和植物創(chuàng)造一個小氣候,，與外界氣候相比幾乎沒有變化,?？梢栽诩b箱中實現(xiàn)有利于植物生長的溫度，光,，濕度,，二氧化碳濃度等。此外,，智能集裝箱內(nèi)的蔬菜不受外界灰塵,，酸雨，灰塵,，煙霧等因素影響,，生產(chǎn)的蔬菜產(chǎn)品質(zhì)量更高。

2,，施肥節(jié)能環(huán)保

我國化肥平均利用率比發(fā)達(dá)國家低10％,，氮肥為30-35％，磷肥為10-25％,，鉀肥為40-50％,。低肥料利用率不僅使生產(chǎn)成本高，而且是造成環(huán)境污染的直接原因之一,，無土栽培蔬菜營養(yǎng)液種的營養(yǎng)多元化,，蔬菜更容易吸收，節(jié)水節(jié)肥,。

3.解放生產(chǎn)力

集裝箱植物工廠遮陽,，通風(fēng)，加熱,，冷卻和灌溉系統(tǒng)可以設(shè)置為電動或自動程序,，無需過多的人工干預(yù)，節(jié)省時間和精力,。

4,，高產(chǎn)

集裝箱植物工廠內(nèi)部采用無土栽培技術(shù)。無土栽培不需要土壤,，用營養(yǎng)液代替我們的種植土壤,。在完成生長周期后，更換營養(yǎng)液這可以確保健康和無菌的根生長環(huán)境,。

5,，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

目前，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是中國成功的地區(qū)之一,。同樣,，我們的蔬菜種植也可以實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用控制,。通過手機(jī)或計算機(jī),，您可以實時查看集裝箱植物工廠內(nèi)的各種環(huán)境參數(shù),，并通過控制溫室的支撐系統(tǒng)來比較和分析參數(shù)，以實現(xiàn)高質(zhì)量的植物工廠生長環(huán)境,。